1. 1. www.FreeLibros.com
2. 2. Neuroanatoma clnica www.FreeLibros.com
3. 3. www.FreeLibros.com
4. 4. a LANGE medical book Neuroanatoma clnica Vigsimo sexta edicin MXICO B OGOT B UENOS AIRES CARA CAS GU ATEMALA MADRID NUE VA YORK SAN JU AN SANTI AGO SA O PAULO AUCKLAND L ONDRES MIL N M ONTREAL NUE VA DELHI SAN FRANCISCO S IDNEY S INGAPUR S T. LOUIS T ORONTO Stephen G. Waxman, MD, PhD Chairman, Department of Neurology Bridget Marie Flaherty Professor of Neurology, Neurobiology, & Pharmacology Yale University School of Medicine New Haven, Connecticut Chief, Neurology Service Yale-New Haven Hospital New Haven, Connecticut Visiting Professor of Neurology, Anatomy, & Biology Institute of Neurology University College London, England Traduccin: Gloria Estela Padilla Sierra Susana Margarita Olivares Bari www.FreeLibros.com
5. 5. Nota La medicina es una ciencia en constante desarrollo. Conforme surjan nuevos conocimientos, se requerirn cambios de la teraputica. El (los) autor(es) y los editores se han esforzado para que los cuadros de dosicacin medicamentosa sean precisos y acordes con lo establecido en la fecha de publicacin. Sin embargo, ante los posibles errores humanos y cambios en la medicina, ni los editores ni cualquier otra persona que haya participado en la preparacin de la obra garantizan que la informacin contenida en ella sea precisa o completa, tampoco son responsables de errores u omisiones, ni de los resultados que con dicha informacin se obtengan. Convendra recurrir a otras fuentes de datos, por ejemplo, y de manera particular, habr que consultar la hoja informativa que se adjunta con cada medicamento, para tener certeza de que la informacin de esta obra es precisa y no se han introducido cambios en la dosis recomendada o en las contraindicaciones para su administracin. Esto es de particular importancia con respecto a frmacos nuevos o de uso frecuente. Tambin deber consultarse a los laboratorioa para recabar informacin sobre los valores normales. Educacin Director editorial: Javier de Len Fraga Editor sponsor: Gabriel A. Romero Hernndez Editor de desarrollo: Manuel Bernal Prez Correccin de estilo: Luis A. Leero Leal Composicin y formacin: Leticia Dvila Acosta Supervisora de produccin: ngela Salas Caada NEUROANATOMA CLNICA Prohibida la reproduccin total o parcial de esta obra, por cualquier medio, sin la autorizacin escrita del editor DERECHOS RESERVADOS 2011, respecto a la primera edicin en espaol por, McGRAW-HILL INTERAMERICANA EDITORES S.A. de C.V. A subsidiary of the McGraw-Hill Companies, Inc. Prolongacin Paseo de la Reforma 1015, Torre A, Piso 17, Col. Desarrollo Santa Fe, Delegacin lvaro Obregn C. P. 01376, Mxico, D.F: Miembro de la Cmara Nacional de la Industria Editorial Mexicana Reg. No. 736 ISBN: 978-607-15-0509-5 Translated from the Twenty-Sixth English edition of: Clinical Neuroanatomy Copyright 2010, 2003, 2000 by The McGraw-Hill Companies, Inc. All Rights Reserved ISBN 978-0-07-160399-7 1234567890 119876543210 Impreso en Mxico Printed in Mexico www.FreeLibros.com
6. 6. A M, cuya sonrisa puede iluminar hasta la habitacin ms sombra. www.FreeLibros.com
7. 7. Caractersticas esenciales de esta edicin! Ms de 300 ilustraciones a todo color El amplio tamao de las pginas, 22 28.5 cm, permite apreciar en una excelente definicin los nuevos grficos a todo color Discusin de los ltimos avances en biologa molecular y celular en el contexto de neuroanatoma Inclusin de estructura y funcin bsicas del cerebro, mdula espinal y nervios perifricos, as como presentacin clnica de procesos patolgicos relacionados con estructuras especficas Correlaciones clnicas y casos de estudio que le ayudarn a interpretar y recordar conceptos neuroanatmicos esenciales en trminos de funcin y aplicacin clnica Las correlaciones clnicas le ayudarn a aprender los conceptos neuroanatmicos en el contexto de ejemplos del mundo real Los cuadros engloban informacin importante www.FreeLibros.com
8. 8. Numerosas imgenes deTC e IRM ilustran las entidades patolgicas Ms de 300 grficos a todo color ilustran el texto Diversas imgenes de tomografa computarizada (TC) y de resonancia magntica (IRM) del cerebro y mdula espinal normales; imgenes de resonancia magntica funcional que proporcionan una vista no invasiva de la funcin cerebral; y estudios neuroimagenolgicos que ilustran las entidades patolgicas comunes que afectan el sistema nervioso, incluyendo accidente cerebrovascular, hemorragia intracerebral, as como tumores del cerebro y de la mdula espinal La seccin de Introduccin al razonamiento clnico explica cmo utilizar la neuroanatoma como base para el anlisis de las alteraciones del sistema nervioso Diversidad de cuadros que presentan la informacin de una manera clara y fcil de recordar Un examen de prctica completo para someter a prueba sus conocimientos www.FreeLibros.com
9. 9. www.FreeLibros.com
10. 10. Comit asesor para la revisin cientfica de la edicin en espaol Dr. Carlos J. Guzmn Cuervo Morflogo Escuela Superior de Medicina Instituto Politcnico Nacional Mxico Dr. Nicols Arturo Cervantes Soriano Profesor de la Ctedra de Neurociencias Facultad de Medicina Escuela de Fisioterapia Universidad Popular Autnoma del Estado de Puebla Dra. Yolanda Crdenas Garca Profesora de la Ctedra de Anatoma Humana Coordinadora de Ciencias Morfolgicas Escuela Superior de Medicina Instituto Politcnico Nacional Mxico www.FreeLibros.com
11. 11. www.FreeLibros.com
12. 12. S E C C I N I PRINCIPIOS BSICOS 1 1. Elementos fundamentales del sistema nervioso 1 Plan general del sistema nervioso 1 Sistema nervioso perifrico 5 Planos y trminos 5 Referencias 6 2. Desarrollo y estructuras celulares del sistema nervioso 7 Aspectos celulares del desarrollo neural 7 Neuronas 7 Agrupamientos y conexiones neuronales 12 Neuroglia 12 Degeneracin y regeneracin 15 Neurognesis 17 Referencias 17 3. Transmisin de seales en el sistema nervioso 19 Potencial de membrana 19 Potenciales generadores 20 Potenciales de accin 20 Membrana de la clula nerviosa contiene canales inicos 21 Efectos de la mielinizacin 22 Conduccin de los potenciales de accin 23 Sinapsis 24 Ejemplo clnico 3-1 24 Transmisin sinptica 25 Acciones sinpticas excitatorias e inhibitorias 26 Plasticidad sinptica y potenciacin a largo plazo 27 Inhibicin presinptica 27 Unin neuromuscular y potencial de la placa terminal 28 Neurotransmisores 29 Caso 1 30 Referencias 31 S E C C I N II INTRODUCCIN AL RAZONAMIENTO CLNICO 33 4. La relacin entre neuroanatoma y neurologa 33 Sntomas y signos de las enfermedades neurolgicas 33 Dnde se encuentra la lesin? 36 Cul es la lesin? 38 Ejemplo clnico 4-1 39 Ejemplo clnico 4-2 39 Funcin de la neuroimagenologa y las investigaciones de laboratorio 39 Ejemplo clnico 4-3 40 Tratamiento de pacientes con alteraciones neurolgicas 40 Ejemplo clnico 4-4 40 Ejemplo clnico 4-5 41 Referencias 41 S E C C I N III MDULA ESPINAL Y COLUMNA VERTEBRAL 43 5. Mdula espinal 43 Desarrollo 43 Anatoma externa de la mdula espinal 43 Races y nervios espinales 46 Divisiones internas de la mdula espinal 48 Vas en la sustancia blanca 50 Ejemplo clnico 5-1 55 Reflejos 56 Lesiones en las vas motoras 60 Ejemplos de trastornos especficos de la mdula espinal 63 Caso 2 64 xi Prefacio xv Contenido www.FreeLibros.com
13. 13. xii Contenido Caso 3 64 Referencias 65 6. La columna vertebral y otras estructuras que rodean a la mdula espinal 67 Membranas circundantes 67 Circulacin de la mdula espinal 68 Columna vertebral 69 Ejemplo clnico 6-1 69 Puncin lumbar 71 Caso 4 73 Imgenes de la columna vertebral y mdula espinal 73 Caso 5 74 Referencias 77 S E C C I N IV ANATOMA DEL CEREBRO 79 7. Tronco enceflico y cerebelo 79 Desarrollo del tronco enceflico y nervios craneales 79 Organizacin del tronco enceflico 79 Ncleos de los nervios craneales en el tronco enceflico 82 Bulbo raqudeo 82 Protuberancia anular 87 Mesencfalo 88 Vascularizacin 89 Ejemplo clnico 7-1 90 Cerebelo 91 Ejemplo clnico 7-2 92 Ejemplo clnico 7-3 92 Caso 6 97 Caso 7 98 Referencias 98 8. Nervios craneales y sus vas 99 Origen de las fibras nerviosas craneales 99 Componentes funcionales de los nervios craneales 99 Relaciones anatmicas de los nervios craneales 102 Caso 8 116 Caso 9 116 Referencias 118 9. Diencfalo 119 Tlamo 119 Hipotlamo 120 Subtlamo 126 Epitlamo 127 rganos circunventriculares 128 Caso 10 129 Referencias 129 10. Hemisferios cerebrales/telencfalo 131 Desarrollo 131 Anatoma de los hemisferios cerebrales 131 Estructura microscpica de la corteza cerebral 136 Fisiologa de regiones corticales especializadas 141 Ganglios basales 143 Cpsula interna 145 Caso 11 146 Caso 12 147 Referencias 147 11. Ventrculos y membranas del cerebro 149 Sistema ventricular 149 Meninges y espacios 150 Lquido cefalorraqudeo 152 Barreras en el sistema nervioso 154 Crneo 156 Caso 13 160 Caso 14 161 Referencias 162 12. Irrigacin vascular del cerebro 163 Irrigacin arterial del cerebro 163 Drenaje venoso 165 Trastornos cerebrovasculares 169 Ejemplo clnico 12-1 175 Caso 15 177 Caso 16 178 Referencias 181 S E C C I N V SISTEMAS FUNCIONALES 183 13. Control del movimiento 183 Control del movimiento 183 Sistemas motores principales 183 Alteraciones motoras 189 Caso 17 193 Caso 18 194 Referencias 194 14. Sistemas somatosensoriales 195 Receptores 195 Conexiones 195 Vas sensoriales 195 reas corticales 196 Dolor 196 Caso 19 199 Caso 20 200 Referencias 200 15. El sistema visual 201 El ojo 201 Vas visuales 205 La corteza visual 209 Ejemplo clnico 15-1 210 Caso 21 214 Referencias 214 16. El sistema auditivo 215 Anatoma y funcin 215 Vas auditivas 215 Caso 22 218 Referencias 219 17. Sistema vestibular 221 Anatoma 221 Vas vestibulares 221 www.FreeLibros.com
14. 14. Contenido xiii Funciones 221 Caso 23 224 Referencias 224 18. La formacin reticular 225 Anatoma 225 Funciones 225 Referencias 228 19. Sistema lmbico 229 El lbulo lmbico y el sistema lmbico 229 Sistema olfatorio 229 Formacin del hipocampo 230 Ejemplo clnico 19-1 232 Funciones y trastornos 236 rea septal 236 Caso 24 238 Referencias 239 20. Sistema nervioso autnomo 241 Salida autnoma 241 Inervacin autnoma de la cabeza 247 Vas aferentes viscerales 248 Organizacin jerrquica del sistema nervioso autnomo 249 Sustancias transmisoras 251 Caso 25 255 Referencias 255 21. Funciones corticales superiores 257 Funciones del lbulo frontal 257 Lenguaje y habla 257 Dominancia cerebral 262 Memoria y aprendizaje 262 Epilepsia 262 Ejemplo clnico 21-1 264 Caso 26 265 Caso 27 266 Referencias 266 S E C C I N VI AUXILIARES DIAGNSTICOS 267 22. Imagenologa cerebral 267 Placas radiogrficas de crneo 267 Angiografa 267 Tomografa computarizada 268 Imgenes por resonancia magntica 270 Espectroscopia por resonancia magntica 273 Imgenes de difusin por resonancia magntica 273 IRM funcional 274 Tomografa por emisin de positrones 275 TC por emisin de positrn nico 276 Referencias 276 23. Pruebas electrodiagnsticas 277 Electroencefalografa 277 Potenciales evocados 278 Estimulacin transcraneal de la corteza motora 280 Electromiografa 280 Estudios de conduccin nerviosa 283 Referencias 284 24. Estudio del lquido cefalorraqudeo 285 Indicaciones 285 Contraindicaciones 285 Anlisis del LCR 285 Referencia 286 S E C C I N VII DISCUSIN DE CASOS 287 25. Discusin de casos 287 Localizacin de la lesin 287 Naturaleza de las lesiones 288 Casos 289 Referencias 303 Apndice A: Exploracin neurolgica 305 Apndice B: Evaluacin de la funcin muscular 313 Apndice C: Plexos y nervios espinales 329 Apndice D: Preguntas y respuestas 347 ndice alfabtico 355 www.FreeLibros.com
