Una dendrita apical es una dendrita que emerge del vértice de una célula piramidal . [1] Las dendritas apicales son una de las dos categorías principales de dendritas y distinguen las células piramidales de las células estrelladas espinosas en las cortezas. Las células piramidales se encuentran en la corteza prefrontal , el hipocampo , la corteza entorrinal , la corteza olfativa y otras áreas. [2] Los cenadores dendríticos formados por dendritas apicales son el medio por el cual se integran las entradas sinápticas en una célula. [3] Las dendritas apicales en estas regiones contribuyen significativamente a la memoria , el aprendizaje y las asociaciones sensoriales al modular las señales excitadoras e inhibidoras recibidas por las células piramidales.
Dos tipos de dendritas presentes en las células piramidales son las dendritas apicales y basales . Las dendritas apicales son las más distales a lo largo del tronco ascendente y residen en la capa 1 . Estas dendritas apicales distales reciben información sináptica de proyecciones corticales relacionadas y subcorticales globalmente moduladoras. Las dendritas basales incluyen dendritas más cortas distribuidas radialmente que reciben información de células piramidales e interneuronas locales . [4] Las neuronas piramidales segregan sus entradas utilizando dendritas proximales y apicales. [5]
Las dendritas apicales se estudian de muchas maneras. En el análisis celular, las propiedades eléctricas de la dendrita se estudian mediante respuestas a estímulos. Un choque superficial único de la corteza cerebral induce un potencial negativo de 10 a 20 ms, una manifestación de los potenciales postsinápticos excitadores sumados ( EPSP ) evocados en las porciones distales de la dendrita apical. [6] Esto ha sido llamado Potencial Dendrítico (DP). Esto es idéntico a la respuesta superficial de Adrian en respuestas corticales directas. [6] A intensidades más altas, la DP es seguida por ondas positivas lentas (respuesta profunda de Adrian) o por una onda negativa prolongada que dura más de 200 ms (segundo componente de Chang). [6] La mayor amplitud de los DP se encuentra en la superficie cortical, con la polaridad cambiada de negativa a positiva dentro de la capa superficial. [6]
El hipocampo contiene neuronas piramidales en tres áreas: CA1, CA2 y CA3. [2] Las neuronas piramidales de cada zona tienen propiedades diferentes. Sin embargo, en todas las áreas, la síntesis dendrítica de proteínas es necesaria para los potenciales tardíos a largo plazo en las neuronas del hipocampo. [7] Se sabe que las neuronas de todo el sistema límbico tienen propiedades de "explosión". Estas células sufren despolarizaciones sincrónicas y paroxísticas, disparando secuencias cortas de potenciales de acción llamadas ráfagas. [2]
El estrato oriens es la ubicación entre las capas que contienen dendritas basales. [8] El estrato lúcido , el estrato radiado y el estrato molecular-lacunosum son capas de dendritas apicales y están ordenadas de menos a más distante del soma de la neurona. [8]
CA3 proyecta colaterales de Schaffer a las dendritas apicales en CA1. [5] Las células piramidales individuales en la región CA3 tienen propiedades de estallido debido a las altas densidades de canales de calcio en sus dendritas proximales. [2] La despolarización de la membrana también puede desencadenar estos estallidos. La entrada de calcio a la célula provoca una despolarización más prolongada y un aumento de los potenciales de acción. Generalmente limitado por la inhibición local hiperpolarizante (debido al sistema colateral excitador), esto puede conducir a un reclutamiento gradual de neuronas CA3 y dar como resultado descargas en ráfaga sincronizadas. [2] Después de la hiperpolarización por conductancia de potasio dependiente de calcio también se utiliza como método para controlar estos estallidos. [2]
Las células piramidales CA3 del hipocampo tienen complejos cenadores dendríticos que reciben un patrón estratificado de información sináptica de una variedad de fuentes, que incluyen:
Las dendritas apicales distales se extienden hacia arriba desde el soma. Las dendritas apicales proximales más cortas se extienden hacia afuera y hacia abajo. La forma de la mayor parte de la segunda sección es aproximadamente un cilindro con una base puntiaguda para el eje apical. [4] Las dendritas apicales y las dendritas basales poseen un patrón de organización radial a medida que se extienden desde el soma. [4] Las dendritas apicales proximales y las dendritas basales tienen aproximadamente la misma densidad. [4] Las dendritas apicales poseen una longitud dendrítica total promedio mayor (6332 frente a 5062 micrómetros) y un área de superficie (12629 frente a 9404 micrómetros cuadrados; ninguna incluye espinas ). [4] Sin embargo, el número de ramas terminales tanto para las dendritas apicales como para las basales parece ser similar. [4] Las distancias entre los puntos de ramificación sucesivos son más cortas para las dendritas basales. Sin embargo, la dendrita basal tiene aproximadamente 3 veces menos terminaciones por dendrita primaria. [4] Esto y el orden máximo de ramas más bajo sugieren una menor complejidad que los árboles dendríticos apicales. [4] Las dendritas basales tienen una distancia más corta a las puntas y un rango más restringido que las dendritas apicales. Los datos sugieren que las dendritas apicales y basales proximales están más comprimidas pero ofrecen un rango de actividad local más amplio que las dendritas apicales distales. [4]
