Una dendrita apical es una dendrita que emerge del ápice de una célula piramidal . [1] Las dendritas apicales son una de las dos categorías principales de dendritas y distinguen a las células piramidales de las células estrelladas espinosas en las cortezas. Las células piramidales se encuentran en la corteza prefrontal , el hipocampo , la corteza entorinal , la corteza olfativa y otras áreas. [2] Los árboles 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 excitatorias e inhibidoras recibidas por las células piramidales.
Las células piramidales tienen dos tipos de dendritas: 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, así como de proyecciones subcorticales moduladoras globales. Las dendritas basales incluyen dendritas más cortas distribuidas radialmente que reciben información de células piramidales locales e interneuronas . [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 utilizando respuestas a estímulos. Una única descarga superficial de la corteza cerebral induce un potencial negativo de 10 a 20 ms, una manifestación de los potenciales postsinápticos excitatorios sumados ( PSPE ) evocados en las porciones distales de la dendrita apical. [6] Esto se ha denominado potencial dendrítico (PD). Es idéntico a la respuesta superficial de Adrian en las respuestas corticales directas. [6] A intensidades más altas, el PD va seguido de ondas positivas lentas (respuesta profunda de Adrian) o de una onda negativa prolongada que dura más de 200 ms (segundo componente de Chang). [6] La amplitud más alta de los PD se encuentra en la superficie cortical, con la polaridad desplazada 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 área tienen propiedades diferentes. Sin embargo, en todas las áreas, la síntesis dendrítica de proteínas es necesaria para los potenciales tardíos de largo plazo en las neuronas del hipocampo. [7] Se sabe que las neuronas de todo el sistema límbico tienen propiedades de "ráfaga". Estas células experimentan despolarizaciones sincrónicas y paroxísticas, disparando secuencias cortas de potenciales de acción llamados ráfagas. [2]
El estrato oriens es la ubicación entre las capas que contienen dendritas basales. [8] El estrato lúcido , el estrato radiatum y el estrato molecular-lacunosum son capas de dendritas apicales y están ordenadas desde la menos distante a la 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 ráfaga debido a las altas densidades de canales de calcio en sus dendritas proximales. [2] La despolarización de la membrana también puede desencadenar estas ráfagas. La entrada de calcio en la célula provoca una despolarización más prolongada y un aumento de los potenciales de acción. Generalmente restringida por la inhibición local hiperpolarizante (debido al sistema colateral excitatorio), esto puede conducir al 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 un método para controlar estas ráfagas. [2]
Las células piramidales CA3 del hipocampo tienen arborizaciones dendríticas complejas que reciben un patrón estratificado de entrada 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 mayoría de la sección 2d es aproximadamente un cilindro con una base puntiaguda para el árbol 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 más grande (6332 frente a 5062 micrómetros) y área de superficie (12629 frente a 9404 micrómetros cuadrados; ninguna incluye espinas ). [4] Sin embargo, el número de ramas terminales para las dendritas apicales y 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 de ramificación máximo más bajo sugieren una menor complejidad que los árboles dendríticos apicales. [4] Las dendritas basales tienen una distancia más corta hasta 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 local más amplio de actividad que las dendritas apicales distales. [4]
En las neuronas CA3, las entradas están estratificadas y recorren 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 eléctricas y las predicciones validan el modelo de sección transversal del cilindro. [4] En el CA3, las aferencias temporoamónicas (TA), comisurales (COM), asociativas (ASSOC) y de fibras musgosas (MF) realizan sinapsis glutamatérgicas excitatorias (Glu) en las dendritas de las células piramidales (tanto apicales como basales). [2]
