ANATOMÍA FISIOLÓGICA DE LA SINAPSIS

FUNCIÓN DE LAS SINAPSIS NEURONALES

Todos los estudiantes de medicina saben que la información en el sistema nervioso central se transmite por una serie de neuronas, una después de otra. Sin embargo, no resulta inmediatamente evidente el hecho de que el impulso puede: a) quedar bloqueado en su transmisión de una neurona a otra; b) cambiarse de impulso único a impulsos repetitivos, o e) integrado con impulsos de otras neuronas, crear tipos muy complejos de impulsos en neuronas sucesivas. Todas estas funciones pueden clasificarse como funciones sinápticas de las neuronas.

ANATOMÍA FISIOLÓGICA DE LA SINAPSIS

La unión entre una neurona y la siguiente recibe el nombre de sinapsis. En la figura se ilustra una motoneurona típica del asta anterior de la médula espinal.

Está compuesta de tres partes principales: el soma, o sea, el cuerpo principal de la neurona; el axón, que se extiende desde el soma siguiendo el nervio esquelético periférico, y las dendritas, proyecciones delgadas de este soma en las zonas vecinas de la médula. En la superficie de las dendritas y el cuerpo de la motoneurona se encuentran en promedio unas 6 000 protuberancias pequeñas llamadas protuberancias sinápticas, aproximadamente el 80 a 90% de ellas en las dendritas. Estos botones son los extremos terminales de las fibrillas nerviosas que se originan en muchas otras neuronas, y generalmente sólo unos pocos botones derivan de cada neurona previa. Más tarde veremos que muchos de estos botones sinápticos son excitatorios y secretan una substancia que excita la neurona, mientras que otros son inhibidores y secreta n una substancia que la inhibe.

Las neuronas en otras partes de la médula y el encéfalo difieren netamente de la motoneurona en diversos aspectos: 1) las dimensiones del cuerpo celular; 2) la longitud, calibre y número de las dendritas que varían desde una longitud casi nula hasta de un metro (la fibra de un nervio sensitivo periférico); 3) la longitud y el calibre del axón, y 4) el número de botones sinápticos, que puede variar entre unos pocos y varios miles. Son estas diferencias las que hacen que las neuronas en diversas partes del sistema nervioso reaccionen diferentemente a las señales que ingresan, y, por lo tanto, lleven a cabo funciones diferentes, como se estudiará posteriormente.

Botones sinápticos. Los estudios de botones sinápticos con microscopio electrónico demuestran que tienen formas anatómicas diversas, pero la mayor parte parecen botones redondos u ovales; por lo tanto, muchas veces se llaman botones terminales, boutons, pies terminales o, simplemente, terminales presinápticas.

La figura ilustra la estructura básica del botón sináptico (terminal presináptica). Está separado del soma neuronal por una hendidura sináptica de una anchura generalmente de 200 a 300 Ångströms. El botón tiene dos estructuras internas importantes para las funciones excitadoras o inhibidoras de la sinapsis: las vesículas sinápticas y las mitocondrias. Las vesículas sinápticas contienen una substancia transmisora que, cuando se libera hacia la hendidura sináptica, excita o inhibe las neuronas -excita si la membrana neuronal contiene receptores excitativos, inhibe si contiene receptores inhibidores. Las mitocondrias proporcionan ATP, necesario para sintetizar nueva substancia transmisora. Este transmisor debe sintetizarse de manera muy rápida, porque la cantidad almacenada en las vesículas sólo basta para unos pocos segundos o minutos de actividad máxima.

Cuando se difunde un potencial de acción sobre una terminal presináptica, la despolarización de la membrana provoca el vaciamiento de un pequeño número de vesículas en la hendidura; y el transmisor liberado, a su vez, provoca un cambio inmediato en las características de permeabilidad de la membrana neuronal subsináptica, que originan excitación o inhibición de la neurona, según el tipo de substancia receptora.

