La mielina es un material rico en lípidos que rodea los axones de las células nerviosas (los cables eléctricos del sistema nervioso) para aislarlos y aumentar la velocidad a la que los impulsos eléctricos (llamados potenciales de acción ) pasan a lo largo del axón. [1] [2] El axón mielinizado se puede comparar con un cable eléctrico (el axón) con material aislante (mielina) alrededor. Sin embargo, a diferencia de la cubierta plástica de un cable eléctrico, la mielina no forma una única vaina larga a lo largo de todo el axón. Más bien, la mielina envuelve el axón de forma segmentaria: en general, cada axón está encerrado en múltiples vainas largas con espacios cortos entre ellas, llamadas nodos de Ranvier . En los nódulos de Ranvier, que miden aproximadamente una milésima de mm de longitud, la membrana del axón está desprovista de mielina.
La función más conocida de la mielina es aumentar la velocidad a la que la información, codificada como cargas eléctricas, pasa a lo largo del axón. La mielina logra esto provocando una conducción saltatoria , [3] . La conducción saltatoria se refiere al hecho de que los impulsos eléctricos "saltan" a lo largo del axón, a través de largas vainas de mielina, de un nódulo de Ranvier al siguiente. Por tanto, la información pasa unas 100 veces más rápido a lo largo de un axón mielinizado que de uno no mielinizado.
A nivel molecular, la vaina de mielina aumenta la distancia entre los iones extracelulares e intracelulares, reduciendo la acumulación de cargas eléctricas. La estructura discontinua de la vaina de mielina da como resultado que el potencial de acción "salte" desde un nódulo de Ranvier a lo largo de un tramo mielinizado largo (c. 0,1 mm – >1 mm, o 100-1000 micrones) del axón llamado segmento internodal o " internodo", antes de "recargar" en el siguiente nodo de Ranvier. Este 'salto' continúa hasta que el potencial de acción llega al terminal del axón . [4] [5] [6] Una vez allí, la señal eléctrica provoca la liberación de neurotransmisores químicos a través de la sinapsis , que se unen a receptores en la célula postsináptica (por ejemplo, otra neurona, miocito o célula secretora ).
La mielina es producida por células gliales , que son células no neuronales que brindan apoyo nutricional y homeostático a los axones. Esto se debe a que los axones, al ser estructuras alargadas, están demasiado lejos del soma para ser sostenidos por las propias neuronas. En el sistema nervioso central ( cerebro , médula espinal y nervios ópticos ), la mielinización está formada por células gliales especializadas llamadas oligodendrocitos , cada una de las cuales envía procesos (extensiones similares a extremidades del cuerpo celular) para mielinizar múltiples axones cercanos; mientras que en el sistema nervioso periférico , la mielina está formada por neurolemocitos ( células de Schwann ), que mielinizan únicamente una sección de un axón. En el SNC, los axones transportan señales eléctricas de un cuerpo de células nerviosas a otro. [7] [8] La función "aislante" de la mielina es esencial para la función motora eficiente (es decir, movimientos como caminar), la función sensorial (por ejemplo , la vista , el oído , el olfato , la sensación del tacto o el dolor ) y la cognición (por ejemplo, adquirir y recordar conocimientos), como lo demuestra la consecuencia de trastornos que afectan la mielinización, como las leucodistrofias genéticamente determinadas ; [9] el trastorno desmielinizante inflamatorio adquirido , la esclerosis múltiple ; [10] y las neuropatías periféricas desmielinizantes inflamatorias . [11] Debido a su alta prevalencia, la esclerosis múltiple, que afecta específicamente al sistema nervioso central (cerebro, médula espinal y nervio óptico), es el trastorno de mielina más conocido.
