A mi hija, Johanna Alexandra Barco Cano, esa luz al final del túnel…

J.B.R.

A Melva Cristina Quintero Jurado (Tina), Verónica Duque Quintero (Vero), Natalia Duque Quintero (Nati) y Manuela Duque Quintero (Manu), quienes me han acompañado en mi búsqueda del conocimiento.

J.E.D.P.

PRÓLOGO ↑

Las neuronas, una de las dos clases de células que conforman nuestro sistema nervioso y que además se encuentran por varias decenas de miles de millones, son células bien diferenciadas y altamente especializadas que, en términos muy generales, se encargan de conectarnos y relacionarnos con el mundo externo, pues es a través de estas que percibimos el suave viento que roza nuestra piel, detectamos la leve fragancia de una flor, vemos el mundo multicolor que nos rodea, reaccionamos ante un estímulo doloroso, nos movemos, nos comunicamos con los demás, recordamos la letra de una canción que memorizamos desde niños, aprendemos cosas nuevas cada día, razonamos sobre los conceptos que estamos leyendo en este libro, nos comportamos de distintas maneras y muchas cosas más. Igualmente, por medio de las neuronas nos informamos permanentemente, ya sea de manera consciente o inconsciente, sobre todo lo que acontece en nuestro mundo interno y en cada una de nuestras partes corporales.

Para cumplir con toda esta demanda de funciones las neuronas presentan características especiales en su morfología, de tal manera que adoptan una gran variedad de formas, tamaños y número de prolongaciones que se desprenden de su cuerpo para poder captar toda la información que les llega, procesarla y transformarla en impulsos nerviosos que viajan a través de ellas en forma de potenciales de acción. Además, deben tener la capacidad de reconocer y conectarse con otras células efectoras con el fin propagar los impulsos nerviosos y desencadenar en el organismo una respuesta determinada.

Precisamente, es sobre estos y otros eventos relacionados con las neuronas que trata el contenido de este libro, cuyos capítulos se han preparado y organizado siguiendo una secuencia lógica de conceptos que hará más fácil su lectura y comprensión. Es así como en la parte introductoria se le brinda al lector una visión panorámica de lo que son las células nerviosas y su importancia para el correcto funcionamiento del sistema nervioso, a la vez que se le va orientando en el campo de la neurociencia. Ya en el primer capítulo ubicamos la neurona en su contexto histórico, resaltando aquellos personajes que, de una u otra forma, contribuyeron con sus pensamientos, sus hipótesis de trabajo, sus cuestionamientos a los dogmas establecidos y sus aportes experimentales al conocimiento actual sobre la estructura y la función de estas células. En el segundo, se estudia el origen embriológico de las neuronas, los mecanismos de formación, los distintos factores que regulan la neurogénesis, la manera como migran a sus destinos finales dentro del sistema nervioso, dónde se lleva a cabo su diferenciación y, finalmente, los mecanismos moleculares implicados en el proceso de la sinaptogénesis. En el siguiente, el tercero, se estudiarán en detalle los componentes más destacables que conforman la estructura morfológica de las tres regiones constitutivas que presenta una neurona madura típica, es decir, el soma, las dendritas y el axón. Una vez estudiada la morfología de las neuronas, en el capítulo cuarto el lector podrá comprender cómo se comunican las neuronas con las demás células efectoras a través de uniones intercelulares especializadas denominadas sinapsis y se explicarán en detalle los mecanismos moleculares implicados en la transmisión de los impulsos nerviosos. En el quinto se elucidarán los eventos relacionados con el proceso de la encefalización, y se establecerá la relación entre el número de neuronas y el tamaño del encéfalo en distintas especies animales, lo que permitirá comprender por qué el grado de inteligencia de un organismo no necesariamente está determinado por el tamaño que logra alcanzar su encéfalo sino por el coeficiente de encefalización, es decir, la medida que determina el peso relativo del encéfalo en relación con su peso corporal. Finalmente, en el último capítulo estudiaremos las posibles consecuencias derivadas de los distintos tipos de lesiones en el tejido nervioso; además, se mostrarán algunos mecanismos moleculares que están implicados en los procesos de cicatrización, reparación y degeneración neuronal.

Por todo lo comentado anteriormente, este libro va dirigido especialmente a los estudiantes de pregrado del área de la salud, pero también puede ser de gran utilidad para los estudiosos de las ciencias naturales, puesto que las neuronas funcionan de igual manera en todas las especies animales que presentan sistema nervioso, sin importar el grado de desarrollo y evolución que hayan alcanzado. Damos la bienvenida entonces a aquellos lectores que incursionan por primera vez en este asombroso micromundo de las neuronas, pero también aquellos otros que solo buscan refrescar y actualizar conceptos previamente aprendidos. En el fondo guardamos la esperanza de poder despertar en algunos de ustedes el interés suficiente que los motive a profundizar en este campo de la neurociencia y, mejor aún, provocar su curiosidad por la investigación.

