Fundamentos de la Neurotransmisión y Regulación Hormonal en Biología

El Aprendizaje y la Adaptación Neuronal

Definición de Aprendizaje

El aprendizaje es el cambio en el comportamiento como resultado de la experiencia. Es el proceso por el que adquirimos conocimiento sobre el mundo y, a nivel neuronal, es el proceso por el cual una red neuronal modifica sus pesos en respuesta a una información de entrada.

Habituación

La habituación se trata de la disminución de la respuesta ante un estímulo debido a la repetición de este. Ejemplo: Aumentar la intensidad de una luz hará que cerremos los ojos, parpadeemos y nos cueste ver.

Mecanismos de Transducción de Señales

La sustancia transmisora se une a la proteína receptora que activa la proteína G. En reposo, la subunidad está unida a GDP (difosfato de guanosina). Al activarse, el GDP se reemplaza por GTP (trifosfato de guanosina). La proteína G abre o cierra los canales iónicos y activa enzimas de membrana.

Transporte Axonal Bidireccional

La imagen explica cómo la neurona distribuye y recicla sus componentes mediante transporte bidireccional a lo largo del axón:

• Anterógrado (Cinesina): Lleva materiales hacia la sinapsis (terminal axónica).
• Retrógrado (Dineína): Devuelve materiales reciclados al soma (cuerpo celular).

Clasificación y Bases de la Sinapsis Química

Tipos de Sinapsis Química (Según Contacto)

• Sinapsis Axodendríticas: Cuando la membrana postsináptica es una dendrita.
• Sinapsis Axosomáticas: Cuando la membrana postsináptica es el soma (cuerpo celular).
• Sinapsis Axoaxónicas: Cuando la membrana postsináptica es otro axón.

Bases de la Transmisión Sináptica Química

1. Síntesis y almacenamiento de neurotransmisores.
2. Liberación de neurotransmisores.
3. Unión neurotransmisor-receptor y respuesta eléctrica o química en la neurona postsináptica.
4. Eliminación de neurotransmisores de la hendidura sináptica.

Los neurotransmisores tienen una actividad excitatoria, cuando activan la neurona siguiente, o una actividad inhibitoria, es decir, que el neurotransmisor impide que el estímulo prosiga a la célula vecina.

La acción de un neurotransmisor en la terminal postsináptica no depende de las propiedades químicas del mismo, sino de las propiedades de los receptores que reconocen y unen el neurotransmisor.

Tipos de Receptores Postsinápticos

Receptores Ionotrópicos

• El mismo receptor es un canal iónico (ligando dependiente).
• Acción directa del Neurotransmisor (NT).
• El NT provoca la apertura del canal iónico a través de cambios conformacionales.
• Median respuestas rápidas (milisegundos).
• Ejemplos: Acetilcolina (nicotínicos), Glutamato, Glicina, GABA A y C.

Receptores Metabotrópicos

• Acción indirecta (a través de Proteínas G o segundos mensajeros).
• Su activación estimula la producción de segundos mensajeros y proteínas quinasas.
• Participan en respuestas más lentas y duraderas.
• Ejemplos: Acetilcolina (muscarínicos), Norepinefrina.

Los neurotransmisores y neuromoduladores identificados se dividen en dos categorías principales: transmisores de molécula pequeña y transmisores de molécula grande.

Principales Neurotransmisores y Neuromoduladores

Monoaminas

Acetilcolina (ACh)

La Acetilcolina es el transmisor en la unión neuromuscular, en los ganglios autonómicos, y en algunas uniones parasimpáticas y simpáticas posganglionares.

Serotonina (5-HT)

Alcanza su mayor concentración en las plaquetas sanguíneas y en el tubo digestivo. También se encuentra dentro del tallo encefálico en los núcleos del rafe medio, que se proyectan hasta partes del hipotálamo, el sistema límbico, la neocorteza, el cerebelo y la médula espinal.

