Comprendiendo los Receptores Sensoriales y los Circuitos Neuronales: Una Visión Integral

En este video sobre fisiología, la discusión se centra en los receptores sensoriales y los circuitos neurales para el procesamiento de la información. Se destacan cinco tipos de receptores: los mecanorreceptores sensibles a movimientos mecánicos como el tacto, los termorreceptores que detectan el calor y el frío, los nociceptores responsables de detectar el dolor, los receptores electromagnéticos que detectan la luz para la visión, y los quimiorreceptores que responden a sustancias específicas. Cada tipo de receptor está especializado para responder a estímulos específicos.

Se discuten varios tipos de receptores sensoriales, incluyendo terminaciones nerviosas libres, corpúsculos táctiles, corpúsculos de Meissner, bulbos terminales de Krause, terminaciones de Ruffini, órganos tendinosos de Golgi y husos musculares. Estos receptores están distribuidos por todo el cuerpo, con ubicaciones específicas como la piel, la boca, los ojos y los genitales. Cada tipo de receptor es altamente sensible a estímulos sensoriales particulares, reflejando sus funciones especializadas.

La sensibilidad y especificidad de los receptores sensoriales se enfatizan, con cada tipo de receptor respondiendo de manera única a estímulos sensoriales. Por ejemplo, los terminales nerviosos libres difieren en sensibilidad de los corpúsculos de Pacini, a pesar de su cercanía anatómica. Las modalidades de sensación incluyen el gusto, la visión, el olfato y la audición, cada una terminando en regiones específicas del sistema nervioso central para transmitir experiencias sensoriales distintas.

El principio de especificidad en las fibras nerviosas se explica, destacando cómo las fibras nerviosas transmiten solo una modalidad de sensación. Este principio, conocido como el principio de líneas etiquetadas, asegura que la información sensorial se transmita con precisión al sistema nervioso central. La información sensorial se almacena y procesa en áreas específicas del sistema nervioso según el tipo de sensación experimentada.

Para funcionar de manera efectiva, los receptores sensoriales requieren un estímulo para excitarlos, lo que lleva a una modificación inmediata del potencial de acción del receptor. Los estímulos pueden tomar diversas formas, como la deformación mecánica de la membrana o sustancias químicas que interactúan con los canales iónicos. Esta interacción desencadena una cascada de eventos que finalmente resulta en la generación de un potencial de acción.

La percepción sensorial del olfato y del gusto implica la modulación de la permeabilidad de la membrana por cambios de temperatura y radiación electromagnética. La luz, por ejemplo, excita los conos y bastones en el ojo, lo que lleva a cambios en el potencial de membrana. A medida que el potencial del receptor aumenta, la frecuencia de los potenciales de acción también aumenta, con potenciales de acción que alcanzan hasta 40-50 milivoltios y potencialmente 100 milivoltios. Sin embargo, una amplitud alta del receptor, como en el caso del dolor, puede llevar a una estimulación persistente y a un aumento de la percepción del dolor.

Los Corpúsculos de Pasini, un mecanorreceptor, responde a estímulos deformando su membrana, lo que abre canales de calcio. Este flujo de calcio conduce a un cambio positivo en el potencial de membrana, desencadenando potenciales de acción. La amplitud del receptor se correlaciona con la intensidad del estímulo, con amplitudes más altas indicando un estímulo más intenso. La frecuencia de potenciales de acción rápidos confiere sensibilidad a experiencias sensoriales sutiles.

Los receptores muestran adaptación a la estimulación sensorial continua, respondiendo inicialmente con una alta frecuencia de impulsos que disminuye gradualmente con el tiempo, lo que lleva a la fatiga y a una disminución de la sensibilidad. Ejemplos incluyen receptores en la cápsula articular, husos musculares, Corpúsculos de Pasini y receptores pilosos. Los quimiorreceptores y los receptores del dolor pueden no adaptarse completamente, permaneciendo sensibles a los estímulos.

Los receptores se adaptan a los estímulos ya sea volviéndose menos sensibles o acomodando el estímulo. Si los receptores del dolor no se adaptan, la sensación de dolor continúa aumentando a medida que la señal viaja al cerebro. En contraste, los quimiorreceptores se adaptan rápidamente, lo que nos permite comer sin sentirnos abrumados por el sabor de la comida.

Los corpúsculos de Pacini tienen propiedades viscoelásticas debido a sus múltiples capas. Cuando se aplica fuerza a un lado, las capas transmiten la fuerza a la fibra nerviosa, gracias al componente viscoso. Esta distribución de fuerza lleva a la cesación del potencial de acción, demostrando adaptación.

Receptores como los corpúsculos de Pacini se adaptan a través de la desensibilización al cerrar gradualmente los canales de sodio, lo que lleva a la cesación de la estimulación. Por otro lado, los receptores de adaptación lenta continúan transmitiendo señales al cerebro mientras persiste el estímulo, mostrando acomodación.

Diferentes receptores, como los del aparato vestibular y los cuerpos carotídeos, desempeñan roles cruciales en la percepción sensorial. Mientras que algunos receptores persisten en señalar dolor hasta que cesa el estímulo, otros detectan rápidamente cambios en la intensidad del estímulo, ayudando en la respuesta rápida a los cambios corporales.

