Estructuras Fundamentales del Sistema Nervioso

Hemisferios Cerebrales

El cerebro se compone del hemisferio izquierdo y el hemisferio derecho. Cada uno posee funciones específicas y están conectados por el cuerpo calloso. El hemisferio derecho rige las funciones de la mitad izquierda del cuerpo, y el hemisferio izquierdo controla las de la parte derecha. Esto se debe a que los nervios se entrecruzan en la médula espinal.

Componentes Clave del Encéfalo y Sistema Nervioso

• Ganglios Basales: Participan en la coordinación y el inicio del movimiento. Permiten el movimiento voluntario e inhiben movimientos involuntarios.
• Cuerpo Calloso: Conjunto de fibras nerviosas que permiten la interacción y comunicación entre los dos hemisferios cerebrales (izquierdo y derecho).
• Tálamo: Actúa como una estación crucial de relevo y procesamiento para la mayoría de las señales sensoriales (excepto el olfato) antes de que lleguen a la corteza cerebral. Participa en el análisis e integración sensitivo-temporal. Algunos de sus núcleos parecen estar relacionados con la coordinación y regulación de actividades motrices.
• Hipotálamo: Estructura vital que:
  • Controla la glándula hipófisis y, a través de ella, actúa como un regulador endocrino fundamental.
  • Activa mecanismos de la expresión emocional.
  • Interviene en el control de los ciclos de vigilia y sueño.
  • Funciona como centro de la regulación térmica del cuerpo.
  • Controla el metabolismo de las grasas.
  • Regula el hambre y la sed.
• Mesencéfalo (Cerebro Medio): Controla los movimientos oculares, la contracción de los músculos esqueléticos y coordina los reflejos visuales y auditivos.
• Bulbo Raquídeo (Médula Oblongada): Centro vital donde se encuentran conexiones centrales relacionadas con funciones autónomas como la respiración y el ritmo cardíaco. Sirve de conexión para algunos nervios craneales. Interviene en reflejos como:
  • Vómito
  • Tos
  • Salivación
  • Respiración
  • Estornudo
  • Succión
  • Deglución
  • Control vasomotor (regulación del diámetro de los vasos sanguíneos)

  Además, transmite impulsos de la médula espinal al cerebro y viceversa.

• Cerebelo: Regula y coordina la contracción de los músculos esqueléticos. Es esencial para el mantenimiento de la postura, el equilibrio y la coordinación motora. Contribuye al control de los movimientos voluntarios, proporcionándoles precisión y suavidad, y ajusta los impulsos necesarios para llevar a cabo cada movimiento.
• Médula Espinal: Funciona como un centro asociativo crucial para la realización de actos reflejos. Es una vía de doble dirección para la transmisión de información nerviosa:
  • Vía Sensitiva (aferente): Desde la periferia del cuerpo hacia los centros cerebrales.
  • Vía Motora (eferente): Desde los centros cerebrales hacia la periferia del cuerpo.
• Meninges: Son tres capas de tejido conectivo (Duramadre, Aracnoides y Piamadre) que envuelven y protegen tanto el encéfalo como la médula espinal.
• Barrera Hematoencefálica: Estructura especializada que protege el Sistema Nervioso Central (SNC) al regular selectivamente el paso de sustancias entre la sangre y el tejido encefálico, manteniendo un ambiente estable para las neuronas.

¿Cuáles son las funciones de la Médula Espinal?

La médula espinal es el centro asociativo gracias al cual se realizan los actos reflejos. Además, funciona como una vía de doble dirección: de la periferia a los centros cerebrales (vía sensitiva) y de los centros cerebrales a la periferia (vía motora).

¿Cómo es el flujo de información sensitiva y motora?

Las áreas corticales del cerebro son de tres tipos: sensoriales (reciben y procesan información de los sentidos), motoras (inician y controlan movimientos) y de asociación (integran información de diversas áreas para funciones complejas como el pensamiento y el aprendizaje).

La información sensitiva, que incluye sensaciones generales como tacto, presión, calor, frío y propiocepción (conciencia de la posición de los músculos y el cuerpo), es recibida y procesada. Esta información puede ser transmitida a áreas motoras, las cuales generan impulsos nerviosos destinados a iniciar movimientos. Las señales nerviosas originadas en estas áreas motoras producen movimientos que involucran grupos musculares para realizar tareas específicas, incluyendo aquellas que son aprendidas y requieren coordinación.

¿Qué se entiende por vía aferente y eferente?