Histamina

Se forma por descarboxilación del aminoácido histidina. La evidencia vincula la histamina del encéfalo con la excitación, el comportamiento sexual, la presión sanguínea, el consumo de alcohol, los umbrales del dolor y la regulación de la secreción de varias hormonas hipofisarias anteriores.

Catecolaminas

Noradrenalina, Adrenalina y Dopamina

Las principales catecolaminas que hay en el organismo (Noradrenalina, Adrenalina y Dopamina) se forman por hidroxilación y descarboxilación del aminoácido tirosina.

Aminoácidos Excitadores e Inhibidores

Glutamato

El aminoácido Glutamato es el principal transmisor excitatorio del cerebro y la médula espinal; se calcula que es el encargado del 75% de la transmisión excitatoria del cerebro. El glutamato se forma por aminación reductora del intermediario del ciclo de Krebs, el cetoglutarato.

Ácido Gamma-Aminobutírico (GABA)

El GABA es el principal mediador inhibidor del cerebro y, asimismo, produce la inhibición presináptica. El GABA se forma por descarboxilación de glutamato.

Mecanismos de Inhibición Neuronal

Los aumentos en la entrada de iones cloro (Cl⁻) y la salida de iones potasio (K⁺), así como el decremento de la entrada de iones calcio (Ca²⁺), generan hiperpolarización de neuronas, lo cual origina un potencial postsináptico inhibidor (PPSI).

Comunicación Endocrina: Las Hormonas

Definición de Hormonas

Las hormonas son moléculas emisoras de señales que llevan información de una célula a otra.

Tipos de Hormonas (Según Estructura Molecular)

• Hormonas Peptídicas: Hormonas hipofisarias, insulina y glucagón.
• Hormonas Esteroideas: Hormonas gonadales, esteroides suprarrenales y vitamina D.
• Hormonas Amínicas: Catecolaminas, hormonas tiroideas.

Modos de Acción Hormonal

La hormona viaja por el torrente sanguíneo, a menudo unida a una proteína plasmática, para tener acceso al tejido blanco. Además, las hormonas pueden actuar localmente después de la secreción:

• Autocrino: Acción de una sustancia sobre la célula que la produce.
• Paracrino: Acción de una sustancia sobre células próximas.
• Endocrino: Acción de una sustancia sobre células lejanas (a través del torrente sanguíneo).
• Feromonal: Acción de una sustancia volátil sobre otros individuos de la misma especie.
• Neurocrinia: Comunicación de célula nerviosa secretora con células efectoras.
• Nervioso: Comunicación de células nerviosas a través de sinapsis químicas o eléctricas.

Ejes Neuroendocrinos: Hipotálamo e Hipófisis

Localizaciones Anatómicas de Glándulas Endocrinas

Principales glándulas y tejidos endocrinos del organismo: Ovarios (mujer), Testículos (hombre), etc.

Núcleos Hipotalámicos Clave

Núcleo Paraventricular y Supraóptico

Este núcleo desempeña un papel primordial en el control del estrés, metabolismo, crecimiento, reproducción e inmunidad. Junto con el núcleo supraóptico, produce las hormonas Vasopresina (ADH) y Oxitocina.

Funciones Específicas de los Núcleos Hipotalámicos

• Paraventricular: Síntesis de Oxitocina. En condiciones de estrés, inicia un alto control vagal, reactividad más benigna al estrés, presión arterial baja, incremento en la contractilidad ventricular, frecuencia cardíaca y gasto cardíaco, y disminución de las resistencias periféricas.
• Preóptico: Control del sistema parasimpático.
• Hipotálamico Anterior: Respuesta termorreguladora al calor.
• Supraquiasmático: Control del ritmo circadiano (regulan los cambios en las características físicas y mentales que ocurren en el transcurso de un día).
• Supraóptico: Síntesis de Vasopresina y Oxitocina.
• Arcuato: Síntesis de GnRH y Dopamina (DA). Encargadas de la homeostasis endocrinológica del organismo. Funciones reguladoras de la saciedad.
• Ventromedial: Implicaciones en conductas de defensa y parece participar también en la conducta sexual femenina.
• Cuerpo Mamilares: Recepción de impulsos de la amígdala e hipocampo.
• Hipotálamico Posterior: Respuesta termorreguladora al frío.
• Hipotálamico Lateral: Centro de control del hambre y sed.
• Dorsomedial (Centro de Saciedad): El hipotálamo recibe: 1) Señales nerviosas del tubo digestivo que portan información sensitiva acerca del llenado gástrico; 2) Señales químicas de los nutrientes de la sangre que indican saciedad; 3) Señales de las hormonas gastrointestinales; 4) Señales de las hormonas liberadas por el tejido adiposo; 5) Señales de la corteza cerebral que modifican la conducta alimentaria.