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16. 16. El cerebro, ms co mplejo que cualquier computadora que se haya inventado, es lo que nos hace humanos. La ciencia del cere- bro, la neur ociencia, ha sur gido como una de los ca mpos de investigacin ms emocionantes y ahora ocupa un papel central en la medicina, donde ofrece una base cientfica firme para la prctica clnica. Al cen tro de la neur ociencia se encuentra la estructura del sist ema nervioso: la neur oanatoma. Comprender el sistema nervioso y su a natoma es esencial no slo para investigadores y no nicamente para neurlogos y psi- quiatras, sino para los clnicos en cualquier subespecialidad, por- que todos ellos encontrarn pacientes que padecen de trastornos que involucran al cerebro, la mdula espinal y los nervios perif- ricos. Por ejemplo, el acciden te cerebrovascular es la t ercera causa de muerte ms frecuente en las s ociedades industrializa- das; los trastornos del estado de nimo, como la depresin, afec- tan a ms de 1 de cada 10 p ersonas; y se observan disfunciones del sistema nervioso en alrededor de 25% de los pacien tes en la mayora de los hosp itales generales en a lgn momento de su hospitalizacin. Ya se conocen las bases neuroanatmicas para muchos de estos trastornos y pronto se descubrirn para muchos otros. El presente libro proporciona una sinopsis concisa pero pro- funda y fcil de recordar de la neuroanatoma y de sus implica- ciones funcionales y c lnicas. En est a 26 edici n revisada, la mayora de los captulos se ha modificado y enfocado cuidado- samente de mo do que se enfaticen los co nceptos, hechos y estructuras de mayor importancia. Como maestro, investigador y clnico, he tratado de moldear el presente libro de tal manera que proporcione una her ramienta de r eferencia y a prendizaje para los ocupados estudiantes y residentes de medicina y para los estudiantes en reas relacionadas con la salud como la terapia fsica; para estudiantes de posgrado que requieren de una intro- duccin a la neur oanatoma, y para los clnicos en la p rctica, para quienes cada min uto es in valuable. El presente texto no tiene por intencin sustituir a los compendios ms largos, exten- sos y amplios de neurociencia y neuroanatoma. Por el contrario, ofrece una perspectiva general ms manejable y concisa que pre- senta los aspectos esenciales de la neuroanatoma y sus correlaciones funcionales y clnicas. Este texto es nico en cuanto a que incluye una seccin titu- lada Introduccin al razonamiento clnico, que aparece entre los primeros captulos del libro para introducir al lec tor a los procesos lgicos implicados en el uso de la neuroanatoma como base para reflexionar acerca de los trastornos del sistema nervioso. Dado que algunos alumnos recuerdan mejor a los pacientes que a los hechos aislados, he incluido discusiones de correlatos clni- cos y ejem plos clnicos que sintetizan las ca ractersticas ms importantes de pacientes seleccionados a partir de una ext ensa experiencia clnica a fin de ayudar al lector a interpretar y recor- dar los co nceptos neuroanatmicos en t rminos de funcin e implicaciones clnicas. Ya que gran parte de la neuroanatoma cuenta con aspectos espaciales y visuales, este libro incluye una gran cantidad de figu- ras. Las ilustraciones ofrecen representaciones claras, explcitas y memorables de vas, estr ucturas y mecanismos de importancia. Se incluyen varios cuadros que se han diseado a fin de ser cla- ros y fciles de r ecordar. Estas figuras y cuadros incorporan la retroalimentacin y sugerencias de un sinfn de educandos e ins- tructores de neuroanatoma. El advenimiento de la neuroimagenologa moderna ha revo- lucionado las neurociencias clnicas y el presente texto toma ven- taja plena de estos avances tecnolgicos mediante la inclusin de numerosas imgenes de t omografa computarizada (TC) y de resonancia magntica (IRM) del cerebro y mdula espinal nor- males, junto con imgenes de resonancia magntica f uncional (IRMf) que proporcionan una vist a no invasiva de la f uncin cerebral. Tambin se incluyen estudios de neur oimagenologa que ilustran entidades patolgicas comunes que afectan al siste- ma nervioso, incluyendo accidente cerebrovascular, hemorragia intracerebral y tumores del cerebro y mdula espinal. Al igual que en ediciones pasadas, tengo mucho que agrade- cer a varios colegas y amigos, en especial al cuerpo docente del Departamento de Neurologa de la Escuela de Medicina de Yale. Los doctores Joachim Baehring y Joseph Schindler fueron ms que generosos al compartir sus ideas y casos, algunos de los cua- les aparecen en este libro. Ellos, y otros colegas en Yale, han ayu- dado a crear un ambiente en el q ue aprender es divertido, un motivo que he incluido en el presente texto. Espero que los lecto- res del mismo se unan a m y encuentren que la neuroanatoma, que proporciona gran parte del fundamento tanto para las neu- rociencias como para la medicina c lnica, puede ser algo para disfrutar, memorable y de fcil aprendizaje. Stephen G. Waxman, MD, PhD New Haven, Connecticut Julio, 2009 Prefacio xv www.FreeLibros.com
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18. 18. 1 Ms que cualquier otro rgano, es el sistema nervioso lo que hace que los seres humanos seamos especiales. El sistema nervioso central (SNC) humano, ms pequeo y con menor peso que la mayora de las computadoras de escritorio, es el instrumento de computacin ms complejo y elegante que existe. Recibe e inter- preta una inmensa diversidad de informaciones sensoriales, controla una variedad de comportamientos motores simples y complejos, y utiliza lgica deductiva e inductiva. El cerebro puede tomar decisiones complejas, pensar en forma creativa y sentir emociones. Es capaz de generalizar y posee una refinada capaci- dad para reconocer que no puede ser reproducido incluso por las computadoras centrales ms avanzadas. Por ejemplo, el sistema nervioso humano puede identificar de inmediato un rostro fami- liar, sin importar el ngulo en el que se presente, puede llevar a cabo muchas tareas demandantes en forma casi simultnea. En vista de la complejidad del sistema nervioso y la riqueza de sus acciones, uno podra preguntarse si alguna vez llegara a comprenderse. De hecho, la neurociencia ha comenzado a pro- porcionar un entendimiento, en refinado detalle, de la organiza- cin y psicologa del sistema nervioso y de las alteraciones en su funcionamiento que ocurren en diversas enfermedades. Esta comprensin tiene una bas e firme en una concepcin de la estructura de este sistema y de la interrelacin entre estruc- tura y funcin. La complejidad de las acciones del sistema nervioso es el re- flejo de una estructura rica y compleja; en cierto sentido, puede concebirse como una red compleja y dinmica de computadoras entrelazadas. No obstante, la anatoma del sistema nervioso se puede entender con facilidad. La comprensin de la neuroanato- ma es obviamente relevante tanto para la neurociencia bsica como para la medicina clnica. La neuroanatoma clnica (es de- cir, la estructura del sistema nervioso, considerada en el contexto de los trastornos de este sistema) puede ensearnos importantes lecciones acerca de la estructura y organizacin del sistema ner- vioso normal y es es encial para comprender los trastornos de dicho sistema. PLAN GENERAL DEL SISTEMA NERVIOSO Divisiones principales A. Anatoma En un sentido anatmico, el sistema nervioso humano es un complejo con dos subdivisiones. 1. SNCEl SNC, que incluye al encfalo o cerebro y a la mdula espinal, est rodeado por hueso y envuelto en capas protectoras (meninges) y espacios llenos de lquido. 2. Sistema nervioso perifrico (SNP)El SNP est formado por los nervios craneales y espinales (figura 1-1). B. Fisiologa En sentido funcional, el sist ema nervioso se divide en dos sistemas. 1. Sistema nervioso somticoInerva las estructuras de las paredes del cuerpo (msculo, piel y membranas mucosas). 2. Sistema nervioso autnomo (visceral) (SNA)El SNA con- tiene porciones de los sistemas central y perifrico. Controla las actividades de los msculos lisos y glndulas de los rganos in- ternos (vsceras) y los vas os sanguneos y enva la informacin sensorial al encfalo. Unidades estructurales y organizacin general La porcin central del sistema nervioso consiste en el encfalo y la mdula espinal extendida (figura 1-2 y cuadro 1-1). El encfalo tiene una estructura escalonada y, desde un punto de vista gene- ral, se puede subdividir en encfalo, tronco enceflico y cerebelo. La mayor parte del sistema nervioso (cerebro o prosencfalo) es la ms avanzada en trminos filogenticos y es responsable 1Elementos fundamentales del sistema nervioso SECCIN I PRINCIPIOS BSICOS C A P T U L O 1 www.FreeLibros.com
19. 19. 2 SECCIN I Principios bsicos Crneo Cerebro Dos nervios craneales Nervios espinales Elementos de la columna vertebral Mdula espinal X par craneal (tambin parte del sistema autnomo) de las funciones ms complejas (p. ej., cognicin). En un sentido ms caudal, el tronco enceflico, bulbo raqudeo y mdula espi- nal cumplen con funciones menos avanzadas, pero esenciales. El cerebro (prosencfalo) incluye al telencfalo y al dien- cfalo; el telencfalo incluye a la corteza cerebral (la parte ms evolucionada del encfalo, llamada a veces sustancia gris), la sustancia blanca subcortical y los ga nglios basales, que son masas grises profundas dentro de los hemisf erios cerebrales. La sustancia blanca lleva ese nombre debido a que, en un ce- rebro recin seccionado, tiene una a pariencia brillante como resultado de su mielina suma mente rica en lpidos; la sustan- cia blanca consiste en fibras mielinizadas y no incluye cuerpos de las clulas neuronales o sinapsis (figura 1-3). Las principa- les subdivisiones del diencfalo son el tlamo y el hipotlamo. El tronco enceflico consiste en el cerebro medio (mesenc- falo), protuberancia anular y bulbo raqudeo. El cerebelo incluye al vermis y a dos l bulos laterales. El encfalo, que es hueco, contiene un sistema de espacios llamados ventrculos; la mdula espinal tiene un canal central estrecho que se cierra en gran medida en la adultez. Estos espacios estn llenos de l- quido cefalorraqudeo (LCR) (figuras 1-4 y 1-5; vase tambin captulo 11). Unidades funcionales El cerebro, que representa aproximadamente 2% del peso corpo- ral, contiene muchos miles de millones (quiz incluso billones) de neuronas y clulas gliales (vase captulo 2). Las neuronas, o clulas nerviosas, son clulas especializadas que reciben y envan seales a otras clulas a travs de sus extensiones (fibras nervio- sas o axones). La informacin se procesa y codifica en una s e- cuencia de pasos elctricos o qumicos que ocurren, en la mayo- ra de los cas os, a gran velocidad (en milisegundos). Muchas neuronas tienen cuerpos relativamente grandes y largos axones que transmiten los impulsos rpidamente a lo largo de una dis- tancia considerable. Por otra parte, las interneuronas tienen pe- queos cuerpos celulares y axones cortos, y transmiten los im- pulsos en forma local. Las clulas nerviosas que cumplen con una funcin comn, a menudo con una meta comn, frecuente- mente se agrupan juntas en ncleos. Las clulas nerviosas con una forma, funcin y conexiones comunes, y que estn agrupa- das juntas fuera del SNC, se denominan ganglios. Otros elementos celulares que sustentan la actividad de las neuronas son las clulas gliales, de las c uales existen varios ti- pos. Las clulas gliales dentro del cerebro y de la mdula espinal superan en nmero a las neuronas en una proporcin de 10:1. FIGURA 11 Estructura del sistema nervioso central y del sistema nervioso perifrico donde se muestra la relacin entre el sistema nervioso central y su envoltura sea. FIGURA 12 Las dos divisiones principales del sistema nervioso cen- tral, el cerebro y la mdula espinal, vistos desde el plano sagital medio. Bulbo raqudeo Protuberancia anular Mesencfalo Tronco enceflico Diencfalo Cerebelo Mdula espinal Telencfalo (hemisferio cerebral) www.FreeLibros.com