Una vía aferente (o sensitiva) transporta impulsos nerviosos hacia el sistema nervioso central (entrada de información). Por otro lado, una vía eferente (o motora) conduce impulsos nerviosos desde el sistema nervioso central hacia los efectores (músculos o glándulas), generando una respuesta o movimiento (salida de información).

La Neurona: Unidad Funcional del Sistema Nervioso

Las neuronas son células altamente especializadas del sistema nervioso. Poseen extensiones distintivas: las dendritas, que reciben información, y los axones, que la transmiten.

Componentes Principales de una Neurona y sus Funciones (con énfasis en el Soma)

El soma o cuerpo celular de la neurona contiene el núcleo y la mayoría de los orgánulos celulares. Sus componentes principales incluyen:

• Núcleo: Contiene los cromosomas, donde se encuentra el material genético (ADN) y la información para el desarrollo de la célula y la síntesis de las proteínas necesarias para su estructura y función.
• Cuerpos de Nissl (Retículo Endoplasmático Rugoso): Son agregados de retículo endoplasmático rugoso y ribosomas. Son responsables de la síntesis de proteínas, incluyendo algunas que pueden ser precursoras de neurotransmisores o enzimas para su síntesis.
• Aparato de Golgi: Estructura celular responsable del procesamiento, modificación, empaquetamiento y distribución de proteínas y lípidos sintetizados en la neurona, incluyendo la formación de vesículas.
• Retículo Endoplasmático (Liso y Rugoso): Red de membranas interconectadas. El RE rugoso (con ribosomas) participa en la síntesis y modificación de proteínas. El RE liso participa en la síntesis de lípidos, detoxificación y almacenamiento de calcio. Ambos contribuyen al transporte intracelular.
• Citoesqueleto (Neurofilamentos y Microtúbulos): Red de filamentos proteicos (neurofilamentos, microtúbulos y microfilamentos) que proporciona soporte estructural a la neurona, mantiene su forma característica y participa activamente en el transporte intracelular de orgánulos y vesículas (incluyendo las sinápticas a lo largo del axón).
• Mitocondrias: Orgánulos encargados de la respiración celular, produciendo la mayor parte de la energía (ATP) que la neurona necesita para sus actividades metabólicas y funcionales.
• Vesículas: Pequeñas estructuras membranosas implicadas en el transporte, almacenamiento o digestión de sustancias dentro de la célula. Las vesículas sinápticas, localizadas en los terminales axónicos, almacenan neurotransmisores.

Todos los componentes mencionados anteriormente (Núcleo, Cuerpos de Nissl, Aparato de Golgi, Retículo Endoplasmático, Citoesqueleto, Mitocondrias y diversos tipos de vesículas) se encuentran en el soma (cuerpo celular) de la neurona.

Componentes del Axón

En el axón se encuentran principalmente mitocondrias (para proveer energía) y componentes del citoesqueleto (neurofilamentos y microtúbulos, cruciales para el transporte axoplasmático). El axón carece de Cuerpos de Nissl y de Aparato de Golgi, por lo que depende del soma para la síntesis de la mayoría de sus proteínas. Su citoplasma se denomina axoplasma y la membrana que lo rodea, axolema.

Tipos de Neuronas según su Estructura

• Anaxónica: Axones y dendritas no se distinguen fácilmente. Se encuentran en el cerebro y órganos de los sentidos especiales.
• Bipolar: Poseen una dendrita principal y un axón, con el soma situado entre ambos. Se encuentran en la retina del ojo, el oído interno y los nervios olfatorios.
• Unipolar (o Pseudounipolar): La dendrita y el axón son continuos (formando una única fibra que se divide en dos ramas), con el soma situado a un lado de esta fibra. Son neuronas sensoriales del sistema nervioso periférico, a menudo largas, encargadas de transmitir información desde los receptores sensoriales.
• Multipolar: Poseen un axón y múltiples dendritas que se originan en el soma. Son las más comunes en el Sistema Nervioso Central (SNC) e incluyen neuronas motoras (que controlan músculos) e interneuronas.

Células Gliales: Astrocitos y Formación de Mielina

Astrocitos y sus Funciones

El astrocito es el tipo más abundante de célula glial (neuroglía) en el sistema nervioso central. Sus funciones son diversas y cruciales:

• Proporcionan soporte estructural a las neuronas.
• Contribuyen al desarrollo y reparación del tejido neural.
• Participan en la formación y mantenimiento de la barrera hematoencefálica.
• Regulan el metabolismo de los neurotransmisores (por ejemplo, recapturando glutamato y GABA).
• Mantienen el equilibrio iónico y la homeostasis del medio extracelular neuronal (ej. recaptación de K+).
• Suministran nutrientes (como glucosa) a las neuronas y ayudan a eliminar productos de desecho.
• Participan en la comunicación intercelular y la modulación de la actividad sináptica.

