Artículos sobre ciencia y tecnología de Mauricio-José Schwarz publicados originalmente en El Correo y otros diarios del Grupo Vocento

noviembre 26, 2012

Los mensajeros del sistema nervioso

Hace menos de cien años que se identificaron las sustancias químicas gracias a las cuales funciona todo nuestro sistema nervioso y, por tanto, nuestro organismo.

La comunicación sináptica entre dos neuronas
por medio de los neurotransmisores.
(Imagen D.P. de US National Institutes of Health
vía Wikimedia Commons, modificada y
traducida por "Los expedientes Occam")
Era la década de 1880 y Santiago Ramón y Cajal llegaba a una conclusión asombrosa. Las neuronas, las células cerebrales recién descubiertas y a las que el zaragozano había dado nombre, no formaban una red o malla en la que todas estaban interconectadas, sino que cada una transmitía impulsos únicamente en una dirección.

Y, además, lo hacían sin tocarse.

Ramón y Cajal descubrió una separación de entre 20 y 40 nanómetros (millonésimas de metro), en el punto de unión de cada neurona y la célula a la que le transmite los impulsos, ya sea otra neurona, un músculo o una glándula. El misterio era, entonces cómo se realizaba la transmisión de los impulsos en esa unión, llamada por el inglés Charles Scott Sherrington “sinapsis”, palabra griega que significa “conjunción”.

Los fisiólogos y químicos trabajaron para resolver el acertijo y al mismo tiempo explorando las sustancias presentes en el sistema nervioso, basados en dos hipótesis. Según la primera, los impulsos nerviosos se transmitían de modo eléctrico, comunicando un potencial a través de la sinapsis. Según la otra, la transmisión se debía a alguna sustancia química. Los científicos, que trabajaban en estrecha comunicación, se refirieron a este debate como “la guerra de las chispas y las sopas”.

Otto Leowi respondió en parte la pregunta mediante un elegante experimento que, según relataría él mismo, se le ocurrió durante un sueño. Tomó dos corazones vivientes de dos ranas, que se pueden conservar latiendo durante un tiempo en una solución salina tibia, y los colocó en recipientes separados. Uno de los corazones conservaba el nervio vago, que es el responsable de controlar el ritmo cardiaco, mientras que al otro no se le mantenía. Leowi estimuló eléctricamente el nervio vago del primer corazón haciendo que latiera más lentamente. A continuación, tomó parte del líquido en el que estaba sumergido el primer corazón y lo aplicó al recipiente que contenía el segundo corazón. Al estar expuesto al líquido, este segundo corazón también empezó a latir más lentamente.

La única conclusión posible era que se había producido una sustancia en el primer corazón que provocaba que el segundo tuviera la misma respuesta. La transmisión química quedaba demostrada y su publicación en 1921 le valdría a Loewi el Premio Nobel de Medicina o Fisiología en 1936.

Poco después, Loewi pudo demostrar que la sustancia que ralentizaba el corazón de las ranas era, como sospechaba, la acetilcolina, sustancia que había sido descubierta siete años antes por su amigo, el fisiólogo británico Henry Hallet Dale. Era el primer neurotransmisor identificado. Loewi también halló otra sustancia que hacía que se acelerara el ritmo cardiaco, que con el tiempo sería identificada como norepinefrina.

Funcionamiento

Las neuronas están formadas por un cuerpo o soma, una serie de ramificaciones llamadas dendritas que pueden recibir impulsos nerviosos y un axón, una prolongación que es la que transmite los impulsos a las células receptoras: otras neuronas, fibras musculares, glándulas, etc. En las sinapsis con esas células, las ramificaciones del axón cuentan con pequeñas vesículas que, al recibir un impulso nervioso, pueden liberar distintos tipos de neurotransmisores. Estas sustancias químicas ocupan el espacio sináptico y son atrapadas por receptores químicos en la célula receptora, que cambia su actividad en función de éstos.

Cada receptor químico reacciona sólo ante un neurotransmisor, en un mecanismo similar al de una llave y una cerradura. Los receptores de un neurotransmisor como la dopamina sólo reaccionan al capturar dopamina e “ignoran” completamente a todos los demás neurotransmisores que puedan estar en el líquido que ocupa el espacio sináptico.

Hay neurotransmisores “excitadores” que incrementan la actividad en la célula receptora, “inhibidores” que la disminuyen y “moduladores” que pueden cambiar la forma que adopta la actividad de la célula receptora. Y la respuesta de las células a ellos es compleja. Aunque se dice que, por ejemplo, la escasez de serotonina está relacionada con la depresión, esto no significa que consumir o inyectarse serotonina cure la depresión. Cada célula receptora obtiene información de muchos axones, recibiendo una mezcla de neurotransmisores cuyo equilibrio final determina, por ejemplo, si una fibra nerviosa se contrae o no, a qué velocidad, y con qué intensidad. Este cóctel de neurotransmisores con las distintas células de nuestros músculos permite que levantemos un brazo lenta o rápidamente, con fuerza o débilmente. Lo mismo ocurre con las secreciones de todas nuestras glándulas.

En el caso de algunas enfermedades, además, el problema puede ser que las moléculas del neurotransmisor no fluyen de las vesículas del axxón a la célula receptora, sino que fluyen de vuelta a la superficie del axón, interrumpiendo la comunicación.

Poco a poco, la forma de acción y la ubicación de cada uno de los neurotransmisores en distintos puntos del sistema nervioso central y en todo el cuerpo, nos van dando información sobre la causa de muchos trastornos mentales y permiten no sólo crear nuevos medicamentos, sino entender el mecanismo de acción de los que ya tenemos, como los antidepresivos, los ansiolíticos y los antipsicóticos.

Desde la acetilcolina se han descubierto más de 50 neurotransmisores que están presentes en distintos lugares de nuestro sistema nervioso central, y los investigadores siguen encontrando nuevas sustancias que colaboran en la compleja danza que determina cómo el sistema nervioso controla el resto del cuerpo. Apenas en 2011, por ejemplo, se descubría en Barcelona el ácido D-aspártico, un neurotransmisor implicado en el aprendizaje y la memoria.

Como nota curiosa, en la década de 1950 se empezaron a identificar sinapsis eléctricas, primero en cangrejos y después en vertebrados. En la “guerra de las chispas y las sopas” todos tenían razón, aunque el principal medio de transmisión de los impulsos nerviosos sean los apasionantes neurotransmisores.

Las adicciones

Los neurotransmisores nos han ayudado a entender cómo actúan las drogas en nuestro cerebro. Drogas como la cocaína o la metanfetamina aumentan el nivel de transmisión de la dopamina en nuestro cerebro, mientras que los opiáceos actúan imitando los neurotransmisores naturales que conocemos como “endorfinas” o “morfina interna”, eliminando el dolor y aumentando las sensaciones de placer. Se cree, además, que el alcohol actúa interactuando con los receptores del ácido gamma aminobutírico (GABA). Las drogas, pues, son como ganzúas o llaves maestras que engañan a nuestro cerebro simulando ser nuestros neurotransmisores naturales.