20. 20. CAPTULO 1 Elementos fundamentales del sistema nervioso 3 Fibras nerviosasFibras nerviosas Sustancia blanca Neurona Ncleo de clulas gliales Sustancia gris CUADRO 11 Principales divisiones del sistema nervioso central. Corteza cerebral Sustancia blanca subcortical Comisuras Ganglios basales Tlamo Hipotlamo Epitlamo Subtlamo Telencfalo Cerebrum (prosencfalo) CerebeloCerebro (encfalo) Mdula espinal Tronco enceflico Sustancia blanca Sustancia gris Diencfalo Corteza cerebelosa Ncleos cerebelosos Cerebro medio (mesencfalo) Protuberancia anular Bulbo raqudeo Cordones dorsales Cordones laterales Cordones anteriores FIGURA 13 Corte transversal de la mdula espinal donde se muestra la sustancia gris (que contiene los cuerpos neuronales y de clulas gliales, axones, dendritas y sinapsis) y sustancia blanca (que contiene los axones mielinizados y las clulas gliales asociadas). (Reproducida, con autorizacin, de Junqueira LC, Carneiro J, Kelley RO: Basic Histology: Text & Atlas, 11th ed. McGraw-Hill, 2005.) www.FreeLibros.com
21. 21. 4 SECCIN I Principios bsicos Crneo Hemisferio cerebral Comisura (cuerpo calloso) Diencfalo Cerebelo Glndula hipfisis Tronco enceflico Mdula espinal Hemisferio cerebral Diencfalo Tronco enceflico Cmputo en el sistema nervioso Las clulas nerviosas transmiten seales entre s en las sinapsis (vanse captulos 2 y 3). L os transmisores qumicos se asocian con la funcin de la sinapsis: excitacin e inhibicin. Una neu- rona puede recibir miles de sinapsis, que le llevan informacin de muchas fuentes. Al integrar la alimentacin excitatoria e in- hibitoria que proviene de estas diversas fuentes y producir su propio mensaje, cada neurona acta como un dispositivo de pro- cesamiento de informacin. Algunos comportamientos muy primitivos (p. ej., la contrac- cin refleja e inconsciente de los msculos alrededor de la rodilla en respuesta a la percusin del tendn de la rtula) estn mediados por una cadena monosinptica simple de dos neuronas conecta- das por una sinapsis. Por el contrario, las conductas ms comple- jas requieren circuitos neurales polisinpticos ms grandes en los que participan muchas neuronas interconectadas por sinapsis. Tractos y comisuras Las conexiones, o vas, entre grupos de neuronas en el SNC es- tn en forma de haces de fibras, o tractos (fascculos). Los agru- pamientos de tractos, como se observa en la mdula espinal, se conocen como cordones (funculos). Los tractos pueden des- cender (p. ej., del cerebro al tronco enceflico o mdula espinal) o ascender (p. ej., de la mdula espinal al cerebro). Estas vas son conexiones verticales que en su curso pueden cruzarse (decusar) de un lado del SNC al otro. Las conexiones horizontales (laterales) se denominan comisuras. Mltiples tractos conectan muchas partes del sistema ner- vioso. Por ejemplo, una diversidad de tractos ascendentes y descen- dentes conectan al SNP y los centros espinales inferiores con el ce- rebro. Esto refleja el hecho de que el sistema nervioso extrae diferentes aspectos de su entorno sensorial (p. ej., la forma, peso y temperatura de un objeto que toca el cuerpo) y los co difica en forma independiente y controla aspectos especficos de la conducta motora (postura, tono muscular, movimientos delicados) utili- zando diferentes conjuntos de neuronas. La multiplicidad de trac- tos tambin dota al sistema nervioso de un grado de redundancia: despus de la destruccin parcial del sistema nervioso, slo se per- dern algunas funciones; es posible que otras se conserven, incre- mentando la probabilidad de que el organismo sobreviva. Simetra del sistema nervioso Un tema general en neuroanatoma es que, en un primer acerca- miento, el sistema nervioso est construido con simetra bilateral. Esto es ms evidente en el cerebro y el cerebelo, que se organizan en hemisferios derecho e izquierdo. Al observarlos inicialmente, estos hemisferios parecen simtricos. Algunas funciones cortica- les superiores, como el lenguaje, tienen una mayor representacin en un hemisferio que en el o tro, pero en trminos generales, los hemisferios tienen una estructura similar. Incluso en las estructu- ras ms caudales, como en el tronco enceflico y la mdula espinal que no se organizan en hemisferios, existe simetra bilateral. Representacin cruzada Otro tema general en la construccin del sistema nervioso es la decusacin y representacin cruzada: el lado derecho del cere- bro recibe informacin y controla el funcionamiento motor re- lacionado con el lado izquierdo del mundo y viceversa. La infor- macin visual del lado der echo del mundo se procesa en la corteza visual del hemisf erio izquierdo. De manera similar, la sensacin de tacto, de calor o fro y el sentido de posicin de las articulaciones del lado derecho del cuerpo se procesan en la cor- teza somatosensorial del hemisf erio cerebral izquierdo. En cuanto al control motor, la corteza motora del hemisferio cere- bral izquierdo controla los movimientos corporales que ataen al lado derecho del mundo exterior. Esto incluye, por supuesto, el control de los msculos del brazo y pierna derechos, como b- ceps, trceps, msculos de la mano y gastrocnemio. Existen ex- cepciones ocasionales para este patrn de inervacin cruzada: por ejemplo, el msculo esternocleidomastoideo izquierdo est bajo el control de la corteza cerebral izquierda. No obstante, in- cluso esta excepcin tiene sentido funcional: como resultado de su biomecnica poco comn, la contraccin del esternocleido- mastoideo izquierdo gira la ca beza hacia la derecha. Entonces, aun para el msculo anmalo, el control de los movimientos re- FIGURA 14 Fotografa de un corte sagital medio a travs de la cabeza y parte superior del cuello donde se muestran las principales divisiones del sistema nervioso central. (Reproducida, con autorizacin, de deGroot J: Correlative Neuroanatomy of Computed Tomography and Magnetic Resonance Imagery, 21 ed. Appleton & Lange, 1991.) FIGURA 15 Imagen por resonancia magntica de un corte sagital medio a travs de la cabeza (secuencia rpida; vase captulo 22). Comprese con la figura 1-2. www.FreeLibros.com
22. 22. CAPTULO 1 Elementos fundamentales del sistema nervioso 5 Superior Plano horizontal Dorsal Planos transversos Caudal Ventral Plano coronal Rostral levantes para el lado derecho del mundo se origina en el hemis- ferio cerebral contralateral izquierdo, como se pronosticara se- gn el principio de representacin cruzada. Existe una excepcin importante para la regla del control motor cruzado: como resultado de la organizacin de las entradas y salidas de informacin cerebelosa, cada hemisferio cerebeloso controla la coordinacin y tono muscular del lado ipsolateral del cuerpo (vase el captulo 7). Mapamundi dentro del cerebro En cada uno de muchos niveles, el cerebro crea mapas de diver- sos aspectos del mundo exterior. Por ejemplo, consideremos los cordones dorsales (que transmiten informacin sensorial, en particular con respecto a tacto y vibracin, a partir de las termi- naciones sensoriales en la superficie corporal hacia arriba dentro de la mdula espinal). Los axones dentro de los cordones dorsa- les estn dispuestos de manera ordenada, con fibras provenien- tes de brazo, torso y pierna que forman un mapa que conserva la relacin espacial de estas partes del cuerpo. Dentro de la corteza cerebral tambin existe un mapa sensorial (que tiene la forma de un pequeo hombre y que, por ende, se denomina homnculo) dentro de la co rteza sensorial. Existen mltiples mapas del mundo visual dentro de los lbulos occipitales y tambin dentro de los lbulos temporales y parietales. Estos mapas se llaman re- tinotpicos porque conservan las relaciones geomtricas entre los objetos cuya imagen se ha proyectado en la retina y, en con- secuencia, proporcionan representaciones espaciales del a m- biente visual dentro del cerebro. Cada mapa contiene neuronas dedicadas a extraer y analizar informacin sobre un aspecto par- ticular (p. ej., forma, color o movimiento) del estmulo. Desarrollo Los primeros tractos de fibras nerviosas aparecen aproximada- mente en el segundo mes de vida f etal; los tractos motores des- cendentes principales aparecen cerca del quinto mes. La mielini- zacin (formacin de vainas de mielina) de las f ibras nerviosas de la mdula espinal comienza aproximadamente a la mitad de la vida del feto; algunos tractos no se mielinizan por completo du- rante 20 aos. Los tractos ms antiguos (aquellos comunes a to- dos los animales) se mielinizan primero; los tractos corticoespi- nales se mielinizan principalmente durante el primer y segundo aos de vida. Los axones en crecimiento se orientan a sus destinos correc- tos durante el desarrollo del sistema nervioso mediante molcu- las gua extracelulares (que incluyen las netrinas y las semafori- nas). Algunas de ellas actan como atrayentes para los axones en crecimiento, guindolos hacia un destino pa rticular. Otras ac- tan como repelentes. Existen muchos tipos de molculas gua que probablemente son cada uno esp ecfico para un tipo parti- cular de axn y se encuentran en gradientes de diversas concen- traciones. En muchas partes del sistema nervioso en desarrollo, de inicio existe una superabundancia de axones jvenes, y aque- llos que no llegan a sus destinos correctos se pierden de manera subsiguiente debido a la poda. Aunque la organizacin estructural del cerebro queda bien establecida antes de comenzar el funcionamiento neural, el cere- bro en maduracin es susceptible de modificacin si se aplica o retiene un estmulo apropiado durante un periodo crtico, que puede durar slo unos cuantos das o incluso menos. SISTEMA NERVIOSO PERIFRICO El sistema nervioso perifrico (SNP) incluye los nervios espi- nales, nervios craneales y sus ga nglios asociados (grupos de clulas nerviosas fuera del SNC). Los nervios contienen fibras nerviosas que conducen informacin hacia (aferente) o desde (eferente) el SNC. En general, las fibras eferentes participan en las funciones motoras, como la contraccin de los msculos o la secrecin de las g lndulas; las fibras aferentes generalmente transmiten los estmulos sensoriales desde la piel, membranas mucosas y estructuras profundas. PLANOS Y TRMINOS Los neuroanatomistas tienden a co nsiderar al cerebro y a la mdula espinal en trminos de cmo aparecen en rebanadas o cortes. Los planos de corte y los trminos empleados en la neu- roanatoma se muestran en la figura 1-6 y en el cuadro 1-2. FIGURA 16 Planos (coronal, horizontal, transverso) y direcciones (rostral, caudal, etc.) que se emplean comnmente en la descripcin del cerebro y de la mdula espinal. El plano del dibujo es sagital medio. CUADRO 12 Trminos usados en neuroanatoma. Ventral, anterior Hacia el lado frontal (vientre) Dorsal, posterior Hacia el lado trasero Superior, craneal Hacia el lado superior (crneo) Inferior Hacia el lado inferior Caudal En la posicin ms baja (hacia el extremo de la cola) Rostral Hacia el lado delantero (hacia el extremo de la nariz) Medial Cerca o hacia la mitad Mediano En medio, plano medio (sagital medio) Lateral Hacia el lado (lejos del medio) Ipsolateral Del mismo lado Contralateral Del lado opuesto Bilateral En ambos lados www.FreeLibros.com