John Barco Ríos

Listado de personajes históricos ↑

Adolph Eugen Fick (1829 -1901)
http://www.edubilla.com/inventor/adolf-gaston-eugen-fick/

Alan Lloyd Hodgkin (1914 -1998)
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1963/hodgkin-bio.html

Albretch von Haller (1708 -1777)
http://alchetron.com/Albrecht-von-Haller-1084890-W

Alcmeón de Crotona (VI a.C)
http://infsalud.blogspot.com.co/2013/03/alcmeon-un-principal-en-historia-de-la.html#more

Andreas Vesalio (1514 -1564)
http://www.iqb.es/historiamedicina/personas/vesalio.htm

Andrew Fielding Huxley (1917-2012)
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1963/huxley-bio.html

Arthur Woollgar Verral (1851-1912)
https://en.wikipedia.org/wiki/Arthur_Woollgar_Verrall

Bernard Katz (1911-2003)
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1970/katz-bio.html

Bert Sakmann (1942)
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1991/sakmann-bio.html

Camilo Golgi (1842-1926)
https://es.wikipedia.org/wiki/Camillo_Golgi

Charles Scott Sherrington (1857-1952)
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1932/sherrington-bio.html

David Hunter Hubel (1926-2013)
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1981/hubel-bio.html

Eduardo De Robertis (1913-1988)
http://www.anc-argentina.org.ar/web/academicos/de-robertis

Emil du Bois-Reymond (1818-1896)
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Emil_du_Bois-Reymond.jpg

Erasístrato de Cos (304-250 a.C.)
http://loffit.abc.es/oops/ciencia-humana/erasistrato-de-ceos-el-geografo-del-cuerpo-humano-95094/

Erwin Neher (1944)
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1991/neher-bio.html

Filolao de Crotona (470-380 ca)
http://www.epdlp.com/

Galeno de Pérgamo (130 - 200,216 d.C.)
http://vitral.org/vitral.html

George Emil Palade (1912-2008)
http://www.cell.com/trends/cell-biology/pdf/S0962-8924(99)01633-5.pdf

Giovanni Borelli (1608-1679)
http://celymartinalcala.blogspot.com.co/search?q=Borell

Heinrich von Waldeyer (1836-1921)
http://www.wikiwand.com/de/Wilhelm_von_Waldeyer

Henry Bowditch (1840-1911)
http://www.the-aps.org/fm/presidents/Bowditch.html

Henry Hallett Dale (1875-1968)
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1936/dale-bio.html

Herbert Spencer Gasser (1888-1963)
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1944/gasser-bio.html

Hermann von Helmholtz (1821-1894)
http://www.fisicanet.com.ar/biografias/cientificos/h/helmholtz.php

Herófilo de Calcedonia (335-280 a.C.)
http://dic.idiomamedico.net/Her%C3%B3filo

Hipócrates (460-371 a.C.)
http://www.cervantesvirtual.com/buscador/?q=Hipocr%C3%A1tes

Isaac Newton (1642-1727)
https://www.pinterest.com/pin/466192998907193249/

Jan Evangelista Purkinje (1787-1869)
http://www.biometria.gov.ar/acerca-de-la-biometria/historia-de-la-biometria.aspx

John Carew Eccles (1903-1997)
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1963/eccles-bio.html

Joseph Erlanger (1874-1965)
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1944/erlanger-bio.html

Joseph von Gerlach (1820-1896)
https://embryology.med.unsw.edu.au/embryology/index.php/Book_-_A_History_of_Science_20

Julius Axelrod (1912-2004)
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1970/axelrod-bio.html

Leonardo da Vinci (1452-1519)
http://www.theartwolf.com/leonardo.htm

Leopoldo Marco Antonio Caldani (1725-1813)
https://yooniqimages.com/images/detail/216278615/Creative/l-m-a-caldani-anon-eng

Linda Diane Brown Buck (1947)
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2004/buck-facts.html

Luigi Galvani (1737-1798)
http://www.rugusavay.com/luigi-galvani-biography/

Otto Friedrich Karl Deiters (1834-1863)
https://en.wikipedia.org/wiki/Otto_Deiters

Otto Loewi (1873-1961)
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1936/loewi-bio.html

Paul Greengard (1925)
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2000/greengard-bio.html

Peter Johannes Müller (1801-1858)
https://www.ecured.cu/Johannes_Peter_M%C3%BCller

