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Autonomic nervous system

The autonomic nervous system ( ANS ), [ 1 ] sometimes called the visceral nervous system and formerly the vegetative nervous system , is a division of the nervous system that op...

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The autonomic nervous system (ANS),[1] sometimes called the visceral nervous system and formerly the vegetative nervous system, is a division of the nervous system that operates internal organs, smooth muscle and glands.[2] The autonomic nervous system is a control system that acts largely unconsciously and regulates bodily functions, such as the heart rate, its force of contraction, digestion, respiratory rate, pupillary response, urination, and sexual arousal.[3] The fight-or-flight response, also known as the acute stress response, is set into action by the autonomic nervous system.[4]

The autonomic nervous system is regulated by integrated reflexes through the brainstem to the spinal cord and organs. These functions include control of respiration, cardiac regulation, vasomotor activity, and certain reflex actions such as coughing, sneezing, swallowing and vomiting. Those are then subdivided into other areas and are also linked to autonomic subsystems and the peripheral nervous system. The hypothalamus, just above the brain stem, acts as an integrator for autonomic functions, receiving autonomic regulatory input from the limbic system.[5]

Although conflicting reports about its subdivisions exist in the literature, the autonomic nervous system has historically been considered a purely motor system, and has been divided into three branches: the sympathetic nervous system, the parasympathetic nervous system, and the enteric nervous system.[6][7]:13[8][9] The enteric nervous system however is a less recognized part of the autonomic nervous system.[10] The sympathetic nervous system is responsible for setting off the fight-or-flight response.[4] The parasympathetic nervous system is responsible for the body's rest and digestion response.[4] In many cases, both of these systems have "opposite" actions where one system activates a physiological response and the other inhibits it. An older simplification of the sympathetic and parasympathetic nervous systems as "excitatory" and "inhibitory" was overturned due to the many exceptions found. A more modern characterization is that the sympathetic nervous system is a "quick response mobilizing system" and the parasympathetic is a "more slowly activated dampening system", but even this has exceptions, such as in sexual arousal and orgasm, wherein both play a role.[5]

There are inhibitory and excitatorysynapses between neurons. A third subsystem of neurons has been named as non-noradrenergic, non-cholinergic transmitters because they use other transmitters such as nitric oxide as a neurotransmitter. These functions are integral in autonomic function, in particular in the gut and the lungs.[11]

Although the ANS is also known as the visceral nervous system and although most of its fibers carry non-somatic information to the CNS, many authors still consider it only connected with the motor side.[12] Most autonomous functions are involuntary but they can often work in conjunction with the somatic nervous system which provides voluntary control. Overall, the ANS ensures the maintenance of vital functions and allows the body to effectively adapt to cycles of stress and recovery.

Structure

Sistema nervioso autónomo, donde se muestran los nervios esplácnicos en el centro y el nervio vago como una "X" en azul. El corazón y los órganos que aparecen en la lista de la derecha se consideran vísceras.

El sistema nervioso autónomo se ha dividido clásicamente en los sistemas nerviosos simpático , parasimpático y entérico . [ 7 ] : 168 [ 13 ] Clasificaciones más modernas reconocen otras redes que son integrales a diferentes órganos, como el sistema nervioso cardíaco intrínseco . [ 14 ]

La división simpática emerge de la médula espinal en las regiones torácica y lumbar , terminando alrededor de L2-3. La división parasimpática tiene una "evolución" craneosacra, lo que significa que las neuronas se originan en los nervios craneales (específicamente el nervio oculomotor , el nervio facial , el nervio glosofaríngeo y el nervio vago ) y la médula espinal sacra (S2-S4). Estas divisiones son distintivas porque requieren una vía eferente secuencial de dos neuronas; la neurona preganglionar debe primero hacer sinapsis con una neurona postganglionar antes de inervar el órgano diana. La neurona preganglionar, o primera, tendrá su cuerpo celular en el sistema nervioso central y hará sinapsis con el cuerpo celular de la neurona postganglionar, o segunda. La neurona postganglionar formará entonces uniones dentro del órgano diana.