23. 23. 6 SECCIN I Principios bsicos REFERENCIAS Brodal P: The Central Nervous System: Structure and Function. Oxford Univ Press, 1981. Damasio H: Human Brain Anatomy in Computerized Images. Oxford Univ Press, 1996. Geschwind N, Galaburda AM: Cerebral Lateralization. Harvard Univ Press, 1986. Kandel ER, Schwartz JN, Jessell T: Principles of Neural Science. Appleton & Lange, 2000. Mai J, Paxinos G, Voss T: Atlas of the Human Brain. Elsevier, 2007. Martin JH: Neuroanatomy Text & Atlas, 2nd ed. Appleton & Lange, 1996. Mazziotta J, Toga A, Frackowiak R: Brain Mapping: The Disorders. Elsevier, 2000. Netter FH: Nervous System (Atlas and Annotations). Vol 1: The CIBA Collection of Medical Illustrations. CIBA Pharmaceutical Company, 1983. Nicholls JG, Martin AR, Wallace BG: From Neuron to Brain, 3rd ed. Sinauer, 1992. Parent A, Carpenter MC: Carpenters Human Neuroanatomy, 8th ed. Williams & Wilkins, 1996. Romanes GJ: Cunninghams Textbook of Anatomy, 18th ed. Oxford Univ Press, 1986. Shepherd GM: Neurobiology, 2nd ed. Oxford Univ Press, 1994. Toga A, Mazziotta J: Brain Mapping: The Systems. Elsevier, 2000. www.FreeLibros.com
24. 24. 7 2 C A P T U L O 2Desarrollo y estructuras celulares del sistema nervioso ASPECTOS CELULARES DEL DESARROLLO NEURAL Al inicio del des arrollo del sistema nervioso se forma un tubo hueco de tejido neural ectodrmico en la lnea media dorsal del embrin. De inicio, los elementos celulares del tubo parecen in- diferenciados, pero ms adelante se desarrollan para formar di- versos tipos de neuronas y clulas gliales de soporte. Capas del tubo neural El tubo neural embrionario cuenta con tres capas (figura 2-1): la zona ventricular, ms adelante denominada epndimo, alrede- dor de la l uz (conducto central) del tubo; la zona intermedia, que se forma por la divisin de clulas de la zona ventricular (in- cluyendo el tipo ms inicial de clula glial radial) y se extiende entre la superficie ventricular y la capa externa (pial); y la zona marginal externa, que se forma ms adelante por las proyeccio- nes neuronales de la zona intermedia (figura 2-1B). La zona intermedia, o capa del manto, aumenta en celulari- dad y se convierte en sustancia gris. Las proyecciones neurona- les de la zona marginal, as como otras proyecciones celulares, se convierten en sustancia blanca cuando se mielinizan. Diferenciacin y migracin Las neuronas de mayor tamao, que son principalmente motoras, se diferencian primero. Las neuronas sensoriales y pequeas, y la mayora de las clulas gliales, aparecen ms tarde, incluso al mo- mento del nacimiento. Las neuronas recin formadas pueden mi- grar extensamente a travs de regiones de neuronas ya formadas. Cuando aparecen las clulas de la glia, pueden actuar como marco que gua a las neuronas en crecimiento hasta sus blancos correc- tos. Debido a que la proyeccin axonal de una neurona puede em- pezar a crecer hacia su meta durante la migracin, es comn que las proyecciones nerviosas en el cerebro adulto sean curvas ms que rectas. Las clulas ms nuevas de la f utura corteza cerebral migran de las ca pas ms profundas a las ms s uperficiales. Las neuronas pequeas del cerebelo incipiente migran primero a la su- perficie y ms adelante a las capas ms profundas y este proceso contina durante varios meses despus del nacimiento. NEURONAS Las neuronas varan en tamao y complejidad. Por ejemplo, los ncleos de un tipo pequeo de clula de la corteza cerebelosa (c- lula granular) son apenas ms grandes que los nuclolos de las grandes clulas de Purkinje adyacentes. Por lo general, las neuro- nas motoras son ms grandes que las neuronas sensoriales. Las neuronas con proyecciones largas (p. ej., clulas ganglionares de la raz dorsal) son ms grandes que aquellas con proyecciones cortas (figuras 2-2 y 2-3). Algunas neuronas se proyectan desde la corteza cerebral hasta la parte inferior de la mdula espinal, una distancia menor a los 60 cm en los lactantes o de 1.20 m o ms en los adultos; otras tienen proyecciones muy cortas, que llegan, por ejemplo, slo de clula a clula en la corteza cerebral. Estas neu- ronas pequeas, con axones cortos que terminan a nivel local, se denominan interneuronas. Por lo general, extendidas desde el cuerpo neuronal, se encuentran diversas proyecciones denomina- das axn y dendritas. La mayora de las neuronas cuentan con un solo axn (con ramificaciones a lo la rgo de su extensin) y con muchas dendritas (que tambin se dividen y subdividen, como las ramas de un rbol). La parte receptiva de la neur ona es la den- drita o zona dendrtica (vase la seccin Dendritas). La parte conductora (propagadora o transmisora) es el ax n, que puede contar con una o ms ra mificaciones colaterales. La porcin ex- trema del axn se denomina terminal sinptica o arborizacin. El cuerpo de la neurona se llama soma o pericarion. Cuerpos celulares El cuerpo celular es el cen tro metablico y gentico de la neu- rona (figura 2-3). Aunque su tamao vara enormemente en los distintos tipos de neuronas, el cuerpo celular constituye slo una pequea parte del volumen total de la neurona. El cuerpo celular y las dendritas conforman el polo receptivo de la neurona. Las sinapsis de otras clulas o proyecciones gliales tienden a cubrir la superficie del cuerpo de la clula (figura 2-4). Dendritas Las dendritas son ramificaciones neuronales que se extienden desde el cuerpo de la clula; reciben la informacin sinptica en- trante y as, junto con el cuerpo celular, proporcionan el polo re- ceptivo de la neur ona. La mayora de las neur onas cuentan con muchas dendritas (vanse figuras 2-2, 2-3 y 2-5). El rea superfi- cial receptiva de las dendritas suele ser mucho mayor que la del cuerpo celular. Debido a que la mayora de las dendritas son lar- gas y delgadas, ac tan como restatos, aislando eventos elctri- cos, como los potenciales postsinpticos, uno del o tro (vase el captulo 3). El patrn de ramificacin de las dendritas puede ser muy complejo y determina la forma en que la neurona integra las entradas sinpticas provenientes de diversas fuentes. Algunas dendritas dan lugar a las espinas dendrticas, que son pequeas www.FreeLibros.com
25. 25. 8 SECCIN I Principios bsicos proyecciones en forma de hongos que actan como ramificacio- nes dendrticas finas y que reciben estimulaciones sinpticas. Axones Slo un axn surge de la mayora de las neuronas. El axn es un tubo cilndrico de citoplasma cubierto por una membrana, el axolema. Hay un citoesqueleto formado por neurofilamentos y microtbulos que corre a lo la rgo del axn. Los microtbulos proporcionan un armazn para el veloz transporte axonal (vea la seccin Transporte axonal). Motores moleculares especializados (molculas de cinesina) se enlazan con vesculas que contienen molculas (p. ej., neurotransmisores) destinadas para el trans- porte y caminan mediante una serie de pasos de consumo de trifosfato de adenosina (ATP) a lo largo de los microtbulos. El axn es una estructura especializada que conduce sea- les elctricas desde el segmento inicial (la porcin proximal del axn, cercana al cuerpo celular) hasta las terminales sinpticas. El segmento inicial tiene caractersticas morfolgicas distinti- vas; difiere tanto del cuerpo celular como del axn. El axolema del segmento inicial contiene una elevada densidad de canales de sodio, que permiten que el segmento inicial acte como zona desencadenante. Dentro de esta zona, se generan los potencia- les de accin a fin de que puedan viajar a lo largo del axn que, por ltimo, invaden las ramas axonales terminales y desencade- nan la actividad sinptica, que incide sobre otras neuronas. El FIGURA 21 Dos etapas en el desarrollo del tubo neural (slo se muestra la mitad de cada corte transversal). A: Etapa inicial con un gran conducto central. B: Etapa posterior con un conducto central ms reducido. Capa del manto (celular: posteriormente, sustancia gris) Lmite entre la capa del manto y la capa marginal Capa marginal (proyecciones celulares: posteriormente, sustancia blanca) Epndimo Zona intermedia Conducto central Piamadre Glia radial A B FIGURA 22 Ilustracin esquemtica de tipos de neuronas. A: Clulas del sistema nervioso central: (1) neurona motora que se proyecta a un msculo estriado, (2) neurona sensorial especial y (3) neurona sensorial general de la piel. B: Clulas del sistema nervioso autnomo a msculo liso. Ntese cmo vara la posicin del cuerpo celular respecto del axn. Zona receptiva Transmisin (axn) Zona terminal 2 3 1 A B Clula preganglionar Clula posganglionar FIGURA 23 Dibujo esquemtico de una neurona motora con tincin de Nissl. La vaina de mielina es producto de los oligodendrocitos en el sistema nervioso central y de las clulas de Schwann en el sistema nervioso perifrico. Obsrvense las tres placas terminales motoras que transmiten los impulsos nerviosos a las fibras musculares estriadas es- quelticas. Las flechas indican la direccin del impulso nervioso. (Reproducida, con autorizacin, de Junqueira LC, Carneiro J, Kelley RO: Basic Histology: Text & Atlas, 11 ed. McGraw-Hill, 2005.) Cuerpos de Nissl Ndulo de Ranvier Segmento inicial del axn Oligodendrocito Axn proveniente de otra neurona Sinapsis Pericarion Cono axnico Axn Vaina de mielina Ramificacin colateral del axn Sistema nervioso central Sistema nervioso perifrico Clula de Schwann Ramificacin colateral Placas terminales motoras Dendritas www.FreeLibros.com
