Mecanismos de comunicación en células nerviosas
Por Nistela Villaseñor
Ciudad de México. 15 de marzo de 2016 (Agencia Informativa Conacyt).- La comunicación nerviosa es la capacidad que tienen las unidades funcionales del cerebro —neuronas o células nerviosas— de conectarse unas con otras y enviar información a través de circuitos, gracias a lo cual el ser humano percibe el mundo y puede dar respuestas coherentes, así como mantener el equilibrio interno del cuerpo frente a cambios externos mediante un mecanismo homeostático.
Francisco Fernández de Miguel, doctor en ciencias por el Instituto Politécnico Nacional (IPN), investigador titular C en el Instituto de Fisiología Celular de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) desde 1992 y miembro nivel II del Sistema Nacional de Investigadores (SNI), habló en entrevista de la importancia de la comunicación en células nerviosas.
Agencia Informativa Conacyt (AIC): ¿Cómo ocurre la comunicación celular?
Francisco Fernández de Miguel (FFM): Todos hemos oído hablar de las hormonas, sobre todo en la adolescencia, esto se refiere a que hay células que liberan sustancias a la sangre y estas afectan tejidos en distintas partes del cuerpo. Nuestro sistema nervioso tiene un sistema parecido a esto, en el que las sustancias son liberadas al espacio que está entre las células y bañan todo el sistema nervioso, generando un caldo, dependiendo del cual las neuronas pueden responder de distintas maneras.
Además, tenemos comunicación directa entre células: las uniones directas existen en todas las células de nuestro organismo prácticamente, excepto en las células sanguíneas y espermatozoides maduros. Las células se unen y tienen comunicación a través de poros que permiten el intercambio de actividad eléctrica o de algunas moléculas pequeñas, un intercambio metabólico. Eso también existe en el sistema nervioso.
Las conexiones directas se llaman sinapsis desde hace más de 100 años, que quiere decir conexión en griego; estas conexiones, en este caso, se llaman eléctricas porque las neuronas generan impulsos eléctricos que al llegar a las terminales pasan de una célula a otra directamente a través de poros.
Ese tipo de conexiones es muy útil para dos fines fundamentales: el primero es dar respuestas muy rápidas, por ejemplo, la huida de algunos animales requiere milésimas de segundo de reacción, se vuelve muy rápida cuando la corriente pasa directamente de una célula a otra y eso puede ser la diferencia entre la sobrevivencia y la muerte del animal ante un depredador; la otra función, que está bien caracterizada para las comunicaciones eléctricas, es la sincronía, que favorece la sincronía entre grupos de neuronas y hace que trabajen en conjunto. En lugar de que cada neurona genere impulsos por su cuenta, las uniones eléctricas, al permitir el flujo de información, permiten que la red favorezca la generación sincrónica de impulsos.
AIC: ¿Cuál es la función de las sinapsis químicas?
FFM: En las neuronas, las sinapsis químicas y las sinapsis eléctricas tienen papeles complementarios para integrar la información y lograr las respuestas coherentes del sistema.
Las sinapsis químicas son muy comunes y son una especialización que se ha logrado en el sistema nervioso a partir de la liberación de sustancias que ocurre, por ejemplo, en las células glandulares, existe en animales muy simples o incluso en organismos unicelulares. En el sistema nervioso se ha sofisticado y constituido un proceso en el cual las terminaciones de las células son proyecciones que tienen terminaciones muy finas —alrededor de una micra—, se tocan con otras pero no establecen una comunicación directa sino que hay un espacio en medio, y la llegada del impulso a la terminal produce la liberación local de pulsos de sustancias químicas que son reconocidas por la otra célula y generan con ello una respuesta.
En este caso, la comunicación química permite modulación y cambiar de signo: lo que puede ser excitación en una terminal, que induce la liberación del transmisor, se puede convertir en inhibición en la célula siguiente. Nuestro sistema depende del balance entre excitación e inhibición.
AIC: ¿Qué es inhibición y excitación?