En las neuronas CA3, las entradas están estratificadas y discurren en bandas paralelas a la capa del cuerpo celular. [4] La atenuación dendrítica de la corriente sináptica se describe mediante una relación exponencial. Cuanto más cerca del cuerpo esté la dendrita, mayor será la amplitud del EPSP . [4] Las mediciones y predicciones eléctricas validan el modelo de sección transversal del cilindro. [4] En el CA3, los aferentes temporoamónicos (TA), comisurales (COM), asociacionales (ASSOC) y de fibra musgosa (MF) realizan sinapsis glutamatérgicas excitadoras (Glu) en las dendritas de las células piramidales (tanto apicales como basales). [2]
Dado que las señales rápidas que ocurren en las dendritas basilares y apicales proximales se transfieren al soma con al menos una eficiencia de 20 a 25%, las sinapsis en estas dendritas contribuyen más a la activación neuronal que las sinapsis apicales distales. [4] Por el contrario, sólo las señales lentas de las dendritas distales se transfieren eficientemente al soma, lo que sugiere un papel modulador del potencial de reposo de la célula. [4] En varios estudios se plantea la hipótesis de que esto podría lograrse variando la frecuencia general de la actividad sináptica en la dendrita apical distal. [4] Dado que un aluvión constante de actividad sináptica se aproximaría a una inyección de corriente constante, el nivel general de actividad sináptica en la dendrita apical distal podría establecer el nivel de despolarización de toda la neurona. [4] Cuando una actividad sináptica proximal más eficiente se superpone a una despolarización por debajo del umbral debido a la actividad distal, la célula tiene una alta probabilidad de disparar un AP. [4] En CA3, es la proyección de la vía perforante desde las células corticales entorrinales la que proporciona información sináptica a las dendritas más distales de las células piramidales. Suponiendo una frecuencia promedio de 7 picos/seg, tan solo cinco células corticales entorrinales que se activan aleatoriamente causarían un nivel constante de despolarización en las dendritas distales de las células piramidales CA3b. [4] La amplitud y la cinética de la señal eléctrica varían en función de la posición dentro de la dendrita y la frecuencia de la señal. [4]
El principal desencadenante de la descarga de CA3 es la entrada aferente de las células granulares del giro dentado , a partir de las cuales las terminales de fibras cubiertas de musgo crean sinapsis muy complejas en la parte proximal de la dendrita apical de CA3 en el estrato lúcido . [2] Aquí entran en contacto con espinas dendríticas muy complejas. La liberación de glutamato desde terminales individuales evoca un gran EPSP no mediado por NMDA . [2] Las regiones más proximales de las dendritas piramidales CA3 reciben exclusivamente fibras cubiertas de musgo, las regiones dendríticas medias (estratos radiados en el lado apical y oriens en el lado basal) reciben principalmente fibras asociativas y comisurales (de otras células CA3), y las dendritas apicales distales (estrato lacunosum-moleculare) reciben información de las aferencias temporoamónicas (de la corteza entorrinal). [2] La entrada de fibra musgosa a CA3 exhibe una plasticidad diferente a la de la potenciación típica a largo plazo porque depende de (o al menos es sensible a) la activación monoaminérgica (ver monoamina ) del sistema de segundo mensajero AMPc . [2]
Son similares a las células dentadas. Los tipos de células interneuronales muestran patrones de arborización dendríticas únicos y una orientación específica de la región por parte de los axones colaterales. [2] Los investigadores han demostrado que diferentes interneuronas definidas morfológicamente muestran diferentes propiedades eléctricas. Estos incluyen tanto células de aumento rápido cuyos potenciales postsinápticos inhibidores (IPSP) se suman para crear IPSP pequeños y suaves en las células piramidales como células de aumento lento (que producen IPSP grandes y de rápido aumento en el objetivo de la célula piramidal). La región dendrítica de CA3 está laminada.
