ACCIÓN DE NEUROTRANSMISORES NEUROTRANSMISORES EN INVERTEBRADOS INVERTEBRADOS Jiménez, L1 . Martínez, A 2 . Mejía, V 3 . Numpaque, L 4 . Zea, M 5 Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad de Ciencias y Educación Proyecto Curricular en Licenciatura en Biología Fisiología Animal Docente: Fabio Enrique Ruiz
Resumen: El Resumen: El sistema nervioso es de gran importancia en la comprensión del funcionamiento del metabolismo de los organismos, este sistema es intervenido por neurotransmisores los cuales son sustancias químicas capaces de excitar o inhibir las diferentes actividades esto depende del neurotransmisor, del receptor de la membrana y de las condiciones iónicas de la célula; por lo tanto para observar los efectos de los neurotransmisores, se realizó una práctica de laboratorio en la cual se tomaron neurotransmisores y se aplicaron en dos organismos invertebrados, Daphnia pulex ( pulga de agua ) y Gasterópodo (caracol) en los que se detalla las reacciones que estos tuvieron al ser afectados de manera directa por estos; la Acetilcolina reflejo una excitación en el músculo esquelético, pero a su vez se vio inhibido el músculo cardíaco, Adrenalina produce una excitación aumentando el nivel de la actividad, Dopamina influye en el control del movimiento corporal inhibiendo asi al musculo esquelético, Gaba es un neurotransmisor inhibidor el cual detiene las señales nerviosas en la sinapsis y por ultimo al aplicar la serotonina provoca en el organismo una inhibición en el sistema muscular; la importancia de conocer las reacciones de estos neurotransmisores en organismos nos ayuda a ampliar la visión del funcionamiento neuronal en los animales. Palabras claves: Excitación, claves: Excitación, inhibición, sistema cardiaco, sistema muscular, sistema nervioso. Abstract: Abstract: The nervous system is of great importance in understanding how the metabolism of organisms, this system was operated by neurotransmitters which are chemicals that can excite or inhibit different activities this depends on neurotransmitter receptor membrane and ionic conditions of the cell; therefore to observe the effects of neurotransmitters, a lab in which neurotransmitters are taken and applied in two invertebrates, Daphnia pulex (water (water flea) and Gastropod (snail) in the reactions outlined was performed these had to be directly affected by them; Acetylcholine reflection excitation in skeletal muscle, but in turn was inhibited cardiac muscle, Adrenaline produces an excitation increasing the level of activity, Dopamine affects the control of body movement thus inhibiting the skeletal muscle, GABA is a neurotransmitter inhibitor which stops nerve signals at the synapse and finally applying serotonin in the body causes an inhibition on the muscular system; the importance of the reactions of these neurotransmitters in organisms helps us to broaden the perception of animal metabolism. Keywords: Excitation, Keywords: Excitation, inhibition, cardiac system, muscular system, nervous system. _____________ ____________________ _____________ _____________ ______________ _____________ _____________ ______________ _____________ _____________ _____________ ______
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20121140119 20121140087 3 20121140117 4 20121140015 5 20121140084 2
Introducción Las neuronas son importantes células que se interconectan para formar redes de comunicación las cuales transmiten los impulsos nerviosos. La célula nerviosa cumple dos funciones principales, la conducción de la señal nerviosa a través del axón y la transmisión de este impulso de una neurona a otra. La propagación del potencial de acción es un proceso eléctrico donde la membrana celular se despolariza cuando los iones de NA+ y K+ se intercambian a través de esta. Por otra parte, cuando la transmisión del impulso pasa una neurona en otra, necesita de la acción de neurotransmisores específicos y sus distintos receptores para cada señal nerviosa. (Randall, 1998)
sinapsis eléctrica, tienen puentes que interconectan el citoplasma de las células pre-sinápticas y post.-sinápticas, permitiendo el intercambio directo de moléculas entre las células nerviosas y la sinapsis química. (Fig. 1) poseen las células pre-sinápticas y post.sinápticas separadas con hendiduras sinápticas especializadas. La terminal presináptica contiene vesículas que contiene el neurotransmisor químico y la zona activa de la neurona post-sináptica contienen receptores especializados que median los efectos del neurotransmisor al ser liberado a la sinapsis y fijándose en un receptor en la membrana de la neurona post-sináptica y trasmitiendo trasmiti endo la información a la otra neurona en pocos milisegundos. (Bustamante, 2004)
La sinapsis es la unión entre una neurona a otra, esta es el espacio que existe los botones sinápticos (pies terminales) del axón y las dendritas de la segunda neurona, también cada neurona contiene varias sinapsis en los axones y las dendritas. (Bustamante, 2004) La sinapsis es el lugar más esencial para el funcionamiento y las acciones en el sistema nervioso (SN). En este sitio, es donde los estímulos se modifican, inhiben o incitan las neuronas vecinas donde dependen de receptores específicos que recibe el impulso. Estos receptores permiten que pequeños neurotransmisores producir acciones sinápticas. Las acciones sinópticas excitatorias conducen el impulso a lo largo del axón de modo que esta transmite la información que llega a esta a otras células nerviosas, por lo tanto se transmiten en varias series de mensajes originando una excitación que se propaga, donde se necesita de una sinapsis inhibidora para controlar y limitar la propagación. (Bustamante, 2004). Se diferencian dos tipos de sinapsis; la
Fig. 1 Sinapsis química.
