Mielina

La mielina es un material rico en lípidos que rodea los axones de las células nerviosas (los "cables" del sistema nervioso) para aislarlos y aumentar la velocidad a la que se transmiten los impulsos eléctricos (llamados potenciales de acción) a lo largo del axón. El axón mielinizado se puede comparar con un cable eléctrico (el axón) con material aislante (mielina) a su alrededor. Sin embargo, a diferencia de la cubierta de plástico de un cable eléctrico, la mielina no forma una sola vaina larga en toda la longitud del axón. Más bien, la mielina envuelve el nervio en segmentos: en general, cada axón está encerrado en múltiples secciones mielinizadas largas con espacios cortos entre los llamados nódulos de Ranvier.

La mielina se forma en el sistema nervioso central (SNC; cerebro, médula espinal y nervio óptico) por células gliales llamadas oligodendrocitos y en el sistema nervioso periférico (SNP) por células gliales llamadas células de Schwann. En el SNC, los axones transportan señales eléctricas de un cuerpo de células nerviosas a otro. En el SNP, los axones llevan señales a músculos y glándulas o desde órganos sensoriales como la piel. Cada vaina de mielina está formada por la envoltura concéntrica de un proceso de oligodendrocitos (SNC) o células de Schwann (SNP) (una extensión similar a una extremidad del cuerpo celular) alrededor del axón.La mielina reduce la capacitancia de la membrana axonal. A nivel molecular, en los entrenudos aumenta la distancia entre los iones extracelulares e intracelulares, reduciendo la acumulación de cargas. La estructura discontinua de la vaina de mielina da como resultado una conducción saltatoria, en la que el potencial de acción "salta" desde un nódulo de Ranvier, sobre un largo tramo mielinizado del axón llamado entrenudo, antes de "recargarse" en el siguiente nódulo de Ranvier, y así encendido, hasta llegar a la terminal del axón.Los nódulos de Ranvier son las regiones no mielinizadas cortas (c. 1 micra) del axón entre entrenudos mielinizados largos adyacentes (c. 0,2 mm – >1 mm). Una vez que llega a la terminal del axón, esta señal eléctrica provoca la liberación de un mensaje químico o neurotransmisor que se une a los receptores de la célula postsináptica adyacente (p. ej., célula nerviosa en el SNC o célula muscular en el SNP) en regiones especializadas llamadas sinapsis..

Esta función "aislante" de la mielina es esencial para la función motora normal (es decir, movimientos como caminar), la función sensorial (p. ej., oír, ver o sentir la sensación de dolor) y la cognición (p. ej., adquirir y recordar conocimientos), como lo demuestran las consecuencias de trastornos que la afectan, como las leucodistrofias genéticamente determinadas; el trastorno desmielinizante inflamatorio adquirido, esclerosis múltiple; y las neuropatías periféricas inflamatorias desmielinizantes. Debido a su alta prevalencia, la esclerosis múltiple, que afecta específicamente al sistema nervioso central (cerebro, médula espinal y nervio óptico), es el trastorno de la mielina más conocido.

Desarrollo

El proceso de generación de mielina se denomina mielinización o mielinogénesis. En el SNC, las células progenitoras de oligodendrocitos (OPC) se diferencian en oligodendrocitos maduros, que forman mielina. En los seres humanos, la mielinización comienza temprano en el tercer trimestre, aunque solo hay poca mielina presente en el SNC o el SNP en el momento del nacimiento. Durante la infancia, la mielinización progresa rápidamente, con un número creciente de axones que adquieren vainas de mielina. Esto se corresponde con el desarrollo de habilidades cognitivas y motoras, incluida la comprensión del lenguaje, la adquisición del habla, gatear y caminar. La mielinización continúa a lo largo de la adolescencia y los primeros años de la edad adulta y, aunque se completa en gran medida en este momento, se pueden agregar vainas de mielina en regiones de materia gris, como la corteza cerebral, a lo largo de la vida.

