Fisiología celular y neurofisiología: estructura de la célula, impulso nervioso y vías sensitivas

Fisiología Agosto-Septiembre: Unidad funcional, la célula

La célula cumple con las funciones básicas de la vida: nacer, crecer, reproducirse y morir. Cientos de billones de células forman el organismo del ser humano, diferenciadas y especializadas para cumplir distintas acciones.

Estructura de la célula

La célula está formada por una capa externa, la membrana celular o plasmática, cuya función es contener el citoplasma, que a su vez contiene el núcleo. El núcleo se encuentra aislado del citoplasma por una doble membrana.

Citoplasma

Se encuentra dentro de la membrana celular y en él se encuentran los organelos (mitocondrias, aparato de Golgi, ribosomas, retículo endoplasmático rugoso y liso, lisosomas, centriolos, etc.).

Membrana celular

Es una doble capa formada por proteínas y lípidos. Su función es permitir el paso de sustancias del medio extracelular al intracelular y viceversa.

Espacio intersticial

Es el área que separa una célula de otra y está bañada por líquido.

Mecanismos de ingreso de elementos extracelulares

• Difusión simple: paso de sustancias de mayor concentración a otra de menor concentración.
• Transporte activo: requiere energía; introduce una sustancia a la célula en contra de un gradiente (ATP).
• Transporte de agua: a través de la membrana celular.
  • Ósmosis: paso de agua de un lugar de mayor concentración de soluto a otro de menor concentración de soluto (proteínas).
• Incorporación de sustancias moleculares: la membrana celular y otros procesos incorporan sustancias mediante dos mecanismos:
  • Pinocitosis: incorporación de sustancias pequeñas, que la membrana invagina.
  • Fagocitosis: incorporación de sustancias mayores o restos celulares; participa la pared celular y el citoplasma para envolver el material.

Tipos de soluciones

• Hipertónica: mayor concentración de soluto.
• Hipotónica: menor concentración de soluto.
• Isotónica: equilibrio.

Organelos citoplasmáticos

Mitocondrias

Son estructuras ubicadas en el citoplasma que poseen dos membranas: una externa lisa y una interna con pliegues o invaginaciones llamadas crestas mitocondriales. El número de mitocondrias varía y cambia según la célula y su función; las células que presentan gran actividad tienen un gran número de mitocondrias.

Función: obtener energía mediante el proceso final de oxidación de los nutrientes, obteniendo así la molécula de ATP. Se obtiene en el ciclo de Krebs, en las crestas mitocondriales. Este proceso libera como desecho CO₂ y H₂O.

Retículo endoplasmático

Estructura que nace de la membrana celular, formada por numerosos pliegues y cisternas que pueden terminar en el citoplasma o conectarse con la membrana plasmática.

• Retículo endoplasmático rugoso (RER): presenta adheridos a sus paredes numerosos gránulos (ribosomas). Su función es crear y transportar proteínas; es abundante en células pancreáticas y hepáticas.
• Retículo endoplasmático liso (REL): conjunto de canales, sacos y túbulos que no tienen ribosomas adheridos. Su función es la creación de grasas (lípidos).

Aparato de Golgi

Corpúsculos similares al RE. Su función es terminar, madurar y almacenar las proteínas y algunos lípidos (lipoproteínas).

Lisosomas

Organelos formados por la parte externa de la célula, cuyo contenido es de enzimas digestivas. Su función es digerir y destruir los elementos que incorpora.

Enzimas

Aceleran las reacciones o procesos; son catalizadores.

Ribosomas

Pequeños organelos que se forman en el núcleo celular y terminan en el citoplasma, de forma individual o unidos al RE. Su función es la creación de proteínas.

Centriolos

Formados por microtúbulos orientados perpendicularmente entre sí. Su función durante la mitosis (división celular) es arrastrar los cromosomas, portadores del material genético que codifica la información.

Núcleo

Se ubica en el centro de la célula, rodeado por una membrana doble que lo aísla del citoplasma. El contenido nuclear está compuesto por ADN, que en estado interfásico se denomina cromatina.

Cuando la célula entra en mitosis, la división celular organiza los cromosomas formados por ADN, que contienen toda la información genética del ser humano: 23 pares de cromosomas (46), de los cuales 44 son del cuerpo somático y 2 son sexuales (XY en el hombre; XX en la mujer).

Dentro del núcleo, esta sustancia aglutinada se llama nucléolo; no es un organelo, está compuesto por ARN relacionado con la síntesis de proteínas.

Neurofisiología

La neurona es la unidad funcional del sistema nervioso, célula especializada en la transmisión de respuestas o impulsos.

La neurona

Presenta un cuerpo o soma, con características típicas de la célula: núcleo, citoplasma, membrana y organelos; sin embargo, no posee centriolos.

Del soma nacen prolongaciones ramificadas llamadas dendritas, cuya función es comunicarse con otras neuronas en una relación contigua. Otra prolongación se denomina axón, que puede medir varios centímetros hasta un metro. El axón termina en ramificaciones que realizan sinapsis con otras neuronas o placas motoras.

Sinapsis

Es la relación entre el axón de una neurona y la dendrita de otra. Esta relación contiene sustancias que comunican una neurona con otra: los neurotransmisores (adrenalina, noradrenalina, serotonina y, a nivel de la placa motora, la acetilcolina).