Ahora bien, los neurotransmisores neurotransmisores se describen como un grupo de sustancias de bajo peso molecular. Según Randall, 1998. Para que muchas sustancias se consideren un transmisor de señales nerviosas tienen que cumplir ciertos parámetros; 1. La sustancia debe ser sintetizada en una neurona. 2. La sustancia esté presente en el terminal pre-sináptico pre-sinápt ico y al ser liberada hacia la neurona post-sináptica genere acciones suficientes sobre esta.
3. Y que exista un mecanismo específico para removerla de su sitio de acción. Para realizar la neurotransmisión el sistema nervioso (SN) una principalmente dos clases de sustancias: moléculas pequeñas y cadenas cortas de aminoácidos agrupadas por péptidos neuro-activos. Como se mencionó anteriormente, la transmisión neuronal se efectúa mediante la acción de neurotransmisores, donde un factor importante que reconoce el neurotransmisor e inicia la respuesta neural son receptores específicos para cada transmisor; y en estos se fija el neurotransmisor generando permeabilidad en los iones de la membrana post-sináptica; se plantean más de 50 neurotransmisores y centenares de receptores que se encuentran en la membrana pre-sináptica y post-sináptica. (Bustamante, 2004) Algunos neurotransmisores importantes. Acetilcolina: Esta sustancia se puede encontrar entre redes de los nervios y los músculos del cuerpo. En el sistema nervioso central (SNC) más esenciales puesto que tiene funciones principales en la memoria y en los procesos mentales superiores. La disminución de Acetilcolina en el lóbulo temporal, principal almacenador de información puede generar enfermedades como El Alzheirmer por la pérdida de memoria. (Randall, 1998) Glutamato y Aspartato Estos neurotransmisores son los principales excitadores del sistema nervioso central (SNC), en este el glutamato es más un 75% más abundante que el Aspartato como neurotransmisor excitador. El glutamato actúa en la mayoría de procesos de sinapsis, este conecta redes de la corteza cerebral con los núcleos cerebrales, las vías auditivas,
olfatorias, sensoriales y visuales. Este neurotransmisor se fija a dos receptores glutamato NMDA y el noNMDA. (Randall, 1998) Dopamina Es un neurotransmisor que participa en la aparición de sensaciones placenteras, es muy importante en el SNC. Los Principales receptores de la dopamina se encuentran en los lugares del cerebro que controlan conducta, emociones, placer, toma de decisiones y algunos aspectos del movimiento, también las células que contienen los receptores de dopamina (células dopaminérgicas) se proyectan hacia el sistema límbico que regulan las emociones. A ausencia de dopamina puede afectar hacia enfermedades como el Parkinson y la Esquizofrenia. (Bustamante, 2004) Adrenalina y Noradrenalina Estos dos neurotransmisores del sistema simpático tienen acción sobre el corazón aumentando su frecuencia cardiaca al ser liberados, también aumenta la presión sanguínea, la dilatación de los bronquios, siendo estos los neurotransmisores respuesta ante un estado de alerta en el cuerpo. (Bustamante, 2004) Serotonina Interviene en los cambios de humor, o en condiciones patológicas conducen a la depresión o la hipomanía en bajas concentraciones. Es un neurotransmisor excitador y regulador del sueño, estando en la formación reticular del tallo cerebral. (Randall, 1998)
Endorfinas Son neurotransmisores que actúan sobre los receptores opiáceos; su papel en condiciones normales es inhibir los estímulos dolorosos en el SNC, puede obrar en el sistema límbico provocando sensaciones de bienestar. (Bustamante, 2004)
sensitivo importante y la acetilcolina es un neurotransmisor neurotransm isor principal motor. En los anélidos y moluscos la acetilcolina y el glutamato son neurotransmisores que funcionan como neuromusculares y se desconoce los neurotransmisores sensitivos. (Hill et. Al, 2004)