Las fibras nerviosas se clasifican en tipos mielinizados y amielinizados según el diámetro y la velocidad de conducción. Las fibras mielinizadas tienen un diámetro que va de 5 a 20 micrómetros y conducen señales a velocidades de 0.5 a 120 metros por segundo. Comprender esta clasificación es esencial para comprender las funciones de los receptores.

Los nervios se clasifican en tipos alfa, beta, gamma y delta, con subdivisiones adicionales en nervios sensoriales. El primer tipo se divide en A y B, mientras que el tipo 4 es específico de los nervios motores. Los tipos 1-3 están relacionados con funciones sensoriales y motoras, afectando la intensidad de transmisión de señales, la formación espacial y temporal.

La intensidad de la señal varía en función del número de fibras estimuladas. Pocas fibras resultan en un estímulo débil, mientras que la estimulación mayoritaria de un solo nervio produce un estímulo fuerte. La suma temporal implica múltiples nervios e impulsos, aumentando la intensidad de la señal.

El procesamiento de señales implica el soma, dendritas, axones y sinapsis. El campo de estimulación determina las fibras nerviosas activadas. La facilitación sináptica mejora la estimulación al apoyar y estimular otros nervios. La divergencia y convergencia juegan roles en la propagación de señales y excitación de neuronas.

La transmisión sináptica requiere múltiples botones sinápticos para la descarga de neuronas. La estimulación facilitada ocurre cuando los botones en exceso estimulan otros nervios. La divergencia dispersa señales débiles a múltiples fibras, mientras que la convergencia combina señales de diferentes fuentes para excitar una neurona.

La convergencia implica múltiples fuentes excitando una neurona, ayudando en el procesamiento de la información. La divergencia distribuye señales débiles a múltiples fibras, mejorando la propagación de la señal. Estos mecanismos son cruciales para que el sistema nervioso central procese y clasifique varios tipos de información.

Las post-descargas neuronales implican la excitación de la pierna derecha y la inhibición de la pierna izquierda. Estas post-descargas pueden durar desde milisegundos hasta minutos después de que termina la señal de entrada. La entrada de la señal estimula una conexión sináptica, lo que lleva a señales sostenidas que duran muchos milisegundos. Este circuito de reverberación consta de cuatro tipos, cada uno con características únicas.

Los cuatro tipos de circuitos neuronales incluyen: 1. Fibra de salida que envía una fibra nerviosa colateral a sus propias dendritas para autoestimulación. 2. Descarga retardada debido a señales de retroalimentación, extendiendo la duración de la post-descarga. 3. Circuitos complejos con fibras de facilitación e inhibición que afectan la fuerza de la señal. 4. La fuerza total de la señal de reverberación depende de todas las fibras participantes, con señales débiles o potentes basadas en el nivel de participación.

La prolongación de la señal está influenciada por la facilitación y la inhibición, donde la facilitación aumenta la duración de la señal, mientras que la inhibición la acorta. Los circuitos neuronales pueden emitir señales continuas debido a la excitabilidad neuronal intrínseca o a entradas excitatorias continuas en grupos reverberantes, mejorando o reduciendo la salida de la señal en consecuencia.

El sistema nervioso autónomo utiliza señales rítmicas continuas para controlar funciones como el tono vascular, la actividad intestinal, la contracción del iris y la frecuencia cardíaca. Estas señales rítmicas son comparables a las vistas en un electrocardiograma, aunque con ligeras variaciones. Por ejemplo, el cuerpo carotídeo responde a la disminución de los niveles de oxígeno arterial ajustando tanto la frecuencia cardíaca como la respiración.

La amplitud de la señal respiratoria rítmica de salida aumenta progresivamente, lo que lleva a la inestabilidad y estabilidad en los circuitos neuronales. Las señales excitatorias pueden desencadenar una excitación cerebral generalizada, potencialmente causando señales reverberantes incontroladas y resultando en epilepsia. El sistema nervioso previene esto a través de circuitos inhibitorios y fatiga sináptica.

Los circuitos inhibitorios en las vías neuronales incluyen la inhibición de retroalimentación desde los extremos terminales hasta las neuronas excitatorias iniciales y el control inhibitorio global por parte de grupos neuronales sobre regiones cerebrales generalizadas. Las neuronas que secretan GABA o acetilcolina desempeñan roles cruciales en la formación de circuitos inhibitorios.

La fatiga sináptica ocurre debido a la disminución de la sensibilidad en las respuestas reflejas, donde los intervalos sucesivos de reflejo flexor conducen a una reducción de la intensidad en las respuestas posteriores. Esta fatiga se atribuye a la utilización excesiva de neurotransmisores, la saturación de receptores de proteínas y la posterior eliminación de proteínas.

Las proteínas en las sinapsis constantemente reciben neurotransmisores, desencadenando potenciales de acción. Sin embargo, la unión excesiva de neurotransmisores satura los receptores de proteínas, lo que lleva a su inactivación y eventual eliminación. Este proceso afecta la eficiencia de la neurotransmisión y la generación de potenciales de acción.