Una interneurona espinal , que se encuentra en la médula espinal , transmite señales entre las neuronas sensoriales (aferentes) y las neuronas motoras (eferentes) . En el proceso de integración sensorio-motora intervienen diferentes clases de interneuronas espinales . [1] La mayoría de las interneuronas se encuentran en la columna gris , una región de materia gris en la médula espinal.
La columna gris de la médula espinal parece tener grupos de pequeñas neuronas , a menudo denominadas interneuronas espinales, que no son células sensoriales primarias ni neuronas motoras . [2] Las propiedades versátiles de estas interneuronas espinales cubren una amplia gama de actividades. Sus funciones incluyen el procesamiento de información sensorial , la modulación de la actividad de las neuronas motoras, la coordinación de la actividad en diferentes niveles de la columna vertebral y la transmisión de datos sensoriales o propioceptivos al cerebro . Se han realizado extensas investigaciones sobre la identificación y caracterización de las interneuronas de la médula espinal en función de factores como la ubicación, el tamaño, la estructura, la conectividad y la función. [2] Generalmente, es difícil caracterizar todos los aspectos de la anatomía neuronal de la médula espinal de un vertebrado. Esta dificultad se debe no sólo a su complejidad estructural sino también a la morfología y la conectividad de las neuronas. Por ejemplo, en la médula espinal de un embrión de rata de 19 días, se encontraron al menos 17 subclases diferentes de interneuronas con proyecciones de axones ipsilaterales . Además, se han identificado 18 tipos de interneuronas comisurales en función de su morfología y ubicación. [3] [4]
En particular, los cuerpos celulares de las interneuronas espinales se encuentran en la materia gris de la médula espinal, que también contiene las neuronas motoras. En 1952, se investigó la materia gris de la médula espinal del gato y se demostró que tenía diez zonas distintas denominadas láminas de Rexed . Finalmente, el patrón de laminación también se observó en varias especies, incluidos los humanos. Las láminas Rexed VII y VIII son lugares donde se encuentran la mayoría de las interneuronas. [5]
En la placa alar dorsal del ratón , seis dominios progenitores dan lugar a neuronas dI1-dI6 y dos clases de interneuronas dorsales. [6] Además, en la mitad ventral del tubo neural, se generan cuatro clases de interneuronas (CPG) conocidas como neuronas V0, V1, V2 y V3. [6] Las neuronas V0 son neuronas comisurales que extienden sus axones rostralmente por 2 a 4 regiones de la médula espinal en la médula espinal embrionaria. [6] Las neuronas V3 son interneuronas comisurales excitadoras que se extienden caudalmente proyectando los axones primarios. [6] Las neuronas V1 son interneuronas inhibidoras con axones que se proyectan ipsilateral y rostralmente . [6] Las neuronas V2, que incluyen una población de neuronas glutamatérgicas V2a y neuronas inhibidoras V2b, se proyectan ipsilateral y caudalmente a través de múltiples regiones de la médula espinal. [6] Las neuronas de clase V1 dan lugar a dos neuronas inhibidoras del circuito local conocidas como células de Renshaw y a interneuronas inhibidoras Ia. [6]
La integración de las señales de retroalimentación sensorial y las órdenes motoras centrales en varios niveles del sistema nervioso central desempeña un papel fundamental en el control del movimiento. [7] La investigación sobre la médula espinal de los gatos ha demostrado que a nivel de la médula espinal las aferencias sensoriales y las vías motoras descendentes convergen en las interneuronas espinales comunes. [7] Los estudios en humanos desde la década de 1970 han documentado cómo esta integración de comandos motores y señales de retroalimentación sensorial se utiliza para controlar la actividad muscular durante el movimiento. [7] Durante la locomoción, la suma de entradas convergentes del generador de patrones central (CPG), retroalimentación sensorial, comandos descendentes y otras propiedades