Las sinapsis

Drs. Jorge Eduardo Duque Parra, Genaro Morales Parra, Carlos Alberto Duque Parra
Docentes de Ciencias morfofisiológicas de la Facultad de Fisioterapia – Universidad Autónoma de Manizales

Introducción

E1 estudio del sistema nervioso considera entre múltiples conexiones, aquéllas de carácter bioquímico que se median a través de sustancias elaboradas por las neuronas y que reciben la denominación de neurotransmisores’, dichas sustancias se vierten en las zonas de resquicio neuromuscular, neuroneuronal o neuroglandular, para modificar las condiciones de membrana y permitir la continuidad de los potenciales de acción (por creación de nuevos potenciales en las células subsiguientes), de la neurona hacia el órgano blanco.

La integridad de los diversos elementos de la “zona de unión funcional” o sinapsis, asegura la adecuada comunicación entre el sistema nervioso y la mayoría de los elementos restantes del organismo humano.

Las alteraciones de los elementos de las sinapsis, conllevan a la génesis de estados variables fisiológicos y patológicos somáticos, psicosomáticos o psíquicos, inconsecuentes con el estado de homeostasis.

Las moléculas que se vierten en las hendiduras sinápticas, sirven, por tanto, de transductoras para efectos elementales (como los reflejos) y en las estrategias complejas (como los de la actividad intelectual).

Antecedentes

Ya desde los tiempos de Galeno, se sabía que los nervios eran los responsables de la rápida comunicación entre el cuerpo y el cerebro; el estudio de las sinapsis nos remonta de manera indirecta a
1791, fecha en la que Luigi Galvani, descubrió en sus experimentos con ancas de ranas, que entre los eventos eléctricos y los ocurridos en los nervios, existía una relación evidente (28,37,45)’, los experimentos de Galvani se han refinado con el paso del tiempo, en nuestro siglo por ejemplo, el desarrollo del osciloscopio de rayos catódicos combinado con un amplificador potente, ha permitido medir las débiles y variables corrientes bioeléctricas de los nervios (por ende de sus axones) de manera efectiva, especialmente en el calamar, animal que presenta fibras nerviosas grandes de hasta 0.5 mm de diámetro (28).

También se han realizado extensos estudios sobre bioelectroconducción, bioelectrogénesis, sinapsis y electroplacas, estas últimas consistentes en columnas de fibras musculares especializadas a cada lado del cuerpo de las múltiples especies de peces eléctricos (37).

En 1860, Wilhelm Krause y Wilhelm Kuhne, propusieron que la corriente producida por el impulso nervioso excitaba las fibras musculares (37); treinta y siete años después, Du Bois Reymond sugirió que la transmisión nerviosa podría ser de naturaleza química o eléctrica, en el primer caso el nervio podría secretar algún agente químico excitador del músculo (9, 37).

Aunque la teoría eléctrica dominó durante mucho tiempo, como razón para fundamentar el paso de los potenciales de acción del axón al nervio, fue sólo hasta 1922 cuando atto Loewi, demostró que el nervio vago producía una sustancia, más tarde identificada como acetilcolina (37).

Posteriormente se estableció el concepto de contacto o continuidad anatómica con continuidad funcional, y se creó el nombre de sinapsis, del griego, que traduce broche, corchete o unión, propuesto por Verral, aceptado y propagado por Sir Charles Sherrington (17) en 1897, idea explicatoria del retardo en la conducción de los impulsos nerviosos (2) (varía entre 0.3 y 1 milisegundo de duración) (2, 29, 45, 46).

A partir de 1857, Claude Bernard estudió experimentalmente el efecto paralizante del curare, demostrando en sus lecciones sobre los efectos de substancias tóxicas y medicamentosas, que éste actúa sobre el sistema nervioso periférico y produce muerte por asfixia, al bloquear la acción de los nervios motores de los músculos respiratorios (11).

En 1952 Fatt y Katz demostraron la existencia de las vesículas sinápticas, organelas que acumulan, transportan y liberan neurotransmisores (9); para 1955, con el advenimiento de la microscopia electrónica (el microscopio lectrónico fue inventado por Knoll y Ruska entre 1930 y 1933, mas su comercialización se dio entre los años 1952 y 1953) De Robertis, Bennett y Palay, ampliaron el conocimiento de los “contactos” neuronales o sinapsis al esclarecer los elementos básicos de ellas: las vesículas sinápticas y los neurotransmisores (3).

Según Gray, las vesículas sinápticas redondeadas, son indicativas de actividad excitatoria y, por el contrario, las sinapsis con vesículas aplastadas son de carácter inhibitorio (1).