Dado que las señales rápidas que se producen en las dendritas apicales proximales y basilares se transfieren al soma con al menos un 20-25% de eficiencia, las sinapsis en estas dendritas contribuyen cada una más a la activación neuronal que las sinapsis apicales distales. [4] Por el contrario, solo las señales lentas de las dendritas distales se transfieren eficientemente al soma, lo que sugiere un papel modulador en el potencial de reposo de la célula. [4] Se ha planteado la hipótesis en varios estudios de que esto podría lograrse variando la frecuencia general de la actividad sináptica en la dendrita apical distal. [4] Dado que un bombardeo 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 subumbral debido a la actividad distal, la célula tiene una alta probabilidad de disparar un PA. [4] En CA3, es la proyección de la vía perforante de las células corticales entorrinales la que proporciona la entrada sináptica a las dendritas más distales de las células piramidales. Suponiendo una frecuencia promedio de 7 picos/s, 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 , desde las cuales las terminales de fibras musgosas crean sinapsis muy complejas en la parte proximal de la dendrita apical CA3 en el estrato lúcido . [2] Aquí entran en contacto con espinas dendríticas muy complejas. La liberación de glutamato de terminales individuales evoca un gran EPSP no mediado por NMDA . [2] Las regiones más proximales de las dendritas piramidales CA3 reciben exclusivamente entrada de fibras musgosas, las regiones medias dendríticas (estrato radiatum 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 entrada de las aferencias temporoamónicas (de la corteza entorinal). [2] La entrada de fibras musgosas 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 de AMPc . [2]
Estas son similares a las células dentadas. Los tipos de células interneuronales muestran patrones únicos de arborización dendrítica y una orientación específica de la región por parte de las colaterales axónicas. [2] Los investigadores han demostrado que diferentes interneuronas definidas morfológicamente muestran diferentes propiedades eléctricas. Estas incluyen tanto células de activación rápida cuyos potenciales postsinápticos inhibidores (IPSP) se suman para crear IPSP pequeños y lisos en las células piramidales como células de activación lenta (estas producen IPSP grandes y de rápido ascenso 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 entorinal, pero se separa de la vía perforante para contactar las ramas más distales de las células piramidales en el estrato lacunosum-molecular de CA1-CA3. [2] La influencia excitatoria (glutaminérgica) de esta vía ha sido cuestionada porque ha sido difícil demostrar su influencia sobre las células piramidales. [2] Experimentos recientes muestran que esta modulación de las células piramidales puede activar de manera diferencial una subpoblación de interneuronas ubicada en los tramos distales de las dendritas apicales. [2]
El estudio de la transmisión inhibitoria está limitado en las neuronas piramidales y sus moduladores debido a que el gran número de sinapsis excitatorias ha eclipsado los estudios fisiológicos de las neuronas inhibitorias. [9] La estructura de las sinapsis inhibitorias en las dendritas apicales puede no ser tan plástica como las sinapsis excitatorias en estas neuronas. [9] Existe dificultad para diferenciar las sinapsis excitatorias e inhibitorias utilizando los registros electrofisiológicos en muchos experimentos. [9] Las sinapsis excitatorias y sus patrones son, en comparación con el sistema inhibitorio, bastante uniformes en tipo y propiedades. [9] El sistema inhibitorio, 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 suficiente información para distinguir con precisión entre las vías excitatorias e inhibitorias que contribuyen a las alteraciones en la expresión de 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, comprende las células de salida primarias de la formación hipocampal. [2] Las entradas excitatorias primarias son a través de colaterales glutamatérgicas CA3 de Schaffer (tanto ipsilaterales como contralaterales), que contactan con espinas dendríticas en las dendritas apicales y basales en los estratos radiatum y oriens. [2] La entrada excitatoria adicional es a través del sistema temporoamónico que hace sinapsis en las dendritas apicales distales en el estrato lacunosum-moleculare. [2]
Los estudios de imágenes que siguen los cambios localizados del calcio intracelular proveniente de entradas sinápticas discretas han demostrado que estas corrientes tienen un papel en la plasticidad sináptica. [2] Sin embargo, hay desacuerdo sobre cómo pueden ocurrir los cambios dependientes de la actividad en la inhibición sináptica. [2] Los estudios coinciden en que la plasticidad aumenta cuando se reduce la inhibición. [2]
