La mielina ( / ˈm aɪ . ə l ɪ n / MY -ə-lin ) 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 puede compararse con un cable eléctrico (el axón) con material aislante (mielina) a su alrededor. Sin embargo, a diferencia de la cubierta plástica de un cable eléctrico, la mielina no forma una única vaina larga en toda la longitud del axón. En cambio, la mielina envuelve el axón segmentariamente: en general, cada axón está envuelto en múltiples vainas largas con espacios cortos entre ellas, llamados nódulos de Ranvier . En los nódulos de Ranvier, que tienen aproximadamente una milésima de mm (1 micrón) 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 al provocar la conducción saltatoria . [1] La conducción saltatoria se refiere al hecho de que los impulsos eléctricos "saltan" a lo largo del axón, sobre largas vainas de mielina, de un nódulo de Ranvier al siguiente. Por lo tanto, la información se transmite alrededor de 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" de 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 "entrenudo", antes de "recargarse" en el siguiente nódulo de Ranvier. Este "salto" continúa hasta que el potencial de acción alcanza la terminal del axón . [3] [4] [5] Una vez allí, la señal eléctrica provoca la liberación de neurotransmisores químicos a través de la sinapsis , que se unen a los receptores en la célula postsináptica (p. ej., otra neurona, miocito o célula secretora ).
La mielina está formada por células gliales , que son células no neuronales que proporcionan soporte 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 prolongaciones (extensiones similares a extremidades desde el cuerpo celular) para mielinizar múltiples axones cercanos; mientras que en el sistema nervioso periférico , la mielina está formada por neurolemmocitos ( células de Schwann ), que solo mielinizan una sección de un axón. En el SNC, los axones transportan señales eléctricas de un cuerpo celular nervioso a otro. [6] [7] La función "aislante" de la mielina es esencial para la función motora eficiente (es decir, el movimiento como caminar), la función sensorial (por ejemplo, la vista , la audición , el olfato , la sensación del tacto o el dolor ) y la cognición (por ejemplo, la adquisición y el recuerdo de conocimientos), como lo demuestra la consecuencia de los trastornos que afectan la mielinización, como las leucodistrofias determinadas genéticamente ; [8] el trastorno desmielinizante inflamatorio adquirido , la esclerosis múltiple ; [9] y las neuropatías periféricas desmielinizantes inflamatorias . [10] Debido a su alta prevalencia, la esclerosis múltiple, que afecta específicamente al sistema nervioso central (cerebro, médula espinal y nervio óptico), es el trastorno más conocido de la mielina.
El proceso de generación de mielina se denomina mielinización o mielinogénesis . En el SNC, las células progenitoras de oligodendrocitos (OPC) se diferencian en oligodendrocitos maduros, que forman la mielina. En los seres humanos, la mielinización comienza a principios del tercer trimestre, [11] aunque solo hay poca mielina presente en el SNC o el SNP en el momento del nacimiento. Durante la infancia, la mielinización progresa rápidamente, con un número cada vez mayor de axones que adquieren vainas de mielina. Esto se corresponde con el desarrollo de las habilidades cognitivas y motoras, incluida la comprensión del lenguaje, la adquisición del habla , el gateo y la marcha. La mielinización continúa durante la adolescencia y la adultez temprana y, aunque en gran parte se completa en este momento, se pueden agregar vainas de mielina en regiones de materia gris como la corteza cerebral , a lo largo de la vida. [12] [13] [14]
La mielina se considera una característica definitoria de los vertebrados con mandíbulas ( gnatóstomos ), aunque los axones están envueltos por un tipo de células, llamadas células gliales, en los invertebrados. [15] [16] Estas envolturas gliales son bastante diferentes de la mielina compacta de los vertebrados, formada, como se indicó anteriormente, por la envoltura concéntrica del proceso de células mielinizantes varias veces alrededor del axón. La mielina fue descrita por primera vez en 1854 por Rudolf Virchow , [17] aunque fue más de un siglo después, tras el desarrollo de la microscopía electrónica, que su origen en las células gliales y su ultraestructura se hicieron evidentes. [18]
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 mielinizadas conocidas como células madre de Remak y dispuestas en haces de Remak . [19] En el SNC, los axones no mielinizados (o axones intermitentemente mielinizados, es decir, axones con largas regiones no mielinizadas entre segmentos mielinizados) se entremezclan con los mielinizados y están entrelazados, al menos parcialmente, por los procesos de otro tipo de célula glial , el astrocito . [ cita requerida ] [20]
