neuroquimica cerebral
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○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ NEUROQUIMICA CEREBRAL “Las moléculas y la conducta” LUIS FERNANDO SAMPER HINCAPIE* SUMMARY y la especialización de la química cerebral ha permitido escudriñar muchas de las acciones no sólo en cuanto a estructura, sino al funcionamiento integral de las células nerviosas relacionadas con el entorno y los cambios que se producen en su interior para mantener los estados cerebrales. The molecules and the behavior The mind is a product of the brain activity, its work, is the result of multiple sinaptic connections, which are encoded, oriented and organized by a program where a big deal of substances more than one hundred intervene ; it is important to remark the whole neurochemistry process and how the last findings in biology in the molecular aspect, and the specialization of the brain chemistry have allowed to search for a lot of actions many of them, not only dealing with structure, but also with the whole functioning of the nervous cell that are related with the environment and the changes that are produced inside it to keep the brain stages. Palabras Clave: Neurotransmisor, Sinapsis, Mente, Neuroquímica. INTRODUCCIÓN La mente ha sido considerada un mundo complejo, donde interactuan una serie de fenómenos físicos, biológicos, químicos, en relación a esta última parte se hace una descripción de los neurotransmisores y su influencia en el comportamiento y la conducta, tanto en el adecuado funcionamiento, como cuando aparecen conductas atípicas. RESUMEN ”Las moléculas y la conducta” La mente es producto de la actividad del cerebro, el trabajo de este, es el resultado de múltiples conexiones sinápticas, las cuales están codificadas orientadas y organizadas por una programación genética, donde inter vienen una gran cantidad de sustancias más de cien; aquí es importante destacar todo el proceso de la neuroquímica y como en la parte molecular los últimos hallazgos de la biología Estas moléculas químicas conocidas como neurotransmisores serán los responsables de los cambios orgánicos y de conducta, cuando se manifiestan en el comportamiento de los seres humanos. Es importante analizar los distintos efectos inducidos por aumento o disminución de estas sustancias o de productos farmacológicos que inducen efectos similares. *Profesor titular. Departamento de Ciencias Básicas. Facultad de Ciencias para la Salud. Universidad de Caldas. 23 REVISTA CIENCIAS BASICAS ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ viosas cuando realizan o efectúan procesos mnésicos, tales como el aprendizaje y la memoria. Los problemas de la conducta y el comportamiento se ven reflejados en las alteraciones neurológicas y en la producción de las diferentes especies químicas que intervienen en la regulación de los diferentes procesos neurológicos y mentales. Pero la neurona no puede trabajar aislada, necesita de un contacto y comunicación con otras células afines o diferentes en estructura, o de otras regiones ; para ello envía mensajes a través de las uniones sinápticas, las cuales sirven para integrar y consolidar el proceso de la neurotrasmisión. En esta actividad participan las moléculas sintetizadas y liberadas en las cuales aparecen comprometidas más de 100.000 millones de neuronas, que se interconectan en sistemas que producen la percepción e interpretación del mundo externo y de la vida al interior de cada ser humano. El avance en la investigación neuroquímica y los constituyentes no sólo bioquímicos, sino los efectos que se observan en el sistema nervioso, bien sea porque se produzcan, dejen de producir o se haga la estimulación exógena con los psicofármacos, ha permitido observar una serie de cambios y conductas. Se considera importante establecer criterios de clasificación y ubicación de cada una de las sustancias y hacer la integración general y específica de cada uno de los componentes. Es importante conocer como las neuronas llegan a organizarse en vías de comunicación y como las células nerviosas individuales del encéfalo se comunican con otras mediante la trasmisión sináptica. ASPECTOS GENERALES La importancia de las moléculas en la actividad mental, vino a evidenciarse cuando se descubrieron sustancias químicas que generaban alteraciones notorias y reproducibles en los patrones del pensamiento, percepción y estado de ánimo. Si una sustancia química puede alterar en forma específica la mente, es de suponer que la actividad