La CA2 se diferencia de otras regiones porque es una de las pocas áreas que sobreviven a la epilepsia del lóbulo temporal . [2] El ácido kainico, utilizado para modelar la epilepsia del lóbulo temporal y las esclerosis relacionadas, afecta principalmente las sinapsis de fibras musgosas en la CA3. [2] Se cree que estas liberan glutamato con la administración de KA. [2] La CA2 y la CA3 se pueden distinguir mediante tinciones histológicas porque las dendritas apicales proximales de la CA2 no poseen espinas dendríticas . [8]
La corteza entorinal (CE) está compuesta por seis capas. [2] La capa superficial I consiste principalmente en fibras aferentes sobre las dendritas apicales de las células en las capas II-VI. Los niveles caudales se proyectan fuertemente a 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 una fuerte entrada de la corteza perirrinal y las cortezas sensoriales. [2] Estas células piramidales luego se proyectan hacia las células de la capa entorinal superficial II y III. Las células de la CE de la capa V tienen sinapsis excitatorias recurrentes fuertes, muy similares a las capas CA3 en el hipocampo, y cuando se las provoca, son capaces de una actividad explosiva. Las conexiones del área entorrinal medial a lateral son escasas y se proyectan principalmente desde la CE medial a la 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 una actividad de descarga regular, con solo unas pocas células que disparan en ráfagas y que disparan rápidamente. [2] El GABA es fuerte en las capas superficiales. Las preparaciones de tejido de corte horizontal tanto de EC como de tejidos del hipocampo muestran que la exposición a bajas concentraciones de iones de magnesio produce episodios de convulsiones prolongadas. Esta respuesta es probablemente el resultado de las interconexiones de las células piramidales de la capa V. Se observan aumentos del potasio extracelular en las convulsiones en las capas más profundas. Estas respuestas son reflejos precisos de los modelos animales in vivo . [2]
En la corteza piriforme , la capa I está formada principalmente por entradas aferentes a las dendritas apicales de las células más profundas. La capa I se subdivide en las capas Ia y Ib, cada una con sus propias aferencias. La capa II está densamente poblada de células piramidales y semilunares. La capa III contiene principalmente células piramidales en su parte superficial. [2]
En la corteza piriforme, las dendritas apicales distales de las neuronas piramidales de la capa III reciben entradas extrínsecas, mientras que las dendritas proximales correspondientes reciben entradas intrínsecas. [5]
En cada glomérulo, los axones de las neuronas receptoras entran en contacto 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 la profundidad de los glomérulos olfatorios . [10] Cada célula mitral extiende una dendrita primaria a un solo glomérulo, donde la dendrita da lugar a un elaborado penacho de ramas en las que hacen sinapsis los axones olfatorios primarios. [10] Cada glomérulo en el modelo de ratón, por ejemplo, contiene aproximadamente 25 células mitrales que reciben inervación de aproximadamente 25.000 axones receptores olfatorios. [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 orientadas tangencialmente y células hechas de 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 neurona piramidal grande de la corteza cerebral puede contener miles de espinas. [11] Las espinas de la corteza cerebral varían en tamaño en varios órdenes de magnitud de una región a otra. Las más pequeñas tienen una longitud de 0,2 μm y un volumen de aproximadamente 0,04 micrómetros cúbicos y las 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 el neocórtex . [2] Tienen una alta densidad de espinas dendríticas, dendritas apicales prominentes y axones que se proyectan fuera de la corteza, así como localmente dentro de ella. [2] El soma para estas aparece en todas las capas excepto I. [2] Las células estrelladas espinosas se distinguen de las células piramidales aquí por la ausencia de la dendrita apical y el hecho de que sus axones tampoco salen de 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 arborescencias dendríticas para las neuronas piramidales en las cortezas ocurre progresivamente a partir de las últimas etapas del desarrollo embrionario y se extiende hasta bien entrados los períodos posnatales. [2] Muchas dendritas de las neuronas piramidales en las 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 en la capa III se ramifican para formar arborescencias en la capa I. Las aferencias talamocorticales harán contacto sináptico con las dendritas en la capa IV, mientras que una miríada de otras entradas se encontrarán con las dendritas en la capa I. La estructura postsináptica es impulsada en parte por señales de las fibras aferentes entrantes y a lo largo de la vida hay plasticidad en las sinapsis. [2]
