NEUROCIENCIA NEUROCIENCIA Introducción a la Aspectos básicos Por: Cecilia Mel ©

ÍNDICE Neuroanatomía Neuronas y Neuroglía Excitabilidad neuronal Sinapsis química y eléctrica Neurotransmisores Receptores Sistemas neuronales Neurodesarrollo Corteza Cerebral (Neocortex) Sistema Límbico Neuroendocrinología Ácidos Nucleicos y genética Exámenes Complementarios

Estudio del cerebro y del funcionamiento neuronal NEUROCIENCIA Estudio del cerebro y del funcionamiento neuronal Comprender el funcionamiento del cerebro y la neurotransmisión química “normales” para comprender anomalías neurobiológicas causantes de trastornos psiquiátricos Uso de fármacos como herramientas para comprender funcionamientos normales (interacción selectiva con enzimas y receptores)

SN Autónomo o Vegetativo NEUROANATOMÍA Sistema Nervioso SN Central Cráneo Cerebro Cerebelo Médula espinal Columna vertebral SN Periférico SN Motor SN Autónomo o Vegetativo SN Parasimpático SN Simpático Encéfalo Neuroanatomía: Subdivisión de las partes visibles del Sistema Nervioso (SN) y sus órganos

Sistema Nervioso Central Tejidos nerviosos con protección ósea Control y regulación de todas las actividades corporales Cerebro Telencéfalo (hemisferios) Diencéfalo (zona profunda) Cerebelo Tronco o tallo raquídeo Columna Vertebral Médula espinal

CEREBRO Conformado por -Sustancia gris: corteza cerebral agrupamiento de cuerpos celulares (somas) -Sustancia blanca: interior conjunto de axones Conformado por

CEREBRO Cráneo: capa ósea cobertora Meninges: sucesión de membranas conectivas sobre las que descansan venas y arterias. De adentro hacia afuera son: 1.duramadre, 2.aracnoidea, 3.piamadre

CEREBRO Hemisferios: izquierdo y derecho Cuerpo calloso: fibras nerviosas que conectan ambos hemisferios Cuerpo calloso

CEREBRO Cisuras, pliegues o circunvoluciones: surcos de la corteza que dividen el cerebro en regiones. 1. lateral o de Silvio, 2. central o de Rolando, 3. parietooccipital

CEREBRO Lóbulos: regiones anatómicas. Son: 1. frontal, 2. temporal, Cisura de Rolando o central Lóbulos: regiones anatómicas. Son: 1. frontal, 2. temporal, 3. occipital, 4. parietal, 5. central o de la ínsula (en la profundidad de la cisura de Silvio), 6. límbico (en discusión) Cisura parietooccipital Cisura de Silvio o lateral

CEREBRO Ganglios de la base: núcleos o agrupaciones neuronales subcorticales de sustancia gris, en la profundidad del cerebro 1.núcleo caudado 2. Putamen 3. Globo pálido 4. Núcleo subtalámico 5. Sustancia negra Cuerpo estriado

CEREBRO Líquido céfalorraquídeo (LCR): líquido que circula por las meninges, el sistema ventricular y la médula espinal. Protege y sostiene el cerebro. Es producido por los plexos coroideos. Sistema ventricular: lugar por el cual circula el LCR. Partes: 1.ventrículos laterales (uno por hemisferio) 2.Tercer ventrículo (en el diencéfalo) 3.Cuarto ventrículo Unidos por el Acueducto de Silvio

Cerebro: DIENCÉFALO Zona más profunda, interna del encéfalo Estructura alrededor del tálamo, que actúa como pared de los ventrículos Tálamo: región conectora. Estación de relevo de transmisión de información entre la corteza y el resto del cerebro Hipotálamo: glándula endócrina, centro del SN autónomo Hipófisis o glándula pituitaria: glándula controladora de otras glándulas, conectada al hipotálamo Amígdala Hipocampo

CEREBELO Formado por sustancia gris y sustancia blanca Cerebro Formado por sustancia gris y sustancia blanca Conectado al cerebro por la médula espinal Controla movimientos corporales y postura, asociado al oído (equilibrio)

TRONCO CEREBRAL Mesencéfalo: Región superior Protuberancia: región media Bulbo raquídeo: región inferior

MÉDULA ESPINAL Transmite información del cerebro al resto del cuerpo y viceversa Conformado por Conecta con el SN Periférico: Nervios: torácicos, cervicales, dorsales, lumbares, sacros coxígeos Sustancia blanca: externa Sustancia gris: interna

Sistema nervioso Periférico Conjunto de nervios y ganglios nerviosos. Nervios: haces de fibras nerviosas que se encuentran fuera del neuroeje. Ganglios: agrupaciones de células nerviosas intercaladas a lo largo del recorrido de los nervios o en sus raíces Sin protección ósea Responde a los mandos del SNC SN Motor Nervios que llegan a los músculos estriados o voluntarios. Control consciente sobre acciones Neuronas autónomas o somáticas SN Autónomo o vegetativo Control de glándulas y músculos lisos o no voluntarios SNA Simpático: gasta energía. Actúa en situaciones de estrés o emergencia SNA Parasimpático: conserva y resguarda energía

SNP MOTOR Complejo de nervios con conexiones a músculos voluntarios

SNA SIMPÁTICO Actúa en situaciones de estrés, emergencia o ejercicio físico Implica gastos de energía Acciones: Dilatación de pupilas Erizamiento del cabello Aceleración del ritmo cardíaco Secreción de adrenalina y noradrenalina Inyecta más azúcar en sangre Aumenta la presión arterial

SNA PARASIMPÁTICO Complejo entramado de fibras nerviosas y ganglios que llegan a todos los órganos que funcionan de forma independiente de la voluntad No todos los impulsos llegan al cerebro, muchos son recibidos y enviados desde la médula espinal Actúa en situaciones de conservación o resguardo de las funciones vitales corporales Acciones: Disminución de la frecuencia cardíaca y respiratoria Mayor actividad gastrointestinal Defecación y producción de orina Regeneración del cuerpo durante el sueño