Santiago Felipe Ramón y Cajal (1852-1934)
http://devale.blogspot.com.co/2012/11/la-historia-es-ciclica-y-se-repite.html
http://naukas.com/2016/03/20/breves-apuntes-sobre-un-joven-ramon-y-cajal/
https://tallcute.wordpress.com/2008/01/09/las-10-imagenes-mas-influyentes-de-la-ciencia-del-siglo-xx/
http://www.escepticemia.com/2009/08/28/las-mariposas-de-cajal/

Richard Axel (1946)
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2004/axel-bio.html

Rita Levi Montalcini (1909-2012)
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1986/levi-montalcini-bio.html

Roger Wolcott Sperry (1913-1994)
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1981/sperry-bio.html

Rudolph Albert von Kölliker (1817-1905)
http://www.spektrum.de/lexikon/biologie/koelliker-rudolf-albert-von/36692

Sanford Louis Palay (1918-2002)
http://www.nasonline.org/publications/biographical-memoirs/memoir-pdfs/palay-sanford.pdf

Stanley Cohen (1922)
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1986/cohen-bio.html

Ulf von Euler (1905-1983)
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1970/euler-bio.html

Wilhelm Friedrich Kühne (1837-1900)
http://www.frogblog.ie/2011/03/wilhelm-friedrich-kuhne-on-this-day.html

Wilhelm His (1831-1904)
https://global.britannica.com/biography/Wilhelm-His-Swiss-anatomist

LISTA DE FIGURAS

Figura 1.1: Dibujos de neuronas realizados por Ramón y Cajal. (Tomados de: a) naukas, 2016; b) tallcute, 2008; c) Casino, 2009).

Figura 2.1: Ilustraciones que muestran las fases iniciales del plegamiento que sufre el ectodermo para constituir el tubo neural.

Figura 2.2: a) En este dibujo se ilustra la migración neuronal desde la región subventricular hasta la corteza cerebral. b) Ilustració de la fibra de una glía radial sobre la que se está desplazando una neurona.

Figura 2.3: Proceso de diferenciación del neuroblasto.

Observe los conos de crecimiento de donde se originan las dendritas y el axón.

Figura 2.4: Esquema ilustrativo del cono de crecimiento del axón, donde se observan los lamelipodios y filopodios.Ver explicación en el texto.

Figura 2.5: Formación de las sinapsis.

Figura 2.6: Formación de nuevas neuronas en el adulto.

Figura 3.1: Esquema ilustrativo que muestra los organelos más destacables del soma neuronal.

Figura 3.2: a) Microfotografía del soma de una neurona donde se observa el núcleo voluminoso con el nucléolo en su interior, y dispersos en el citoplasma se ven condensaciones oscuras que corresponden a los gránulos de Nissl. b) Esquema de un fragmento del retículo endoplasmático rugoso con ribosomas adheridos

Figura 3.3: Esquema ilustrativo de un aparato de Golgi con sus respectivas cisternas y vesículas.

Figura 3.4: Esquema ilustrativo de un neurotúbulo con sus extremos (+) y (-). A la derecha, un corte transversal que muestra los 13 protofilamentos de tubulina.

Figura 3.5: Esquema ilustrativo que muestra la manera como se ensambla un filamento intermedio (ver explicación en el texto).

Figura 3.6: Microfilamento de Actina F que se forma por la polimerización de unidades de Actina G. Observe los extremos (-) y (+) con presencia de monómeros de actina que se han liberado por despolimerización o que se utilizan para la polimerización.

Figura 3.7: a) Micrografía de transmisión de una mitocondria en la que se observa claramente sus crestas y matriz b) Esquema ilustrativo de una mitocondria que muestra sus dos membranas y sus dos compartimientos, además se observan los oxisomas adheridos a las crestas mitocondriales.

Figura 3.8: Dibujos esquemáticos que muestran las tres clases principales de neuronas según su polaridad, es decir el número de prolongaciones que se desprenden del cuerpo neuronal.

Figura 3.9: Dibujos ilustrativos realizados por Santiago Ramón y Cajal, donde muestra algunas ramas dendríticas de las que se desprenden numerosas espinas de tamaños y formas variadas

Figura 3.10: Imágenes tomadas con microscopía confocal. a) Neurona piramidal con múltiples ramas dendríticas. b) Ampliación de una dendrita que muestra numerosas espinas que emergen de su superficie. c) Con mayor aumento, se ven las porciones bulbosas de las espinas y sus cuellos delgados.

Figura 3.11: Motores moleculares. a) Cinesina, con movimiento centrífugo. b) Dineína citoplásmica, con movimiento centrípeto.

Figura 3.12: Transporte axonal.Los motores moleculares transportan cargas utilizando los neurotúbulos como rieles. Las cinesinas se mueven de (-) a (+) y las dineínas en sentido contrario, movimientos que requieren energía.