Para la entrada al hipocampo propiamente dicho, la vía temporoamónica surge en las células de la capa III de la corteza entorrinal, pero se separa de la vía perforante para contactar las ramas más distales de las células piramidales en el estrato lacunosum-moleculare de CA1-CA3. [2] La influencia excitadora (glutaminérgica) de esta vía ha sido cuestionada porque ha sido difícil demostrar la influencia sobre las células piramidales. [2] Experimentos recientes muestran que esta modulación de las células piramidales puede activar diferencialmente una subpoblación de interneuronas ubicada en los tramos distales de las dendritas apicales. [2]
El estudio de la transmisión inhibidora está limitado en las neuronas piramidales y sus moduladores porque el gran número de sinapsis excitadoras ha eclipsado los estudios fisiológicos de las neuronas inhibidoras. [9] La estructura de las sinapsis inhibidoras de las dendritas apicales puede no ser tan plástica como las sinapsis excitadoras de estas neuronas. [9] Existe dificultad para diferenciar las sinapsis excitadoras e inhibidoras utilizando los registros electrofisiológicos en muchos experimentos. [9] Las sinapsis excitadoras y sus patrones son, en comparación con el sistema inhibidor, bastante uniformes en tipo y propiedades. [9] El sistema inhibidor, por el contrario, posee varios (10) tipos diferentes de sinapsis que se originan a partir de células específicamente diferenciadas y son mucho más difíciles de rastrear. [9] No hay información suficiente para distinguir con precisión entre las vías excitadoras e inhibidoras que contribuyen a las alteraciones en la expresión de los neurotransmisores y los cambios en la estructura celular. [9]
Las células piramidales CA1 forman una población homogénea que, junto con sus parientes en el subículo, constituyen las células de salida primarias de la formación del hipocampo. [2] Las entradas excitadoras primarias se producen a través de colaterales glutamatérgicos de CA3 Schaffer (tanto ipsi como contralaterales), que entran en contacto con las espinas dendríticas en las dendritas apicales y basales en los estratos radiatum y oriens. [2] La entrada excitadora adicional se produce a través del sistema temporoamónico que hace sinapsis con las dendritas apicales distales en el estrato lacunosum-moleculare. [2]
Los estudios de imágenes que siguen cambios localizados en el calcio intracelular de entradas sinápticas discretas han demostrado un papel de estas corrientes en la plasticidad sináptica. [2] Sin embargo, existe desacuerdo sobre cómo podrían ocurrir cambios dependientes de la actividad en la inhibición sináptica. [2] Los estudios coinciden en que la plasticidad aumenta cuando se reduce la inhibición. [2]
CA2 se diferencia de otras regiones porque es una de las pocas áreas que sobrevive a la epilepsia del lóbulo temporal . [2] El ácido kaínico, utilizado para modelar TLE y esclerosis relacionadas, afecta principalmente a las sinapsis de fibras musgosas en CA3. [2] Se cree que estos liberan glutamato con la administración de KA. [2] CA2 y CA3 se pueden distinguir mediante tinciones histológicas porque las dendritas apicales proximales de CA2 no poseen espinas dendríticas . [8]
La corteza entorrinal (CE) está compuesta por seis capas. [2] La capa superficial I consta en gran parte de fibras aferentes sobre las dendritas apicales de las células de las capas II-VI. Los niveles caudales se proyectan fuertemente hacia los niveles rostrales. Dentro de cada área de la CE, las capas más profundas inervan las capas superficiales, y las capas superficiales inervan las capas superficiales adyacentes. Las células piramidales entorrinales de la capa V reciben fuertes estímulos de la corteza perirrinal y de las cortezas sensoriales. [2] Estas células piramidales luego se proyectan hacia las células de la capa entorrinal superficial II y III. Las células EC de la capa V tienen fuertes sinapsis excitadoras recurrentes muy parecidas a las capas CA3 en el hipocampo y, cuando se las provoca, son capaces de explotar. Las conexiones del área entorrinal medial a lateral son escasas y se proyectan principalmente desde el CE medial al CE lateral. Estas conexiones no son recíprocas. [2] La mayoría de las células de la CE son piramidales. Más del 90% de las células de la capa V tienen picos regulares, con solo unas pocas células que se disparan en ráfagas y aumentan rápidamente. [2] GABA es fuerte en las capas superficiales. Las preparaciones de tejido en cortes horizontales tanto de EC como de tejido del hipocampo muestran que la exposición a bajas concentraciones de iones de magnesio produce episodios convulsivos prolongados. Es probable que esta respuesta sea el resultado de las interconexiones de las células piramidales de la capa V. Los aumentos del potasio extracelular en las convulsiones se observan en capas más profundas. Estas respuestas son reflejos precisos de modelos animales in vivo . [2]