Hormonas Hipotalámicas y Regulación Hipofisaria

La Hipófisis (Glándula Pituitaria)

La Hipófisis se encuentra localizada en la silla turca, sobre la base del cerebro.

TRH (Hormona Liberadora de Tirotropina)

• Compuesta por tres aminoácidos.
• Liberada desde el hipotálamo anterior.
• Acciones: Estimula la secreción de TSH y la Prolactina.

GnRH (Hormona Liberadora de Gonadotropina)

• Compuesta por 10 aminoácidos.
• Liberada de neuronas preópticas.
• Acciones: Estimula la secreción de LH y FSH. Su liberación es pulsátil (cada 60-120 minutos) y es necesaria para la respuesta hipofisaria adecuada.

Somatostatina (SRIF)

• Compuesta por 14 aminoácidos.
• Acciones: Inhibe la secreción de GH (acción principal), inhibe la secreción de TSH, inhibe la secreción exocrina del páncreas, inhibe la secreción endocrina pancreática de insulina y glucagón (con predominio de acción hiperglucemiante), e inhibe la motilidad gastrointestinal y el flujo esplácnico.

GH-RH (Hormona Liberadora de Hormona del Crecimiento)

• Tiene dos formas (una de 40 aa y otra de 44 aa).
• Liberada de neuronas paraventriculares, supraópticas, arcuatas y límbicas.
• Acciones: Estimula la secreción de GH (Hormona del Crecimiento).

CRH (Hormona Liberadora de Corticotropina)

• Compuesta por 41 aminoácidos.
• Acciones: Estimula la secreción de POMC, que posteriormente se fragmenta en Endorfina, MSH y ACTH. Su acción principal es estimular la secreción de ACTH.

Dopamina (DA) / Factor Inhibidor de la Prolactina (PIF)

• Liberada desde el núcleo arcuato.
• Acciones: Inhibe la secreción de Prolactina (PRL). Predomina, en circunstancias normales, sobre las hormonas estimulantes de la síntesis de PRL (TRH y VIP).

Funciones generales asociadas a los neurotransmisores monoamínicos: Movimiento, memoria, recompensa de placer, comportamiento, atención, inhibición de la producción, sueño, estado anímico y aprendizaje.

Hormona Antidiurética (ADH) y Oxitocina

Hormona Antidiurética (ADH) o Vasopresina

La ADH actúa sobre todo en los túbulos colectores del riñón, impidiendo la eliminación de agua. Ejerce, además, una poderosa acción vasoconstrictora en dosis altas (de ahí su otro nombre de Vasopresina). Cuando los barorreceptores periféricos detectan una volemia disminuida, se estimula mucho la liberación de ADH, que eleva la presión arterial.

Oxitocina

Cuando un bebé succiona la glándula mamaria materna, los receptores de estiramiento del pezón envían señales al encéfalo a través de los nervios sensitivos, desencadenando la liberación de Oxitocina (reflejo de eyección de leche).

Patologías Neuroendocrinas y Neurológicas

Hipotiroidismo

Se define como la hipoactividad de la glándula tiroidea que causa una carencia de hormonas tiroideas (T3 y T4). Cuando se hace sintomático, se denomina mixedema. Las hormonas tiroideas son esenciales entre el parto y la pubertad para que se desarrolle normalmente el Sistema Nervioso Central (SNC).