Se encuentran vainas similares a la mielina funcionalmente equivalentes en varios taxones de invertebrados, incluidos los anélidos oligoquetos y los taxones de crustáceos como los peneidos , los palemónidos y los calanoides . Estas vainas similares a la mielina comparten varias características estructurales con las vainas que se encuentran en los vertebrados, incluidas la multiplicidad de membranas, la condensación de la membrana y los nódulos. [15] Sin embargo, los nódulos en los vertebrados son anulares; es decir, rodean el axón. Por el contrario, los nódulos que se encuentran en las vainas de los invertebrados son anulares o fenestrados; es decir, están restringidos a "puntos". La velocidad de conducción más rápida registrada (tanto en vertebrados como en invertebrados) se encuentra en los axones envainados del camarón Kuruma , un invertebrado, [15] oscilando entre 90 y 200 m/s [16] ( cf. 100–120 m/s para el axón mielinizado más rápido de los vertebrados).
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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 parece blanca, de ahí el nombre dado a la " materia blanca " del SNC. Tanto los tractos de materia blanca del SNC (por ejemplo, el nervio óptico , el tracto corticoespinal y el cuerpo calloso ) como los nervios del SNP (por ejemplo, el nervio ciático y el nervio auditivo , que también aparecen blancos) comprenden cada uno de miles a millones de axones, en gran parte 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 astrocitos y microglia en el SNC y macrófagos en el SNP.
En términos de masa total, la mielina comprende aproximadamente un 40% de agua; la masa seca comprende entre un 60% y un 75% de lípidos y entre un 15% y un 25% de proteínas . El contenido proteico incluye la proteína básica de mielina (MBP), [21] que es abundante en el SNC donde desempeña un papel crítico y no redundante en la formación de mielina compacta; la glucoproteína de oligodendrocitos de mielina (MOG), [22] que es específica del SNC; y la proteína proteolipídica (PLP), [23] que es la proteína más abundante en la mielina del SNC, pero solo un componente menor de la mielina del SNP. En el SNP, la proteína cero de mielina (MPZ o P0) tiene un papel similar al de la PLP en el SNC, ya que participa en mantener unidas las múltiples capas concéntricas de la membrana de las células gliales que constituyen la vaina de mielina. El lípido primario de la mielina es un glucolípido 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 la mielina no se forma. [24]
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 mielinizadas, "saltan" o se propagan por conducción saltatoria . Esta última es notablemente más rápida que la primera, al menos para los axones de un cierto diámetro. La mielina disminuye la capacitancia y aumenta la resistencia eléctrica a través de la membrana axonal (el axolema ). Se ha sugerido que la mielina permite un mayor tamaño corporal al mantener una comunicación ágil entre partes corporales distantes. [15]
Las fibras mielinizadas carecen de canales de sodio dependientes de voltaje a lo largo de los entrenudos mielinizados, exponiéndolos solo en los nódulos de Ranvier . Aquí, son muy abundantes y densamente empaquetados. [25] 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 luego se restaura rápidamente debido a los iones de potasio cargados positivamente que salen del axón a través de los canales de potasio . Los iones de sodio dentro del axón luego se difunden rápidamente a través del axoplasma ( citoplasma axonal ), al entrenudo mielinizado adyacente y finalmente al siguiente nódulo de Ranvier ( distal ), lo que desencadena la apertura de los canales de sodio dependientes de voltaje y la entrada de iones de sodio en este sitio. Aunque los iones de sodio se difunden a través del axoplasma rápidamente, la difusión es decremental por naturaleza, por lo que los nódulos de Ranvier tienen que estar (relativamente) estrechamente espaciados, para asegurar la propagación del potencial de acción. [26] El potencial de acción se "recarga" en nodos consecutivos de Ranvier a medida que el potencial de membrana axolemal se despolariza a aproximadamente +35 mV. [25] A lo largo del entrenudo mielinizado, las bombas de sodio/potasio dependientes de energía bombean los iones de sodio fuera del axón y los iones de potasio dentro del axón para restablecer el equilibrio de iones entre los fluidos intracelulares (dentro de la célula, es decir, el axón en este caso) y 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 establecieron recientemente. La célula mielinizante "esculpe" el axón subyacente al promover la fosforilación de neurofilamentos , lo que aumenta el diámetro o el grosor del axón en las regiones internodales; ayuda a agrupar moléculas en el axolema (como los canales de sodio dependientes del voltaje) en el nódulo de Ranvier; [27] y modula el transporte de estructuras citoesqueléticas y orgánulos como las mitocondrias , a lo largo del axón. [28] En 2012, salió a la luz evidencia que apoya el papel de la célula mielinizante en la "alimentación" del axón. [29] [30] 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, [31] [32] después de la generación de potenciales de acción.