GABA El ácido gamma amino butírico es uno de los principales neurotransmisores inhibidores del SNC y uno de los más abundantes, este se encuentra exclusivamente en el cerebro, en donde se propaga sinapsis entre un 25 a 40% de sinapsis; los receptores de GABA son canales de Cl e intervienen en el sistema límbico regulando los estados de ansiedad. (Randall, 1998) Neurotransmisores en vertebrados e invertebrados. Los neurotransmisores que más se conocen y que actúan sobre animales vertebrados también afectan la fisiología, la sinapsis y están presenten en el sistema nervioso de los principales grupos de animales invertebrados. Un ejemplo claro, es que se ha encontrado evidencia que respaldan la función de varios neurotransmisores como la acetilcolina, el GABA, el glutamato, la dopamina y la serotonina actúan sobre celenterados, anélidos, nematodos, artrópodos y moluscos. Los neurotransmisores cumples diferentes funciones en los diversos grupos de animales. Por lo tanto, varios estudios demuestran que en los artrópodos el glutamato es un neurotransmisor neuromuscular excitatorio más importante y la acetilcolina es el principal neurotransmisor sensitivo, siendo estas funciones antagónicas en animales vertebrados, donde en estos individuos el glutamato es un neurotransmisor
Fig. 2 Neurotransmisores principales en las neuronas periféricas de animales vertebrados e invertebrados.
Metodología: La práctica de laboratorio se realizó en dos partes; la primera se implementó sobre individuos de la especie Daphnia pulex en en la cual se tomó el organismo y se colocó en una lámina aplicándole una gota de agua ,se observe al microscopio en 10X diferenciando los órganos y tomando datos de su estado normal, se le agrego una gota de adrenalina y se observó los cambios que este tuvo a nivel de movimiento en el medio y cambio en sus órganos ; tomando asi como referencia disminución o aumento de los latidos, se repitió el proceso con los neurotransmisores Acetilcolina Acetilcolina , Dopamina , Gaba y Serotonina Serotonina detallando asi como el organismo de Daphnia pulex tuvo diferentes reacciones según el neurotransmisor empleado. En la segunda parte del laboratorio se tomaron organismos de la clase Gasterópoda
(caracoles) (caracole s) los cuales se colocaron en una caja de Petri donde se observó sus movimientos, la cantidad De moco que secreto durante cinco minutos y la coloración y textura; se tomaron algunos de los organismos y se les aplico los neurotransmisores Acetilcolina , Dopamina , Gaba y Serotonina donde se observó las variaciones que estos tuvieron respecto al primer caracol observado ; para detallar la variación que se tuvo a nivel del sistema cardiaco se les quito una pequeña parte de la concha a la altura del corazón donde se vio reflejada el cambio que tuvo al ser afectado directamente por el neurotransmisor. Cada organismo tuvo una variación a partir del neurotransmisor que se utilizó, los sistemas musculares, cardiacos y nerviosos tuvieron una actividad de inhibición o excitación según sea la reacción que este produzca en el organismo.
Resultados Tabla 1. Comparación del comportamiento de dos invertebrados al suministrar diferentes neurotransmisores.
Neurotransmisor Acetilcolina
Copépoda Aumento de los movimientos viscerales. Disminución de los movimientos cardiacos, lo cual se denomina bradicardia. Pocos movimientos del cuerpo.
Producción exagerada de Moco el cual presenta una coloración amarillo verdosa. Movimientos normales con respecto al control. 65 pulsaciones cardiacas por minuto.
Adrenalina
Movimientos cardiacos rápidos. Comparado con el control los movimientos son pausados y lentos. Movimientos del cuerpo muy rápidos. Ojo dilatado bastante grande. Movimientos cardiacos
Tentáculos y antenas muy extendidos. Mayor actividad cardiaca induciendo a la taquicardia. Aproximadamente 73 pulsaciones por minuto. Movimiento de antenas y ojos constante generando contracción muscular. Movimientos pasivos del cuerpo y lentos.
Dopamina
Helix aspersa (caracol de jardín)
bastante acelerados.