NEURONA Célula específica del sistema nervioso, caracterizada por la alta excitabilidad de sus membranas Especializadas en la recepción y transducción de mensajes electroquímicos = sinapsis La mayoría de ellas no realiza mitosis (división celular)

NEURONA Soma o cuerpo celular: contiene organelas y ADN, sostenidas dentro del citoplasma (citoesqueleto). Centro trófico de alimentación celular. Recibe el contacto sináptico desde otras neuronas Dentritas: extensiones tubulares múltiples, estructuras primarias de recepción sináptica. Con muchos microtúbulos para movilización de vesículas Axón: extensión tubular del soma para circulación del impulso eléctrico a la terminal. Puede ramificarse para llegar a otras células. Terminal sináptico: área de contacto funcional entre células. Estructura altamente especializada.

Neurona: SOMA Organelas: Núcleo: contiene material genético (ADN) dentro de una membrana semipermeable Ribosomas: síntesis (fabricación) de proteínas Retículo endoplasmático rugoso (RER): ayuda en la síntesis de proteínas Mitocrondrias: respiración celular y fabricación de ATP (energía) Lisosomas: degradación molecular Aparato de Golgi: moldea estructuras proteicas Membrana plasmática: cubierta de bicapa fosfolipídica semipermeable que delimita a la neurona Citoplasma: zona entre membrana plasmática y membrana nuclear. Citoesqueleto: red de mircrotúbulos de sostén y soporte que transporta organelas y vesículas, partiendo del citoplasma hacia las dentritas

Neurona: AXÓN Mielina: lipoproteína de bicapa fosfolípida en vainas alrededor de los axones, aislante del impulso nervioso, que hace que éste viaje por saltos, acelerando el mensaje Nodo o nódulo de Ranvier: interrupción a intervalos reglares en las vainas de mielina. Zona no mielinizada del axón que facilita el transporte saltatorio del impulso nervioso Célula de Schwann: células gliares periféricas que acompañan el axón neuronal. Producen mielina

NEURONA

Neurona: SINAPSIS Química Axodendítrica: entre axón y dendritas CONEXIÓN SINÁPTICA TIPO DE SINAPSIS Química Eléctrica Mixta Sinapsis neuromusculares: unión con placa neuromuscular: zona de contacto entre una neurona y una célula del músculo Axodendítrica: entre axón y dendritas Axosomática: entre axón y soma Axoaxónica: entre axones Dendrodendrítica: entre dendritas

NEURONA BIPOLAR MULTIPOLAR UNIPOLAR o monopolar En la retina, células auditivas y de equilibrio Poseen un cuerpo celular alargado y de un extremo parte una dendrita y del otro el axón Tienen una gran cantidad de dendritas que nacen del cuerpo celular. Mayoria de las neuronas Tienen sólo una prolongación que se bifurca y se comporta funcionalmente como un axón salvo en sus extremos ramificados

NEUROGLÍA O GLÍA 90% de la glía 10% de la glía Células cuya función es de sostén, nutrición o mantenimiento de un ambiente estable para las neuronas (=homeostasis) Representan el 40% del SNC MACROGLÍA MICROGLÍA ÉPÉNDIMO 90% de la glía Mantiene homeostasis o equilibrio para funcionamiento celular Oligodendrocitos: fabrican mielina Astrocitos: células que nutren y mantienen espacio extracelular. Aislantes eléctricos 10% de la glía Célulasde reserva que se encuentran en estado de reposo, que se activan en momentos de daño, muerte celular, trauma, etc. Producen LCR en el plexo coroide subaracnoideo COROIDEAS Absorben LCR

NERVIOS PERIFÉRICOS Salen del cráneo y la columna provenientes del SNC Partes: Axón (fibra nerviosa neuronal) Células de Schwann (producen mielina) Tejido conectivo o de sostén

Botón o terminal sináptico Tejido conectivo o de sostén Eléctrica Sistema Nervioso Nervios periféricos Células Glías Macroglía Microglía Epéndimo y coroideas Tipos partes Partes Sinapsis Soma Dentrita Axón Botón o terminal sináptico Tejido conectivo o de sostén Eléctrica Química Axón Neuronas Célula de Schwann Según función: piramidales, horizontales o de Cajal, estrelladas o granulosas, de Marinotti

SINAPSIS QUÍMICA Elementos: -Terminal presináptico: independencia funcional y metabólica del soma -Espacio sináptico: zona extracelular mediadora entre neuronas -Membrana postsináptica: localización de receptor -Neurotransmisor (NT): mensaje químico

Sinapsis Química La membrana celular es una bicapa fosfolipídica bipolar semipermeable: con su parte externa e interna hidrófila (afín al agua) y el espacio intermedio hidrofóbica (repele el agua) Está atravesada por diferentes estructuras proteicas que la hacen semipermeable, es decir, dejan entrar o salir de la neurona al medio extracelular iones y sustancias: Canal o poro: estructura transmembrana que permite la difusión pasiva (sin desgaste de energía ATP) de iones de un lado a otro de la membrana Bomba: estructura que ingresa y saca moléculas e iones que van contra el gradiente de concentración y gradiente eléctrico. Utilizan energía (ATP) para el transporte de iones Líquido extracelular es positivo: predomino de anión sodio (Na+) Citoplasma y membrana celular negativos: pero predomino de anión potasio (K+)