El proceso de generación de mielina se llama mielinización o mielinogénesis . En el SNC, las células progenitoras de oligodendrocitos (OPC) se diferencian en oligodendrocitos maduros, que forman mielina. En los seres humanos, la mielinización comienza temprano en el tercer trimestre, [12] aunque solo hay poca mielina presente en el SNC o en el SNP en el momento del nacimiento. Durante la infancia, la mielinización progresa rápidamente y un número cada vez mayor de axones adquieren vainas de mielina. Esto se corresponde con el desarrollo de habilidades cognitivas y motoras, incluida la comprensión del lenguaje, la adquisición del habla , gatear y caminar. La mielinización continúa durante la adolescencia y la edad adulta temprana y, aunque en gran medida está completa en este momento, se pueden agregar vainas de mielina en regiones de la materia gris , como la corteza cerebral , durante toda la vida. [13] [14] [15]
La mielina se considera una característica definitoria de los vertebrados con mandíbulas ( gnatóstomos ), aunque los axones están envueltos por un tipo de célula, llamada células gliales, en los invertebrados. [16] [17] Estas envolturas gliales son bastante diferentes de la mielina compacta de los vertebrados, formada, como se indicó anteriormente, mediante la envoltura concéntrica del proceso celular mielinizante varias veces alrededor del axón. La mielina fue descrita por primera vez en 1854 por Rudolf Virchow , [18] aunque fue más de un siglo después, tras el desarrollo de la microscopía electrónica, que se hizo evidente su origen en las células gliales y su ultraestructura. [19]
En los vertebrados, no todos los axones están mielinizados. Por ejemplo, en el SNP, una gran proporción de axones no están mielinizados. En cambio, están envueltos por células de Schwann no mielinizantes conocidas como Remak SC y dispuestas en haces de Remak . [20] En el SNC, los axones no mielinizados (o axones mielinizados intermitentemente, es decir, axones con regiones largas no mielinizadas entre segmentos mielinizados) se entremezclan con los mielinizados y se entrelazan, al menos parcialmente, mediante los procesos de otro tipo de célula glial. el astrocito . [ cita necesaria ] [21]
Se encuentran vainas similares a mielina funcionalmente equivalentes en varios taxones de invertebrados, incluidos anélidos oligoquetos y taxones de crustáceos como peneidos , palemónidos y calanoides . Estas vainas similares a mielina comparten varias características estructurales con las vainas que se encuentran en los vertebrados, incluida la multiplicidad de membranas, la condensación de membranas y los nodos. [16] Sin embargo, los nodos en los vertebrados son anulares; es decir, rodean el axón. Por el contrario, los ganglios que se encuentran en las vainas de los invertebrados son anulares o fenestrados; es decir, están restringidos a "lugares". La velocidad de conducción más rápida registrada (tanto en vertebrados como en invertebrados) se encuentra en los axones envainados del camarón Kuruma , un invertebrado, [16] que oscila entre 90 y 200 m/s [17] ( cf. 100-120 m/s para el axón de vertebrados mielinizado más rápido).
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La mielina del SNC difiere ligeramente en composición y configuración de la mielina del SNP, pero ambas realizan la misma función "aislante" (ver arriba). Al ser rica en lípidos, la mielina tiene un aspecto blanco, de ahí el nombre que se le da a la " sustancia blanca " del SNC. Tanto los tractos de sustancia blanca del SNC (p. ej. , el nervio óptico , el tracto corticoespinal y el cuerpo calloso ) como los nervios del SNP (p. ej., el nervio ciático y el nervio auditivo , que también aparecen de color blanco) comprenden cada uno de miles a millones de axones, en gran medida alineados en paralelo. Los vasos sanguíneos proporcionan la ruta para que el oxígeno y los sustratos energéticos, como la glucosa, lleguen a estos tractos de fibras, que también contienen otros tipos de células, incluidos los astrocitos y la microglía en el SNC y los macrófagos en el SNP.