• La sinapsis es unidireccional, permite despolarizar la membrana y tener un siguiente impulso.
• La sinapsis puede sufrir agotamiento, pierde la capacidad de transmitir el siguiente impulso.
• La función del neurotransmisor es despolarizar la membrana de la siguiente neurona y así continuar con el impulso nervioso.
• La acetilcolina del botón sináptico, que se encuentra en la placa motora, es desactivada por la enzima colinesterasa. Esto evita que la acción del neurotransmisor se prolongue en el tiempo sobre la neurona.
• La sinapsis facilita los estímulos que pasan por ella; al recordar el estímulo, facilita lo que llamamos memoria.

Umbral de acción

Es el valor mínimo de estímulo necesario para generar un impulso.

Impulsos del sistema nervioso

Los impulsos del sistema nervioso son cambios electroquímicos que ocurren en la neurona y sus prolongaciones. La neurona en estado de reposo presenta una diferencia en las concentraciones de electrolitos; el principal es el sodio (Na⁺), que se encuentra en mayor cantidad en el medio extracelular que en el intracelular.

La membrana del axón es semipermeable y selectiva, y tiene una composición similar a la de otras membranas.

Estado en reposo

El sodio es expulsado del interior de la célula mediante un proceso activo (bomba de sodio) y se ubica en el intersticio. Al quedar la membrana con cargas positivas en el exterior y negativas en el interior, se produce la polarización.

Despolarización

El transporte de sodio por la bomba provoca una migración del ion potasio (K⁺), que se encuentra en el exterior e ingresa al intracelular. En el sistema nervioso central, el estímulo químico provoca un cambio en la permeabilidad de la membrana, lo que permite que los iones de sodio ingresen al intracelular. La membrana queda con cargas electropositivas en su interior y electronegativas en su exterior. Este proceso se conoce como despolarización.

Durante este proceso la membrana entra en periodo refractario, es decir, la incapacidad de responder a otro impulso.

Repolarización

Una vez realizado el estímulo, la membrana se repolariza. Esto ocurre gracias al ion potasio: el K⁺, que se encuentra en el intracelular, sale en grandes cantidades, quedando la membrana con cargas electropositivas y electronegativas que permiten nuevos impulsos. Al terminar los estímulos, la membrana vuelve a su estado de reposo inicial mediante el transporte activo, con gasto de energía.

Ley del todo o nada

Establece que la fuerza del estímulo no depende de su intensidad: el músculo se contrae o no se contrae.

Tipos de fibras nerviosas

• Fibras delgadas o amielínicas: conducen los impulsos a menor velocidad.
• Fibras gruesas o mielínicas: transmiten los impulsos a mayor velocidad.

La mielina es una envoltura lipídica producida por las células de Schwann, que se enrolla alrededor del axón dejando zonas sin cubrir llamadas nodos de Ranvier. Esta función permite que el impulso aumente su velocidad, produciendo una conducción saltatoria, es decir, la membrana solo se despolariza en los nodos de Ranvier.

Somestesia

Todos los estímulos llegan al sistema nervioso central (SNC), que informa al cuerpo humano sobre lo que ocurre en el interior y en el exterior. La somestesia deja de lado los órganos especiales como los sensoriales: audición, visión, olfato y gusto.

Clasificación de los estímulos y receptores

• Exteroceptivos: informan sobre los estímulos externos. Ejemplos: tacto (corpúsculos de Meissner), presión (corpúsculos de Pacini), frío (corpúsculos de Krause), calor (corpúsculos de Ruffini) y dolor (terminaciones libres).
• Propioceptivos: informan sobre la situación interna del cuerpo en equilibrio, ejecución y movimiento. Incluyen:
  • Husos musculares: informan sobre la tensión de las fibras y el tono muscular.
  • Receptores de Golgi (tendones): informan sobre la contracción del músculo en su totalidad.
  • Receptores articulares: cápsulas articulares que informan sobre las angulaciones de las articulaciones.
• Visceroceptores: informan sobre la situación de distintos órganos internos.

Vías sensitivas

Sistema espinotalámico

Se encuentra en el ganglio dorsal de la columna vertebral. Es una neurona bipolar que, junto con otras, conforma cuatro neuronas:

1. El axón parte del receptor, otro axón sale del ganglio y se conecta con la segunda neurona en las astas posteriores.
2. El axón de la segunda neurona cruza y sube por el cordón anterior de la médula, terminando sus fibras en el tálamo.
3. Allí se encuentra la tercera neurona. La mayor parte de las sensaciones pasan por esta vía y terminan en el tálamo; las sensaciones no son conscientes o son difusas. Algunas fibras terminan en la corteza sinestésica cerebral.
4. La cuarta neurona se ubica en la corteza parietal postrolándica, lugar donde el estímulo se identifica de forma exacta.

Características: presenta fibras delgadas y poco mielinizadas que terminan casi todas a nivel del tálamo. Esto significa que los impulsos que viajan por ella son lentos y difusos, se interconectan por falta de mielina y son poco conscientes, ya que las fibras no llegan a la corteza cerebral.

Sistema del cordón posterior

Presenta cuatro neuronas:

1. La primera neurona se encuentra en el ganglio de la raíz posterior, es bipolar. Su axón parte del receptor y el otro ingresa a la médula por las astas posteriores, ubicándose en los cordones posteriores medulares del mismo lado (no se cruza). Sube hasta el bulbo raquídeo.
2. Allí se encuentra con la segunda neurona; sus fibras se cruzan al lado opuesto para subir al tálamo.
3. En el tálamo se encuentra la tercera neurona.
4. Todas sus fibras terminan en la cuarta neurona de la corteza parietal.

Características: presenta fibras gruesas y mielinizadas, por lo que no tienen contacto con otras fibras y terminan todas en la corteza sinestésica prerolándica.