Sinapsis Química

Sinapsis Química Potencial de membrana en reposo (PMR): Situación por diferencia de carga eléctrica extra-intra celular Es negativo: -70mV (membrana e interior neuronal negativo) Canales dejan entrar Na+ (hay más afuera) y dejan salir K+ (hay más adentro), a favor del gradiente de concentración, sin gasto de energía Bombas K+/Na+ saca 3Na+ y entra 2K+, manteniendo carga eléctrica interna negativa. Gasta energía. Va contra el gradiente de concentración

Sinapsis Química Situación de excitación por impulso eléctrico Estímulo despolarizdor: Llega un neurotransmisor (NT) y se acopla con su receptor (R) correspondiente. El NT es envuelto en una vesícula. El NT provoca la entrada de iones positivos (aniones) del medio extracelular. La membrana y citoplasma van aumentando su carga eléctrica, acercándose a 0mV

Sinapsis Química Potencial umbral de membrana: -35mV Potencial de acción (PA): Pasado el umbral, se abren masivamente canales voltaje-dependientes en la membrana, que dejan entrar muchos aniones (iones de carga eléctrica positiva) la célula pasa a +30mV, y su carga se propaga por toda la neurona, hasta llegar al terminal, donde acaba el impulso Llega un momento en que no se abren más canales

Sinapsis Química Cuando llega el PA al terminal sináptico, se abren canales voltaico-dependientes de calcio (Ca++) que dejan entrar esos aniones del medio extracelular, para facilitar el transporte de la vesícula con el NT hacia el espacio sináptico (exocitosis)

Sinapsis Química Repolarización: Las bombas están continuamente trabajando para mantener la membrana negativa. La neurona finalmente vuelva a -70mV Período refractario: Pico en el cual las bombas logran repolarizar la neurona (-70mV)

Sinapsis Química Inhibición neuronal o hiperpolarización: La llegada de un NT indica que la neurona debe cancelar su actividad (inhibirse), y vuelca su carga eléctrica más hacia su polo, es decir, se hace más negativa -90mV

SINAPSIS QUÍMICA SINAPSIS ELÉCTRICA Necesidad de brecha sináptica Mediación de un NT Lo más frecuente Gran complejidad Unidireccional: la reacción ocurre en una dirección única, del soma al botón sináptico Retardo: demora en tiempo de viaje del NT Fatiga: por agotamiento de vesículas Suma: efecto de un impulso nervioso puede agregarse a otro a nivel de la membrana sináptica. -espacial: varias neuronas originando el estímulo -temporal: varios impulsos actuando al mismo tiempo Inhibición: puede detenerse el mensaje por acción de otro NT inhibitorio Sensibilidad: alteración de la actividad normal del NT por moduladores (reguladores químicos), hipoxia (falta de oxígeno) y drogas Fenómenos de: -Convergencia: muchas neuronas estimulando una misma neurona -Divergencia: una neurona estimulando a muchas otras Contacto directo entre neuronas, sin brecha sináptica Sin mediación de NT Poco frecuente, sólo en lugares donde se necesite gran velocidad de regulación (ej.: ojos, corazón) Menor complejidad Bidireccional: puede ir del soma al terminal sináptico y viceversa Sin retardo, no interviene un NT, mensaje eléctrico directo Sin fatiga: no utiliza vesículas porque no media un NT Sin sensibilidad a agentes químicos Más que nada en mamíferos

NEUROTRANSMISORES (químicos) Sustancia química sintentizada en la neurona, liberada de la misma por un impulso eléctrico (PA), que actúa sobre otras neuronas o tejidos para alterar sus propiedades electroquímicas

Neutotransmisores: CLASIFICACIÓN (moléculas grandes) inhibitorio Encefalina Endorfina excitatorio ACTH GH catecolaminas indolamina

Neurotransmisores: SÍNTESIS Según la naturaleza del NT: -pequeñas: en terminaciones axonales -grandes (péptidos): en soma neuronal a partir de una molécula precursora (proteína) Recaptura del NT en el espacio sináptico

Neurotransmisores: ALMACENAMIENTO en vesículas: compartimiento funcional estable que protege al NT de la degradación por enzimas libres en el citoplasma. Facilitan su transporte a lo largo de la neurona hasta su exocitosis final. Expuesto a la degradación enzimática en el medio extracelular

Neurotransmisores: LIBERACIÓN La llegada de un PA abre canales voltaico-dependientes que permiten la entrada de Ca++, que facilitarán el movimiento de las vesículas con NT para su exocitosis al espacio sináptico

Neurotransmisores: DESTINO Interacción con un R específico en la neurona postsináptica Inactivación por una enzima especializada (MAO o COMT) Degradación enzimática o disolución por difusión en el medio extracelular Recaptación por bomba específica (autorreceptores) de la neurona presináptica

Neurotransmisores: DIMENSIONES ESPACIO TIEMPO FUNCIÓN Procesos moleculares y celulares que activan impulsos eléctricos, que se transforman en señales químicas, por acoplamiento excitación-excreción SN anatómicamente concebido: como red de hilos conectados entre sí (sinapsis) SN químicamente concebido: el NT puede llegar lejos por difusión Señales breves (aminoácidos excitatorios e inhibitorios) Señales largas (aminas y neuropéptidos)

Neurotransmisores: CO-LOCALIZACIÓN Existen múltiples NT en una misma neurona listos a ser secretados Se plantea la coexistencia de distintos NT en una misma vesícula

presináptica postsináptica

RECEPTORES Estructuras proteicas de gran peso molecular (macromoléculas) ensambladas entre sí que reconocen con gran especificidad un NT dado, y que luego de su acople realizan un efecto biológico determinado Complejo de subunidades de naturaleza proteica. Se necesita que cada subunidad se active para que el R funcione correctamente

Receptores Localización: -postsináptica: la más importante -presináptica: autorreceptores Recambio: -síntesis: traducción de material genético (ADN) en el citoplasma somática, que determina las proteínas necesarias a ser sintetizadas, y de allí transportado a la membrana -destrucción: por endocitosis y degradación enzimática de las cadenas proteicas

