Comunicación entre células

Eres un organismo complejo. Estás compuesto de células, trillones de ellas. Las células que te forman necesitan comunicarse entre sí y lo hacen de multitud de maneras diferentes. Aquí hablaremos de dos de estas formas de comunicación: cómo las glándulas del cuerpo se comunican con el cerebro a través de hormonas y  cómo las células que componen el cerebro, las neuronas, se comunican entre sí a través de neurotransmisores

Hormona: es una sustancia, una molécula que fabrican y almacenan las células que componen las glándulas. Estas hormonas se liberan en la sangre, viajan por el torrente circulatorio hasta alcanzar su objetivo, que va a ser siempre otra célula. Para recibir el mensaje que porta la hormona, la célula necesita un receptor especial para dicha hormona.

  • Insulina, caso sencillo de comunicación hormonal: el páncreas (glándula) está compuesto de células que segregan una hormona (insulina) que se libera a la sangre cuando hay un nivel alto de glucosa en ella. A través del torrente sanguíneo la insulina llega a las diferentes partes del cuerpo, actuando exclusivamente con las células que tienen receptores de la insulina, que son en su mayoría las células del tejido adiposo. El mensaje que porta la insulina desde la célula del páncreas a la célula del tejido adiposo sería, si fueran personas, el siguiente: “He notado que hay mucha glucosa en sangre y necesito que la almacenes”.
  • Hormonas sexuales: más complejo que el caso de la insulina es cuándo se liberan a la sangre y qué mensajes portan las hormonas sexuales. Sin embargo, el mecanismo es exactamente el mismo. En este caso son las células de los órganos sexuales las que liberan las hormonas. Cuando tus cromosomas son XX vas a liberar una serie de hormonas y cuando son XY vas a liberar otras. Algunas hormonas son exclusivas de un sexo, como la progesterona y otras como la testosterona , son comunes a los sexos, pero cambia la cantidad que las células liberan a la sangre. Las células que van a responder a la hormona sexual son aquellas que tienen los receptores correspondientes.

Testosterona: esta hormona se produce principalmente en los ovarios y en los testículos. Es el esteroide más abundante y sus niveles en hombres son unas quince veces más altos que en mujeres. Receptores de esta hormona se encuentran en células de diferentes áreas del cerebro y tienen un papel fundamental en el desarrollo del mismo, sobre todo durante la adolescencia.

Estrógenos: estas hormonas (estrona, estradiol y estriol) se producen principalmente en los ovarios y en los testículos. Los niveles de estrógenos en mujeres fluctúan y están relacionados con el ciclo menstrual. Los niveles de estrógenos en hombres son similares a los de la mujer durante la menstruación o tras la menopausia.

Neurona: Ramón y Cajal descubrió que el impulso nervioso, la corriente eléctrica responsable de nuestra actividad mental, la transmitían unas células muy particulares que él llamó mariposas del alma. El nombre que le dieron a posteriormente estas células fue neurona, células de los nervios, del griego neuron = tendón. Las neuronas sensitivas son capaces de recibir señales del exterior, luminosas (vista), de temperatura y presión (tacto), de vibración del aire (oído) o señales químicas (gusto y olfato). Al detectar estas señales, estas neuronas transmiten una señal eléctrica por una prolongación alargada que se llama axón. Cuando este impulso nervioso llega al final de la neurona, esta se comunica con la siguiente neurona usando un neurotransmisor, principalmente glutamato. Toda esta información sensorial que está llegando continuamente al cerebro es codificada, integrada, procesada y reprocesada por el resto de las neuronas del cerebro, que son unos cien mil millones. Otra parte de las neuronas se dedica a comunicarse el resto del cuerpo para diversas funciones como el movimiento, la producción de hormonas, la digestión, el ritmo cardiaco, etc.

Neurotransmisor: las neuronas son células especiales capaces de transmitir información en fracciones de segundo. Lo hacen a través de corrientes eléctricas que circulan desde un extremo de la célula hasta el otro, por el axón. Los nervios están compuestos de multitud de axones, de la misma manera que una cuerda está compuesta de multitud de hilos. Simplificando, cuando la corriente eléctrica llega al final del axón, la neurona segrega una sustancia llamada neurotransmisor para comunicarse con la siguiente neurona. Este proceso se llama sinapsis (del griego sýnapsis ‘unión, enlace’) y fue uno de los grandes descubrimientos de Ramón y Cajal. Las acciones de un neurotransmisor van a depender de la neurona con la que se comunique y del tipo de receptores que tenga dicha neurona. 

Dopamina: este neurotransmisor es utilizado por neuronas localizadas en los ganglios basales del cerebro y cuyos axones se extienden por diferentes regiones, como el sistema límbico y la corteza cerebral. Esto es importante porque lo que va a determinar su función va a ser la región del cerebro en la que actúe. Por ejemplo, la acción de la dopamina en la memoria está mayormente relacionada con sus conexiones con el hipocampo. Sus acciones sobre la adicción y los mecanismos de recompensa placer-dolor se relaciona con el sistema límbico. Los problemas de movimiento que tienen los enfermos de párkinson están relacionados con la muerte de las neuronas que se conectan con el cuerpo estriado. En enfermos con esquizofrenia, es muy probable que el motivo de las psicosis se deba a un déficit en la transmisión de la dopamina en el filtro de percepciones del circuito tálamo-estriado-cortical.