26. 26. CAPTULO 2 Desarrollo y estructuras celulares del sistema nervioso 9 segmento inicial no contiene sustancia de Nissl (figura 2-3). En las neuronas de gran tamao, el segmento inicial se levanta de manera conspicua a partir del cono axnico, una porcin pro- tuberante del cuerpo celular. Los axones varan en longitud de unas cuantas micras (en las in terneuronas) a ms de un metr o (es decir, en una neurona motora lumbar que se proyecta de la mdula espinal a los msculos del pie) y en dimetro de 0.1 m a ms de 20 m. A. Mielina Muchos axones se encuentran cubiertos de mielina. La mielina consiste en mltiples capas concntricas de membrana rica en l- pidos producida por las clulas de Schwann en el sistema nervioso perifrico (SNP) y por los oligodendrocitos (un tipo de clula glial) en el sistema nervioso central (SNC) (figuras 2-6 a 2-9). La vaina de mielina s e divide en segmentos de cerca de 1 mm de longitud por pequeas brechas (1 m) carentes de mielina; stos son los ndulos de Ranvier. Los axones ms pequeos no se en- cuentran mielinizados. Como se seala en el captulo 3, la mie- lina funge como aislante. En general, la mielinizacin tiene la funcin de aumentar la velocidad de la conduccin del impulso a lo largo del axn. A. Transporte axonal Adems de conducir potenciales de accin, los axones transpor- tan materiales del cuerpo celular a las t erminales sinpticas (transporte antergrado) y desde las terminales sinpticas hacia el cuerpo celular (transporte retrgrado). Debido a que no hay ribosomas presentes en el ax n, es necesario que las protenas nuevas se sinteticen y transporten al axn. Esto sucede por me- dio de diversos tipos de transporte axonal, que difieren en trmi- nos de la frecuencia y el material transportado. El transporte an- tergrado puede ser veloz (hasta 400 mm/d) o lento (cerca de 1 mm/d). El transporte retrgrado es similar al transporte anter- grado rpido. El transporte rpido comprende microtbulos que se extienden a travs del citoplasma de la neurona. Un axn puede daarse al cortarse o seccionarse, aplastarse o comprimirse. Despus del dao a un axn, la clula neuronal FIGURA 24 Micrografa de electrones del cuerpo celular de una neurona (CC) rodeado de proyecciones nerviosas. La superficie neuronal se encuentra totalmente cubierta, bien sea por las terminaciones sinpticas de otras neuronas (S) o por las proyecciones de clulas gliales. Muchas otras proyecciones alrededor de esta clula son axones mielinizados (M). CC, cuerpo celular neuronal; N, ncleo, 5000. (Cortesa del Dr. DM McDonald.) NN C CC CC C MM MM SS SS SS SS SS SS MM MM MM www.FreeLibros.com
27. 27. 10 SECCIN I Principios bsicos responde al ingresar a una fas e denominada reaccin axonal o cromatlisis. En general, los axones dentro de los nervios peri- fricos pueden regenerarse rpidamente despus de que se les secciona, mientras que aquellos que se encuentran dentro del SNC tienden a no regenerarse. La reaccin axonal y la regenera- cin axonal se discuten con mayor detalle en el captulo 22. Sinapsis Por lo general, la comunicacin entre neuronas sucede desde la terminal del axn de la neurona transmisora (lado presinptico) a la regin receptiva de la neurona receptora (lado postsinptico) (figuras 2-5 y 2-10). Es te complejo interneurona especializado es una sinapsis o unin sinptica. Como se detalla en el cua- dro 2-1, algunas sinapsis se hallan entre un axn y una dendrita (sinapsis axodendrticas, que tienden a s er excitatorias) o en una punta, o espina dendrtica en forma de hongo, que sobresale de la dendrita (figura 2-11). Otras sinapsis se localizan entre un axn y un c uerpo celular nervioso (sinapsis axosomticas, que tienden a ser inhibitorias). Aun otras sinapsis se localizan entre una terminal axonal y otro axn; estas sinapsis axoaxnicas mo- dulan la liberacin de transmisores del axn postsinptico. La transmisin sinptica permite que la informacin de diversas neuronas presinpticas converja en una sola neurona postsinp- tica. Algunos cuerpos celulares de gran tamao reciben varios miles de sinapsis (figura 2-4). La transmisin de impulsos en la mayora de las sinapsis in- volucra la liberacin de sustancias qumicas transmisoras (vase el captulo 3); en otras localizaciones, la corriente pasa de manera directa entre clula y clula a travs de uniones especializadas denominadas sinapsis elctricas o uniones de comunicacin. Las sinapsis elctricas son ms comunes en el sistema nervioso de los invertebrados, aunque se encuentren en un nmero redu- cido de localizaciones dentro del SNC mamfero. Las sinapsis qumicas tienen diversas caractersticas distintivas: vesculas sinpticas del lado p resinptico, una hendidura sinptica y un engrosamiento denso de la membrana celular tanto en la clula receptora como en la del lado presinptico (figura 2-10). Las ve- sculas sinpticas contienen neurotransmisores y cada v escula FIGURA 25 Diagrama tridimensional de una neurona prototpica. Las dendritas (1) se dispersan a partir del cuerpo neuronal, que contiene el ncleo (3). El axn surge del cuerpo celular en el segmento inicial (2). Se presentan sinapsis axodendrticas (4) y axosomticas (5). Hay vainas de mielina (6) alrededor de algunos axones. 2 6 6 1 5 4 3 1 FIGURA 26 A: En el sistema nervioso perifrico (SNP), los axones no mielinizados se localizan dentro de ranuras en la superficie de clu- las de Schwann. Sin embargo, estos axones no estn cubiertos por una vaina de mielina. B: Las fibras mielinizadas del SNP estn rodeadas por una vaina de mielina que se forma cuando una clula de Schwann se envuelve en espiral alrededor del axn. Las ilustraciones 1 a 4 muestran las cuatro fases consecutivas de la formacin de mielina en las fibras nerviosas perifricas. (Reproducida, con autorizacin, de Junqueira LC, Carneiro J, Kelley RO: Basic Histology: Text & Atlas, 11 ed. McGraw-Hill, 2005.) Mesoaxn Ncleo de la clula de Schwann Ncleo de la clula de Schwann 1 2 3 4 Mesoaxn Mesoaxn externoMesoaxn interno A B www.FreeLibros.com
28. 28. MM SS SS SS MM MM NMNMNM NMNMNM NMNMNM NMNMNM NMNMNM CAPTULO 2 Desarrollo y estructuras celulares del sistema nervioso 11 cuenta con un pequeo paquete, o cuanto, de neurotransmisor. Cuando la terminal sinptica se despolariza (por el potencial de accin de su clula progenitora), hay un influjo de calcio. Este influjo de calcio conduce a la fosforilacin de una clase de pro- tenas conocidas como sinapsinas. Despus de la fosforilacin de las sinapsinas, las vesculas sinpticas se acoplan en la membrana presinptica frente a la hendid ura sinptica, se funden con la misma y liberan su transmisor (vase el captulo 3). Las sinapsis son muy diversas en cuanto a su forma y otras propiedades. Algunas son inhibitorias y otras excitatorias; en al- gunas el neurotransmisor es acetilcolina; en otras, es una cateco- lamina, aminocido u otra sustancia (vase el captulo 3). Algunas FIGURA 27 Micrografa de electrones de los axones mielinizados (M) y no mielinizados (NM) de un nervio perifrico. Las clulas de Schwann (S) pueden rodear a un axn mielinizado o a varios axones no mielinizados. 16 000. (Cortesa del Dr. DM McDonald.) CUADRO 21 Tipos de sinapsis en el SNC. Tipo Elemento presinptico Elemento postsinptico Funcin Axodendrtica Terminal axonal Dendrita Normalmente excitatoria Axosomtica Terminal axonal Cuerpo celular Normalmente inhibitoria Axoaxnica Terminal axonal Terminal axonal Inhibicin presinptica (modula la liberacin de transmisores en el axn postsinptico) Dendrodendrtica Dendrita Dendrita Interacciones locales (pueden ser excitatorias o inhibitorias) en neuronas carentes de axn, por ejemplo, en la retina www.FreeLibros.com
29. 29. 12 SECCIN I Principios bsicos vesculas sinpticas son de gran tamao, otras son pequeas; al- gunas tienen un centro denso, mientras que otras no lo tienen. Las vesculas sinpticas planas parecen contener un mediador inhibi- torio; las vesculas de centro denso contienen catecolaminas. Adems de la lib eracin vesicular calcio-dependiente de neurotransmisores, hay una segunda modalidad no vesicular de liberacin de neurotransmisores que no es calcio-dependiente. Esta modalidad de liberacin depende de molculas transpor- tadoras, que por lo general tienen la funcin de captar el trans- misor de la hendidura sinptica. AGRUPAMIENTOS Y CONEXIONES NEURONALES De manera caracterstica, los cuerpos celulares neuronales se agrupan en diversas partes del sistema nervioso. En las cortezas cerebral y cerebelosa, los cuerpos celulares se agregan para for- mar capas llamadas lminas. Los cuerpos celulares neuronales en la mdula espinal, tronco enceflico y cerebelo forman grupos o ncleos compactos. Cada ncleo contiene neuronas de pro- yeccin, cuyos axones transmiten impulsos a otras partes del sistema nervioso, e interneuronas, que actan como rels cor- tos dentro del ncleo. En el sist ema nervioso perifrico, estos grupos compactos de cuerpos celulares de neuronas se denomi- nan ganglios. Los grupos de neuronas se conectan por medio de vas for- madas por haces de axones. En algunas vas, los haces de axones son lo bastante definidos como para identificarse como tractos o fascculos; en otras, no existen haces discretos de axones. Los agregados de tractos en la columna vertebral se denominan cor- dones o funculos (vase el captulo 5). Dentro del cerebro, cier- tos tractos se denominan lemniscos. En algunas regiones del cerebro, los axones se entretejen con dendritas y no corren en haces de modo que se dificulta la iden- tificacin de las vas. A estas redes se les conoce como neurpilo (figura 2-12). NEUROGLIA Las clulas neurogliales, comnmente llamadas clulas gliales, su- peran en nmero a las neuronas en el cerebro y mdula espinal en una proporcin de 10:1. No forman sinapsis. Estas clulas parecen representar una variedad de papeles importantes, incluyendo la formacin de mielina, guas pa ra el desarrollo de las neur onas, mantenimiento de niveles de K+ extracelular y recaptacin de transmisores despus de la actividad sinptica. Hay dos clases ge- nerales de clulas de la glia, macroglia y microglia (cuadro 2-2). Macroglia El trmino macroglia se refiere a los astrocitos y oligodendrocitos derivados del ectodermo. En contraste con las neuronas, estas clu- las tienen la capacidad, bajo ciertas circunstancias, de regenerarse. FIGURA 28 Los oligodendrocitos forman la mielina en el sistema nervioso central (SNC). Un solo oligodendrocito mieliniza a una familia entera de axones (2 a 50). Hay poco citoplasma (Cit) del oligodendrocito en las proyecciones oligodendrocticas que se envuel- ven en espiral alrededor del axn a fin de formar la mielina, y las vainas de mielina estn conectadas al cuerpo celular de su oligodendrocito progenitor slo mediante lengetas delgadas de citoplasma. Esto puede explicar, al menos en parte, la insuficiente remielinizacin despus del dao a la mielina dentro del SNC. La mielina presenta discontinuidades peridicas en los ndulos de Ranvier, donde el axn (A) se ve expuesto al espacio extracelular (EE). (Redibujada y reproducida, con autorizacin, de Bunge M, Bunge R, Pappas G: Ultrastructural study of remyelinization in an experimental lesion in adult cat spinal cord, J Biophys Biochem Cytol May; 10:67-94, 1961.) CUADRO 22 Nomenclatura y funciones principales de las clulas gliales. Tipo de clula Funciones principales Oligodendrocitos Formacin de mielina en el SNC Clulas gliales Macroglia Astrocitos Regulacin del ambiente inico; recaptacin de neurotransmisores; gua para axones en crecimiento Microglia Clulas microgliales Vigilancia inmunolgica del SNC A Cit Cit EE EE Oligodendrocito www.FreeLibros.com