Receptores: UBICACIÓN Transmembrana: estructuras proteicas que atraviesan de un lado a otro la membrana neuronal Estructura -zona extracelular: afinidad. Polo activo de unión con el NT y reguladores -zona transmembrana -zona intracelular: actividad. Función de anclaje. Cumple el efecto biológico

Receptores Transducción o traducción: mecanismo por el cual un R produce un efecto biológico determinado a través de la modificación de permeabilidad de la membrana postsináprica Superfamilias: clasificación de los R según su mecanismo de transduccción: -ionotrópicos -metabotrópicos

Receptores IONOTRÓPICOS Son en sí mismos o tienen asociados canales de permeabilidad iónica Producen un cambio directo-inmediato en la permeabilidad de la membrana al acoplarse con el NT

Receptores METABOTRÓPICOS Llegada del NT y acoplamiento con el R METABOTRÓPICOS Asociados a cambios químicos intracelulares, mediados por un sistema de segundos mensajeros El acople de un NT al R produce una reubicación espacial de las cadenas proteicas. Se activa la molécula (proteína) G pegada al R. Ella activa por fosforilación (con fósforo: P) un proteína kinasa, que a su vez fosforila a otras proteínas kinasas, que finalmente producirán un cambio en la permeabilidad de la membrana Segundos mensajeros: sustancias fabricadas en la célula, que por la activación de un R por acción de un NT, median en un efecto biológico a través de la activación de distintas cascadas metabólicas o canales iónicos de la membrana Sistema de segundos mensajeros -nucleótidos cíclicos -calcio/calmodulina -fosfolípidos derivados del fosfatidilinositol

Receptores Moduladores o Modificadores: sustancias químicas endógenas capaces de acoplarse a un determinado R por tener una estructura similar al NT correspondiente -Agonista: puede desencadenar un efecto biológico -agonista parcial: se fija al R pero con menor intensidad de efecto que el agonista o el NT -agonista inverso: puede desencadenar efecto biológico diferente al NT original -Antagonista: no desarrolla efectos biológicos. Inhibe el efecto biológico al desplazar al NT e impedir su unión con el R. Los hay reversibles e irreversibles.

RECEPTORES: CLASIFICACIÓN x NT asociado del que se deriva el nombre del R x localización x estructura bioquímica x origen genético etc Son en sí mismos o tienen asociados canales de permeabilidad de iones Producen cambios químicos intracelulares con mediación de segundos mensajeros SUPERFAMILIAS x funcionamiento Inonotrópicos Metabotrópicos x tipo y subtipo Según efecto biológico que desencadene

SISTEMAS NEURONALES Estructuras de sustancia gris (cuerpos neuronales) del SNC que realizan sus funciones a través de la liberación de un NT específico La comunicación del mensaje químico es a través de vías o haces axonales, que agrupadas en distintos conjuntos, determinan los Sistemas Neuronales Se los denomina según el NT que transportan

SISTEMA NEURONAL DOPAMINÉRGICO NT: dopamina Localización: en región profunda del cerebro Sistema hipotalámico Sistema mesencefálico: a) vía nigroestriada, b) vía mesocorticoímbica Función: 1.control de hormonas (hipófisis e hipotálamo) ej: inhibe prolactina 2.Control de movimientos extrapiramidales (involuntarios) Usos farmacológicos: 1. Antipsicóticos inhiben NT (dopamina) para producir más prolactina 2.Mal de Parkinson por falta de dopamina 3.Esquizofrenia por exceso de dopamina

SISTEMA NEURONAL COLINÉRGICO NT: acetilcolina Localización: amplia difusión en SNC (en células aisladas o pequeños grupos, o en núcleos), SNP y SNA parasimpático Función: 1.SNC: cognición y funciones mentales superiores (memoria, reconocimiento, lenguaje, etc.) 2.SNC: regulación de movimientos extrapiramidales 3.SNP parasimpático: regulación de movimientos involuntarios 4. SNP: regulación de movimientos voluntarios por unión con placa neuromuscular Usos farmacológicos: Mal de Alzheimer tratado con agonistas colinérgicos

SISTEMA NEURONAL NORADRINÉRGICO NT: noradrenalina y adrenalina (son hormonas) Localización: amplia distribución en SNC y SNP Función: regulación del SN Simpático (situaciones de alerta, estrés, ritmo sueño-vigilia, etc.) Usos farmacológico: antidepresivos inhibitorios del NT

SISTEMA NEURONAL SEROTONINÉRGICO NT: serotonina Localización: 1.SNPeriférico: cerca del área digestiva 2.SNC: en núcleo del rafe, región profunda hacia el tálamo e hipotálamo, y tallo encefálico Función: SNPerif.: saciedad y apetito SNC: regulación de hormonas hipofisiarias, ritmos biológicos Usos farmacológicos: Influencia en funcionamiento de drogas alucinógenas (LSD) Inhibitorios del NT (serotonina) como antidepresivos Tratamiento de autismo

METABOLISMO ENERGÉTICO CELULAR Glucosa: sustrato energético obligatorio para el cerebro Astrocitos captan glucosa para el metabolismo y el almacenamiento Glucólisis: conjunto de reacciones metabólicas que transforman la glucosa en lactato y piruvato. La glucosa restante se almacena como glucógeno Glucogenólisis: destrucción de glucógeno de reserva para su uso Actividad regulada por astrocitos a través de sistemas de NT específicos (VIP y noradrenalina) por estimulación de glucogenólisis

Metabolismo energético celular Piruvato y lactato: participan del ciclo de Krebs: -proceso bioquímico en mitocondria para producir ATP (energía celular) -requiere glucosa como materia prima -desecha H2O y CO2 como residuo Sistema del VIP: -actúa a nivel intracortical -regula nivel de glucosa a nivel local (cortical) Sistema de noradrenalina: -actúa nivel profundo del cerebro -regula homeostasis energético a modo general