intrínsecas activadas por diferentes neuromoduladores dan lugar a la actividad de las interneuronas. [8] Además, esta actividad interneuronal se registró directamente o se infirió a partir de la modulación de la respuesta en sus objetivos postsinápticos, con mayor frecuencia motoneuronas. [8] La forma más eficaz de controlar las señales sensoriales en las vías reflejas es controlar el nivel de activación de las interneuronas. Por ejemplo, durante la locomoción, la actividad interneuronal se modula mediante excitación o inhibición dependiendo de las vías reflejas. [8] Por lo tanto, diferentes patrones de actividad interneuronal determinarán qué vías están abiertas, bloqueadas o moduladas. [8]
La información sensorial que se transmite a la médula espinal está modulada por una compleja red de interneuronas excitadoras e inhibidoras . Se liberan diferentes neurotransmisores desde diferentes interneuronas, pero los dos neurotransmisores más comunes son GABA , el neurotransmisor inhibidor primario, y el glutamato , el neurotransmisor excitador primario . [9] [10] La acetilcolina es un neurotransmisor que a menudo activa las interneuronas uniéndose a un receptor en la membrana. [11]
Las células de Renshaw se encuentran entre las primeras interneuronas identificadas. [12] Este tipo de interneurona se proyecta sobre las motoneuronas α , donde establece la inhibición expresando su neurotransmisor inhibidor glicina. [12] [13] Sin embargo, algunos informes han indicado que las células de Renshaw sintetizan proteínas de unión al calcio calbindina-D28k y parvalbúmina . [ se necesita aclaración ] Además, durante el reflejo espinal , las células de Renshaw controlan la actividad de las motoneuronas espinales. Son excitados por los axones colaterales de las neuronas motoras. Además, las células de Renshaw realizan conexiones inhibidoras con varios grupos de neuronas motoras, Ia interneuronas inhibidoras así como con la misma neurona motora que las excitó previamente. [13] Además, la conexión con las neuronas motoras establece un sistema de retroalimentación negativa que puede regular la velocidad de activación de las neuronas motoras. [13] Además, las conexiones con las interneuronas inhibidoras Ia pueden modular la fuerza de la inhibición recíproca de la neurona motora antagonista. [13]
Las articulaciones están controladas por dos conjuntos opuestos de músculos llamados extensores y flexores que deben trabajar en sincronía para permitir el movimiento adecuado y deseado. [14] Cuando se estira un huso muscular y se activa el reflejo de estiramiento , se debe inhibir el grupo de músculos opuestos para evitar que trabaje contra el músculo agonista. [12] [14] La interneurona espinal denominada Ia interneurona inhibidora es la responsable de esta inhibición del músculo antagonista. [14] La aferencia Ia del huso muscular ingresa a la médula espinal y una rama hace sinapsis con la neurona motora alfa que hace que el músculo agonista se contraiga. [14] Por lo tanto, resulta en la creación del reflejo conductual.
Al mismo tiempo, la otra rama de la aferencia Ia hace sinapsis con la interneurona inhibidora Ia, que a su vez hace sinapsis con la neurona motora alfa del músculo antagonista. [14] Dado que la interneurona Ia es inhibidora, evita que la neurona motora alfa opuesta se active. Por tanto, evita que el músculo antagonista se contraiga. [14] Sin tener este sistema de inhibición recíproca , ambos grupos de músculos pueden contraerse al mismo tiempo y trabajar uno contra el otro. Esto resulta en gastar una mayor cantidad de energía también.
Además, la inhibición recíproca es importante para el mecanismo subyacente al movimiento voluntario. [14] Cuando el músculo antagonista se relaja durante el movimiento, esto aumenta la eficiencia y la velocidad. Esto evita que los músculos en movimiento trabajen contra la fuerza de contracción de los músculos antagonistas. [14] Así, durante el movimiento voluntario, las interneuronas inhibidoras Ia se utilizan para coordinar la contracción muscular.