30. 30. CAPTULO 2 Desarrollo y estructuras celulares del sistema nervioso 13 Astrocitos Hay dos clases generales de astrocitos: protoplsmicos y fibro- sos. Los astrocitos protoplsmicos son ms delicados y sus diver- sas proyecciones se ramifican. Se presentan en la sustancia gris o como clulas satlite en los ganglios de la raz dorsal. Los astro- citos fibrosos son ms fibrosos, y sus proyecciones (que contie- nen fibrillas gliales) rara vez se ramifican. Las proyecciones as- trocticas se difunden en t odas direcciones a pa rtir de un pequeo cuerpo celular. Rodean los vasos sanguneos en el sis- tema nervioso y cubren la superficie exterior del cerebro y la m- dula espinal por debajo de la piamadre. Los astrocitos proporcionan apoyo estructural para el tejido nervioso y, durante el desarrollo, actan como alambres gua que dirigen la migracin neuronal. Tambin mantienen concentra- ciones adecuadas de iones tales como el K+ dentro del espacio extracelular del cerebro y la md ula espinal. Es posible que los astrocitos tambin desempeen un papel en la transmisin sinp- tica. Muchas sinapsis se encuentran cercanamente rodeadas por proyecciones astrocticas, que parecen participar en la recaptacin de neurotransmisores. Los astrocitos tambin contribuyen a la formacin de la barrera hematoenceflica (vase el captulo 11). Aunque las proyecciones astrocticas que rodean los capilares no FIGURA 29 Micrografa de electrones que muestra un oligodendrocito (OL) en la mdula espinal, que ha mielinizado dos axones (A1, A2). 6 600. El recuadro muestra al axn A1 y su vaina de mielina a una ampliacin mayor. La mielina es una espiral de membrana oligodendroctica que rodea al axn. La mayor parte del citoplasma oligodendroctico se extruye de la mielina. Ya que sta es compacta, tiene una elevada resistencia y baja capacitancia elctrica de modo que puede fungir como aislante alrededor del axn. 16 000. OLOL A1A1 A2A2 A1A1 www.FreeLibros.com
31. 31. 14 SECCIN I Principios bsicos forman una barrera funcional, pueden tomar materiales de ma- nera selectiva para proporcionar un ambiente ptimo para el funcionamiento neuronal. Los astrocitos forman una cubierta sobre la totalidad de la su- perficie del SNC y proliferan para auxiliar en la reparacin del te- jido neural daado. Estos astrocitos reactivos son de mayor ta- mao, ms fciles de t eir y p ueden identificarse de ma nera definitiva en cortes histolgicos debido a que contienen una pro- tena caracterstica especfica de los astr ocitos: protena cida fi- brilar glial (GFAP). La proliferacin astroctica crnica conduce a una gliosis fibrilar, en ocasiones denominada cicatrizacin glial. Oligodendrocitos Los oligodendrocitos predominan en la sust ancia blanca; extien- den proyecciones similares a brazos que se envuelven cercana- mente alrededor de los axones, extruyendo el citoplasma oligoden- droglial para formar una vaina compacta de mielina que acta como aislante alrededor de los axones en el SNC. Los oligodendro- citos posiblemente tambin proporcionen cierto apoyo nutritivo a las neuronas que rodean. Un oligodendrocito nico puede envol- ver con vainas de mielina muchos (hasta 30 a 40) ax ones (vanse figuras 2-8 y 2-9). En contraste, en los nervios perifricos las clu- las de Schwann producen la mielina. C ada clula de Schwann mieliniza a un solo axn y la remielinizacin puede presentarse a ritmo veloz despus de dao a la mielina en los nervios perifricos. Microglia Las clulas microgliales son los macrfagos, o carroeros, del SNC. Constantemente vigilan el cerebro y la mdula espinal, ac- tuando como centinelas diseados para detectar y destruir inva- sores (p. ej., bacterias). Cuando un rea de la mdula espinal se ve daada o infectada, las microglias se activan y migran al sitio de la lesin para retirar los desechos celulares. Algunas micro- glias siempre se encuentran presentes dentro del cerebro, pero cuando acontece algn dao o infeccin, otras ingresan en el mismo a travs de los vasos sanguneos. Clula postsinptica Axoaxnica Axn Axodendrtica Axodendrtica Soma Axosomtica Dendrita Espina dendrtica FIGURA 210 Esquema de una terminal sinptica. Las vesculas se funden con la membrana presinptica y liberan molculas de neurotransmisor en la hendidura sinptica para que puedan enlazarse con los receptores de la membrana postsinptica. Microtbulos Mitocondrias Vesculas Membrana presinptica Membrana postsinptica Hendidura sinptica FIGURA 211 Las sinapsis axodendrticas finalizan sobre las dendritas o sobre lasespinas dendrticasen forma de hongos y tienden a ser excitatorias. Las sinapsis axosomticas finalizan sobre los cuerpos celulares de las neuronas y tienden a ser inhibitorias. Las sinapsis axoaxnicas finalizan en un axn, a menudo cerca de las terminales sinpticas, y modulan la liberacin de neurotransmisores. (Reproducida, con autorizacin, de Ganong WF: Review of Medical Physiology, 22 ed. Mc- Graw-Hill, 2005.) FIGURA 212 Micrografa de luz de un pequeo grupo de neuronas (ncleo) en una red de fibras (neurpilo). 800. Tincin de plata de Bielschowsky. www.FreeLibros.com
32. 32. CAPTULO 2 Desarrollo y estructuras celulares del sistema nervioso 15 Espacio extracelular Hay cierto espacio lleno de lquido entre los diversos componen- tes celulares del SNC. Este compartimiento extracelular probable- mente representa, bajo la mayora de las circunstancias, cerca de 20% del volumen total del cerebro y la mdula espinal. Debido a que los gradientes transmembrana de iones tales como K+ y Na+ son importantes en la tra nsmisin de seales elctricas del sis- tema nervioso (vase el captulo 3), la regulacin de los niveles de estos iones en el co mpartimiento extracelular (homeostasis i- nica) es una funcin importante que llevan a cabo, al menos en parte, los astrocitos. Los capilares dentro del SNC se encuentran completamente rodeados por proyecciones gliales o neurales. Adems, las clulas endoteliales capilares en el cerebro (a diferen- cia de las clulas endoteliales capilares en otros rganos) forman uniones estrechas que son impermeables a la difusin, con lo que crean una barrera hematoenceflica. Esta barrera asla el espacio extracelular cerebral del compartimiento intravascular. Correlacin clnica En el edema cerebral hay un aumento en la magnitud del cere- bro. El edema cerebral puede ser vasognico (primordialmente extracelular) o citotxico (de manera primordial intracelular). Debido al tamao limitado de la bveda craneal, el edema cere- bral debe tratarse en forma urgente. DEGENERACIN Y REGENERACIN El cuerpo celular mantiene la integridad funcional y anatmica del axn (figura 2-13). Si el axn se secciona, la porcin distal al corte se degenera (degeneracin walleriana) debido a que los materiales que sustentan al axn (principalmente protenas) se forman en el c uerpo celular y ya no p ueden transportarse a lo largo del mismo (transporte axoplsmico). FIGURA 213 Cambios principales que suceden en una fibra nerviosa daada. A: Fibra nerviosa normal con su pericarion y la clula efectora (msculo esqueltico estriado). Obsrvense la posicin del ncleo de la neurona y la cantidad y distribucin de cuerpos de Nissl. B: Cuando la fibra sufre un dao, el ncleo neuronal se mueve a la periferia de la clula, el nmero de los cuerpos de Nissl se reduce de manera significativa (cromatlisis) y la fibra nerviosa distal a la lesin se degenera junto con su vaina de mielina. Los macrfagos fagocitan los desechos. C: La fibra muscular exhibe una pronunciada atrofia por desuso. Se presenta una proliferacin de clulas de Schwann que forman un cordn compacto penetrado por el axn en crecimiento. El axn crece a una tasa de 0.5 a 3 mm/d. D: En el presente ejemplo, la regeneracin de la fibra nerviosa fue exitosa y la fibra muscular tambin se regener despus de recibir el estmulo nervioso. E: Cuando el axn no penetra el cordn de clulas de Schwann, su crecimiento no es organizado y no se logra una regeneracin exitosa. (Redibujada y reproducida, con autorizacin, de Willis RA, Willis AT: The Principles of Pathology and Bacteriology, 3 ed. Butterworth, 1972.) 2 semanas 3 semanas 3 meses Varios meses A B C D E www.FreeLibros.com
33. 33. 16 SECCIN I Principios bsicos Cuando un nervio perifrico llega a lesionarse, las clulas de Schwann se desdiferencian y dividen a nivel distal de la transec- cin axonal. Junto con los macrfagos, fagocitan los remanentes de las vainas de mielina, que pierden su integridad a medida que el axn se degenera. Despus de una lesin a su axn, el cuerpo celular neuronal exhibe un conjunto especfico de cambios histolgicos (que se ha denominado reaccin axonal o cromatlisis). Los cambios in- cluyen una inflamacin del cuerpo celular y del ncleo, que por lo general se desplaza del centro de la clula a una localizacin ex- cntrica. Las disposiciones habituales de retculo endoplsmico salpicado de ribosomas, que caracterizan a la mayora de las neu- ronas, se dispersan y reemplazan con polirribosomas. (El retculo endoplsmico salpicado de ribosomas, que los neuroanatomistas haban denominado sustancia de Nissl, normalmente se tie den- samente con las tinciones bsicas. La prdida de tincin de la sus- tancia de Nissl, como resultado de la dispersin del retculo en- doplsmico durante la r etraccin del ax n, condujo a est os primeros cientficos a utilizar el trmino cromatlisis.) En aso- ciacin con la retraccin axonal en algunas neuronas del SNC, se presenta un desprendimiento de sinapsis aferentes, inflamacin de astrocitos cercanos y activacin de la microglia. La regenera- cin axonal exitosa no sucede normalmente despus de lesiones al SNC. Muchas neuronas parecen depender de la conexin con sus clulas meta apropiadas; si el axn no se regenera y forma una nueva conexin sinptica con las clulas postsinpticas adecua- das, es posible que la neurona axotomizada muera o se atrofie. Regeneracin A. Nervios perifricos La regeneracin denota la capacidad del nervio de repararse a s mismo, incluyendo el restablecimiento de conexiones funcional- mente tiles (figuras 2-13 y 2-14). Poco despus (1 a 3 das) de que se ha seccionado un axn, las puntas de los muones proxi- males forman prolongaciones o conos de crecimiento. Los conos de crecimiento envan seudpodos exploratorios que son simila- res a los conos de crecimiento axonal que se forman durante el desarrollo normal. Cada cono de crecimiento axonal es capaz de formar diversas ramificaciones que continan avanzando desde la localizacin del corte original. Si estas ramificaciones pueden atravesar el tejido cicatrizal e ingresar en el mun nervioso dis- tal, es posible que se presente una regeneracin exitosa con la restauracin de funciones. La importancia de la r egeneracin axonal a travs de los conductos de clulas de Schwann rodeados de lminas basales (bandas de Bngner) en el mun distal explica los diversos gra- dos de regeneracin que se observan despus de un a plasta- miento nervioso en comparacin con una transeccin nerviosa. Despus de la lesin por aplastamiento de un nervio perifrico, es posible que los ax ones se seccionen, pero las cl ulas de Schwann, las lminas basales circundantes y el perineurio man- tienen su continuidad a pesar de la lesin, lo que facilita la rege- neracin de los ax ones a travs del nervio lesionado. En con- traste, si el nervio se secciona, la continuidad de estas vas se ve interrumpida. Aun con una ciruga meticulosa, puede resultar difcil alinear las partes proximal y distal de la va de cada axn; por ende, la regeneracin exitosa es menos probable. Los axones del sistema perifrico volvern a inervar a sus blancos tanto musculares como sensoriales; sin embargo, los axones motores no se conectarn a las estructuras sensoriales, ni los axones sensoriales al msculo. Aunque un axn motor vol- ver a inervar cualquier msculo desnervado, de