NEURODESARROLLO Procesos de cambio de la morfología cerebral desde la concepción hasta la vejez Desarrollo normal: especificidad + plasticidad Tres aspectos: Desarrollo a nivel neuronal Desarrollo a nivel anatómico Desarrollo a nivel químico

Desarrollo neuronal: 1. NEUROGÉNESIS Concepción del embrión por unión de gametos femenino (óvulo) y masculino (espermatozoide) Nacimiento y diferenciación celular organizada y progresiva del tejido nervioso de la glía y neuronas Neuroblastos: célula madre del ectodermo, ya hecho tubo neural, de la que se generan otras células Se sigue un patrón ordenado de desarrollo Crecimiento de adentro hacia afuera (células que migran del centro a zonas periféricas) Crecimiento de células grandes antes que las pequeñas Sí hay neurogénesis en adultos, generalmente de la glía, por reserva de neuroblastos en región del hipocampo, cortical parietal y cortical prefrontal, pero sólo en casos determinados

Desarrollo neuronal: 2. MIGRACIÓN Momento en que células ventriculares (centrales) toman posición final en zona cortical o subcortical Distribución de dentro hacia afuera Etapas: -sin guía aparente -con guía radial: por células de la glía y por disposición columnar cortical

Desarrollo neuronal: 3. CONECTIVIDAD Proceso por el que los axones alcanzan sus célula blanco (postsináptica), generando nuevas conexiones Evento temprano, incluso antes de la migración Proceso de superproducción de axones y conexiones y posterior remodelación y eliminación para optimización del funcionamiento Remodelación depende de factores tróficos (BDNF, NG)

Desarrollo neuronal: 4. MIELINIZACIÓN Células se cubren con mielina para su buen funcionamiento, producida por oligodendrocitos Aumenta el peso cerebral Inicio en intraútero hasta los 20 años, aprox. Determinado por factores genéticos y ambientales

Cobertura de mielina por oligodendrocitos Desarrollo Neuronal 1. Neurogénesis Neuroblastos Nacimiento y diferenciación organizada y progresiva de glía y neuronas 2. Migración Etapas: 1.Sin guía y 2. con guía Momento de ubicación final de las células 3. Conectividad Axones alcanzan células postisinápticas Superproducción, remodelación y eliminación 4. Mielinización Cobertura de mielina por oligodendrocitos

Desarrollo Neuroanatómico: Estructuras neurocerebrales 1. Gestación Por unión de gametos femenino y masculino. Momento primero en que el embrión es sólo una célula, de la que derivarán las demás Por división celular, la célula se multiplica en una masa de células

Desarrollo neuroanatómico 2. Gastrulación 2.1. La masa celular se convierte en un disco trilaminar: 2.1.1Ectodermo: será el tejido nervioso y la piel 2.1.2.Mesodermo: será el SNP (esqueleto y músculos) 2.1.3.Endodermo: serán las vísceras

Desarrollo neuroanatómico 2. Gastrulación 2.2 El disco trilaminar comienza a plegarse sobre sí mismo, hasta formar el embrión -Este plegamiento produce cavitaciones, lo que explica la presencia de líquido y cavidades en el interior del cuerpo 2.2.1.Placa o plato neural 2.2.2. Surco neural 2.2.3. Tubo neural

Desarrollo neuroanatómico 2.2.2 Tubo neural Desarrollo particular para órganos Se van formando vesículas: explica el sistema ventricular Diferenciación: -Prosencéfalo: será el telencéfalo (2 vesículas ópticas y 2 telencefálicas o hemisferios) y el diencéfalo (tálamo e hipotálamo) -Mesencéfalo: será el mesencéfalo (tronco cerebral) y acueducto -Rombrencéfalo: será el cerebelo y la médula espinal -En el medio queda el cuarto ventrículo

GASTRULACIÓN: TUBO NEURAL Cuarto ventrículo

-Ectodermo: tejido nervioso y piel 1. Gestación Unión de gametos femenino y masculino Una sola célula Gastrulación 2. Diferenciación en disco trilaminar -Ectodermo: tejido nervioso y piel -Mesodermo: esqueleto y músculos (SNP) -Endodermo: vísceras Plegamiento del disco 1. Placa Neural 2. Surco Neural 3. Tubo Neural -Vesículas primarias -Prosencéfalo -Mesencéfalo -Rombencéfalo

Desarrollo Neuroquímico Plasticidad fenotípica: capacidad de las células del SNC de alterar su sistema de NT y R de las respuestas conductuales de acuerdo a estímulos ambientales Los patrones de conectividad neuronal son ajustados de manera dinámica por las experiencias Esto permite el trabajo psicológico-psiquiátrico Depende de: genética (especificidad) y del ambiente En adultos, por modificación de conectividad sináptica (inf. del glutamato) Período sensible o período crítico: momento específico del neurodesarrollo en el que se necesitan determinados estímulos externos para desarrollar ciertas conexiones

Desarrollo normal Especificidad (factor genético, influencia interna de la célula) + Plasticidad (influencia externa de la célula) Hay cierta predictibilidad en el patrón de desarrollo

Desarrollo normal El 50% de las malformaciones congénitas afectan al SNC Causas: -genéticas: ej. Síndrome de Down (deficiencia de enzima que metaboliza la fenilalamina) -nutricionales: marasmo -hormonales: ej. hipotiroidismo, cretinismo

Desarrollo normal ENVEJECIMIENTO En la edad avanzada, el cerebro disminuye su peso por pérdida de neuronas y de células glía Aumento del tamaño ventricular Calcificación de las meninges Acumulación de pigmentos Muerte y atrofia de células