Vaina de Mielina: Formación y Células Implicadas

La vaina de mielina es una capa aislante, rica en lípidos, que rodea los axones de muchas neuronas. Su formación se debe a células gliales especializadas:

• Células de Schwann: Se encuentran en el Sistema Nervioso Periférico (SNP). Cada célula de Schwann forma un segmento de mielina alrededor de un único axón.
• Oligodendrocitos: Se encuentran en el Sistema Nervioso Central (SNC). Un solo oligodendrocito puede mielinizar segmentos de múltiples axones.

Ubicación de las Células Formadoras de Mielina

Las células de Schwann revisten los axones exclusivamente en el Sistema Nervioso Periférico (SNP). Los oligodendrocitos mielinizan axones únicamente en el Sistema Nervioso Central (SNC).

Funciones de la Barrera Hematoencefálica

La barrera hematoencefálica tiene como función principal proteger el Sistema Nervioso Central (SNC), regulando de manera muy selectiva el paso de sustancias (iones, moléculas, células) entre la circulación sanguínea y el tejido encefálico. Esto es crucial para mantener un ambiente químico estable y proteger a las neuronas de toxinas o fluctuaciones en la composición sanguínea.

Función Detallada y Formación de la Vaina de Mielina

La principal función de la vaina de mielina es aumentar drásticamente la velocidad de conducción del impulso nervioso a lo largo del axón. Esto se logra mediante el aislamiento eléctrico del axón, lo que permite un tipo de conducción más rápida conocida como conducción saltatoria (el impulso nervioso»salt» entre los nodos de Ranvier, que son interrupciones en la vaina de mielina).

Como se mencionó anteriormente, esta estructura se forma por el enrollamiento concéntrico y repetido de la membrana plasmática de células gliales alrededor de los axones: las células de Schwann en el Sistema Nervioso Periférico (SNP) y los oligodendrocitos en el Sistema Nervioso Central (SNC).

Membrana Plasmática y Transporte Celular

Importancia y Funciones de la Membrana Plasmática

La membrana plasmática es una estructura fundamental para la vida celular. Su importancia radica en que:

• Permite la captación selectiva de nutrientes y metabolitos esenciales del entorno.
• Facilita la eliminación de productos de desecho metabólico.
• Participa en la secreción o excreción de sustancias sintetizadas por la célula.
• Es fundamental para el mantenimiento de la integridad celular, el recambio de componentes y la comunicación intercelular.
• Posee mecanismos de reconocimiento celular y defensa, interactuando con el entorno y otras células.

Las funciones principales de la membrana plasmática incluyen:

• Actuar como una barrera de permeabilidad selectiva, controlando el intercambio de sustancias entre el interior celular y el medio extracelular.
• Conferir individualidad a la célula, separándola físicamente de su entorno y manteniendo la homeostasis interna.
• Controlar el flujo de información entre la célula y su entorno, a través de receptores de membrana que detectan señales químicas.
• Participar en la adhesión celular y las interacciones con la matriz extracelular.

Modelo del Mosaico Fluido y Componentes de la Membrana

El modelo del mosaico fluido describe la estructura de la membrana plasmática como una bicapa lipídica (principalmente fosfolípidos) en la que están embebidas o asociadas diversas proteínas. Esta estructura no es rígida, sino dinámica y fluida, permitiendo el movimiento lateral de sus componentes lipídicos y proteicos. El término ‘mosaico’ se refiere a la diversidad de moléculas (lípidos, proteínas, carbohidratos) que la componen.

(Nota: La identificación de componentes en una figura específica no se puede realizar en este formato de texto, pero se describen sus funciones generales).

Componentes y sus Funciones:

• Fosfolípidos: Forman la estructura básica de la bicapa lipídica. Su naturaleza anfipática (cabeza hidrofílica y colas hidrofóbicas) es esencial para crear una barrera semipermeable entre el citoplasma y el exterior celular.
• Proteínas Integrales de Membrana: Atraviesan total o parcialmente la bicapa lipídica. Cumplen diversas funciones, como canales iónicos, transportadores (carriers), receptores para señales químicas, enzimas, y proteínas de adhesión celular.
• Proteínas Periféricas: Se asocian a la superficie de la membrana (interna o externa) mediante interacciones no covalentes con proteínas integrales o con los lípidos, sin penetrar la bicapa. Participan en la señalización celular, anclaje del citoesqueleto a la membrana, y como enzimas.
• Glicolípidos: Lípidos que tienen cadenas de carbohidratos unidas a ellos. Se localizan exclusivamente en la cara externa de la membrana plasmática y participan en el reconocimiento celular, la adhesión intercelular y como receptores para ciertas toxinas.
• Glicoproteínas: Proteínas que tienen cadenas de carbohidratos (oligosacáridos) unidas covalentemente. También se localizan mayoritariamente en la cara externa y son cruciales para el reconocimiento celular, la adhesión, la respuesta inmune y como receptores de membrana. El conjunto de cadenas de carbohidratos de glicolípidos y glicoproteínas forma el glicocálix.
• Colesterol: Molécula lipídica que se intercala entre los fosfolípidos de la bicapa en células animales. Modula la fluidez de la membrana: a altas temperaturas reduce la fluidez (estabiliza la membrana) y a bajas temperaturas la aumenta (evita la solidificación).

Fosfolípidos y su Naturaleza Anfipática

Los fosfolípidos son los lípidos más abundantes en las membranas celulares. Son moléculas anfipáticas, lo que significa que poseen una doble naturaleza en cuanto a su interacción con el agua: tienen una región hidrófila (polar,»amante del agu»), que corresponde a la cabeza de fosfato y el grupo unido a él, y una región hidrofóbica (apolar,»que repele el agu»), formada por las dos colas de ácidos grasos. Esta propiedad anfipática es la que les permite autoensamblarse en bicapas en un medio acuoso, con las cabezas hidrofílicas orientadas hacia el agua y las colas hidrofóbicas protegidas en el interior de la bicapa.

Ósmosis y Presión Osmótica

El agua puede desplazarse relativamente libre entre las células y el líquido extracelular, y se distribuirá a través de las membranas semipermeables hasta que las concentraciones efectivas de agua (o, inversamente, la concentración total de solutos osmóticamente activos) sean iguales a ambos lados, alcanzando un estado de equilibrio osmótico.

Definiciones:

• Ósmosis: Es el movimiento neto de moléculas de agua a través de una membrana selectivamente permeable (permeable al agua pero no a ciertos solutos), desde una región de menor concentración de solutos (y por tanto, mayor potencial hídrico o mayor concentración de agua libre) hacia una región de mayor concentración de solutos (menor potencial hídrico o menor concentración de agua libre). Es un tipo de transporte pasivo que no requiere gasto directo de energía metabólica por parte de la célula.
• Presión Osmótica: Es la presión hidrostática que se necesitaría aplicar a una solución para detener el flujo neto de agua hacia ella a través de una membrana semipermeable cuando dicha solución está separada de agua pura (o de una solución más diluida) por la membrana. Es una medida de la tendencia de una solución a captar agua por ósmosis.

Transporte Activo y Bomba Na+/K+ ATPasa

El transporte activo es el movimiento de solutos a través de una membrana celular en contra de su gradiente de concentración (es decir, desde una zona de menor concentración hacia una de mayor concentración) o en contra de un gradiente electroquímico. Este proceso requiere un gasto de energía, generalmente suministrada por la hidrólisis del ATP (transporte activo primario) o por el acoplamiento al movimiento favorable de otro soluto (transporte activo secundario).

Un ejemplo clásico de transporte activo primario es la bomba Na+/K+ ATPasa (o bomba de sodio-potasio). Esta proteína integral de membrana utiliza la energía derivada de la hidrólisis del ATP para bombear activamente iones de sodio (Na+) fuera de la célula e iones de potasio (K+) hacia el interior de la célula, ambos en contra de sus respectivos gradientes de concentración. Típicamente, bombea 3 iones Na+ hacia el exterior por cada 2 iones K+ que introduce. Esta bomba es crucial para mantener los gradientes iónicos a través de la membrana, el potencial de membrana en reposo, el volumen celular y para el funcionamiento de procesos como la excitabilidad neuronal y el transporte activo secundario de otras moléculas.

Diferencia con la Difusión Facilitada:

La principal diferencia entre el transporte activo y la difusión facilitada radica en el uso de energía metabólica y la dirección del transporte con respecto al gradiente de concentración del soluto:

• Transporte Activo:
  • Requiere un aporte directo o indirecto de energía metabólica (ej. ATP).
  • Mueve solutos en contra de su gradiente de concentración o electroquímico.
  • Es mediado por proteínas transportadoras específicas (bombas).
• Difusión Facilitada:
  • No requiere un aporte directo de energía metabólica (es un proceso pasivo).
  • Mueve solutos a favor de su gradiente de concentración o electroquímico.
  • Es mediada por proteínas de membrana específicas (canales iónicos o proteínas transportadoras/carriers).