Serotonina: son las neuronas de los núcleos del rafe (en el tronco cerebral) las que utilizan este neurotransmisor para comunicarse, principalmente, con neuronas que se encuentran en la corteza cerebral y el hipocampo. Las funciones de este neurotransmisor son diversas y van a depender considerablemente del área del cerebro en el que actúe y de los receptores que tenga. En general, un aumento en los niveles de serotonina tiene un efecto positivo en el estado de ánimo. Por ejemplo, drogas como el éxtasis o los antidepresivos elevan los niveles de serotonina.También desempeña un papel fundamental en el control de la atención, el filtro de percepciones y en el ciclo sueño-vigilia. Drogas como el LSD o la mescalina son capaces de activar ciertos receptores de la serotonina (5HT2A-5HT2C).

Noradrenalina: Las primeras neuronas que mueren en los pacientes que sufren Alzheimer se encuentran en una pequeña área del tronco cerebral llamada locus coeruleus. Estas neuronas proyectan sus axones por todo el cerebro utilizando noradrenalina como neurotransmisor para regular, entre otras funciones, la atención y el ciclo sueño-vigilia.

Acetilcolina: La acetilcolina es el neurotransmisor que utilizan las neuronas motoras para comunicarse con las células musculares y hacer que se contraigan. En la base del cerebro hay neuronas que utilizan este neurotransmisor y proyectan sus axones hasta el hipocampo, el cuerpo estriado y la corteza cerebral. Ilustraremos las funciones de la acetilcolina en memoria y aprendizaje con tres drogas que son capaces de modular la activación de sus receptores en el cerebro.

  • Escopolamina: Esta sustancia es la responsable de la actividad de drogas como la burundanga. Cuando llega al cerebro bloquea ciertos receptores de la acetilcolina e impide la correcta formación de memorias.
  • Donepezilo: Es un medicamento que se utiliza para paliar el deterioro cognitivo de pacientes de Alzeheimer. Es una droga que impide la desaparición de la acetilcolina en la sinapsis y por tanto eleva sus niveles.
  • Nicotina: Las propiedades adictivas de esta droga se deben a que activa receptores de acetilcolina en neuronas responsables del sistema de aprendizaje por recompensa. 

GABA: Es el principal neurotransmisor inhibidor de la actividad cerebral. Tanto las benzodiacepinas como los barbitúricos deprimen el sistema nervioso activando los receptores del GABA.

Glutamato: Es el principal nerotransmisor excitador del cerebro. Lo utilizan las neuronas de la corteza cerebral para comunicarse entre sí y establecer los circuitos neuronales responsables de la mayor parte de la actividad cerebral. La ketamina por ejemplo es un agente que bloquea ciertos receptores del glutamato y según su dosis puede ser antidepresiva, alucinógena o usada como anestésico.

Endorfinas: Son un tipo especial de neurotransmisores que tiene una acción más lenta, más prolongada y actúan de manera más difusa. Su misión principal es la inhibición del dolor, pero también producen euforia. Los opiáceos como la morfina actúan activando a los receptores de las endorfinas.

Factores neurotróficos: Son un conjunto de sustancias cuya presencia favorece el desarrollo y la supervivencia de las neuronas. Desempeñan un papel fundamental en el desarrollo del cerebro, pero también son necesarios para proteger a las neuronas de procesos neurodegenerativos.

Corteza cerebral: Es el área del cerebro que nos hace a los humanos ser como somos. Se encarga de los procesos mentales más complejos, incluyendo la percepción sensorial, el movimiento voluntario, el lenguaje, la números, la capacidad de abstracción, etc. Cada región de la corteza cerebral se ocupa de funciones muy específicas, de tal manera que si tenemos una lesión en una de esas áreas, un ictus por ejemplo, vamos a perder solo la función que soportaban las neuronas que perdemos.

Corteza prefrontal: Esta parte de la corteza frontal se encarga de procesar e integrar información ya procesada procedente del resto de las regiones cerebrales. Es el área responsable de que tengamos una experiencia consciente unificada y en ella se selecciona a qué procesos mentales prestamos atención y por tanto somos conscientes de ellos. Una disfunción de esta área, como ocurre en la esquizofrenia o con drogas como la ketamina, altera la capacidad de dirigir la atención y la formación de una experiencia consciente unificada.

Sistema límbico: Son una serie de estructuras situadas entre la corteza cerebral y el tálamo que se encargan, fundamentalmente, de funciones como la de formación de memorias a corto y largo plazo, dotar de carga emocional a los procesos mentales, la motivación, el placer y el dolor.