En la corteza piriforme , la capa I consiste principalmente en aferencias a las dendritas apicales de células más profundas. La capa I se subdivide en capas Ia y Ib, cada una con sus propios aferentes. La capa II está densamente repleta de células piramidales y semilunares. La capa III contiene mayoritariamente células piramidales en su parte superficial. [2]
En la corteza piriforme, las dendritas apicales distales de las neuronas piramidales de la capa III reciben aferencias extrínsecas, mientras que las dendritas proximales correspondientes reciben aferencias intrínsecas. [5]
En cada glomérulo, los axones de las neuronas receptoras contactan con las dendritas apicales de las células mitrales, que son las principales neuronas de proyección en el bulbo olfatorio . Los cuerpos celulares de las células mitrales se encuentran en una capa distinta en lo profundo de los glomérulos olfatorios . [10] Cada célula mitral extiende una dendrita primaria a un solo glomérulo, donde la dendrita da lugar a un elaborado mechón de ramas en el que los axones olfatorios primarios hacen sinapsis. [10] Cada glomérulo en el modelo de ratón, por ejemplo, contiene aproximadamente 25 células mitrales que reciben inervación de aproximadamente 25.000 axones de receptores olfativos. [10] La convergencia aumenta la sensibilidad de las células mitrales a la detección de olores. [10]
La capa más superficial de la corteza es la capa molecular o plexiforme. [1] Tiene una densa red de fibras y células orientadas tangencialmente formadas por axones de células de Martinotti y células estrelladas, así como dendritas apicales de células piramidales. [1] Las dendritas apicales de las células piramidales en la capa granular externa y, más prominentemente, la capa piramidal externa se proyectan hacia la capa molecular. [1] También hay en la capa plexiforme conexiones sinápticas GABAérgicas entre las dendritas apicales de las células granulares y las dendritas basales de las células en penacho y las células mitrales . [1]
Algunas de las dendritas apicales de las células piramidales de la corteza cerebral pueden tener hasta 10 μm de diámetro. [11] La dendrita apical de una gran neurona piramidal en la corteza cerebral puede contener miles de espinas. [11] Las espinas en la corteza cerebral varían en tamaño en varios órdenes de magnitud de una región a otra. Los más pequeños tienen una longitud de 0,2 μm y un volumen de aproximadamente 0,04 micrómetros cúbicos y los más grandes una longitud de 6,5 μm y un volumen de 2 micrómetros cúbicos. [11]
Las células piramidales son la clase mayoritaria de células en la neocorteza . [2] Tienen una alta densidad de espinas dendríticas, dendritas apicales prominentes y axones que se proyectan fuera de la corteza y localmente dentro de ella. [2] El soma de estas aparece en todas las capas excepto en la I. [2] Las células estrelladas espinosas se distinguen aquí de las células piramidales por la ausencia de la dendrita apical y el hecho de que sus axones tampoco abandonan la corteza. [2] Se cree que estas células comienzan como neuronas piramidales y luego retraen sus dendritas y axones apicales. [2]
Una característica definitoria de las células de Purkinje en el cerebelo es la dendrita apical. [10]
La formación de árboles dendríticos para las neuronas piramidales en las cortezas ocurre progresivamente comenzando en las etapas tardías del desarrollo embrionario y extendiéndose hasta bien entrados los períodos posnatales. [2] Muchas dendritas de neuronas piramidales en capas profundas se ramifican y forman conexiones en la capa IV, mientras que algunas se extienden a capas más superficiales. Las dendritas de las células piramidales de la capa III se ramifican para formar cenadores en la capa I. Las aferencias talamocorticales harán contacto sináptico con las dendritas de la capa IV, mientras que una miríada de otras entradas se encontrarán con las dendritas de la capa I. La estructura postsináptica está impulsada en parte por señales de las células entrantes. fibras aferentes y a lo largo de la vida hay plasticidad en las sinapsis. [2]
La formación de estos cenadores está regulada por la fuerza de las señales locales durante el desarrollo. [3] Varios patrones de actividad controlan el desarrollo del cerebro. Los cambios en el potencial de acción en la retina , el hipocampo, la corteza y la médula espinal proporcionan señales basadas en la actividad tanto a las neuronas activas como a sus células diana postsinápticas. La actividad espontánea que se origina dentro de las uniones neuronales , la subplaca de la corteza y las entradas sensoriales están involucradas en la señalización celular que regula el crecimiento de las dendritas. [3]
Modelos útiles de formación de árboles dendríticos son los renacuajos de Xenopus , que son transparentes en las primeras etapas del desarrollo larvario y permiten obtener imágenes repetidas de neuronas marcadas con tinte en el animal intacto durante varias semanas. [3] Se ha observado en este y otros modelos que hay rápidas adiciones y retracciones de ramas dendríticas que alargan la dendrita general y acumulan más ramas. Esto refleja el desarrollo de las ramas axonales (ambas tienen una vida útil de aproximadamente 10 min). [3] Esta actividad disminuye a medida que las neuronas maduran. Las señales que incluyen glutamato de las ramas del axón pueden aumentar la adición de ramas. [3]