Distribución de especies

La mielina se considera una característica definitoria de los vertebrados con mandíbula (gnatóstomos), aunque los axones están envueltos por un tipo de célula, llamada células gliales, en los invertebrados. Estas envolturas gliales son bastante diferentes de la mielina compacta de vertebrados, formada, como se indicó anteriormente, por envoltura concéntrica del proceso de células mielinizantes varias veces alrededor del axón. La mielina fue descrita por primera vez en 1854 por Rudolf Virchow, aunque fue más de un siglo después, tras el desarrollo de la microscopía electrónica, cuando se hizo evidente su origen celular glial y su ultraestructura.

En los vertebrados, no todos los axones están mielinizados. Por ejemplo, en el SNP, una gran proporción de axones no están mielinizados. En cambio, están envueltos por células de Schwann no mielinizantes conocidas como Remak SC y dispuestas en haces de Remak. En el SNC, los axones no mielinizados (o axones intermitentemente mielinizados, es decir, axones con largas regiones no mielinizadas entre segmentos mielinizados) se entremezclan con los mielinizados y se entrelazan, al menos parcialmente, por los procesos de otro tipo de célula glial, el astrocito.

Composición

La mielina del SNC difiere ligeramente en composición y configuración de la mielina del SNP, pero ambas realizan la misma función "aislante" (ver arriba). Al ser rica en lípidos, la mielina aparece de color blanco, de ahí el nombre que se le da a la "materia blanca" del SNC. Tanto los tractos de sustancia blanca del SNC (p. ej., el nervio óptico, el tracto corticoespinal y el cuerpo calloso) como los nervios del SNP (p. ej., el nervio ciático y el nervio auditivo, que también aparecen en blanco) comprenden cada uno de miles a millones de axones, en gran parte alineados en paralelo. Los vasos sanguíneos proporcionan la ruta para que los sustratos de oxígeno y energía, como la glucosa, lleguen a estos tractos de fibra, que también contienen otros tipos de células, incluidos astrocitos y microglía en el SNC y macrófagos en el SNP.

En términos de masa total, la mielina comprende aproximadamente un 40 % de agua; la masa seca comprende entre un 60% y un 75% de lípidos y entre un 15% y un 25% de proteínas. El contenido de proteínas incluye la proteína básica de mielina (MBP), que es abundante en el SNC, donde desempeña un papel crítico y no redundante en la formación de mielina compacta; glicoproteína de oligodendrocitos de mielina (MOG), que es específica del SNC; y proteína proteolipídica (PLP),que es la proteína más abundante en la mielina del SNC, pero solo un componente menor de la mielina del SNP. En el SNP, la proteína cero de mielina (MPZ o P0) tiene un papel similar al de la PLP en el SNC, ya que participa en mantener unidas las múltiples capas concéntricas de la membrana de células gliales que constituyen la vaina de mielina. El lípido principal de la mielina es un glicolípido llamado galactocerebrósido. Las cadenas de hidrocarburo entrelazadas de la esfingomielina fortalecen la vaina de mielina. El colesterol es un componente lipídico esencial de la mielina, sin el cual la mielina no se forma.

Función

El objetivo principal de la mielina es aumentar la velocidad a la que se propagan los impulsos eléctricos (conocidos como potenciales de acción) a lo largo de la fibra mielinizada. En las fibras amielínicas, los potenciales de acción viajan como ondas continuas, pero en las fibras mielínicas "saltan" o se propagan por conducción saltatoria. Este último es notablemente más rápido que el primero, al menos para los axones de un cierto diámetro. La mielina disminuye la capacitancia y aumenta la resistencia eléctrica a través de la membrana axonal (el axolema). Se ha sugerido que la mielina permite un tamaño corporal más grande al mantener una comunicación ágil entre partes del cuerpo distantes.