De acuerdo con su porcentaje existen sinapsis axodendríticas (axoespinosas), axosomáticas (axopericariónicas) aparentemente de marcada acción inhibitoria, axoaxónicas que parecen estar involucradas en la inhibición presináptica (5) y somatodendríticas. En pequeñas proporciones también se han hallado sinapsis dendrodendríticas y somasomáticas (9), son también poco comunes las abundantes sinapsis neuromusculares y neuroglandulares, estudiadas de manera tradicional aparte de las del sistema nervioso central.

Los potenciales de acción generados en una neurona, se propagan a otra o a órganos blanco como aferencias; se había creído hasta hace poco, que dichos potenciales surgían exclusivamente en el polo emisor de la célula nerviosa y que únicamente se propagaban en dirección a la célula meta, pareciendo impensable que se pudiera cambiar la dirección para volver a la dentrita; Greg Stuart combinó el método de patch clamp, con técnicas nuevas de microscopia electrónica y las aplicó al estudio de cerebros de ratas, notando que los potenciales de acción se desencadenan también “hacia atrás”, pudiéndose registrar en las dendritas (13).

Se han categorizado tres tipos de comunicaciones neuronales: bioquímicas, eléctricas y efápticas, las primeras más abundantes en el sistema nervioso periférico y central de vertebrados (8, 9).

Sinapsis Eléctricas

Las sinapsis eléctricas son comunes en invertebrados y vertebrados inferiores y han sido observadas en pocos sitios del sistema nervioso de mamíferos (54), fueron demostradas inicialmente, por Fushpan y Potter en 1959, al realizar estudios sobre fibras nerviosas del ganglio abdominal del cangrejo de río, posteriormente se demostraron en mamíferos, al menos en el núcleo mesencefálico del nervio trigémino, en el complejo vestibular del nervio vestíbulococlear y en el núcleo olivar inferior (6).

Sobre este tipo de sinapsis, en el grupo de neurociencias de la Universidad del Valle (Colombia), se informó durante el transcurso de un seminario, que realizan periódicamente en el Departamento de Morfología, la demostración en humanos de una marcada presencia de sinapsis eléctricas en estadios tempranos del desarrollo intrauterino, relación invertida para el caso de las sinapsis bioquímicas que son más numerosas en el adulto (25). Los potenciales de acción propagados en la neurona presináptica, son mínimamente atenuados en la fibra postsináptica (6, 9) Yofrecen una vía de baja resistencia entre las neuronas (54).

En las zonas de sinapsis eléctricas, las membranas celulares adyacentes, están en contacto estrecho por unidades tipo hendidura (nexus o gap junctions), entre 1.6 nm y 2 nm de separación (6, 7, 8, 9, 39). Las membranas conectan los citoplasmas vecinos a través de las bicapas lipídicas, por canales formados de seis subunidades de conexinas de varios tipos (6,7,8,24,39) permeables a iones y moléculas pequeñas, como el c AMP y pequeños péptidos (6, 7, 8, 24), que les permite actuar como vías de comunicación bioquímica intercelular (6, 8), se exceptúan ácidos nucleicos, proteínas y macromoléculas de peso molecular mayor de 1.200 dalton (8). Los conexones de este tipo de sinapsis, asumen la forma de cerrados si el pH celular disminuye (acidosis celular) o si la concentración celular de calcio se incrementa fuertemente (7, 39).

Sinapsis Bioquímicas

Existen por lo menos, dos clases de moléculas proteicas motoras fundamentales para el transporte de las organelas a lo largo de los microtúbulos; se trata de la kinesina y la dineína citoplasmáticas (4, 35, 36), esenciales en la conducción de los neurotransmisores elaborados en el pericarión y vertidos posteriormente por exocitosis en la hendidura sináptica.

El prototipo de sinapsis bioquímica es ‘la placa neuromuscular o sinapsis de la placa motora; Dale en 1934, estudiando la fisiología de la contracción muscular, demostró inicialmente, que el elemento humoral importante en la transmisión del impulso nervioso, era la acetilcolina (26), también abundante en el sistema nervioso central y en el sistema nervioso autónomo,

Las sinapsis bioquímicas, incluyen por lo menos tres componentes:

1. La terminación presináptica:
Contiene vesículas de 50 nm de diámetro (7), con cerca de 10.000 a 20.000 moléculas de acetilcolina cada una (7,9, 15), aunque las estimaciones varían entre 1.000 y 5.000, se ha calculado que una sola terminación nerviosa motora contiene 300.000 ó más vesículas (29, 39).

2. La hendidura sináptica:
Oscila entre 10 nm y 40 nm de espesor, es la región de difusión del neurotransmisor (39, 45, 46).