preferencia volver a conectarse a su msculo original. La inervacin de un msculo incorrecto por un axn motor regenerado ocasiona una reinervacin anmala, que puede acompaarse de movimien- tos inapropiados e indeseados. Tales movimientos incluyen el guio mandibular en el q ue los axones motores destinados a los msculos de la quijada reinervan a los msculos que rodean el ojo despus de alguna lesin. B. Sistema nervioso central De manera tpica, la regeneracin axonal es infructfera en el SNC. Las razones de esta regeneracin fracasada an no quedan del todo claras. Los neuropatlogos clsicos sugeran que la cica- trizacin glial, en gran parte formada por proyecciones astrocti- cas, poda ser parcialmente responsable. Las propiedades de las clulas oligodendrogliales (en contraste con aquellas de las clu- las de Schwann de los nervios perifricos) tambin pueden expli- car la diferencia en capacidad regenerativa: trabajos recientes su- gieren que la cicatriz glial puede no representar una barrera mecnica para la regeneracin axonal dentro del SNC. Es posible que un factor inhibitorio producido por los oligodendrocitos, la mielina del SNC, o ambos, interfiera con la regeneracin axonal dentro del SNC. Ahora se aprecia que molculas tales como NoGo actan como seales de alto que inhiben la regeneracin de los axones dentro del cerebro y mdula espinal. Se ha mostrado que la neutralizacin de NoGo promueve la regeneracin de axones en la mdula espinal de animales experimentales. Al confrontarse con un entorno permisivo (p. ej., cuando se permite que los axo- nes seccionados del SNC crezcan hacia un nervio perifrico o se trasplanten al SNC como puente), los axones del SNC pueden regenerarse en distancias de incluso unos cuantos centmetros. Adems, algunos de los ax ones regenerados pueden establecer conexiones sinpticas con las clulas meta apropiadas. C. Remielinizacin En una variedad de trastornos del sistema nervioso perifrico (como en el sndr ome de Guillain-Barr) se presenta una des- FIGURA 214 Resumen de los cambios que suceden en una neurona y en la estructura que inerva cuando su axn se ve aplastado o seccio- nado en el punto marcado con X. (Modificada de Ries D. Reproducida, con autorizacin, de Ganong WF: Review of Medical Physiology, 22 ed. McGraw-Hill, 2005.) Ramificacin axonal (colateral de sustentacin) Receptor Hipersensibilidad del receptor Degeneracin retrgrada Sitio de la lesin Reaccin retrgrada: cromatlisis Brotes regenerativos Degeneracin ortgrada (walleriana) X www.FreeLibros.com
34. 34. CAPTULO 2 Desarrollo y estructuras celulares del sistema nervioso 17 mielinizacin que interfiere con la conduccin (vase el captulo 3). A menudo, este padecimiento se sigue de una r emielinizacin por clulas de Schwann, que son capaces de formar nuevas vai- nas de mielina en el sistema nervioso perifrico. En contraste, la remielinizacin ocurre de manera ms lenta (si es que ocurre) den- tro del SNC. Hay poca remielinizacin dentro de las placas des- mielinizadas dentro del cerebro y la mdula espinal en el caso de la esclerosis mltiple. Una forma distinta de plasticidad (es decir, la reorganizacin molecular de la membrana axonal que adquiere canales de sodio en las zonas desmielinizadas) parece subyacer a las remisiones clnicas (en las que hay mejoras neurolgicas) en los pacientes con esclerosis mltiple. D. Brotes colaterales Este fenmeno se ha demostrado en el S NC as como en el sis- tema nervioso perifrico (figura 2-14). Sucede cuando una es- tructura inervada ha sufrido una desnervacin parcial. Los axo- nes restantes forman colaterales nuevas que reinervan la parte desnervada del rgano terminal. Este tipo de regeneracin de- muestra que existe una plasticidad considerable en el sist ema nervioso y que un axn puede encargarse de los sitios de sinap- sis antes ocupados por otro. NEUROGNESIS En trminos clsicos, se ha credo que la neurognesis la capa- cidad de producir neuronas a partir de clulas progenitoras pro- liferativas no diferenciadas se limita al periodo del desarrollo que precede al nacimiento en los ma mferos. Segn este punto de vista tradicional, despus de daos patolgicos que ocasionan la muerte neuronal, el nmero de neuronas se ve reducido de manera permanente. Sin embargo, evidencia reciente ha indi- cado que un nmero pequeo de clulas neuronales precursoras, capaces de dividirse y despus diferenciarse en neuronas, puede existir en el prosencfalo de mamferos adultos, incluyendo a los humanos. Estas clulas precursoras inusuales residen en la zona subventricular; por ejemplo, hay cierta evidencia de neurogne- sis posnatal en el giro dentado del hipocampo y se ha sugerido que la tasa de generacin de neuronas nuevas en esta regin crtica puede acelerarse en un ambiente enriquecido. Aunque se sigue debatiendo el nmero de neuronas nuevas que pueden producirse dentro del cerebro humano adulto, la existencia de estas clulas precursoras puede sugerir estrategias para la restau- racin de funcionalidad despus de lesiones al SNC. Esta es un rea de investigacin intensa. REFERENCIAS Cajal S: Histologie du Systeme Nerveux de lHomme et des Vertebres, vol 2. Librairie Maloine, 1911. Hall ZW (editor): An Introduction to Molecular Neurobiology. Sinauer, 1992. Harel NY, Strittmatter SM: Can regenerating axons recapitulate developmental guidance during recovery from spinal cord injury? Nat Rev Neurosci 2006;7:603615. Hastings MB, Tanapat B, Gould E: Comparative views of neurogenesis. The Neurologist 2000;6:315. Junqueira LC, Carneiro J, Kelley RO: Basic Histology, 9th ed. Appleton & Lange, 1998. Kalb RG, Strittmatter SM (editors): Neurobiology of Spinal Cord Injury. Humana, 2001. Kempermann G, Kuhn HG, Gage FH: More hippocampal neurons in adult mice living in an enriched environment. Nature 1997;386:393. Kettenmann H, Ransom BR: Neuroglia, 2nd ed. Oxford Univ Press, 2005. Kordower J, Tuszynski M: CNS Regeneration. Elsevier, 2007. Laming PR: Glial Cells. Cambridge Univ Press, 1998. Levitan I, Kaczmark LK: The Neuron: Cell and Molecular Biology, 3rd ed. Oxford Univ Press, 2001. Mize RR, Erzurumlu RS: Neural Development and Plasticity. Elsevier, 1996. Peters A, Palay SL, Webster H de F: The Fine Structure of the Nervous System, 3rd ed. Oxford Univ Press, 1989. Rakic P: A century of progress in corticoneurogenesis: from silver impregnation to genetic engineering. Cereb Cortex 2006; 16 (Suppl. 1): 1317. Sanes D, Reh T, Harris W: Development of the Nervous System. Elsevier, 2005. Siegel G, Albers RW, Brady S, Price DL (editors): Basic Neurochemistry. Lippincott Williams & Wilkins, 2005. Waxman SG: Molecular and Cellular Approaches to the Treatment of Neurological Disease. Raven, 1993. Waxman SG, Kocsis JD, Stys PK (editors): The Axon: Structure, Function, and Pathophysiology. Oxford Univ Press, 1995. www.FreeLibros.com
35. 35. www.FreeLibros.com
36. 36. Transmisin de seales en el sistema nervioso 3 C A P T U L O 3 19 Junto con las clulas musculares, las neuronas son nicas en cuanto a que son excitables; es decir, responden a los estm ulos gene- rando impulsos elctricos. Las respuestas elctricas de las neuronas (modificaciones del potencial elctrico a travs de sus membranas) pueden ser locales (restringidas al sitio que recibi el estmulo) o propagadas (pueden viajar a travs de la neur ona y de su ax n). Los impulsos elctricos propagados se denominan potenciales de accin. Las neuronas se comunican entre s en las sinapsis por medio de un proceso denominado transmisin sinptica. POTENCIAL DE MEMBRANA Las membranas de las clulas, incluyendo a las clulas nerviosas, estn estructuradas de modo que exista una diferencia en el po- tencial elctrico entre el interior (negativo) y el ext erior (posi- tivo). Esto da por resultado un potencial de reposo a travs de la membrana celular, que normalmente es de 70 mV. El potencial elctrico a travs de la membrana de las clulas neuronales es el resultado de su permeabilidad selectiva a ciertos iones cargados. Las membranas celulares son sumamente perme- ables a la mayora de los iones inorgnicos, pero casi son imper- meables a las protenas y a muchos otros iones orgnicos. La dife- rencia (gradiente) en composicin inica dentro y fuera de la membrana celular se conserva por medio de las bombas de iones en la membrana, que mantienen una concentracin casi constante de iones inorgnicos dentro de la clula (figura 3-1 y cuadro 3-1). La bomba que mantiene los gradientes de Na+ y K+ a travs de la membrana es la ATPasa Na; esta molcula protenica especializada extrae Na+ del compartimiento intracelular, lo mueve al espacio extracelular e importa K+ del espacio extracelular, cruzndolo por la membrana al interior de la clula. Cuando realiza esta actividad esencial, la bomba consume trifosfato de adenosina (ATP). Dos tipos de fuerzas pasivas mantienen un equilibrio de Na+ y K+ a travs de la membrana: una fuerza qumica tiende a mover al Na+ al interior y al K+ al exterior del compartimiento que contiene elevada concentracin al compartimiento que contiene baja con- centracin, y una f uerza elctrica (el potencial de membrana) tiende a mover Na+ y K+ al interior. Cuando las fuerzas qumica y elctrica son igualmente fuertes existe un potencial de equilibrio. Para una membrana idealizada que sea permeable slo a K+ se utiliza la ecuacin de Nernst, la cual describe la relacin entre estas fuerzas, para calcular la magnitud del potencial de equili- brio (es decir, el potencial de membrana al que existe un equi- librio). Normalmente existe una concentracin mucho ms alta de K+ en el interior de la clula ([K+ ]i) que fuera de ella ([K+ ]e) (vase cuadro 3-1). La ecuacin de Nernst, que se utilizara para determinar el potencial de membrana a travs de una membrana permeable slo a los iones de K+ , es: donde E potencial de equilibrio (sin flujo neto a travs de la membrana) K potasio T temperatura R constante de los gases F constante de Faraday (relaciona la carga en culombios con la concentracin en moles) N valencia (para el potasio, la valencia = 1) ([K ]i) concentracin de potasio al interior de la clula ([K ]e) concentracin de potasio al exterior de la clula. A temperaturas fisiolgicas: El potencial de equilibrio (ENa) para el sodio se puede en- contrar sustituyendo ([Na+ ]i) y ([Na+ ]e) en la ecuacin de Nernst; este potencial se encontrara a travs de una membrana que fuera permeable slo al sodio. En realidad, la mayora de las membra- nas celulares no son perfectamente selectivas; es decir, son per- meables a varias especies de iones. Para estas membranas, el po- tencial es el promedio ponderado de los potenciales de equilibrio para cada ion permeable, donde se pondera la contribucin de cada ion para reflejar su contribucin a la p ermeabilidad total de la membrana. Esto se describe en trminos matemticos, para una membrana permeable al Na+ y K+ , con la ecuacin de Gold- man-Hodgkin-Katz (tambin conocida como ecuacin de campo constante): donde [Na]i concentracin de sodio al interior de la clula [Na]e concentracin de sodio al exterior de la clula PNa permeabilidad de membrana para el sodio PK permeabilidad de membrana para el potasio EK RT log10 [K+ ]e nF [K+ ]i EK = 58 log [K+ ]e [K+ ]i Vm = 58 log PK [K+ ]e + PNa [Na+ ]e PK [K+ ]i + PNa [Na+ ]i www.FreeLibros.com