Las fibras mielinizadas carecen de canales de sodio dependientes de voltaje a lo largo de los entrenudos mielinizados, exponiéndolos solo en los nodos de Ranvier. Aquí, son muy abundantes y densamente agrupados.Los iones de sodio cargados positivamente pueden ingresar al axón a través de estos canales dependientes de voltaje, lo que lleva a la despolarización del potencial de membrana en el nodo de Ranvier. El potencial de reposo de la membrana luego se restablece rápidamente debido a los iones de potasio cargados positivamente que salen del axón a través de los canales de potasio. Los iones de sodio dentro del axón luego se difunden rápidamente a través del axoplasma (citoplasma axonal), al entrenudo mielinizado adyacente y finalmente al siguiente nódulo (distal) de Ranvier, desencadenando la apertura de los canales de sodio controlados por voltaje y la entrada de iones de sodio en este punto. sitio. Aunque los iones de sodio se difunden rápidamente a través del axoplasma, la difusión es decreciente por naturaleza, por lo que los nodos de Ranvier tienen que estar (relativamente) muy cerca para asegurar la propagación del potencial de acción.El potencial de acción se "recarga" en nodos consecutivos de Ranvier a medida que el potencial de membrana axolemal se despolariza hasta aproximadamente +35 mV. A lo largo del entrenudo mielinizado, las bombas de sodio/potasio dependientes de energía bombean los iones de sodio fuera del axón y los iones de potasio de vuelta al axón para restablecer el equilibrio de iones entre el intracelular (dentro de la célula, es decir, el axón en este caso) y el extracelular. (fuera de la célula) fluidos.

Si bien el papel de la mielina como "aislante axonal" está bien establecido, otras funciones de las células mielinizantes son menos conocidas o se establecieron recientemente. La célula mielinizante "esculpe" el axón subyacente al promover la fosforilación de los neurofilamentos, aumentando así el diámetro o grosor del axón en las regiones internodales; ayuda a agrupar moléculas en el axolema (como los canales de sodio activados por voltaje) en el nodo de Ranvier; y modula el transporte de estructuras del citoesqueleto y orgánulos como las mitocondrias, a lo largo del axón. En 2012, salió a la luz evidencia que respalda el papel de la célula mielinizante en la "alimentación" del axón.En otras palabras, la célula mielinizante parece actuar como una "estación de combustible" local para el axón, que utiliza una gran cantidad de energía para restablecer el equilibrio normal de iones entre ella y su entorno, tras la generación de potenciales de acción.

Cuando se corta una fibra periférica, la vaina de mielina proporciona un camino a lo largo del cual puede ocurrir un nuevo crecimiento. Sin embargo, la capa de mielina no asegura una perfecta regeneración de la fibra nerviosa. Algunas fibras nerviosas regeneradas no encuentran las fibras musculares correctas y algunas neuronas motoras dañadas del sistema nervioso periférico mueren sin volver a crecer. El daño a la vaina de mielina y la fibra nerviosa a menudo se asocia con una mayor insuficiencia funcional.

Las fibras no mielinizadas y los axones mielinizados del sistema nervioso central de los mamíferos no se regeneran.

Significación clínica

Desmielinización

La desmielinización es la pérdida de la vaina de mielina que aísla los nervios y es el sello distintivo de algunas enfermedades autoinmunes neurodegenerativas, que incluyen esclerosis múltiple, encefalomielitis aguda diseminada, neuromielitis óptica, mielitis transversa, polineuropatía desmielinizante inflamatoria crónica, síndrome de Guillain-Barré, mielinosis central pontina, enfermedades desmielinizantes hereditarias como la leucodistrofia y la enfermedad de Charcot-Marie-Tooth. Las personas que padecen anemia perniciosa también pueden sufrir daños en los nervios si la afección no se diagnostica rápidamente. La degeneración combinada subaguda de la médula espinal secundaria a anemia perniciosa puede conducir a un daño leve de los nervios periféricos a un daño severo al sistema nervioso central, lo que afecta el habla, el equilibrio y la conciencia cognitiva. Cuando la mielina se degrada, la conducción de señales a lo largo del nervio puede verse afectada o perderse.Un caso más grave de deterioro de la mielina se denomina enfermedad de Canavan.