CORTEZA CEREBRAL Formado por sustancia gris (cuerpos neuronales) Lámina delgada y plegada sobre sí misma, lo que permite mayor capacidad de almacenamiento y procesamiento de información en una superficie mínima Organización del Neocortex: división funcional del cerebro 1. Cerebro límbico -funciones básicas e instintivas 2. Cerebro paralímbico -función de valoración de estímulos 3. Cerebro intelectual o noético -funciones inteletuales

Corteza Cerebral: Cerebro límbico El más antiguo Estructuras corticales (anillo de Brocca: gyrus cinguli e hipocampo) y subcorticales (estructuras basales: amígdala, hipotálamo, fundus striati) Donde reside la personalidad Regula aspectos instintivos y biológicos Regula homeostasis del medio interno Elabora emociones Regula la memoria

Corteza cerebral: cerebro paralímbico -Estructura cortical orbitaria anterior (base del lóbulo frontal -Estructura cortical temporal baso latero polar Valoración de los estímulos recibidos Esfera valorativa o pragmática de la personalidad

Corteza cerebral: cerebro intelectual o noético En Neocortex Dorsal (concavidad cortical) Función intelectual por: -percepción y procesamiento de los sentidos -reconocimiento de las sensaciones (gnosia) -ejecución de los movimientos con fin práctico (praxia) -pensamiento abstracto (proyexión de planes a futuro, lógica, hipótesis, lenguaje, etc.)

Corteza cerebral Áreas de integración: área de la corteza temporal-parietal que recibe información de dos o más sentidos Dominancia cerebral: comunicación entre hemisferios por la corteza y por el cuerpo calloso -algunas funciones cerebrales están más desarrolladas en un hemisferio que en el otro -hemisferio izquierdo: pensamiento lineal (lenguaje, matemáticas, lógica, escritura) -hemisferio derecho: pensamiento holístico (artes, fantasía, percepción, expresión emocional, creatividad)

Corteza cerebral: ALLOCORTEX Junto con el lóbulo límbico, representa el 5% de la corteza Parte más “antigua” del cerebro Estructuras: 1. Aquicortex: hipocampo (instintos y memoria) 2. Paleocortex: corteza olfatoria y piriforme 3. Mesocortex: gyrus cinguli (instintos)

Corteza cerebral: NEOCORTEX Representa el 95% de la corteza cerebral Parte más “nueva” del cerebro Organización por seis láminas horizontales y paralelas a la superficie cortical -se distinguen por: cantidad de conexiones dendríticas y de terminales sinápticas; por el tamaño del soma de las neuronas; por la profundidad de ubicación del soma -permite trabajo por unidades funcionales verticales por medio de: 1. fibras de asociación: recibe fibras de la corteza y el tálamo; 2. fibras de proyección: emite fibras al resto del cerebro -cada lámina se encarga de un trabajo: 1. capas receptivas: láminas I a IV reciben información 2. capas emisoras: láminas V a VI reciben y emiten información Hay diferentes tipo de neuronas según la función que cumplan: piramidales, horizontales o de Cajal, estrelladas o granulosas, de Marinotti

Corteza cerebral: Neocortex 2 sectores divididos por la Cisura de Rolando, con funciones diferentes: Neocortex Dorsal Posterior -área postrrolándica -función: gnosia: percepción y reconocimiento del mundo -áreas sensoriales primaria y secundaria *lóbulo temporal: sentido auditivo (ubicación espacial y sonidos) *lóbulo temporal: somatoestecia (sensaciones) *lóbulo occipital: sentido de la visión Agnosia: lesión cerebral que dificulta la percepción y reconocimiento, estando el órgano sin daño

Corteza cerebral: Neocortex 2. Neocortex Dorsal Anterior -área prerrolándica -3 partes: a) prerrolándica: movilidad: corteza motora, corteza premotora y corteza suplementaria b) intermedia: movilidad ocular c) anterior o prefrontal: pensamiento abstracto y simbólico, emociones, lógica, planificación

División funcional del cerebro: Cerebro Límbico El más antiguo Estructuras corticales y subcorticales Regulación de vida instintiva, emotiva, memoria y homeostasis Cerebro Intelectual o Noético El más nuevo Estructura del Neocortex Dorsal Funciones intelectuales, praxia, gnosia, pensamiento abstracto Cerebro Paralímbico En corteza orbitaria anterior y corteza temporal baso latero polar Función de valoración de estímulos y personalidad División funcional del cerebro: Sustancia gris Lámina delgada y plegada sobre sí misma Corteza = allocortex (4%) + neocortex (95%)

Sistema Límbico Complejo de estructuras neuronales antiguas del diencéfalo (zona profunda) Centro de integración Funciones básicas: -carac. propias del hombre: emociones, comportamiento, ánimo -agresión, temor, protección -sexo, reproducción -placer y displacer -actividades autonómicas: cardiovascular, respiratoria, visceral -procesamiento de emociones con respuesta: conductual, hormonal, inmunológica, etc Muchas áreas corticales (Neocortex) dan un filtro racional a estas respuestas más instintivas Centros de placer: buscan las situaciones placenteras Centros de castigo: evitan las situaciones displacenteras Regiones específicas

Sistema límbico Redes (haces, tractos, fibras) de neuronas que conectan los distintos núcleos de sustancia gris de la corteza y subcorteza Estructuras: -corticales: gyrus cinguli, hipocampo, parahipocampo, uncus -subcorticales: amígdala, septum, hipotálamo

Sistema límbico: HIPOTÁLAMO Núcleo fundamental del SL Función integradora: interviene en cuestiones básicas: homeostasis, estrés y trauma, emoción y conducta (x SM), actividad hormonal (x SE) Ubicación: diencéfalo: región basal, cerca del tercer ventrículo Trabaja en estrecha relación con la hipófisis, liberando hormonas que median en la producción de otras hormonas hipofisiarias Modo de trabajo: -recibe información de sensores periféricos -lo compara con rangos internos de referencia -emite respuesta para reajuste interno del cuerpo Regiones o núcleos principales: preóptico, supraóptico (en quiasma óptico), tuberal, caudal o mamilar -regiones anteriores: relacionadas a SNA parasimpático -regiones posteriores: relacionadas a SNA simpático