37. 37. 20 SECCIN I Principios bsicos Como se observa en esta ecuacin, la permeabilidad rela- tiva de cada ion afecta el potencial de membrana. Si aumenta la permeabilidad a un cierto ion (p. ej., al abrir los poros o canales especficamente permeables a l), el p otencial de membrana se acerca al potencial de equilibrio para ese ion. Por el contrario, si se reduce la permeabilidad para ese ion (p. ej., al cerrar los poros o canales permeables), el potencial de membrana se aleja del po- tencial de equilibrio para ese ion. En la membrana de las neuronas en reposo, la permeabilidad al K+ es mucho mayor (20 veces) que la permeabilidad al Na+ ; es decir, la proporcin de PKPNa es aproximadamente 20:1. As, cuando una neurona est inactiva (en reposo), la ecuacin de Goldman-Hodgkin-Katz est dominada por la permeabilidad al K+ , de modo que el potencial de membrana est cercano al po- tencial de equilibrio para K (EK). Esto explica el potencial de re- poso cercano a 70 mV. POTENCIALES GENERADORES El potencial generador (receptor) es una respuesta local, no pro- pagada, que ocurre en algunos receptores sensoriales (p. ej., re- ceptores de estiramiento muscular y corpsculos de Pacini, que son receptores de tacto-presin), donde la energa mecnica se convierte en seales elctricas. El potencial generador se produce en una pequea rea de la clula sensorial: la terminal nerviosa no mielinizada. La mayora de los p otenciales generadores son despolarizaciones, en las que el potencial de membrana se vuelve menos negativo. En contraste con los potenciales de accin (vase la siguiente seccin), que son respuestas de todo o nada, los p o- tenciales generadores son graduados (cuanto ms grande es el estmulo [estiramiento o presin], mayor es la despolarizacin) y aditivos (dos estmulos pequeos, cercanos en tiempo, producen un potencial generador ms grande que est formado por un solo estmulo pequeo). Los incrementos adicionales en estimulacin provocan potenciales generadores mayores (figura 3-2). Cuando la magnitud del potencial generador aumenta hasta aproxima- damente 10 mV, se genera un potencial de accin propagado (impulso) en el nervio sensorial. POTENCIALES DE ACCIN Las neuronas se comunican a travs de la produccin de impul- sos elctricos denominados potenciales de accin. Estos poten- ciales son seales elctricas autorregenerativas que tienden a propagarse a travs de una neur ona y a lo la rgo de su axn. El potencial de accin es una despolarizacin de aproximadamente 100 mV (una s eal grande para una neurona). El potencial de accin es de todo o nada. Su magnitud es constante en cada neurona. Las neuronas pueden generar potenciales de accin porque contienen molculas especializadas, llamadas canales de sodio, CUADRO 31 Concentraciones de algunos iones dentro y fuera de las neuronas motoras espinales de mamferos. Concentracin (mmol/L H2O) Dentro Fuera Potencial Ion de la clula de la clula de equilibrio (mV) Na 15.0 150.0 60 K 150.0 5.5 90 CI 9.0 125.0 70 Potencial de membrana en reposo = 70 mV. Reproducido, con autorizacin, de Ganong WF: Review of Medical Physiology, 18 ed. Appleton & Lange, 1997. Datos de Mommaerts WFHM, in: Essentials of Human Physiology. Ross G (editor). Year Book, 1978. FIGURA 31 Flujo de Na+ y K+ a travs de la membrana de la clula nerviosa en reposo. Ntese que la bomba Na+ /K+ (ATPasa Na+ /K+ ) tiende a extraer sodio del interior de la clula, pero lleva a los iones de potasio al interior. (Reproducida, con autorizacin, de Eccles JC: The Phy- siology of Nerve Cells. Johns Hopkins University Press, 1957.) Estmulo metablico de la bomba Bomba Na+ /K+ Exterior Interior Flujos difusionales Flujo difusional 50 mV Flujos de iones Na+ Flujos de iones K+ Membrana celular FIGURA 32 Demostracin de un potencial generador en un cor- psculo de Pacini. Se muestran las respuestas elctricas a la presin (flecha negra) de 1, 2, 3 y 4. El estmulo ms fuerte produce un potencial de accin en el nervio sensorial, que se origina en el centro del corpsculo (flecha abierta). www.FreeLibros.com
38. 38. CAPTULO 3 Transmisin de seales en el sistema nervioso 21 que responden a la desp olarizacin abrindose (activndose). Cuando esto ocurre, aumenta la permeabilidad relativa de la membrana al Na+ , y la mem brana se acerca ms al p otencial de equilibrio para el Na+ , como se pronostica segn la ecuacin de Goldman-Hodgkin-Katz, lo cual produce despolarizacin adi- cional. Cuando una despolarizacin (de un potencial generador, potencial sinptico o potencial de accin prximo) impacta en la membrana de una neurona, se activan los canales de sodio y, como resultado, la mem brana empieza a despolarizarse en forma adicional. Esta accin tiende a activar otros canales de so- dio, que tambin se abren y causan mayor despolarizacin. Si se activa un nmero suficiente de canales de sodio, entonces la des- polarizacin alcanza cerca de 15 mV y s e llega al umbral donde la tasa de despolarizacin se eleva de manera abrupta para pro- ducir un potencial de accin (figura 3-3). De este modo, la mem- brana genera un potencial explosivo, de todo o nada. A medida que pasa el impulso, la repolarizacin ocurre inicialmente de manera rpida y despus se vuelve ms lenta. As, el potencial de membrana regresa al potencial de reposo. El potencial de ac- cin tiende a durar unos cuantos milisegundos. En algunas fibras, los potenciales de membrana se vuelven hiperpolarizados de manera transitoria (poshiperpolarizacin) como resultado de la abertura de los canales de K+ , que tiende a estimular la membrana hacia EK. Al inicio de un potencial de ac- cin, existe un periodo refractario de excitabilidad disminuida. Este periodo tiene dos fases: el periodo refractario absoluto ini- cial, durante el cual no se puede generar otro potencial de ac- cin, y el periodo refractario relativo (que dura hasta unos cuantos milisegundos), durante el cual es posible que se genere un segundo potencial de accin, pero la velocidad de conduc- cin disminuye y el um bral aumenta. El periodo refractario li- mita la capacidad del axn para conducir trenes de potenciales de accin de alta frecuencia. MEMBRANA DE LA CLULA NERVIOSA CONTIENE CANALES INICOS Los canales inicos sensibles al voltaje son molculas de protena especializadas que cubren la membrana celular. Estas molculas en forma de dona contienen un poro que acta como tnel, per- mitiendo que iones especficos (p. ej., Na+ y K+ ), pero no otros, las penetren. Los canales tambin poseen un sensor de voltaje que, en respuesta a los cambios en potencial a travs de la mem- brana, abren (activan) o cierran (inactivan) el canal. La membrana neuronal tiene la capacidad para generar im- pulsos porque contiene canales de Na+ sensibles al voltaje, que son selectivamente permeables al Na+ y tienden a abrirse cuando la membrana se despolariza. Debido a que estos canales se abren en respuesta a la despolarizacin, y debido a que al abrirse acer- can la membrana al potencial de equilibrio de Na+ (ENa), tien- den a despolarizar an ms la mem brana (figura 3-4). Si se abre un nmero suficiente de estos canales, se presenta una res- puesta explosiva, de todo o nada, denominada potencial de ac- cin (figura 3-3). El grado de des polarizacin necesario para provocar el potencial de accin se llama umbral. Otros canales inicos sensibles al voltaje (canales de K+ sen- sibles al voltaje) se abren (por lo general en forma ms lenta que los canales de Na+ ) en respuesta a la despolarizacin y son selec- FIGURA 33 Potencial de accin (potencial de espiga) registrado con un electrodo intracelular. En estado de reposo, el potencial de membrana (potencial de reposo) es de 70 mV. Cuando se estimula al axn, se presenta una pequea despolarizacin. Si esta despolarizacin alcanza el nivel de descarga (umbral), hay una despola- rizacin de todo o nada (potencial de accin). El potencial de accin se acerca a ENa y supera el nivel de 0 mV. El potencial de accin concluye al repolarizarse el axn; de nuevo se establece el potencial de reposo. (Reproducida, con autorizacin, de Ganong WF. Review of Medical Physiology, 22 edicin. McGraw-Hill, 2005.) + Estimulador Axn Microelectrodo dentro del axn Nivel de descarga Posdespolarizacin Poshiperpolarizacin Estmulo artificial Periodo latente Tiempo Sobreimpulso +35 0 55 70 mV FIGURA 34 Bases inicas para la despolarizacin que subyacen al potencial de accin. Los canales de Na+ sensibles al voltaje se abren cuando la membrana se despolariza. Esta accin provoca un aumento en la permeabilidad al Na+ de la membrana, lo cual causa mayor despolarizacin y abertura de otros canales de Na+ . Cuando se abre un nmero suficiente de canales de Na+ , la membrana genera una despolarizacin explosiva, de todo o nada: el potencial de accin. Despolarizacin Abertura de canales de Na+ Los iones de Na+ entran a la clula www.FreeLibros.com
39. 39. 22 SECCIN I Principios bsicos tivamente permeables al K+ . Cuando estos canales se abren, el potencial de membrana se acerca al potencial de equilibrio de K+ (EK), lo cual conduce a hiperpolarizacin. EFECTOS DE LA MIELINIZACIN La mielina est presente alrededor de algunos axones dentro del sistema nervioso perifrico (SNP) (donde la producen las clu- las de Schwann) y dentro del sistema nervioso central (SNC) (donde la producen los oligodendrocitos). La mielinizacin tiene profundos efectos sobre la conduccin de los p otenciales de accin a lo largo del axn. Los axones no mielinizados, en el SNP y SNC de los mam- feros, generalmente tienen un dimetro ms pequeo (menos de 1 m en el SNP y menos de 0.2 m en el S NC). Los potenciales de accin viajan de manera continua a lo largo de estos axones debido a una distribucin relativamente uniforme de canales de Na+ y K+ sensibles al voltaje. A medida que el potencial de accin invade una regin determinada del axn, despolariza la regin que tiene enfrente, de modo que el impulso se arrastra en forma lenta y continua a lo largo de la extensin total del axn (figura 3-5). En los axones no mielinizados, la activacin de canales de Na+ explica la fase de despolarizacin del potencial de accin y la activacin de los canales de K+ produce la repolarizacin. En contraste, los axones mielinizados estn cubiertos por vainas de mielina. La mielina tiene una elevada resistencia elc- trica y baja capacitancia, lo cual permite que acte como ais- lante. La vaina de mielina no es continua en toda la extensin del axn. Por el contrario, se interrumpe peridicamente por peque- as hendiduras (de cerca de 1 m de longitud) denominadas n- dulos de Ranvier, donde el axn est expuesto. En las f ibras mielinizadas de los mamferos, los canales de Na+ y K+ sensibles al voltaje no estn distribuidos de modo uniforme. Los canales de Na+ estn densamente agrupados (alrededor de 1 000/m 2 ) en la membrana del axn en el ndulo de Ranvier, pero son es- casos en la membrana axonal entre los ndulos, bajo la mielina. Por otro lado, los canales de K+ tienden a estar localizados en la membrana axonal internodal y paranodal, es decir, la mem- brana del axn que est cubierta de mielina (figura 3-6). FIGURA 35 Conduccin del impulso nervioso a lo largo de una fibra nerviosa no mielinizada. En el axn en reposo existe una dife- rencia de 70