Dentro del modelo de renacuajo de Xenopus , se han estudiado varios sistemas de señalización. Por ejemplo, en las neuronas tectales ópticas, el crecimiento de las dendritas se produce aproximadamente al inicio de la entrada retiniana. [3] Muchas personas en el tectato caudal tienen sinapsis “silenciosas” que están moduladas únicamente por receptores de N-metil-D-aspartato ( NMDA ). A medida que las neuronas maduran, se añaden receptores alfa-amino-3-hidroxi-5-metil-4-isoxazol ( AMPA ), lo que aumenta la transmisión sináptica. El desarrollo de neuronas y dendritas depende de NMDA . [3] Los cenadores de dendritas de rápido crecimiento son más dinámicos que los de crecimiento lento y las dendritas mismas desempeñan un papel activo en su propio desarrollo. [3] Se ha demostrado en estudios que el transporte de isoformas de canales controlados por HCN (nucleótido cíclico activado por hiperpolarización) a los campos dendríticos de las neuronas piramidales CA1 en el hipocampo se produce de una manera específica de la edad en el hipocampo en desarrollo. [12]
Entre las señales estudiadas en este sistema se encuentra CaMKII, una serina/treonina quinasa regulada por calcio/calmodulina que se requiere para la inducción al no expresar la potenciación a largo plazo . [3] El ARNm de CaMKII está dirigido a las dendritas y tanto la síntesis de proteínas como la actividad enzimática aumentan mediante una fuerte entrada sináptica. [3] La expresión en Xenopus indica que está asociada con la transición a un crecimiento más lento del árbol. Esto sugiere que la actividad promueve la reducción del crecimiento y la retracción de las ramas dendríticas, estabilizando la configuración del árbol. [3] El siguiente patrón surge para este sistema:
Las diferencias temporales en la señalización a lo largo de la maduración neuronal sugieren que los estudios más prometedores sobre el desarrollo del árbol y la sinaptogénesis en el futuro se producirán en sistemas cerebrales intactos. [3]
Otro modelo estudiado en el desarrollo de dendritas apicales es la rata . La inyección de toxina tetánica en ratas recién nacidas ha demostrado que el crecimiento de las dendritas apicales se produce normalmente durante la privación de señal, mientras que el crecimiento de las dendritas basales está restringido. Esto indica que la actividad neuronal es fundamental para la formación de nuevas dendritas. [13]
Sin embargo, los modelos animales pueden resultar insuficientes para dilucidar la complejidad de estos sistemas. Las células piramidales en CA1, por ejemplo, son 30 veces más gruesas en humanos que en ratas. [14] La corteza entorrinal también se subdivide en tan solo 8 y hasta 27 secciones en los humanos (dependiendo del sistema utilizado), mientras que solo hay 2 en ratas y 7 en monos. [14] Las conexiones de la circunvolución dentada y la corteza entorrinal también son más sofisticadas en los humanos. [14] En ratas y gatos, existe una conexión recíproca muy grande entre la corteza entorrinal y el sistema olfativo. [2] En los primates, esta conexión está ausente y existen conexiones altamente diferenciadas entre las cortezas parasensorial y paralímbica multimodal y la CE que no son tan evidentes en ratas y gatos. [2] El aumento del tamaño del subículo de los primates puede aumentar proporcionalmente sus efectos sobre la corteza entorrinal. [2]
La formación de arborizaciones dendríticas de células piramidales en la corteza cingulada anterior (capas 2/3) es más compleja en los hombres y, a diferencia de las regiones prefrontales orbitales, la arborización dendrítica es mayor en las mujeres, lo que sugiere una diferencia fundamental en la organización prefrontal en hombres y mujeres. [15] En ratas, por ejemplo, la exposición al estrógeno de forma exógena o endógena durante el proestro conduce a aumentos en la densidad de la columna CA1. [10] [15] Estas diferencias pueden deberse a la presencia de hormonas gonadales que se ha demostrado que influyen en la estructura celular del hipocampo. Se ha demostrado que el tratamiento con testosterona afecta la estructura de las neuronas corticales. [15]
Las espinas dendríticas, estructuras postsinápticas que reciben principalmente estímulos excitadores, son sensibles a las experiencias del desarrollo, incluidos los episodios de estrés o las drogas. Los estudios han demostrado que el estrés prenatal reduce la complejidad, la longitud y la frecuencia de la columna de las dendritas apicales piramidales de la capa II/III en modelos de ratas y primates. Se ha descrito atrofia dendrítica en la formación del hipocampo y la corteza prefrontal en ambos modelos. [15]