Además, las interneuronas inhibidoras Ia permiten que los centros superiores coordinen las órdenes enviadas a los dos músculos que trabajan uno frente al otro en una sola articulación mediante una única orden. [14] La interneurona recibe la orden de entrada de los axones descendentes corticoespinales de tal manera que la señal descendente, que activa la contracción de un músculo, provoca la relajación de los otros músculos. [12] [13] [14] [15]
El reflejo de inhibición autógena es un fenómeno reflejo espinal que involucra al órgano tendinoso de Golgi . [14] Cuando se aplica tensión a un músculo, se activan las fibras del grupo Ib que inervan el órgano tendinoso de Golgi. Estas fibras aferentes se proyectan sobre la médula espinal y hacen sinapsis con las interneuronas espinales llamadas interneuronas inhibidoras Ib. [14] Esta interneurona espinal realiza una sinapsis inhibidora con la neurona motora alfa que inerva el mismo músculo que provocó que se disparara la aferente Ib. Como resultado de este reflejo, la activación de la aferencia Ib hace que la neurona motora alfa se inhiba. Así, se detiene la contracción del músculo. [14] Este es un ejemplo de reflejo disináptico, en el que el circuito contiene una interneurona espinal entre la aferencia sensorial y la neurona motora. [13] [14]
Las actividades de los músculos extensores y flexores deben coordinarse en el reflejo de inhibición autógena. La aferencia Ib se ramifica en la médula espinal. Una rama hace sinapsis con la interneurona inhibidora Ib. La otra rama hace sinapsis con una interneurona excitadora. Esta interneurona excitadora inerva la neurona motora alfa que controla el músculo antagonista. Cuando se inhibe la contracción del músculo agonista, el músculo antagonista se contrae. [14]
Un reflejo importante iniciado por los receptores cutáneos y los receptores del dolor es el reflejo flexor . [14] Este mecanismo reflejo permite retirar rápidamente las partes del cuerpo, en este caso una extremidad, del estímulo dañino. La señal viaja a la médula espinal y se inicia una respuesta incluso antes de viajar a los centros cerebrales para tomar una decisión consciente. [14] El circuito reflejo implica la activación de las aferencias del Grupo III de los receptores del dolor debido a un estímulo que afecta a una extremidad, por ejemplo, un pie. Estas aferencias ingresan a la médula espinal y viajan hasta la región lumbar , donde hacen sinapsis con una interneurona excitadora. [14] Esta interneurona excita la neurona motora alfa que provoca la contracción del músculo flexor del muslo.
Además, las aferencias del grupo III viajan hasta la vértebra L2 , donde se ramifican en otra interneurona excitadora. Esta interneurona excita las neuronas motoras alfa, que luego excitan el músculo flexor de la cadera . [14] Esta comunicación sincronizada permite la eliminación de toda la pierna del estímulo doloroso. Este es un ejemplo de los circuitos de la médula espinal que coordinan el movimiento en varias articulaciones simultáneamente. Además, durante el reflejo flexor, cuando las articulaciones de la rodilla y la cadera están flexionadas, se deben inhibir los músculos extensores antagonistas. [14] Este efecto inhibidor se logra cuando las aferencias del Grupo III hacen sinapsis con interneuronas inhibidoras que a su vez hacen sinapsis con las neuronas motoras alfa que inervan el músculo antagonista. [14]
El reflejo flexor no sólo coordina la actividad de la pierna que se retira sino también la actividad de la otra pierna. Cuando se quita una pierna, el peso del cuerpo debe distribuirse a la pierna opuesta para mantener el equilibrio del cuerpo. Así, el reflejo flexor incorpora un reflejo de extensión cruzada . Una rama de la aferencia del grupo III hace sinapsis con una interneurona excitadora, que extiende su axón a lo largo de la línea media hasta la médula espinal contralateral . En ese lugar, la interneurona excita las neuronas motoras alfa que inervan los músculos extensores de la pierna opuesta. Esto permite mantener el equilibrio y la postura corporal. [14]
Un grupo de interneuronas comisurales presentes en la lámina VIII en los segmentos lumbares medios median la excitación de las motoneuronas contralaterales por las neuronas reticuloespinales. [9] Estas neuronas reciben entradas monosinápticas de la formación reticular ipsilateral y no son activadas directamente por aferentes del grupo II. [15]
Otra clase de neuronas comisurales de la lámina VIII incluye un grupo que se activa tanto por el sistema reticuloespinal como por el vestibular. Estas células también pueden ser activadas indirectamente por aferentes del grupo I y del grupo II. [16] También se ha demostrado que estas células están activas durante la locomoción.