En términos de masa total, la mielina comprende aproximadamente un 40% de agua; la masa seca comprende entre un 60% y un 75% de lípidos y entre un 15% y un 25% de proteínas . El contenido de proteínas incluye la proteína básica de mielina (MBP), [22] que abunda en el SNC, donde desempeña un papel crítico y no redundante en la formación de mielina compacta; glicoproteína de oligodendrocitos de mielina (MOG), [23] que es específica del SNC; y proteína proteolípida (PLP), [24] que es la proteína más abundante en la mielina del SNC, pero solo un componente menor de la mielina del SNP. En el SNP, la proteína de mielina cero (MPZ o P0) tiene una función similar a la de la PLP en el SNC, ya que participa en la unión de las múltiples capas concéntricas de la membrana de las células gliales que constituyen la vaina de mielina. El lípido primario de la mielina es un glicolípido llamado galactocerebrósido . Las cadenas de hidrocarburos entrelazadas de la esfingomielina fortalecen la vaina de mielina. El colesterol es un componente lipídico esencial de la mielina, sin el cual no se puede formar mielina. [25]
El objetivo principal de la mielina es aumentar la velocidad a la que los impulsos eléctricos (conocidos como potenciales de acción ) se propagan a lo largo de la fibra mielinizada. En las fibras amielínicas, los potenciales de acción viajan como ondas continuas, pero, en las fibras mielínicas, "saltan" o se propagan por conducción saltatoria . Este último es notablemente más rápido que el primero, al menos para axones de más de un determinado diámetro. La mielina disminuye la capacitancia y aumenta la resistencia eléctrica a través de la membrana axonal (el axolema ). Se ha sugerido que la mielina permite un mayor tamaño corporal al mantener una comunicación ágil entre partes distantes del cuerpo. [dieciséis]
Las fibras mielinizadas carecen de canales de sodio dependientes de voltaje a lo largo de los entrenudos mielinizados, exponiéndolos sólo en los nodos de Ranvier . Aquí son muy abundantes y densamente poblados. [26] Los iones de sodio cargados positivamente pueden ingresar al axón a través de estos canales dependientes de voltaje, lo que lleva a la despolarización del potencial de membrana en el nódulo de Ranvier. El potencial de membrana en reposo se restablece rápidamente debido a que los iones de potasio cargados positivamente abandonan el axón a través de los canales de potasio . Los iones de sodio dentro del axón luego se difunden rápidamente a través del axoplasma ( citoplasma axonal ), hasta el entrenudo mielinizado adyacente y finalmente hasta el siguiente nódulo ( distal ) de Ranvier, lo que desencadena la apertura de los canales de sodio regulados por voltaje y la entrada de iones de sodio en este sitio. Aunque los iones de sodio se difunden rápidamente a través del axoplasma, la difusión es decreciente por naturaleza, por lo que los nodos de Ranvier deben estar (relativamente) estrechamente espaciados para asegurar la propagación del potencial de acción. [27] El potencial de acción se "recarga" en los nódulos consecutivos de Ranvier a medida que el potencial de membrana axolemal se despolariza a aproximadamente +35 mV. [26] A lo largo del entrenudo mielinizado, las bombas de sodio/potasio dependientes de energía bombean los iones de sodio nuevamente fuera del axón y los iones de potasio nuevamente hacia el axón para restablecer el equilibrio de iones entre el intracelular (dentro de la célula, es decir, el axón en este caso). ) y fluidos extracelulares (fuera de la célula).
Si bien el papel de la mielina como "aislante axonal" está bien establecido, otras funciones de las células mielinizantes son menos conocidas o se han establecido sólo recientemente. La célula mielinizante "esculpe" el axón subyacente promoviendo la fosforilación de neurofilamentos , aumentando así el diámetro o espesor del axón en las regiones internodales; ayuda a agrupar moléculas en el axolema (como los canales de sodio dependientes de voltaje) en el nódulo de Ranvier; [28] y modula el transporte de estructuras citoesqueléticas y orgánulos como las mitocondrias , a lo largo del axón. [29] En 2012, salió a la luz evidencia que respalda el papel de la célula mielinizante en la "alimentación" del axón. [30] [31] En otras palabras, la célula mielinizante parece actuar como una "estación de combustible" local para el axón, que utiliza una gran cantidad de energía para restablecer el equilibrio normal de iones entre él y su entorno, [32] [33] tras la generación de potenciales de acción.
Cuando se corta una fibra periférica, la vaina de mielina proporciona un camino a lo largo del cual puede ocurrir el nuevo crecimiento. Sin embargo, la capa de mielina no asegura una perfecta regeneración de la fibra nerviosa. Algunas fibras nerviosas regeneradas no encuentran las fibras musculares correctas y algunas neuronas motoras dañadas del sistema nervioso periférico mueren sin volver a crecer. El daño a la vaina de mielina y a las fibras nerviosas a menudo se asocia con una mayor insuficiencia funcional.