Se ha demostrado que el estrés crónico también reduce la complejidad del árbol y la longitud dendrítica total de los árboles dendríticos apicales de las neuronas piramidales CA3 en el hipocampo. [16] [17] Los cambios crónicos en el comportamiento inducidos por el estrés generalmente se han atribuido a cambios en el hipocampo, que es un objetivo neuronal primario de los glucocorticoides y está involucrado en muchos de los comportamientos alterados por la administración de corticosteroides. [5] [17] Tanto el estrés crónico como la administración de corticosteroides resultan en una atrofia extensa de las dendritas apicales de las neuronas piramidales en el área CA3 del hipocampo, y estas dendritas no se atrofian cuando se administra cianocetona (un bloqueador de corticosteroides). [5] Esta atrofia dendrítica está mediada por sistemas glutaminérgicos y serotoninérgicos (la administración del antagonista del receptor NMDA CGP 43487 o del inhibidor de la captación de serotonina tianeptina previene la atrofia). [5] Se ha informado de muerte celular tras un tratamiento prolongado. [17] Las hormonas del estrés en pequeñas dosis no causan daños por sí mismas, pero magnifican los efectos de otros agentes peligrosos, incluidas las excitotoxinas , la hipoglucemia , la hipoxia y la isquemia. [17] Se cree que los efectos dañinos del estrés en estas neuronas están relacionados con la expresión del factor neurotrófico derivado del cerebro ( BDNF ), cuya expresión se reduce en condiciones de estrés y aumenta con la administración de antidepresivos. [17]
La corteza prefrontal también es un objetivo de los glucocorticoides en situaciones de estrés ([3H]dexametasona se une a receptores en la corteza frontal y prefrontal en aproximadamente el 75% de la concentración del hipocampo). [5] La regulación endógena de los receptores de corticosteroides está indicada por la unión alterada del compuesto mencionado anteriormente en la corteza prefrontal con la administración de corticosteroides. [5] Además, la regulación de las actividades estresantes implica la corteza prefrontal. Las lesiones en la corteza prefrontal de las ratas afectan la alternancia espontánea, el desempeño en el laberinto radial y la evitación pasiva. [5] En los primates, estos alteran la inhibición de las respuestas de la línea de visión. [5] La administración crónica de corticosteroides disminuye la unión del receptor 5-HT1A, la unión del receptor 5-HT2, los niveles de serotonina y la expresión de la molécula de adhesión de las células neurales (una macromolécula de la superficie celular involucrada en la regulación de aspectos de la estabilización de la sinapsis). [5] Estos cambios indican que el cambio estructural sigue a la elevación de la hormona del estrés.
Los estudios de cambios morfológicos dendríticos indican que la elevación de las hormonas del estrés en la capa II-III de la corteza prefrontal no provoca cambios observables en la estructura o distribución de las dendritas basales. [5] Sin embargo, las dendritas apicales muestran una redistribución significativa en los cerebros de animales tratados con hormonas del estrés, que se mide mediante el análisis de Scholl. [5] El análisis de Scholl estima la cantidad y distribución del material dendrítico contando el número de intersecciones de dendritas con una superposición de anillos concéntricos centrados en el soma. [5] Las neuronas piramidales de la capa II-III de la corteza prefrontal medial mostraron una reorganización significativa con un aumento del 21% en los ejes dendríticos apicales proximales y una disminución del 58% en los ejes dendríticos apicales distales. [5] Estos resultados contrastan con los cambios en los ejes dendríticos CA3 del hipocampo, en los que solo se observaron cambios regresivos. [5] Una posible explicación propuesta en estos estudios es que la atrofia de las dendritas distales en las neuronas piramidales de las capas II-III resulta directamente de la pérdida de información de las neuronas piramidales CA3 modificadas, ya que tanto CA1 como CA3 se proyectan directamente hacia la corteza prefrontal medial. [5]
Se ha determinado a partir de datos electrofisiológicos que las sinapsis excitadoras en las dendritas apicales proximales de las neuronas piramidales de la corteza prefrontal sirven para amplificar las señales del potencial postsináptico excitador (EPSP) generadas en las dendritas apicales distales. [5] Esto sugiere que la reducción de la masa dendrítica distal debido a la elevación de la hormona del estrés puede dar como resultado un aumento en la complejidad de las dendritas apicales proximales a medida que las dendritas apicales proximales intentan compensar las señales reducidas de las dendritas apicales distales. [5]
Las alteraciones serotoninérgicas y las alteraciones en la liberación de glutamato en la corteza prefrontal indican que los mecanismos neuroquímicos que alteran la estructura tanto en el hipocampo como en la corteza prefrontal son similares. [5]
La división del manejo entre entradas extrínsecas e intrínsecas a las dendritas en la corteza piriforme (mencionada anteriormente) también se observa en menor grado en la corteza prefrontal medial . Esto indica que los cambios inducidos por el estrés en las dendritas apicales aumentan el énfasis relativo de las señales intracorticales a expensas de las señales extracorticales. [5]