mental normal también puede depender de ciertas moléculas presentes en el cerebro. Los medios para vincular directamente la dinámica molecular de las células nerviosas individuales con representaciones de actos perceptivos y motores en el encéfalo; la neuroquímica con su capacidad de enlazar la biología molecular y los estudios cognitivos, han hecho posible que se empiece a explorar la biología del potencial humano, que podamos saber “ que nos hace entender lo que somos”. (19) Apoyamos tal supuesto siguiendo dos líneas de evidencia : Los neurotrasmisores, como moléculas químicas se localizan en el interior de las vesículas sinápticas, estas varían en tamaño, forma y arreglo de los gránulos, los cuales oscilan entre 40 y 100 nanómetros. a. Las alteraciones mentales producidas por sustancias químicas. En la neuroquímica cerebral aparecen neurotrasmisores de moléculas pequeñas y grandes. Dentro de los neurotrasmisores los hay excitatorios como la acetil colina e inhibitorios como el ácido gama amino butírico (GABA), en algunos casos aparecen botones sinápticos con dos neurotrasmisores diferentes, por lo que reciben el nombre de vesículas mixtas; igualmente en los receptores que están constituidos por moléculas de proteínas aparecen receptores excitatorios e inhibitorios. b. Las alteraciones bioquímicas en los trastornos mentales. El funcionamiento cerebral y de todo el sistema nervioso, esta basado en las actividades de las neuronas, que sintetizan sustancias químicas, para el metabolismo y el funcionamiento integral de todos los órganos, como también la actividad volítiva e intelectiva que se procesa en todas las células ner24 NEUROQUÍMICA CEREBRAL ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ La importancia de estas vesículas donde se localizan los mediadores químicos, es que cada una de ellas puede contener alrededor de 30.000 moléculas del mediador ; pensemos entonces en la cantidad de moléculas químicas que se liberan en las distintas funciones mentales y volitivas que diariamente realiza el cerebro y en general el organismo humano. Aquí es importante recordar los fenómenos que ocurren alrededor de la sinapsis Los procesos bioquímicos implicados en la trasmisión sináptica, son de gran importancia para aclarar el significado de trasmisor químico. El concepto se hizo familiar a partir de 1930, “ luego que Otto Loewi demostrara la liberación de la acetil- colina en los terminales del nervio vago del corazón de la rana y del trabajo de la trasmisión colinérgica y adrenérgica de Henry Dole.” (27) c. a. Llegada del impulso nervioso a la terminación axónica. b. Modificación de las vesículas sinápticas que conducen a la liberación del Neurotrasmisor. Captación o fijación del neurotrasmisor en las zonas receptoras de la membrana posináptica. d. Cambios de permeabilidad de la membrana posináptica para alguno iones. Dentro del campo de la especialización celular, la diversidad de formas y tamaños de neuronas es mayor, que cualquier otro tipo de células de nuestro organismo, sin embargo todas ellas tienen cualidades comunes para reaccionar ante estímulos, trasmitir la excitación resultante e influir en el funcionamiento de otras neuronas, células musculares y glandulares. Podemos concluir entonces: Fue este el punto de partida para aclarar el concepto de los neurotrasmisores como sustancias que intervienen en el impulso nervioso; durante esta época se ha aclarado y avanzado en el estudio de la neuroquímica , hoy en día aparecen más de 120 sustancias comprometidas en el proceso de la neurotrasmisión. “La neurotrasmisión es un proceso activo molecular y neuronal puntual e irreversible que ocurre cuando la onda llega al terminal axónico.” (39) Podemos definir un neurotrasmisor, como una sustancia que se libera por una neurona en la sinapsis y que afecta de manera específica a otra célula, ya sea una neurona o un órgano efector. En la neurotrasmisión se dan varias etapas, en las cuales podemos destacar la secuencia lógica. Los criterios aceptados para la neurotrasmisión son los siguientes : 1. Síntesis que se efectúa en el interior de cada neurona, la cual puede sintetizar uno o varios neurotrasmisores. (4) 1. Que se sintetice en la neurona (grumos de Nissll del retículo neuroplásmico). 2. Almacenamiento, una vez sintetizado el neurotrasmisor, se almacena total o parcialmente en las vesículas sinápticas. (4) 2. Que este presente en un terminal presináptico y se libere en cantidades suficientes. (9) 3. Cuando se administre exogenamente, como fármaco, en concentracciones razonables mimetice perfectamente los efectos del trasmisor liberado endogenamente. (10) 3. Liberación, con la llegada de la onda despolarizante se produce la liberación del neurotrasmisor. 