Cuando se corta una fibra periférica, la vaina de mielina proporciona una vía a lo largo de la cual puede producirse el recrecimiento. Sin embargo, la capa de mielina no garantiza una regeneración perfecta 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 recrecimiento. El daño a la vaina de mielina y a la fibra nerviosa a menudo se asocia con un aumento de la insuficiencia funcional.
Las fibras amielínicas y los axones mielinizados del sistema nervioso central de los mamíferos no se regeneran. [33]
La desmielinización es la pérdida de la vaina de mielina que aísla los nervios y es el sello distintivo de algunas enfermedades autoinmunes neurodegenerativas , entre ellas la esclerosis múltiple , la encefalomielitis diseminada aguda , la neuromielitis óptica , la mielitis transversa , la polineuropatía desmielinizante inflamatoria crónica , el síndrome de Guillain-Barré , la mielinosis pontina central , las enfermedades desmielinizantes hereditarias como la leucodistrofia y la enfermedad de Charcot-Marie-Tooth . Las personas con anemia perniciosa también pueden desarrollar daño nervioso si la afección no se diagnostica rápidamente. La degeneración combinada subaguda de la médula espinal secundaria a la anemia perniciosa puede provocar desde un daño leve de los nervios periféricos hasta un daño grave del 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 finalmente se marchita. [ aclaración necesaria ] 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 dichas enfermedades, incluida la inflamación que causa desmielinización por sobreproducción de citocinas a través de la regulación positiva del factor de necrosis tumoral [34] o interferón . La resonancia magnética muestra que el éster etílico del ácido docosahexaenoico (DHA) mejora la mielinización en los trastornos peroxisomales generalizados. [35]
La desmielinización produce diversos síntomas que dependen de las funciones de las neuronas afectadas. Altera las señales entre el cerebro y otras partes del cuerpo; los síntomas difieren de un paciente a otro y tienen diferentes presentaciones 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 en brazos o piernas, alteración cognitiva, incluyendo deterioro del habla y pérdida de memoria, sensibilidad al calor (los síntomas empeoran o reaparecen con la exposición al calor, como una ducha caliente), pérdida de destreza, dificultad para coordinar el movimiento o trastorno del equilibrio, dificultad para controlar los movimientos intestinales o la micción, fatiga y tinnitus. [36]
La investigación para reparar las vainas de mielina dañadas está en curso. Las técnicas incluyen la implantación quirúrgica de células precursoras de oligodendrocitos en el sistema nervioso central y la inducción de la reparación de la mielina con ciertos anticuerpos . Si bien los resultados en ratones han sido alentadores (a través del trasplante de células madre ), aún se desconoce si esta técnica puede ser efectiva para reemplazar la pérdida de mielina en humanos. [37] Los tratamientos colinérgicos , como los inhibidores de la acetilcolinesterasa (AChEI), pueden tener efectos beneficiosos sobre la mielinización, la reparación de la mielina y la integridad de la mielina. El aumento de la estimulación colinérgica también puede actuar a través de efectos tróficos sutiles en los procesos de desarrollo cerebral y, en particular, en 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. [38] 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. [39] El colesterol es un nutriente necesario para la vaina de mielina, junto con la vitamina B12 . [40] [41]
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 Shiverer 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 . [42] [43] [44]