Las fibras amielínicas y los axones mielinizados del sistema nervioso central de los mamíferos no se regeneran. [34]
La desmielinización es la pérdida de la vaina de mielina que aísla los nervios y es el sello distintivo de algunas enfermedades autoinmunes neurodegenerativas , incluida la esclerosis múltiple , la encefalomielitis aguda diseminada , la neuromielitis óptica , la mielitis transversa , la polineuropatía desmielinizante inflamatoria crónica , el síndrome de Guillain-Barré , la mielinosis central pontina , Enfermedades desmielinizantes hereditarias como la leucodistrofia y la enfermedad de Charcot-Marie-Tooth . Las personas con anemia perniciosa también pueden desarrollar daño a los nervios si la afección no se diagnostica rápidamente. La degeneración combinada subaguda de la médula espinal secundaria a anemia perniciosa puede provocar desde un daño leve a los nervios periféricos hasta un daño grave al sistema nervioso central, afectando el habla, el equilibrio y la conciencia cognitiva . Cuando la mielina se degrada, la conducción de señales a lo largo del nervio puede verse afectada o perderse, y el nervio eventualmente se marchita. [ se necesita aclaración ] Un caso más grave de deterioro de la mielina se llama enfermedad de Canavan .
El sistema inmunológico puede desempeñar un papel en la desmielinización asociada con tales enfermedades, incluida la inflamación que causa desmielinización por sobreproducción de citoquinas mediante la regulación positiva del factor de necrosis tumoral [35] o interferón . Evidencia de resonancia magnética de que el éster etílico de DHA del ácido docosahexaenoico mejora la mielinización en los trastornos peroxisomales generalizados. [36]
La desmielinización produce diversos síntomas determinados por las funciones de las neuronas afectadas. Interrumpe las señales entre el cerebro y otras partes del cuerpo; Los síntomas difieren de un paciente a otro y tienen presentaciones diferentes en la observación clínica y en los estudios de laboratorio.
Los síntomas típicos incluyen visión borrosa en el campo visual central que afecta solo a un ojo, puede ir acompañada de dolor al mover los ojos, visión doble, pérdida de visión/audición, sensación extraña en piernas, brazos, pecho o cara, como hormigueo o entumecimiento. ( neuropatía ), debilidad de brazos o piernas, alteración cognitiva, incluyendo deterioro del habla y pérdida de memoria, sensibilidad al calor (los síntomas empeoran o reaparecen tras la exposición al calor, como una ducha caliente), pérdida de destreza, dificultad para coordinar el movimiento o trastorno del equilibrio, dificultad para controlar las deposiciones o la micción, fatiga y tinnitus. [37]
Se están realizando investigaciones para reparar las vainas de mielina dañadas. Las técnicas incluyen la implantación quirúrgica de células precursoras de oligodendrocitos en el sistema nervioso central y la inducción de la reparación de la mielina con ciertos anticuerpos . Si bien los resultados en ratones han sido alentadores (mediante el trasplante de células madre ), aún se desconoce si esta técnica puede ser eficaz para reemplazar la pérdida de mielina en humanos. [38] Los tratamientos colinérgicos , como los inhibidores de la acetilcolinesterasa (AChEI), pueden tener efectos beneficiosos sobre la mielinización, la reparación de la mielina y la integridad de la mielina. El aumento de la estimulación colinérgica también puede actuar a través de efectos tróficos sutiles sobre los procesos de desarrollo del cerebro y particularmente sobre los oligodendrocitos y el proceso de mielinización de por vida que apoyan. El aumento de la estimulación colinérgica de los oligodendrocitos , los AChEI y otros tratamientos colinérgicos, como la nicotina , posiblemente podrían promover la mielinización durante el desarrollo y la reparación de la mielina en la vejez. [39] Se ha descubierto que los inhibidores de la glucógeno sintasa quinasa 3β, como el cloruro de litio, promueven la mielinización en ratones con nervios faciales dañados. [40] El colesterol es un nutriente necesario para la vaina de mielina, junto con la vitamina B12 . [41] [42]
La dismielinización se caracteriza por una estructura y función defectuosas de las vainas de mielina; a diferencia de la desmielinización, no produce lesiones . Estas vainas defectuosas a menudo surgen de mutaciones genéticas que afectan la biosíntesis y la formación de mielina. El ratón que tiembla representa un modelo animal de dismielinización. Las enfermedades humanas en las que se ha implicado la dismielinización incluyen leucodistrofias ( enfermedad de Pelizaeus-Merzbacher , enfermedad de Canavan , fenilcetonuria ) y esquizofrenia . [43] [44] [45]