Gaba
No presenta casi movimientos del cuerpo con respecto al control, cuando se mueve los movimientos no son constantes y se sacude de un lado al otro como si se estuviera contrayendo. Pulsaciones cardiacas aceleradas a causa de que los músculos están inhibidos. Inhibió los movimientos del musculo cardiaco, los movimientos del cuerpo eran pocos y luego dejo de moverse, presencia de movimientos viscerales.
Serotonina
Secreción de baba Adhesión y expansión del pie al sustrato (Caja Petri) indicando contracción muscular. 30 pulsaciones por minuto. Al compararlo con el individuo control, se presenta calmado con pocos movimientos y contracción de las antenas, ojos y pie. Pocos movimientos musculares. Corazón acelerado aproximadamente 73 pulsaciones por minuto.
Disminución de movimientos, adhesión del pie al sustrato y producción de moco. 22 a 27 pulsaciones por minuto.
Nota: Pulsaciones normales del corazón de Helix aspersa 41 pulsaciones por minuto.
Pulsaciones cardiacas por minuto de Helix aspersa 80 70 60 50 40 30 20 10 0 control
acetilcolina
serotonina
dopamina
adenalina
Serie 1
Grafica 1. Pulsaciones cardiacas de Hélix aspersa por minuto
GABA
Discusión Las señales nerviosas viajan de una neurona a otra a través de unas uniones especializadas que reciben el nombre sinapsis. A diferencia del impulso nervioso que se da a través del axón en el proceso sináptico no existe conexión entre las membranas pre-sinápticas y las postsinápticas; es allí donde aparece la acción de los neurotransmisores que se encuentran inmersos en lo que recibe el nombre de hendidura sináptica. Estas sinapsis tienen una intensidad variable y pueden excitar o inhibir a la célula post-sináptica. post-sinápt ica. El efecto efecto del neurotransmisor depende de la fibra post – sináptica. (Bachmann, 1998). El primer neurotransmisor utilizado fue la Acetilcolina, Acetilcolina, está molécula producida por los nervios vagos, dirige su acción al sistema nervioso periférico – parasimpático (cuya función es contrarrestar los efectos del sistema simpático). La Acetilcolina inhibe la transmisión del impulso nervioso al musculo cardiaco pero eleva el potencial de acción en el tubo digestivo (Bachmann, 1998) esto en definitiva concuerda con las reacciones observadas en el copépodo que si bien aumento su actividad visceral mostrando movimientos que notoriamente eran más bruscos y rápidos, por otro lado sus movimientos cardiacos disminuyeron llegando a un estado de bradicardia. Contrario a la Acetilcolina encontramos los resultados arrojados por la Adrenalina, hormona secretada por la médula de la glándula suprarrenal cuya acción va dirigida al sistema simpático (los nervios aceleradores del corazón son nervios simpáticos) responsable de preparar al organismo para las emergencias (Oram, 1980). En este caso los movimientos movimient os cardiacos del copépodo al igual que del
caracol se aceleraron induciendo en el animal la taquicardia y bajando al mínimo los movimientos viscerales, entonces podemos decir que estos dos neurotransmisores tienen acciones de inhibición y excitación contrarios; esto apoyando el fundamento de que el organismo luego de sufrir una alteración en su metabolismo debe buscar ponerse nuevamente en equilibrio. La dopamina al estar incluida en el grupo de las catecolaminas indujo efectos similares en los animales. Este neurotransmisor está asociado al Sistema Nervioso Central y a la actividad motora (Audesirk et al, 2008); debido a esto las observaciones más relevantes en los animales son una constante contracción muscular es decir, en este caso el neurotransmisor excito la acción motora. Con la serotonina se observó en los dos organismos una inhibición en movimientos motores tanto en el copépodo como en el caracol (en este último se observó más adhesión del pie al sustrato), Teniendo en cuenta que el neurotransmisor serotonina no atraviesa la barrera hematoencefálica, existe una clara distinción entre sus funciones centrales y periféricas. 3 Por ejemplo, en la periferia, la 5 –HT interviene en la contracción y relajación de las células musculares lisas, en la agregación plaquetaria y en la modulación presináptica (estimulación y/o inhibición) de la transmisión en las neuronas autónomas.(Villalon, 1993), la disminución de frecuencia cardiaca (bradicardia) observada en el caracol se debe al inducir un reflejo tipo von Bezold –Jarisch mediante la estimulación de receptores 5 –HT3 localizados en terminales vágales sensoriales cardiacas.(Saxena, cardiacas.( Saxena, 1990), El reflejo de Bezold-Jarisch es un epónimo para la triple respuesta del cuerpo caracterizada con bradicardia, bradicardi a, hipotensión arterial y apnea en animales. La triada depende del nervio vago