Sistema límbico: Hipotálamo Funciones de control básicas: -homeostasis: x SNA -temperatura -agua en el cuerpo (producida, recibida, execrada) -emoción y conducta -actividad sexual (reproducción) -respuesta al estrés y trauma -ciclos sueño-vigilia -ritmo circadiano Región anterior regula el SN Parasimpático Región posterior regula el SN Simpático

Sistema límbico: HIIPÓFISIS O GLÁNDULA PITUITARIA Ubicación: extensión ventral desde área tuberal. Pequeña conexión con el hipotálamo en silla turca Comunicación con el hipotálamo por sustancias químicas a través de la sangre Adenohipófisis (lóbulo anterior) Neurohipófisis (lóbulo posterior) Tracto supraópticohipofisiario Precursores hormonales que viajan por axones hasta el lóbulo, donde terminan de sintetizarse, para luego redistribuirse por el cuerpo H antidiurética (ADH) (para agua) y H oxitocina (para contracciones uterinas y leche) Tracto tuberohipofisiario Precursores hormonales hipotalámicos liberados en sangre, donde se terminan de sintetizar, que luego llegan al lóbulo anterior, desde donde se redistribuyen por el cuerpo Regulación por mecanismo de feedback H de crecimiento, H de lactancia, H suprarrenal, H tiroidea, H de pigmentación, etc

Sistema límbico: Hipófisis Hipófisis o glándula pituitaria Glándula Hormona Efecto Lóbulo Anterior (precursores axoplasmáticos) Mamaria Prolactina (para dopamina) Secreción láctea Gónadas Estrógeno, progesterona, testosterona Reproducción Tiroides TSH, T3, T4 Suprarrenal Cortisona (para ACTH) Tejidos (óseo, etc) H de crecimiento Crecimiento Lóbulo posterior (precursores que van por sangre) Oxitocina Contracción uterina, lactancia H antidiurética (ADH) Agua

Sistema límbico: AMÍGDALAS Ubicación: profundidad del lóbulo temporal, cerca del tercer ventrículo Función: -centro de coordinación entre las experiencias conscientes de las emociones y su correlato físico -asigna contenido emocional a los recuerdos (especialmente el miedo) -procesa percepciones del momento -relación con conductas agresivas y de preservación Complejo de núcleos: tres grupos: 1. basolateral, 2. corticomedial, 3. central Sectores: 1) interno: filogenéticamente más antiguo, 2) externo: más desarrollado en los humanos Conexiones con: -hipotálamo (respuestas autonómicas) -corteza cerebral (respuestas emocionales) -sustancia gris del tronco cerebral (respuestas conductuales)

Sistema límbico: TÁLAMO Ubicación: ganglio basal (estructura interna) Función: -procesamiento e integración de información que va y viene desde la corteza cerebral -mantenimiento del estado de conciencia -asigna placer o displacer a las sensaciones -sincroniza funcionamiento bioeléctrico de las neuronas corticales -control motoro y sensorial: conexión con corteza frontal, cerebelo y ganglio basal

Sistema límbico: HIPOCAMPO Función: -memoria genética: respuestas básicas e instintivas -memoria cronológica o temporaria -estructuras viscerales: aparato cardio-respiratorio

SISTEMA NEUROENDÓCRINO Neuroendocrinología: Estudio de las relaciones entre el sistema endócrino y el sistema nervioso Se conoce poco al respecto Función: -mantención de homeostasis interna -reproducción Hormona: sustancia bioactiva que viaja por sangre y ejerce efecto en órgnao distante -puede ser un NT -químicamente puede ser un péptido o un lípido (esteroides) -efectos de tipo: reversible y cíclico (ej. Búsqueda de alimento), o irreversible y de accidente (ej. Desarrollo de gónadas)

Sistema neuroendócrino Conformado por: Glándulas Estructuras centrales de regulación Hormonas Órganos secretores de hormonas al torrente sanguíneo para enviar información a otro órgano distante De secreción interna Hipotálamo Hipófisis Sustancias bioactivas que viajan por sangre y ejerce efectos en órganos distantes Pueden ser NT Químicamente: péptidos o esteroides (lípidos) Ejes por hormonas Ejes por sistema Eje CRH-ACTH: cortisol = control de corteza suprarrenal y regulación de respuestas por estrés Eje gonadal Eje TRH- TSH: hormonas tiroideas e hipotálamotiroideas Eje tiroideo Eje hipotálamo-hipofiso-gonadal = regula reproducción Eje adrenal

GENÉTICA: ÁCIDOS NUCLEICOS Configuración= base nitrogenada + azúcar + ácido fosfórico Base nitrogenada: purinas (adennina=A, gunaina=G) o pirimidina (citocina=C, timina=T, uracilo=U) Complementariedad de bases: propiedad de las BN de unirse en pares entre sí (una purina con una pirimidina), creando puentes hidrógeno: A-T/A-U y C-G Azúcares: pueden ser ribosa o desoxirribosa BN pentosa P

Genética: Ácidos nucleicos Nucleósido= BN + azúcar Nucleótido= nucleósido (BN+azúcar) + P Puede ser: 1. ácido desoxirribonucleico (ADN) 2. ácido ribonucleico (ARN) Aminoácido (AA): moléculas con un grupo amino y un grupo ácido mas una cadena lateral variable Proteína: polímero lineal de AA unidos entre sí -forman polipéptidos