Mecanismo mediante el cual el potencial de acción de las protuberancias sinápticas causa la liberación de las vesículas transmisoras. Por desgracia, sólo es posible suponer el mecanismo mediante el cual un potencial de acción determina que las vesículas liberen substancia transmisora hacia la hendidura sináptica al llegar a la protuberancia sináptica. Sin embargo, el número de vesículas vaciadas con cada potencial de acción disminuye considerablemente: a) cuando la cantidad de iones de calcio en el líquido extracelular está disminuida; b) cuando la cantidad de iones de sodio en el líquido extracelular está disminuida; e) cuando la cantidad de iones de magnesio en los líquidos extracelulares está aumentada, o d) cuando la membrana del botón sináptico ya ha sido parcialmente despolarizada antes de transmitirse el potencial de acción, de manera que el potencial de acción es más débil que de ordinario. Fundándonos en estas características, se ha sugerido que la difusión del potencial de acción sobre la membrana del botón origina que un número pequeño de iones de calcio escapen penetrando en el botón. Los iones de calcio se supone que atraen las vesículas de transmisor hacia la membrana, y simultáneamente obligan una o más de ellas a romperse, permitiendo que escape su contenido hacia la hendidura sináptica. Sea como fuere, se sabe que cada vez que un potencial de acción se desplaza hacia la hendidura sináptica, sobre la superficie de la protuberancia sináptica, unas cuantas vesículas de substancia transmisora se vacían, cuyo número depende de los factores mencionados. Después de vaciar su contenido, cada vesícula se separa en seguida de la membrana y se utiliza una y otra vez para almacenar y liberar transmisores. Una substancia transmisora que existe en diversas partes del sistema nervioso es la acetilcolina, según veremos más tarde. Se ha calculado que existen unas 3 000 moléculas de acetilcolina en cada vesícula, y que las hay en número suficiente en el botón sináptico de una neurona para transmitir aproximadamente 10 000 impulsos.

Síntesis de substancia transmisora nueva. Por fortuna, los botones sinápticos son capaces de sintetizar continuamente nueva substancia transmisora. Si no fuera por esta capacidad, la transmisión sináptica resultaría completamente ineficaz en plazo de unos pocos minutos. Se cree que la síntesis tiene lugar principalmente en el citoplasma de los botones sinápticos; luego el transmisor nuevamente sintetizado es absorbido de inmediato hacia las vesículas, y almacenado hasta que se necesita. Por lo tanto, cada vez que una vesícula vacía su contenido en la hendidura sináptica, poco después se llena de nuevo con transmisor regenerado.

La acetilcolina es sintetizada a partir de acetil-CoA y colina en presencia de colina acetiltransferasa, una enzima que se encuentra en abundancia en el citoplasma de las protuberancias sinápticas de tipo colinérgico. Cuando la acetilcolina es liberada desde el botón hacia el interior de la hendidura sináptica, rápidamente se rompe, dando acetato y colina por acción de la enzima colinesterasa, que está adherida a la superficie externa del botón. Luego la colina es transportada activamente de nuevo al interior del botón, para ser utilizada una vez más en la síntesis de nueva acetilcolina. Por tanto, las vesículas se utilizan una y otra vez, pero incluso así, tanto las vesículas como las mitocondrias que proporcionan la energía para la síntesis de transmisor acaban desintegrándose. Por fortuna, vesículas nuevas y mitocondrias son transportadas continuamente del soma celular hacia el axón y el botón sináptico, desplazándose a lo largo del axón con una velocidad de aproximadamente 10 cm al día, y rellenando las reservas en los botones.

La formación, liberación y nueva captación de noradrenalina por las terminales presinápticas del sistema simpático se estudiarán en detalle en otra entrada, en relación con las funciones del sistema nervioso autónomo.

Acción de la substancia transmisora sobre la neurona postsináptica. La membrana de la neurona postsináptica, donde toca un botón sináptico, se cree que contiene moléculas receptoras específicas que fijan la substancia transmisora. Estos receptores probablemente sean proteínas que responden al transmisor cambiando sus formas o actividades de manera que aumentan la permeabilidad de la membrana, especialmente para los iones de sodio cuando el transmisor es excitatorio, para los de potasio y de cloruro cuando el transmisor es inhibidor.

Los ribosomas y el retículo endoplásmico, los dos aumentan en el área inmediatamente por detrás de la sinapsis, según puede verse por la densidad del área postsináptica en la figura de arriba. Es posible que el grado de desarrollo de esta área receptora postsináptica aumente con la actividad de la sinapsis; por lo tanto, éste posiblemente sea un medio gracias al cual la sinapsis puede cubrir la función de memoria, según estudiaremos después.