Hipocampo: Estructura del cerebro que forma parte del sistema límbico y que es fundamental en el proceso de formación de memorias y del aprendizaje. Su forma en el cerebro humano recuerda al caballito de mar, de ahí su peculiar nombre.

Muestra un hipocampo del cerebro humano (memoria) y un caballito de mar
Hipocampo del cerebro e hipocampo del mar.

Amígdala: Esta estructura con forma de almendra es parte del sistema límbico. Su función principal es la de proporcional una carga emocional y afectiva a los procesos mentales.

Cuerpo estriado: Esta región cerebral es parte de los ganglios basales que se encuentran bajo la corteza cerebral. Es responsable de la coordinación de movimientos voluntarios, el circuito de aprendizaje por recompensa y forma parte del filtro estricto-talamo-cortical.

Cerebelo: Esta del cerebro se ocupa, entre otras funciones, de controlar los movimientos involuntarios.

Filtro de percepciones: Es un circuito formado por neuronas que se encuentran en el cuerpo estriado, en la corteza y en el tálamo. Se encarga de filtrar la información que llega a la corteza prefrontal y controlar qué información  es accesible a nuestra consciencia. El resto de los procesos mentales no se ven alterados por el filtro, simplemente no somos conscientes de ellos. 

Cognitivo: Se aplica este término para referirse al conocimiento que se adquiere a partir del pensamiento, la experiencia y los sentidos.

Neurodegeneración: En nuestro cerebro mueren unas 9000 neuronas al día: forma parte primero de la maduración y luego del envejecimiento. Cuando hablamos de neurodegeneración, nos referimos a la pérdida de neuronas de manera patológica y suele afectar a circuitos y regiones específicas. Según el tipo de neuronas que mueran van a afectar a unas funciones o a otras. 

  • Por ejemplo los enfermos de parkinson pierden la mayoría de las neuronas que utilizan dopamina para comunicarse. Cuando se pierden más del 80-90% de las neuronas que coordinan los movimientos voluntarios (las que van de la sustancia negra al cuerpo estriado), la capacidad psicomotriz de estas persona se ve afectada notablemente. 
  • En los enfermos de Alzheimer, unas de las primeras neuronas que mueren son las del hipocampo, que se encargan de la formación de nuevas memorias. 
  • En la esclerosislateral amiotrófica (ELA) son las neuronas motoras las que degeneran y mueren perdiéndose la comunicación entre el cerebro y la musculatura.

Trastorno psiquiátrico: El cerebro es un órgano más y como tal está expuesto a enfermedades y a un funcionamiento anómalo. Sin embargo, al ser el órgano que da soporte a la mente, estas disfunciones van a afectar nuestro comportamiento, humor, memoria, sentimientos y en general a procesos que dan forma a nuestra mente y nos hacen ser como somos. Al contrario que en procesos neurodegenerativos, en los trastorno psiquiátricos, como la depresión, la esquizofrenia o el trastorno bipolar, es mucho más complejo relacionar la patología con la sintomatología.

  • La esquizofrenia se asocia normalmente con problemas de comunicación neuronal entre la corteza cerebral y el cuerpo estriado. Se piensa que son las neuronas que utilizan dopamina y cómo estas afectan a la comunicación del glutamato los principales responsables de los síntomas. 
  • Costó que se reconociera a la adicción como una enfermedad y no como una flaqueza de la voluntad. Los avances en el área de la neurociencia han logrado identificar los circuitos neuronales que se alteran cuando uno toma drogas adictivas (los de aprendizaje por recompensa, asociación de estímulos y centros de placer) y qué neurotransmisores están implicados (principalmente elevación de dopamina). 
  • Los sustratos neuronales de la depresión siempre se han asociado con un nivel bajo de monoaminas (serotonina, dopamina y noradrenalina). Sin embargo la modesta eficacia, más allá del efecto placebo, de los compuestos que elevan a estos neurotransmisores ha llevado a cuestionar esta teoría. Los sustratos neuronales de la depresión no están tan bien definidos como en otras enfermedades mentales. Recientemente, un tratamiento con ketamina, droga que bloquea ciertos receptores de glutamato, se cree que puede ayudar a prevenir y salir de estados depresivos al aumentar la resiliencia. 

Drogas psicoactivas/psicotrópicas: En general cualquier sustancia capaz de llegar al cerebro y modificar la actividad neuronal de una forma que afecte notablemente la memoria, la percepción, el comportamiento y en general cualquier actividad mental.

  • Los alucinógenos por ejemplo son capaces de modificar la manera en la que el cerebro procesa la información que viene de los sentidos para construir una realidad virtual distinta.
  • La psicosis es un estado caracterizado por una visión distorsionada de la realidad en forma de alucinaciones, voces, sensación de ser escuchado, observado o perseguido, y que puede estar producido por enfermedades como la esquizofrenia o por el consumo de drogas como la anfetamina o el LSD.
  • El mecanismo de los antipsicóticos se basa en su capacidad de modular la activadad neuronal y la cantidad de dopamina que se libera en el cortex prefrontal y el cuerpo estriado.

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