La formación de estos árboles está regulada por la fuerza de las señales locales durante el desarrollo. [3] Varios patrones de actividad controlan el desarrollo del cerebro. Los cambios del 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 en hendidura , la subplaca de la corteza y las entradas sensoriales están involucradas en la señalización celular que regula el crecimiento de las dendritas. [3]
Los renacuajos de Xenopus son modelos útiles de la formación de arborescencias dendríticas , que son transparentes en las primeras etapas del desarrollo larvario y permiten que las neuronas marcadas con colorante se visualicen repetidamente en el animal intacto durante varias semanas. [3] Se ha observado a partir de este y otros modelos que hay adiciones y retracciones rápidas de ramas dendríticas que alargan la dendrita en general y acumulan más ramas. Esto refleja el desarrollo de las ramas axónicas (ambas tienen una vida útil de aproximadamente 10 minutos). [3] Esta actividad disminuye a medida que las neuronas maduran. Las señales que incluyen glutamato de las ramas axónicas pueden aumentar las adiciones 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 los árboles dendríticos ocurre aproximadamente al inicio de la entrada retiniana. [3] Muchas en el tectado caudal tienen sinapsis "silenciosas" que son moduladas solo por los receptores N-metil-D-aspartato ( NMDA ). A medida que las neuronas maduran, se agregan 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 árboles dendríticos de crecimiento rápido son más dinámicos que los de crecimiento lento y las dendritas mismas juegan 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 campos dendríticos de neuronas piramidales CA1 en el hipocampo ocurre de manera específica para la edad en el hipocampo en desarrollo. [12]
Entre las señales estudiadas en este sistema se encuentra la CaMKII, una serina/treonina quinasa regulada por calcio/calmodulina que es necesaria para la inducción, no para la expresión, de la potenciación a largo plazo . [3] El ARNm de la CaMKII se dirige a las dendritas y tanto la síntesis de proteínas como la actividad enzimática aumentan con una fuerte entrada sináptica. [3] La expresión en Xenopus indica que está asociada con la transición a un crecimiento más lento de los árboles. Esto sugiere que la actividad promueve la reducción del crecimiento y la retracción de las ramas de las dendritas, estabilizando la configuración de los árboles. [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 de los árboles y la sinaptogénesis en el futuro se realizarán en sistemas cerebrales intactos. [3]
Otro modelo estudiado en el desarrollo de las dendritas apicales es la rata . La inyección de toxina tetánica en ratas neonatales ha demostrado que el crecimiento de las dendritas apicales ocurre 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 ser 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 humanos (dependiendo del sistema utilizado), mientras que hay solo 2 en ratas y 7 en monos. [14] Las conexiones del giro dentado y la corteza entorrinal también son más sofisticadas en 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 hay conexiones altamente diferenciadas entre las cortezas parasensorial y paralímbica multimodales y el EC que no son tan evidentes en ratas y gatos. [2] El mayor tamaño del subículo de los primates puede aumentar proporcionalmente sus efectos sobre la corteza entorrinal. [2]
La formación de la arborización dendrítica de las células piramidales en la corteza cingulada anterior (capas 2/3) es más compleja en los machos y, en contraste con las regiones prefrontales orbitales, la arborización dendrítica es mayor en las hembras, lo que sugiere una diferencia fundamental en la organización prefrontal en machos y hembras. [15] En ratas, por ejemplo, la exposición a estrógenos, ya sea de forma exógena o endógena durante el proestro, conduce a aumentos en la densidad de las espinas CA1. [10] [15] Estas diferencias pueden deberse a la presencia de hormonas gonadales que han demostrado influir 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 información excitatoria, son sensibles a las experiencias del desarrollo, incluidos los episodios de estrés o los fármacos. Los