Neurotransmisión, Sinapsis y Bioenergética: Claves de la Fisiología Neuronal y Muscular

La Sinapsis: Comunicación Neuronal Esencial

La sinapsis es el lugar donde ocurre la comunicación entre neuronas. La señal sináptica se transmite a través de un neurotransmisor.

Este proceso es unidireccional: el neurotransmisor viajará desde la membrana presináptica hacia la membrana postsináptica.

Los neurotransmisores están contenidos en los botones sinápticos, específicamente almacenados en vesículas sinápticas.

El potencial de acción despolariza la membrana del botón sináptico. Esta despolarización se produce gracias a la entrada de calcio (Ca2+) a través de los canales de voltaje de Ca2+, los cuales se abren en respuesta al potencial de acción.

Cuando el calcio (Ca2+) entra en el botón sináptico, induce que las vesículas sinápticas se fusionen con la membrana presináptica para liberar los neurotransmisores al espacio sináptico a través de un proceso llamado exocitosis. Una vez en el espacio, los neurotransmisores se difunden para ser recibidos por la membrana postsináptica.

Proceso de Transmisión Sináptica

1. Exocitosis del neurotransmisor desde la membrana presináptica.
2. Difusión del neurotransmisor en el espacio sináptico.
3. Unión del neurotransmisor a un receptor específico en la membrana postsináptica.
4. Apertura de canales iónicos (en el caso de receptores ionotrópicos) o activación de vías de señalización (en el caso de receptores metabotrópicos).
5. Finalización de la señal: el neurotransmisor es recaptado por bombas transportadoras o degradado enzimáticamente en el espacio sináptico.

Neurotransmisores y Receptores Específicos

Canal Nicotínico

El canal nicotínico regula la contracción del músculo esquelético. Es importante destacar que cada órgano puede poseer canales con efectos tanto excitatorios como inhibitorios, y los efectos finales siempre dependerán del receptor y del neurotransmisor involucrado.

Glutamato

El Glutamato es el neurotransmisor excitatorio más potente del Sistema Nervioso (SN). Su exposición prolongada puede inducir neurotoxicidad, llegando a causar la muerte neuronal.

GABA (Ácido Gamma-Aminobutírico)

El GABA es el principal neurotransmisor inhibidor del Sistema Nervioso Central. Su acción contrarresta la excitación neuronal, contribuyendo a la regulación de la actividad cerebral.

Acetilcolina (ACh)

La Acetilcolina (ACh) es un neurotransmisor abundante en el sistema nervioso, fundamentalmente encargado de la contracción muscular. Su efecto será excitatorio siempre que actúe sobre un receptor ionotrópico.

Receptores Metabrópicos y Vías de Señalización

Los receptores metabotrópicos están asociados a proteínas G.

Mecanismo de Acción de Receptores Metabrópicos

1. El neurotransmisor se une al receptor metabotrópico.
2. El receptor metabotrópico interactúa con la proteína G asociada.
3. Se produce un intercambio: el GDP (difosfato de guanosina) unido a la subunidad alfa de la proteína G es liberado, y el GTP (trifosfato de guanosina) se une en su lugar.
4. La subunidad alfa de la proteína G (activada por GTP) se disocia y/o una porción de la proteína G interactúa con una enzima de membrana (efector).
5. La enzima de membrana activada genera un segundo mensajero (ej., AMPc, IP3, DAG).
6. El segundo mensajero interactúa con una enzima intracelular o directamente con canales iónicos.
7. Esta cascada de señalización puede llevar a la liberación de un tercer mensajero o a la modulación directa de la actividad de los canales iónicos o de otras proteínas celulares.

Glicina

La Glicina se segrega principalmente en las sinapsis de la médula espinal. Se considera que siempre actúa como un neurotransmisor inhibidor.

Sistema Nervioso Periférico (SNP)

El Sistema Nervioso Periférico (SNP) se divide en:

• Sistema Nervioso Somático: Controla las funciones voluntarias, principalmente el músculo esquelético.
• Sistema Nervioso Autónomo: Regula las funciones involuntarias del cuerpo, como la digestión, la respiración y el ritmo cardíaco. Se subdivide en:
  • Sistema Nervioso Simpático: Generalmente tiene una función excitatoria o de "lucha o huida", preparando al cuerpo para la acción. Una excepción notable es su efecto inhibitorio en el sistema digestivo.
  • Sistema Nervioso Parasimpático: Promueve la relajación y las funciones de "descanso y digestión". Relaja la mayoría de los sistemas, pero activa el sistema digestivo.

En el Sistema Nervioso Autónomo, la transmisión sináptica involucra dos neuronas consecutivas:

1. Una neurona preganglionar que libera Acetilcolina en el ganglio.
2. Una neurona postganglionar que se excita y libera su propio neurotransmisor en el órgano efector.

Neurotransmisores Liberados por la Neurona Postganglionar:

• Sistema Simpático: Principalmente Noradrenalina (o Adrenalina en la médula suprarrenal).
• Sistema Parasimpático: Acetilcolina.

Síntesis de ATP: Fuentes de Energía Muscular

Existen tres principales vías para la síntesis de ATP (Adenosín Trifosfato), la moneda energética celular:

1. Hidrólisis de Creatina Fosfato: Proporciona energía rápida para esfuerzos cortos e intensos.
2. Glucólisis: Produce 2 moléculas de ATP por molécula de glucosa, sin requerir oxígeno.
3. Ciclo de Krebs (Respiración Celular Oxidativa): Genera la mayor cantidad de ATP en presencia de oxígeno.

El piruvato, producto de la glucólisis, puede seguir dos vías metabólicas principales:

• Vía Aeróbica: En presencia de oxígeno, el piruvato entra en el ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones, produciendo una gran cantidad de ATP. Ayuda a mantener el oxígeno en el músculo.
• Vía Anaeróbica: En ausencia de oxígeno, el piruvato se convierte en ácido láctico, produciendo una menor cantidad de ATP y contribuyendo a la fatiga muscular.

Control Motor y Precisión

Cuantas más fibras musculares estén inervadas por una única neurona motora (formando una unidad motora grande), menor será la precisión de los movimientos que ese músculo puede realizar. Por el contrario, las unidades motoras pequeñas (pocas fibras por neurona) permiten movimientos finos y precisos.