Figura 3.13: Un oligodendrocito mielinizando varios segmentos axonales, incluso de axones vecinos.

Figura 3.14: Izquierda, un esquema ilustrativo de un axón mielinizado. Derecha, ilustración de un corte de axón rodeado por múltiples capas densas de mielina.

Figura 4.1: Sinapsis eléctrica. Observe que las membranas de las dos células entran en contacto físico a través de proteínas canales, los conexones, quedando un pequeño espacio entre las bicapas lipídicas de 2 a 3.5 nm.

Figura 4.2: Estados conformacionales por los que atraviesa el conexón. Los cambios de estado son debidos al deslizamiento de unas conexinas sobre otras.

Figura 4.3: A la izquierda, una representación esquemática de un botón que contiene numerosas vesículas sinápticas (tomada y modificada de med.ufro.cl). A la derecha, una microfotografía donde se observan tales vesículas.

Figura 4.4: Clasificación de las sinapsis químicas según la densidad postsináptica. a) Simétrica. Observe que las membranas presináptica y postsináptica tienen un espesor muy parecido.
b) Asimétrica. Aquí se hace evidente el espesor de la densidad postsináptica.

Figura 4.5: Mecanismo de la exocitosis del neurotransmisor generado por la presencia del Ca2+. Ver explicación en el texto.

Figura 4.6: Receptores ionotrópicos: a) Excitador y b) Inhibidor (ver explicación en el texto).

Figura 4.7: Receptor metabotrópico asociado a proteínas G, encargadas de transducir la señal al interior de la célula postsináptica y provocar finalmente la apertura de canales iónicos (ver explicación en el texto).

Figura 4.8: Esquema ilustrativo que muestra la degradación enzimática que sufren algunos neurotransmisores en la hendidura sináptica, particularmente la acetilcolina, y la manera como es recaptada una de sus fracciones por el botón sináptico para sintetizar de nuevo el neurotransmisor.

Figura 4.9: Esquema ilustrativo que muestra los dos tipos de recaptación de neurotransmisores.Aquí se destaca la recaptación vesicular, donde los transportadores requieren la presencia de hidrogeniones (H+) que generan la energía cinética necesaria para impulsar el proceso.

Figura 5.1: En esta figura se ilustran los encéfalos de distintas especies de organismos vertebrados, incluido el humano, donde se puede apreciar las diferencias en tamaño y peso de la encefalización.

Figura 5.2: Dibujos ilustrativos que muestran los cambios iniciales que sufre el ectodermo hasta la formación del tubo neural. Las figuras de arriba corresponden a una vista dorsal del embrión. Las figuras de abajo corresponden a un corte transversal del ectodermo donde se aprecia mejor la formación de la placa, el surco y el tubo neural.

Figura 5.3: Microfotografías de dos embriones: a) Vesículas encefálicas primarias. b) Vesículas encefálicas secundarias.

Figura 5.4: Proceso de encefalización durante distintas etapas embrionarias y fetales en el ser humano.

Figura 6.1: Astrocitos reactivos. Observe el aumento de tamaño de las células y de sus prolongaciones.

Figura 6.2: Dibujo ilustrativo donde se muestra la ubicación y acciones de las proteínas nogo-A, las glucoproteínas asociadas a oligodendrocitos (OMpg) y las glucoproteínas asociadas a mielina (MAG)

Figura 6.3: Neuronas en degeneración por acumulación de materiales en su interior.

Figura 6.4: Área de penumbra isquémica rodeando la lesión primaria.

Figura 6.5: Proceso de formación de las placas beta-amiloides. Ver explicación en el texto.

Figura 6.6: Formación de los ovillos fibrilares a base de proteínas tau.

Figura 6.7: Acumulación de cuerpos de Lewy en el interior de las neuronas por depósitos de la proteína alfa-sinucleína.

Figura 6.8: Presencia de cuerpos de Lewy, coloreados de rojo dentro de las neuronas.

Figura 6.9: Mutación de la proteína huntingtina. Ver explicación en el texto.

LISTA DE TABLAS

Tabla 4.1: Neurotransmisores en el SN

Tabla 5.1: Número de neuronas en algunos animales

Tabla 5.2: Coeficientes de encefalización de algunas especies conocidas de vertebrados, organizados de mayor a menor.
(Tomado de https://es.wikipedia.org/...)

CAPÍTULO 2

Origen y formación de las neuronas ↑

CAPÍTULO 3.

Morfología general de
las neuronas ↑

CAPÍTULO 4.

La comunicación sináptica ↑

CAPÍTULO 5.

El tamaño del cerebro no lo es todo ↑

CAPÍTULO 6.

Degeneración y muerte neuronal ↑