intacto y está mediada por los centros neurales medulares que controlan la respiración, la frecuencia cardiaca y el tono vasomotor. Los cambios de la respuesta circulatoria del mantenimiento normal de la presión arterial cambian a la activación parasimpática e inhibición simpática produciendo hipotensión arterial que puede ser severa. Esta alteración hemodinámica es disparada por un reducido retorno venoso al corazón. Lo más probable es que sea mediado por vía neural aferente desde el corazón y también por varios barorreceptores no cardiacos que se activan en forma paradójica. (Cisneros, sf). Aplicando Aplicando el neurotransmisor GABA (Ácido yaminobutirico) se observó en el copépodo y el caracol efectos similares (deficiencia motora y aceleración cardiaca), partiendo de que este neurotransmisor es un aminoácido este tipo de neurotransmisores neurotransmis ores no atraviesan fácilmente la barrera hematoencefalica por lo que en su interior las neuronas que producen este tipo de a.a neurotransmisores presentan enzimas y rutas metabólicas específicas para su síntesis. El GABA está presente en ciertas neuronas de SNC, entre estas se incluyen algunas neuronas de ganglios basales, las células de Purkinje del cerebelo y determinadas interneuronas medulares. (Bruce y Levy,2006 ) GABA actúa como un neurotransmisor inhibitorio en acción neuronal del sistema nervioso central lo que realiza es un aumento de la permeabilidad de la membrana celular a los iones cloro con lo que estabiliza los potenciales de membrana en reposo cerca del nivel de equilibrio de estos iones así hiperporaliza la membrana postsinaptica (inhibe).( Mohler,2007) De este modo se puede concluir que al momento de la aplicación del neuratrasmisor GABA indujo una reducción en la deficiencia motora un
estado de latencia que podría llevar a un estado de coma en el animal por exceso, ya que inhibió la transmisión de señales a las terminaciones nerviosas, esto fue lo que indujo hipomotilidad o sedación del organismo vivo . Conclusiones Las alteraciones de la síntesis, el almacenamiento, la liberación o la degradación de los neurotransmisores, o el cambio en el número o actividad de los receptores, pueden afectar a la neurotransmisión y producir ciertos trastornos clínicos. (bradicardia, taticardia, epilepsia, actividad visceral descontrolada, entre otras).
La mayoría de la sinapsis en el SNC usan aminoácidos neurotransmisores. La mayor parte de los PPSE rápidos se deben a la estimulación por glutamato; casi todos los PPSI rápidos se asocian con GABA o glicina.
Las aminas biógenas (acetilcolina, noradrenalina, dopamina, serotonina) se encuentran en relativamente neuronas, pero estas neuronas poseen terminales que se proyectan en forman diseminada. Muchos receptores de estos neurotransmisores realizan acciones lentas que modulan las actividades neuronales en lugar de mediar la excitación o la inhibición rápida.
Bibliografía
Audersik, T., Audersik, G., & Bruce, B. (2008). Biología ciencia y naturaleza . Mexico : Pearson . Bachmann, K. (1998). Biología para medicos . Barcelona : Reverté .
Bruce, M.K, M.K, Levy,M, Fisiologia, Fisiologia , ed Elsevier Imprint, 2006 Oram, R. (1980). Sistemas vivientes . Mexico : Editorail Continental . Enna SJ, Möhler H. The GABA receptors. 3 ed. Totowa, NJ: Human Press; 2007. Villalón CM, Terrón JA, Hong E, Saxena PR. Efectos cardiovasculare de agonistas y antagonistas de los receptores de la 5 –HT (Parte I). Arch Inst Méx Cardiol 1993. Saxena PR, Villalón CM. Cardiovascular effects of serotonin agonists and antagonists. J Cardiovasc Pharmacol 1990. .
Cisneros R, Reflejo vaso vagal, , Tijuana, México, artículo de revisión, s.f Randall, D. Fisiología Animal.4º edición, Mc Graw Hill. México. 1998. Bustamante, E. Sistema Nervioso: desde las neuronas hasta el cerebro humano. Editorial Universidad de Antioquia. Antioquia. Medellín, Colombia. 2004.Recuperada de http://books.google.com.co/ Hill et. Al, (2004). Fisiología humana. Editorial Médica panamericana. Madrid, España. Recuperada de http://books.google.com.co/