Genética: Ácidos nucléicos: ADN Azúcar ribosa + purina (A y G) o pirimidina (C y T) + P Estructura: doble cadena helicoidal: -columna: azúcares -unión entre azúcares: grupo fosfato -interior: bases nitrogenadas (A-T y C-G) -uniones puente hidrógeno entre pases: por enzima polimerasa Se encuentra únicamente dentro del núcleo somático, protegido de las enzimas del citoplasma por la membrana nuclear Carga información genética codificada en secuencias de nucleótidos Gen: región de secuencia nucleótida (porción del ADN) con info para la síntesis de una proteína determinada -codón o triplete: secuencia de tres nucleótidos que corresponden a un AA fijo -sólo el 1% del ADN es para la decodificación de proteínas -el 99% del ADN es para la estructura de hélices (se desconoce otra función) Cromosoma: agrupación de nucleótidos al momento de replicación celular -son 46 cromosomas, formando 23 pares -22 pares de cromosomas son autosomas, 1 par es sexual

Genética: Ácidos nucleicos: ADN Replicación del ADN: proceso de re-creación (copia idéntica) de la molécula ADN por mitosis (proceso de división celular) No es un proceso muy activo en las neuronas Ocurre por complementariedad de bases: Separación de las cadenas por ruptura de puente-hidrógeno por acción de la enzima polimerasa Síntesis de cadenas “hijas” a partir de las otras dos cadenas “madre” -proceso de semiconservación: a partir de dos cadenas “madre” (hélices originales), se formaran otras dos cadenas “hijas”, dando como resultado 4 cadenas helicoidales

Genética: Ácidos nucleicos: ARN Azucar ribosa + BN (A-U, C-G) + P Estructura: una cadena helicoidal o lineal Tipos: -ARN mensajero (ARNm) -ARN ribosómico o ribosomal (ARNr) -ARN de transferencia (ARNt)

Genética: Ácidos nucleicos: ARN ARNm: tiene el molde para transcribir la información genética del ADN -es intermediario entre el ADN y la síntesis de proteínas -transporta la info codificada en secuencia lineal ARNr: sintetiza proteínas en el ribosoma -ribosoma: organela (lugar físico) en el que se sintetizan proteínas -se relaciona con el retículo endoplasmático ARNt: transporta los AA específicos al ARNr según el mensaje que haya decodificado el ARNm

Genética La información genética está determinada por secuencias de tres nucleótidos (codón o triplete) en el ADN, dentro del núcleo celular, que decodifica para un AA específico para la formación de proteínas Transcripción del ADN: producción de complemento exacto del ADN en secuencia nucleótida por el ARNm -el ARNm ingresa al núcleo y crea una burbuja de transcripción, que aísla la sección del ADN a transcribir -el ARNm crea así un anticodón que será llevado fuera del núcleo hasta el ARNr -exón: 99% del ADN que no sirve para la síntesis de proteínas -intrón: 1% del ADN que sirve para la síntesis de proteínas transcripción primaria: la primera trnascripción es “limpiada” (splinning)

Genética Traducción del ADN: proceso de lectura del anticodón en el ARNr (que previamente transportó el ARNm) -cada anticodón determina un AA específico, que será llevado al ribosoma por el ARNt -existen 64 codones posibles, pero sólo 21 AA: por código degenerado: para prevenir errores de traducción, hay más codones que AA -proceso hecho en el citoplasma

Ácidos nucleicos Componentes Bases nitrogenadas Purina : -Adenina (A) -Guanina (G) Pirimidina: -Citocina (C) -Timina (T) -Uracilo (U) Azúcares (pentosas) -Ribosa (ARN) -Desoxirribosa (ADN) Fósforo (P) Conformados por Componentes Nucleósido Nucleótido ADN ARN Configuración espacial Doble cadena helicoidal Cadena helicoidal simple Tipos Sólo ADN ARNm, ARNr, ARNt Azúcar (pentosa) Desoxi-ribonucleico Ribonucleico Bases nitrogenadas A-T y C-G A-U y C-G Función Carga información genética Transcribe y traduce info genética para síntesis protéica Ubicación Sólo en el núcleo somático ARNm en núcleo y citoplasma, ARNt y ARNr sólo en citoplasma

Genética: aplicada a las Neurociencias Locus: lugar específico del cromosoma Alelo: cada variable posible en la secuencia del locus: permite diversidad genética Trastornos genéticos: -oligogénico: por pequeño número de genes “mal” -poligénico: por gran número de genes “mal” Gen dominante: produce un fenotipo independientemente de la presencia del otro alelo (ej. Cabello oscuro) Gen recesivo: produce fenotipo sólo con su complemento (ej: cabello rubio) Penetrancia: probabilidad de que un individuo con un gen defectuoso lo exprese fenotípicamente Expresividad: probabilidad de que fenotipo aparezca por presencia efectiva de un alelo defectuoso

Genética: aplicada a las Neurociencias Interacción entre factores genéticos y ambientales: -ambos son igualmente importantes -cada persona tiene un genotipo que ha formado por recombinación de alelos durante cada división celular -factor ambiental interviene en el fenotipo desde el primer desarrollo en adelante

Genética: aplicada las Neurociencias Clonación: etapas: 1.Elección del ADN 2.Preparación de fragmentos en vectores bacteriales preparados 3.Transfección: inserción de genes seleccionados en el cultivo Transgenética: especias transgénicas: introducción del gen a estudiar en el núcleo de alguna célula germinal que luego se fusiona e implementa en óvulo materno

BIBLIOGRAFÍA y material con más información G. H. Vázquez, Neurociencia. Bases y fundamentos, Ed. Polemos, 2005, Buenos Aires, 1ª edición http://abp2-quimica-biologia.blogspot.com http://biol3medio.blogspot.com http://www.iqb.es/neurologia http://hnncbiol.blogspot.com Presentación por Cecilia Mel (lalunapalida@hotmail.com) 2010