estudios han demostrado que el estrés prenatal reduce la complejidad, la longitud y la frecuencia de las espinas de las dendritas apicales piramidales de las capas II y 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 reduce la complejidad del árbol y la longitud dendrítica total de los árboles dendríticos apicales de las neuronas piramidales CA3 en el hipocampo también. [16] [17] Los cambios inducidos por el estrés crónico en el comportamiento 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 dan como resultado 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 de las dendritas está mediada por los sistemas glutamatérgico y serotoninérgico (la administración del antagonista del receptor NMDA CGP 43487 o del inhibidor de la recaptación de serotonina tianeptina previene la atrofia). [5] Se ha informado de muerte celular por tratamiento prolongado. [17] Las hormonas del estrés en pequeñas dosis no causan daño por sí mismas, sino que 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 para los glucocorticoides en el estrés ([3H]dexametasona se une a los 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 de estrés involucra la corteza prefrontal. Las lesiones en las cortezas prefrontales de ratas perjudican la alternancia espontánea, el rendimiento en laberintos radiales y la evitación pasiva. [5] En los primates, estas perjudican 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 celular neuronal (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 al aumento de la hormona del estrés.
Estudios de cambios morfológicos dendríticos indican que la elevación de las hormonas del estrés en la capa II-III de la corteza prefrontal no causa cambios observables en la estructura o distribución de las dendritas basales. [5] Las dendritas apicales, sin embargo, muestran una redistribución significativa en cerebros animales tratados con hormonas del estrés, que se mide utilizando 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 árboles dendríticos apicales proximales y una disminución del 58% en los árboles dendríticos apicales distales. [5] Estos resultados contrastan con los cambios en los árboles 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 la entrada de las neuronas piramidales CA3 modificadas, ya que tanto CA1 como CA3 se proyectan directamente a la corteza prefrontal medial. [5]
Se ha determinado a partir de datos electrofisiológicos que las sinapsis excitatorias en las dendritas apicales proximales de las neuronas piramidales de la corteza prefrontal sirven para amplificar las señales del potencial postsináptico excitatorio (EPSP) generadas en las dendritas apicales distales. [5] Esto sugiere que la reducción en la masa de la dendrita distal debido a la elevación de la hormona del estrés puede resultar en un aumento en la complejidad de la dendrita apical proximal a medida que las dendritas apicales proximales intentan compensar las señales reducidas de la dendrita apical distal. [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 de la gestión entre las 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 el estrés no depende del grado. [16]
En las enfermedades neurometabólicas, las neuronas de almacenamiento distendidas están marcadamente hinchadas y tienen forma de pera, con el núcleo y los cuerpos de Nissl desplazados hacia las dendritas apicales. [18] Ejemplos de enfermedades de almacenamiento metabólico de neuronas son las enfermedades de almacenamiento de esfingolípidos que típicamente implican un mal funcionamiento de las hidrolasas en los lisosomas responsables de la degradación de estos lípidos:
Esta hinchazón 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 “el huevo y la 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 CA1 del hipocampo, aumentan en respuesta al estado epiléptico. Hay 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 picos rápidos de sodio en el soma se retropropagan a las dendritas, por lo que detonan en forma de explosión. [20]
Los potenciales dendríticos (PD) también sufren cambios. La generación de PD durante la actividad convulsiva mostró que eran mucho más pequeños que en los controles. [6] Sin embargo, los PD generados justo después de la finalización de la convulsión duraron más tiempo, lo que indica que la supresión del PD está correlacionada con la actividad convulsiva en sí. [6]