En estudios de animales jerárquicos, se observó que los animales dominantes y subordinados muestran el mismo grado de reorganización dendrítica, lo que indica que la atrofia dendrítica con estrés no depende del grado. [dieciséis]
En las enfermedades neurometabólicas, las neuronas de almacenamiento distendidas están notablemente hinchadas y tienen forma de pera, con el núcleo y los cuerpos de Nissl desplazados hacia las dendritas apicales. [18] Ejemplos de enfermedades por almacenamiento metabólico de las neuronas son las enfermedades por almacenamiento de esfingolípidos que normalmente implican un mal funcionamiento de las hidrolasas en los lisosomas responsables de la degradación de estos lípidos:
Esta inflamación se muestra, por ejemplo, en la enfermedad de Tay-Sachs , una acumulación de GM2 debido a una beta- hexosaminidasa defectuosa . [19] En este trastorno son visibles grandes formaciones de meganeuritas. [19]
Se ha señalado que existe un problema de "huevo y gallina" en el estudio de modelos relacionados con la epilepsia porque por un lado los modelos se utilizan para estudiar la génesis de la epilepsia y por otro se utilizan para estudiar cambios en eventos prolongados. . [9] Por lo tanto, surge la pregunta de si los datos resultantes de los modelos indicaron un defecto exagerado responsable de la génesis de las convulsiones o si los datos indicaron cambios sistémicos en el tejido normal después de una actividad convulsiva prolongada. [9]
Las corrientes de calcio, normalmente prominentes en las neuronas del hipocampo CA1, aumentan en respuesta al estado epiléptico. Existe evidencia de que la corriente en los canales de calcio de tipo T aumenta específicamente en las dendritas apicales. La hipótesis es que este fenómeno crea una situación en la que los rápidos picos de sodio en el soma se propagan hacia las dendritas, por lo que detonan y explotan. [20]
Los potenciales dendríticos (DP) también sufren cambios. La obtención de DP durante la actividad convulsiva mostró que eran mucho más pequeños que los controles. [6] Sin embargo, los DP provocados justo después de la terminación de la convulsión duraron períodos más largos, lo que indica que la supresión del DP se correlaciona con la actividad convulsiva en sí. [6]
El glutamato es un neurotransmisor excitador capaz de provocar una lesión metabólica en las neuronas. En el hipocampo, se ha descubierto que las neuronas GABAérgicas son vulnerables a la acción excitotóxica del glutamato en el receptor de kainato . [21] Estos receptores son más densos en los sectores CA3 y CA2 del hipocampo, donde las concentraciones nanomolares (nM) de ácido kaínico se han asociado con una despolarización pronunciada y persistente de las neuronas piramidales CA3. [21] Esto implica la conducción de la actividad excitadora a lo largo de las proyecciones de fibras cubiertas de musgo desde el área de las células granulares dentadas hasta las neuronas CA3. [21] La estimulación de este tipo de receptor se ha asociado con picos paroxísticos similares a las convulsiones. [21]
La plasticidad en las interneuronas y las células piramidales CA1 se ha relacionado con las funciones de CA1 en la epileptogénesis. [2] CA1 es hiperexcitable cuando la región CA3 está dañada. Se produce una reducción de los IPSP de GABAA y GABAB. Las interneuronas GABA, aunque intactas, se activan con menor facilidad. [2]
La entrada de convulsiones desde la CE a la circunvolución dentada se filtra para detectar patrones de actividad tanto ictales como normales, mientras que las células CA3 imponen un perfil interictal, reforzando la actividad anormal. [2]
La hiperventilación conduce a un marcado cambio superficial negativo de la corriente continua debido a la despolarización de los árboles dendríticos apicales de las células piramidales corticales. [2] Es probable que este cambio represente el aumento de la excitabilidad de las redes neuronales corticales y pueda explicar la epileptogenicidad potencial resultante. [2] Ciertos fármacos antiepilépticos tienen el efecto opuesto de reducir la negatividad superficial en controles normales. [2]
Se han descrito cambios en la expresión de los canales de potasio y de las corrientes de potasio en un modelo de epilepsia del lóbulo temporal. En este modelo, existe una regulación negativa del canal Kv4.2 de codificación tipo A. [2] Este canal participa en la limitación de la retropropagación de los potenciales de acción y en la reducción de la transferencia de potenciales postsinápticos excitadores (EPSP) desde las dendritas apicales al soma. [2] En el mismo modelo, también se ha demostrado que la regulación positiva antes mencionada de los canales de calcio tipo T produce un mayor comportamiento de explosión en las neuronas del hipocampo. [2]