Síndrome de Kallman

Trastorno congénito que afecta fundamentalmente a varones con hipogonadismo hipogonadotropo (déficit aislado de gonadotropinas por defecto en la síntesis de GnRH), asociado a anosmia o hiposmia (pérdida o disminución del olfato) y malformaciones renales.

Diabetes Insípida

Consiste en la falta de secreción de ADH por la neurohipófisis (o resistencia renal a su acción). Es una afección poco frecuente que provoca la incapacidad de evitar la eliminación de agua. Cuando no es tratada puede provocar sed constante (polidipsia) y evacuación urinaria frecuente (poliuria). Los niveles de glucosa son constantes, pero los riñones son incapaces de mantener un equilibrio hídrico.

Neurotoxinas y Trastornos de la Transmisión

Toxina Botulínica

• Productor: Principalmente por las bacterias Clostridium botulinum (grampositivas, anaerobias estrictas, formadoras de esporas).
• Efecto: Produce un bloqueo neuromuscular, que puede llevar a parálisis muscular flácida y, en casos graves, la muerte por falla respiratoria.
• Función: Bloquear la contracción muscular.
• Mecanismo de Acción: Actúa en la unión neuromuscular bloqueando la liberación del neurotransmisor Acetilcolina (ACh). Etapas: Unión, endocitosis, translocación, clivaje de proteínas, bloqueo de liberación de ACh.

Toxina Tetánica (Tetanospasmina)

• Productor: La bacteria Clostridium tetani.
• Efecto: Toxina extremadamente potente que causa contracciones musculares sostenidas y dolorosas (tétanos), provocando espasmos musculares generalizados, rigidez y parálisis respiratoria.
• Mecanismo de Acción: Transporte retrógrado axonal y bloqueo de neurotransmisores inhibitorios en la médula espinal.
• Neurotransmisores Afectados: GABA y Glicina.

Miastenia Gravis

• Producción: Ocurre cuando el sistema inmunológico produce anticuerpos que atacan a los receptores de Acetilcolina (AChR) en la unión neuromuscular.
• Mecanismo de Acción: Los anticuerpos se unen a los receptores de AChR, impidiendo la acción normal de la acetilcolina.
• Neurotransmisor: Acetilcolina (ACh).
• Neuroreceptor: Receptor Nicotínico de Acetilcolina.
• Signos/Síntomas: Debilidad de brazos y piernas, visión doble, dificultades para hablar y masticar, caída del párpado superior (ptosis), fatiga, dificultad para respirar.
• Posible Tratamiento: Esteroides, medicación (inhibidores de colinesterasa), terapia y en algunos casos cirugía (timectomía).

Esquizofrenia y Neurotransmisores

La Esquizofrenia es un trastorno mental complejo que se caracteriza por alteraciones en la percepción, el pensamiento y la conducta.

• Dopamina: Hipótesis dopaminérgica (exceso de dopamina). El tratamiento busca el bloqueo de receptores de dopamina.
• Serotonina: Interacción con la dopamina y regulación del estado de ánimo.
• Noradrenalina: Regulación de la atención e interacción con la dopamina.
• Adrenalina: Interacción con el resto de neurotransmisores y respuesta al estrés.
• DOPA: Precursor de la dopamina.

Definiciones Adicionales de Trastornos Endocrinos

• Hipotiroidismo: Trastorno endocrino caracterizado por la disminución de hormonas tiroideas (T3 y T4), lo que genera enlentecimiento metabólico.
• Síndrome de Kallmann: Enfermedad genética caracterizada por hipogonadismo hipogonadotrópico (falta de desarrollo sexual) asociado a anosmia o hiposmia (alteración del olfato).
• Acromegalia: Trastorno causado por la hipersecreción de Hormona del Crecimiento (GH) en la edad adulta, generalmente por un adenoma hipofisario.
• Diabetes Insípida: Trastorno caracterizado por la incapacidad de concentrar la orina debido al déficit de ADH o resistencia renal a su acción. Características: poliuria, polidipsia, riesgo de deshidratación.