El glutamato es un neurotransmisor excitatorio capaz de causar una lesión metabólica a 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 kainico se han asociado con una despolarización pronunciada y persistente de las neuronas piramidales CA3. [21] Esto implica la conducción de la actividad excitatoria a lo largo de las proyecciones de fibras musgosas desde las células granulares del área dentada 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 de las células piramidales CA1 y las interneuronas se ha relacionado con el papel de CA1 en la epileptogénesis. [2] CA1 es hiperexcitable cuando la región CA3 está dañada. Se produce una reducción de IPSP tanto de GABAA como de GABAB. Las interneuronas GABA, aunque intactas, se activan con menos facilidad. [2]
La entrada de convulsiones desde la EC al giro dentado se filtra tanto para patrones de actividad ictal como normales, mientras que las células CA3 imponen un perfil interictal, reforzando la actividad anormal. [2]
La hiperventilación produce un marcado cambio negativo de la corriente directa superficial debido a la despolarización de los árboles dendríticos apicales de las células piramidales corticales. [2] Es probable que este cambio represente la mayor excitabilidad de las redes neuronales corticales y pueda explicar la potencial epileptogenicidad resultante. [2] Ciertos fármacos antiepilépticos tienen el efecto opuesto de reducir la negatividad superficial en los 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, hay una regulación negativa del canal Kv4.2 que codifica el tipo A. [2] Este canal está involucrado en la limitación de la retropropagación de potenciales de acción y en la reducción de la transferencia de potenciales postsinápticos excitatorios (PSPE) desde las dendritas apicales al soma. [2] En el mismo modelo, se ha demostrado que la regulación positiva antes mencionada de los canales de calcio de tipo t también da como resultado un aumento del comportamiento de ráfaga 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 la epilepsia de inicio temprano muestran una reducción en la complejidad de ramificación de las dendritas basales, así como una disminución en la densidad de espinas 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 focos neocorticales e hipocampales, se observó una disminución en la longitud y la complejidad de ramificación de los árboles dendríticos y una reducción en la complejidad de ramificación de las dendritas restantes. [2] El modelo crónico de crema de alúmina de la epilepsia en primates ha producido datos similares. [2] Debido a que las dendritas y sus espinas son sitios de entrada sináptica excitatoria en las neuronas, los resultados sugieren que la transmisión sináptica glutamatérgica puede reducirse. [2] Como estos son sitios activos en la potenciación a largo plazo (PLP) 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 de inicio temprano y de largo plazo. [2]
En individuos 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 uniforme 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]
Se están estudiando dos métodos para la relación entre las convulsiones y el deterioro dendrítico:
Se ha logrado registrar la actividad de una sola neurona en un momento dado en muchas ubicaciones en el árbol dendrítico utilizando tintes sensibles al voltaje con monitoreo óptico. [2] Las señales son rápidas pero también pequeñas, y las mediciones de células individuales requieren una iluminación intensa. [2] Como los tintes son muy fototóxicos, las células generalmente mueren después de solo 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 capa recíprocas más poderosas están en las capas supragranulares 2 y 3. [2] Esto puede resolver la información conflictiva que sugiere que la actividad se propaga principalmente en las capas supragranulares o en las neuronas grandes de la capa 5. [2]
Los estudios convencionales con microscopía electrónica o tinciones de Golgi han mostrado que las dendritas son estructuras estables. [22] Sin embargo, la fotografía con lapso de tiempo y la microscopía de dos fotones han revelado que las dendritas son tejidos vivos, en constante cambio y móviles en una escala de tiempo rápida. [22]
Las señales del electroencefalograma (EEG) del cuero cabelludo son los EPSP y los IPSP sumados de las células nerviosas. [23] El EEG solo 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 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 causan un flujo de iones cargados (una corriente) entre puntos a 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 parte de 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 está acompañada por 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 pueden definirse también como dipolos equivalentes simples. [23]