La muerte neuronal no parece contribuir a los déficits de aprendizaje en ratas con convulsiones infantiles. [2] Sin embargo, las neuronas CA3 en el modelo de toxina tetánica de epilepsia de inicio temprano muestran una reducción en la complejidad de ramificación de las dendritas basales, así como una disminución en la densidad de la columna tanto en las dendritas apicales como en las dendritas basales. [2] Se han tomado datos similares de pacientes humanos epilépticos durante procedimientos quirúrgicos. [2] En los focos neocorticales e hipocámpicos, se observó una disminución en la longitud y la complejidad de las ramificaciones de los ejes dendríticos y una reducción en la complejidad de las ramificaciones de las dendritas restantes. [2] El modelo de epilepsia crónica con crema de alúmina en primates ha producido datos similares. [2] Debido a que las dendritas y sus espinas son sitios de entrada sináptica excitadora en las neuronas, los resultados sugieren que la transmisión sináptica glutaminérgica puede verse reducida. [2] Como estos son sitios activos en la potenciación a largo plazo (LTP) y otras alteraciones en la transmisión sináptica que subyacen al aprendizaje y la memoria, los cambios en estos sitios podrían explicar los déficits de aprendizaje y memoria asociados con la epilepsia tanto de inicio temprano como a largo plazo. [2]
En personas con esquizofrenia , el análisis post mortem ha indicado una disminución de las células GABAérgicas y de la actividad en el hipocampo. [21]
La heterotopía es el desplazamiento de cualquier órgano o componente del mismo de su posición natural. [2] Los modelos de rata de heterotopía estructural interna telencefálica se utilizan como modelo para la heterotopía neocortical humana. [2] En estos modelos, las dendritas apicales de las neuronas piramidales no están orientadas radialmente de manera consistente e incluso pueden estar invertidas. [2] Además, las dendritas cerca del borde de la región heterotópica a menudo se doblan y siguen el contorno de la banda. [2]
La siguiente lista está adaptada de Lothman, et al. [8]
Dos métodos están estudiando la relación entre las convulsiones y el deterioro dendrítico:
El registro de la actividad de una sola neurona en un momento dado en muchos lugares del árbol dendrítico se ha logrado utilizando colorantes sensibles al voltaje con monitorización óptica. [2] Las señales son rápidas pero también pequeñas, y las mediciones de células individuales requieren una iluminación intensa. [2] Como los colorantes son muy fototóxicos, las células normalmente mueren después de unos pocos potenciales de acción. [2] Sin embargo, las mediciones de registros de parches somáticos y dendríticos muestran que la desviación máxima del potencial de membrana durante un cambio despolarizante paroxístico (PDS) es 10 mV mayor en el tronco apical (ubicación supragranular) que en el soma. [2] Esto es consistente con la anatomía de las redes neocorticales porque las conexiones de capas recíprocas más poderosas se encuentran en las capas supragranulares 2 y 3. [2] Esto puede resolver la información contradictoria que sugiere que la actividad se propaga principalmente en las capas supragranulares o en las capas grandes. neuronas de la capa 5. [2]
Los estudios convencionales con microscopía electrónica o tinciones de Golgi mostraron las dendritas como estructuras estables. [22] Sin embargo, la fotografía secuencial y la microscopía de dos fotones han revelado que las dendritas son tejidos vivos que cambian constantemente y que son móviles en una escala de tiempo rápida. [22]
Las señales del electroencefalograma (EEG) del cuero cabelludo se suman como EPSP e IPSP de las células nerviosas. [23] El EEG sólo puede medir los potenciales de las células dispuestas en capas organizadas y cuyas dendritas apicales están orientadas perpendicularmente a la superficie de la corteza (como lo están en las células piramidales). [23] El potencial medido por el EEG es la diferencia entre las partes basal y apical de las neuronas activas que están orientadas de esa manera. [23] Los EPSP que convergen en las neuronas piramidales a través de fibras aferentes directas que terminan en la parte superior de las dendritas apicales provocan un flujo de iones cargados (una corriente) entre puntos con diferentes potenciales dentro y fuera de las neuronas. [23] Los iones positivos luego ingresan a la célula siguiendo el gradiente de concentración y carga eléctrica y se propagan al resto de la neurona. [23] Los EPSP de las dendritas apicales distales crean una corriente que comienza desde la parte apical más cercana a la sinapsis (donde la magnitud es mayor) hacia el cuerpo celular porque la resistencia a este flujo es menor. [23] La corriente perpendicular (o radial) a la dendrita apical va acompañada de un campo magnético que se propaga ortogonalmente (o tangencialmente) a la corriente a lo largo del lado extracelular de la membrana celular. [23] Este conjunto de alteraciones funcionales iónicas y eléctricas genera así los campos de potenciales electromagnéticos o dipolos electromagnéticos. [23] Estos también pueden definirse como dipolos equivalentes simples. [23]