El sistema inmunitario puede desempeñar un papel en la desmielinización asociada con dichas enfermedades, incluida la inflamación que provoca la desmielinización por sobreproducción de citocinas a través de la regulación positiva del factor de necrosis tumoral o interferón. Evidencia de resonancia magnética de que el éster etílico de ácido docosahexaenoico DHA mejora la mielinización en trastornos peroxisomales generalizados.

Síntomas

La desmielinización resulta en diversos síntomas determinados por las funciones de las neuronas afectadas. Interrumpe las señales entre el cerebro y otras partes del cuerpo; los síntomas difieren de un paciente a otro y tienen presentaciones diferentes en la observación clínica y en los estudios de laboratorio.

Los síntomas típicos incluyen visión borrosa en el campo visual central que afecta solo a un ojo, puede estar acompañada de dolor al mover los ojos, visión doble, pérdida de visión/audición, sensación extraña en piernas, brazos, pecho o cara, como hormigueo o entumecimiento (neuropatía), debilidad de brazos o piernas, trastornos cognitivos, incluidos deterioro del habla y pérdida de la memoria, sensibilidad al calor (los síntomas empeoran o reaparecen tras la exposición al calor, como una ducha caliente), pérdida de destreza, dificultad para coordinar el movimiento o trastorno del equilibrio, dificultad para controlar las deposiciones o la micción, fatiga y tinnitus.

Reparación de mielina

Se están realizando investigaciones para reparar las vainas de mielina dañadas. Las técnicas incluyen la implantación quirúrgica de células precursoras de oligodendrocitos en el sistema nervioso central y la inducción de la reparación de la mielina con ciertos anticuerpos. Si bien los resultados en ratones han sido alentadores (a través del trasplante de células madre), aún se desconoce si esta técnica puede ser efectiva para reemplazar la pérdida de mielina en humanos.Los tratamientos colinérgicos, como los inhibidores de la acetilcolinesterasa (AChEI), pueden tener efectos beneficiosos sobre la mielinización, la reparación de la mielina y la integridad de la mielina. El aumento de la estimulación colinérgica también puede actuar a través de efectos tróficos sutiles en los procesos de desarrollo del cerebro y, en particular, en los oligodendrocitos y el proceso de mielinización de por vida que sustentan. El aumento de la estimulación colinérgica de los oligodendrocitos, los AChEI y otros tratamientos colinérgicos, como la nicotina, posiblemente podría promover la mielinización durante el desarrollo y la reparación de la mielina en la vejez. Se ha descubierto que los inhibidores de la glucógeno sintasa quinasa 3β, como el cloruro de litio, promueven la mielinización en ratones con nervios faciales dañados. El colesterol es un nutriente necesario para la vaina de mielina, junto con la vitamina B12.

Desmielinización

La dismielinización se caracteriza por una estructura y función defectuosas de las vainas de mielina; a diferencia de la desmielinización, no produce lesiones. Tales vainas defectuosas a menudo surgen de mutaciones genéticas que afectan la biosíntesis y formación de mielina. El ratón tembloroso representa un modelo animal de desmielinización. Las enfermedades humanas en las que se ha implicado la desmielinización incluyen leucodistrofias (enfermedad de Pelizaeus-Merzbacher, enfermedad de Canavan, fenilcetonuria) y esquizofrenia.

Mielina de invertebrados

Se encuentran vainas similares a mielina funcionalmente equivalentes en varios taxones de invertebrados, incluidos oligoquetos, peneidos, palemónidos y calanoides. Estas vainas similares a la mielina comparten varias características estructurales con las vainas que se encuentran en los vertebrados, incluida la multiplicidad de membranas, la condensación de membranas y los nódulos. Sin embargo, los nodos en los vertebrados son anulares; es decir, rodean el axón. Por el contrario, los ganglios que se encuentran en las vainas de los invertebrados son anulares o fenestrados; es decir, están restringidos a "spots". Es notable que la velocidad de conducción más rápida registrada (tanto en vertebrados como en invertebrados) se encuentra en los axones envainados del camarón Kuruma, un invertebrado, que oscila entre 90 y 200 m/s (cf. 100-120 m/s para el más rápido). axón vertebrado mielinizado).