3. La membrana postsináptica:
En el caso de la unión neuromuscular, se trata del sarcolema, membrana con receptores para la acetilcolina (7), que a la llegada del potencial de acción se asocia con la liberación de entre 100 y 300 vesículas del neurotransmisor en la membrana presináptica (15, 45). La cantidad determinada de acetilcolina en cada vesícula se denomina quantum y cada uno de ellos, permite la apertura de más de 2.000 canales para el sodio y el potasio, en una área aproximada de 1 micrómetro cuadrado (39).

En el mecanismo de liberación del neurotransmisor, las sinapsinas juegan un papel importante, ya que la ligazón entre las vesículas sinápticas y el citoesqueleto (4, 5); su nombre genérico es dado a la familia de las fosfoproteínas neuronales, asociadas con vesículas sinápticas claras y pequeñas (5).

La sinapsina 1 adhiere las vesículas al citoesqueleto de la terminación presináptica; las proteínas kinasas 11 (dependientes de calcio y calmodulina o proteína fijadora de calcio de peso molecular de 16.700 y de similar estructura a la de la troponina C, a la que el calcio se une en una proporción de 4 mol de calcio por cada mol de proteína), se encuentran estrechamente asociadas con las membranas de las vesículas sinápticas (5, 9, 39), al asociarse con la sinapsina 1, proveen mecanismos de desfosforilación, con la consecuente liberación de las vesículas con el neurotransmisor, del anclaje citoesquelético, que por exocitosis se fusionan con la membrana celular (4,9,51). Existen, además de las proteínas en mención, una clase de proteínas casi únicas, asociadas a las vesículas sinápticas, tipificadas como sinaptofisina y sinaptobrevina (4).

La activación sináptica conduce a la inhibición o excitación de la célula siguiente, actuando como válvulas que pueden ser modificadas así, la acetilcolina es responsable de la transmisión neuromuscular; cuando el potencial de acción alcanza el terminal nervioso, se activan canales de calcio para el ingreso a favor de su gradiente electroquímico, facilitando la exocitosis de vesículas hacia el espacio intersináptico (15, 39). Se extrae que una característica definitoria de neuronas con sinapsis bioquímica es la presencia de vesículas secretoras, las cuales vierten su contenido en repuesta al influjo de calcio hacia la terminal nerviosa presináptica (4).

La acetilcolina se sintetiza en condiciones aeróbicas y anaeróbicas, corrientemente de la acetilcoenzima A y colina por acción de la colinacetiltransferasa, el primer metabolito se sintetiza en las mitocondrias (16, 17, 39, 44), el último procede de los fosfolípidos ingeridos con la alimentación que atraviesan la barrera hematoencefálica, gracias a un sistema transportador que facilita su difusión.

La colina se origina intrasinápticamente a partir de la hidrólisis de acetilcolina o de la colina almacenada en la membrana neuronal en forma de fosfatidilcolina; cuando se necesita en grandes cantidades y la colina no llega en cantidad suficiente, la neurona la consigue por “autocanibalismo” a partir de sus propias membranas (21). Al liberarse la acetilcolina en la hendidura, su acción finaliza con gran parte de la hidrólisis de la acetilcolina a colina y ácido acético, por la acción de la acetilcolinesterasa del espacio intersináptico, en un breve tiempo comprendido entre 1 y 3 milisegundos; parte de la colina se recapta en el terminal (7, 15, 16, 27, 29, 39).

Algunas sustancias actúan sobre los diversos elementos sinápticos, modificando las condiciones naturales de ellas, entre éstos el carbacol y la pilocarpina son utilizados terapéuticamente para estimular
el sistema nervioso parasimpático, debido a que su inactivación directa por la acetilcolinesterasa es más lenta que la de la acetilcolina (39).

En el mecanismo de acción postsináptico, se da un cambio en el receptor, consistente en la apertura de un poro acuoso, que permite el paso de iones, cambio de conformación dado en el receptor que inicia una reacción en cadena, en la que intervienen uno o varios segundos mensajeros como las proteínas G, cAMP o el calcio; estos segundos mensajeros modifican las propiedades electrofisiológicas modulando la actividad de los canales iónicos de la membrana (6, 11). El calcio extracelular constituye un requisito indispensable para la liberación de acetilcolina por el terminal nervioso (9).

Además de su acción en las uniones neuromusculares, probablemente la acetilcolina y el GABA o ácido gammaaminobutírico, modulen la motilidad de las células pilosas externas del oído interno, como protección a lesiones sonoras o para mejorar la captación de señales auditivas (17, 23).

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