FFM: Cuando vamos al médico y nos pega en la rodilla activa una fibra sensorial que manda información a nuestra médula espinal, ahí hay una conexión química que activa una célula motora —nerviosa— que va al músculo y lo excita. Pero para que podamos tener patrones sincronizados, por ejemplo, si yo quiero estirar el brazo tengo que excitar el músculo extensor, pero tengo un músculo que es antagonista, que tiene la función opuesta, que es el flexor, entonces, tengo dos fuerzas actuando en contra; lo que hace el sistema nervioso es inhibir el flexor para que yo pueda extender el brazo. La extensión de un músculo está acompañada por la inhibición del otro, eso es lo que permite hacer un movimiento sincronizado. En la marcha tenemos patrones coordinados en los cuales la inhibición y la excitación están siendo alternadas. En el nado de animales marinos, la excitación de los músculos flexores está acompañada por la inhibición de los extensores y esto permite que vayan ondulando en el agua.
En el sistema nervioso central —cerebro y médula espinal—, la inhibición es fundamental. Si el nivel de excitación pasa ciertos umbrales, como ha pasado con niños que son susceptibles a la epilepsia y tienen una exposición fuerte a videos con alto contenido de frecuencias que cambian muy rápido, los niños empiezan a sobreexcitarse y tienen una crisis epiléptica que es un desbalance entre la excitación y la inhibición.
El sistema nervioso funciona dentro de un rango de modulaciones, de estados, dentro de los cuales está lo que consideramos la función normal. Si estamos por debajo o por arriba, la función se altera; en el caso de algunas moléculas, si bajan los niveles de serotonina, el sistema nervioso se deprime, o si suben, estamos maníacos; si los transmisores excitadores superan el balance de la inhibición tenemos una crisis de hiperexcitabilidad. Siempre tenemos muchas capacidades de generar distintas respuestas dentro de ciertos niveles, y por abajo o por encima de estos, el sistema nervioso opera mal, de manera patológica, ya sea temporal o permanente.
Antes pensábamos que podríamos entender el sistema nervioso como si fuera una computadora en la cual ponemos un comando de entrada y tenemos una salida constante, porque en la computadora todo está cableado de una manera fija; pero el sistema nervioso, a pesar de que tiene conexiones fijas, tiene la posibilidad de que los circuitos cambien de estado y el mismo circuito dé tres o cuatro respuestas. Entender los circuitos no es suficiente, no vale nada más reconstruir cómo están conectadas las neuronas, sino que tenemos que ver además qué está pasando químicamente a su alrededor para poder entender los fenómenos de emociones, modulación, cambios de estado y algunas patologías.
AIC: ¿Qué ocurre si la comunicación en células nerviosas falla?
FFM: A un animal le cuesta la vida. En nosotros se genera una patología. Muchas enfermedades dependen de moléculas en particular. Los estados de ánimo dependen de un transmisor que se llama serotonina, que es el que nosotros estudiamos, y que cuando hay bajos niveles en el sistema nervioso, nos sentimos deprimidos.
Podemos imaginarnos un caso en el que Federer llega a la cancha. Él se ha entrenado y es capaz de percibir la pelota a 100 kilómetros por hora y en menos de un segundo su sistema nervioso puede calcular velocidad, trayectoria y fuerza de la pelota; él tiene que dar un comando en el cual todo su cuerpo se tiene que mover y tiene que pegar con la raqueta de la manera correcta para que la pelota vaya exactamente al lado opuesto de la cancha. Es una cantidad de cómputo impresionante, que solo se puede lograr haciendo uso de conexiones directas entre células: sinapsis químicas y eléctricas, circuitos fijos que actúan en milésimas de segundo.
Pero, ¿qué pasa si al tenista la noche anterior lo botó la pareja, estaba perdidamente enamorado y ese día llega hecho pedazos a la cancha? Su estado de ánimo ha cambiado las respuestas de su sistema nervioso y lo que hace es mandar la pelota fuera de Wimbledon una y otra vez. ¿Cómo es posible si son los mismos circuitos? La respuesta es que ha cambiado la modulación porque han cambiado los niveles de los transmisores que están circulando ahora en su sistema nervioso y los circuitos están funcionando de una manera completamente distinta, en este caso, de una manera patológica.
¿Qué tiene que hacer Federer cuando han pasado tres meses y sigue igual? Pues tomar antidepresivos para que las cantidades de serotonina vuelvan a incrementarse poco a poco en el sistema nervioso. Ahora, afortunadamente, tenemos buenas moléculas que se han descubierto, que se han sintetizado, que ayudan a controlar algunas enfermedades, pero no todas. Cuando digo controlan quiere decir que muchas de ellas no están encontrando la cura, se pueden controlar temporal, parcialmente, pero aún sabemos muy poco de las curas de todas estas enfermedades.
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