4. Recepción posináptica, existe un receptor posináptico, el cual es específico para cada neurotrasmisor. 4. La existencia de un mecanismo específico para eliminarlo del lugar donde actúe, hendidura sinaptica. 25 REVISTA CIENCIAS BASICAS ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ Los péptidos pueden coexistir en la misma neurona, la acetil-colina y el péptido vasoactivo (PVI), pueden liberarse juntos por una célula y actuar sinergicamente. También hay neuronas que liberan un excitador, como el glutamato y producen simultáneamente la dinorfina, un inhibidor, siendo este un proceso de cotrasmisión. Se puede reciclar varias veces una molécula y así el gasto del neurotrasmisor es menor, el reingreso a la vesícula, la sintesís de nuevo y la catabolización están interrelacionadas y se regulan por factores diversos. La neurotrasmisión no se distribuye al azar, sino que se organiza en grupos neuronales que se proyectan hacia regiones cerebrales de alta especificidad, estas regiones y trayectos correspondientes han sido determinadas con claridad en la parte central y periférica del sistema nervioso. CLASIFICACION DE LOS NEUROTRASMISORES A modo de ilustración se propone una clasificación de los neurotrasmisores considerando su composición química, teniendo en cuenta que falta por aclarar la acción concreta de algunos péptidos y radicales libres. (48) Las neuronas secretoras de péptidos difieren biológicamente de las neuronas que utilizan aminoácidos y monoaminas, más bien en las formas GRUPOS EJEMPLOS COLINERGICOS Acetil Colina ADRENERGICOS Adrenalina – Noradrenalina – Dopamina - Indolaminas Serotonina – Melatonina – Histamina AMINOACIDERGICOS Gaba – Taurina – Ergotioneina – Glicina Beta Alanina – Glutamato – Aspartato Beta Endorfina – Leucina Encefalina Metionina Encefalina –Vasopresina Neuropeptido Y – Sustancia P – Dinorfina A Somatostatina – Colecistocinina – Neurotensina Hormona Luteinizante-Gastrina-Enteroglucagón RADICALES LIBRES ○ que en la estructura molecular de su trasmisor, los últimos se almacenan y se recapturan, los peptidos se degradan. 5. Degradación o recaptura, el neurotrasmisor que se libera y realiza un efecto tiene que desaparecer de la hendidura sináptica o es recaptado por la neurona presináptica la cual lo recicla nuevamente. (25) PEPTIDERGICOS ○ Oxido Nítrico (NO) – Monóxido Carbono (CO) Adenosin Trifosfato (ATP) – Acido Araquidónico 26 NEUROQUÍMICA CEREBRAL ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ postsináptica, donde se reedita la información en forma de nuevas señales eléctricas, los mensajeros químicos pueden actuar como matizadores de la trasmisión que ellos mismos protagonizan, llamándose en estos casos neuromoduladores. Si a la abundancia de estas sustancias se añade el que pueden coexistir diversos tipos en una misma célula para una multiplicidad de efectos, podemos entender la trasmisión sináptica no como una acción interneuronal puntual de neurona a neurona, sino como la clave de una versátil conducta aplicada al moderno concepto de los microsistemas neurales. (8) El concepto de trasmisores químicos del impulso nervioso se originó del hecho de que la misma actividad puede obtenerse en ciertos órganos al estimular un nervio simpático o al inyectar adrenalina a un animal o a un paciente, fenómeno observado por ” J N .Largley y T R Elliot a principios del siglo, luego en 1920 se evidenció la mediación de una sustancia química en el estímulo del nervio vago y se empezó a hablar de la acetil colina.” (8) Los neurotrasmisores son producidos por las neuronas, en el cuerpo o en sus terminaciones, almacenados en las vesículas sinápticas y liberados en la hendidura intersináptica como resultado de la llegada de un potencial de acción a la terminación, luego se fijan a los receptores específicos de la membrana postsináptica y origina en ellas modificaciones en su estructura molecular, que a su vez determinan cambios en su funcionamiento. Podemos agrupar los mediadores químicos en neurotrasmisores propiamente dichos, aminoacidos y péptidos neuroactivos o neuromoduladores, con la aparición de los últimos el sistema nervioso ha pasado de ser una red conductora a ser un sistema asociativo de consenso de mucha más categoría y donde tienen cabida sutiles funciones superiores que no se entenderían sin la posibilidad de una acomodación a las circunstancias. La acción del neurotrasmisor termina rápidamente, bien sea por su degradación enzimática, por su captación por las terminaciones presinápticas o por las células gliales vecinas que lo catabolizan o por difusión intersticial. Los fenómenos presinápticos no responden tampoco a un modelo único, sus variaciones se pueden referir a la plasticidad de la biosintesís de trasmisores a partir de precursores, a los diversos modelos de almacenamiento del neurotrasmisor, de liberación o de destino (dilución, inactivación, recapturación, interacción) o la trasmisión no sináptica, mediante la cual se liberan neurotrasmisores o sustancias reguladoras del medio por un mecanismo de bombeo extrasináptico por la superficie del pericarión. Hasta hace pocos años se aceptaba la existencia de un solo neurotrasmisor en cada tipo de célula nerviosa, sin embargo, en la actualidad es frecuente la observación de varios neurotrasmisores en una sola terminación nerviosa (adrenalina, acetil colina, noradrenalina, dopamina, gaba, glicina, glútamico, aspártico, serotonina, histamina, sustancia P, sustancias peptídicas liberadas por el hipotálamo, peptidos opíaceos los aislados del intestino y cerebro colecistocinina, gastrina y neuropeptido Y). Los fenómenos postsinápticos, a su vez , no son unitarios sino que se refieren fundamentalmente al modelo proteico de receptor que influye sobre la velocidad de neurotrasmisión, de interacción y de duración del efecto postsináptico y también a la plasticidad de los efectos consecuentes. Aunque es conocido que la información que trasmiten las neuronas va codificada en forma de señales eléctricas a lo largo de sus prolongaciones, cuando llega a la terminal axónica, debe saltar la hendidura sináptica transportada en forma de uno o más mensajeros químicos o neurotrasmisores que actúan como ligandos para los receptores de la membrana Lo que tratamos de concluir es una llamada a la plasticidad de la trasmisión nerviosa como permanente fundamento del complicado pero impresio- 27 REVISTA CIENCIAS BASICAS ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ Los neurotrasmisores no se distribuyen al azar, éstos aparecen organizados de acuerdo a los diferentes grupos de nervios, vías, fibras, trayectos, núcleos; los cuales se proyectan hacía regiones de alta especificidad. nante fenómeno de la acción nerviosa, con el que nos estamos aproximando a la comprensión de los íntimos procesos de la autoconsciencia humana. Con el descubrimiento de muchas de las moléculas que llevan y procesan información neuroquímica, se ha aclarado en gran parte las alteraciones de la mente y del comportamiento, igualmente los cambios en la percepción, estado de ánimo y patrones de conducta y el pensamiento; se evidencian por el aumento o disminución de estas moléculas o de los precursores. A partir de los trabajos con la acetil colina y las catecolaminas, la cantidad ha aumentado y esto ha revolucionado el campo de las neurociencias. (40) A medida que se investiga y profundiza en el cerebro y la consciencia humana, sobre su estructura y funcionamiento, se conocen nuevos elementos de la parte bioquímica y en especial a los mediadores y la función específica de los trasmisores, el avance es cada día más vertiginoso. (31) La información concerniente a los neurotrasmisores putativos y sus acciones en sistemas neuronales específicos, constituye un gran progreso en el campo de las neurociencias. Apenas se está comenzando a conocer el enorme número de sustancias químicas presentes en el cerebro, pero es indudable que esta aproximación dará origen a nuevos agentes terapéuticos más eficaces y específicos capaces de modificar y aliviar muchos de los procesos patológicos de la mente que influencian la conducta y el comportamiento humano. Se han realizado numerosas investigaciones tendientes a encontrar la solución a los desajustes y alteraciones profundas de la conducta y el comportamiento, ellas han demostrado que trastornos de carácter neurológico, neurótico, psicótico y neuropsicológico, se deben al aumento o disminución de estas sustancias involucradas en la trasmisión de los diferentes impulsos. REFERENCIAS ○ BIBLIOGRAFICAS 1. Albert, D. J. ; Walsh, M. & Jonik, R. H. : Aggression in humans : What is its foundation Neuroscience and Behavioral Review 17 : 405-425, 1993 2. Barbas H. Architerture and cortical connetions of the prefrontal cortex in the rhesus. 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