División simpática

El sistema nervioso simpático está formado por células cuyos cuerpos se encuentran en la columna gris lateral, desde T1 hasta L2/3. Estos cuerpos celulares son neuronas "GVE" (eferentes viscerales generales) y son las neuronas preganglionares. Existen varios lugares donde las neuronas preganglionares pueden hacer sinapsis con sus neuronas postganglionares :

  1. ganglios cervicales (3)
  2. ganglios torácicos (12) y ganglios lumbares rostrales (2 o 3)
  3. ganglios lumbares caudales y ganglios sacros
  • ganglios prevertebrales (ganglio celíaco, ganglio aorticorrenal, ganglio mesentérico superior, ganglio mesentérico inferior)
  • células cromafines de la médula suprarrenal (esta es la única excepción a la regla de la vía de dos neuronas: la sinapsis es directamente eferente sobre los cuerpos celulares diana).

Estos ganglios proporcionan las neuronas postganglionares a partir de las cuales se produce la inervación de los órganos diana. Ejemplos de nervios esplácnicos (viscerales) son:

Todas ellas contienen también nervios aferentes (sensoriales), conocidos como neuronas GVA (aferentes viscerales generales) .

División parasimpática

El sistema nervioso parasimpático consta de células cuyos cuerpos se encuentran en una de dos ubicaciones: el tronco encefálico (nervios craneales III, VII, IX, X) o la médula espinal sacra (S2, S3, S4). Estas son las neuronas preganglionares, que hacen sinapsis con las neuronas postganglionares en estas ubicaciones:

Estos ganglios proporcionan las neuronas postganglionares a partir de las cuales se produce la inervación de los órganos diana. Algunos ejemplos son:

  • los nervios esplácnicos (viscerales) parasimpáticos posganglionares
  • El nervio vago , que recorre las regiones torácica y abdominal inervando, entre otros órganos, el corazón, los pulmones, el hígado y el estómago.

Sistema nervioso entérico

Desarrollo del sistema nervioso entérico

El desarrollo del sistema nervioso entérico implica la migración de células desde la sección vagal de la cresta neural , que eventualmente pueblan todo el tracto gastrointestinal. [ 15 ] A lo largo del desarrollo, la actividad de la tirosina quinasa desempeña un papel en la formación y regulación de los ganglios entéricos para influir en las ondas lentas , rítmicas y espontáneas del tracto gastrointestinal. [ 15 ]

Estructura del sistema nervioso entérico

El sistema nervioso entérico (SNE) es una división del sistema nervioso autónomo incrustada en las paredes del tracto gastrointestinal. [ 15 ] Con aproximadamente 200 millones de neuronas, el SNE se comunica con el sistema nervioso central mientras regula la función intestinal de forma independiente. [ 15 ] El núcleo de esta estructura consta de dos redes neuronales o plexos principales interconectados: el plexo mientérico (de Auerbach) y el plexo submucoso (de Meissner). [ 15 ] El plexo mientérico se extiende a lo largo de todo el intestino, controlando principalmente la motilidad (movimiento) y las funciones secretomotoras , utilizando óxido nítrico para regular el músculo liso en el SNE. [ 15 ] El plexo submucoso tiene un papel en la regulación secretora al inervar las células endocrinas intestinales y los vasos sanguíneos. [ 15 ]

Sistema nervioso cardíaco intrínseco

El sistema nervioso cardíaco intrínseco (SNCI) , también conocido como el "pequeño cerebro" del corazón, es una compleja red de neuronas y ganglios incrustados en el tejido cardíaco que regula la función cardíaca independientemente del sistema nervioso central . Modula la frecuencia cardíaca , la conducción y la contractilidad cardíaca en respuesta a estímulos locales y externos . [ 16 ] [ 17 ] Forma parte del sistema nervioso autónomo.

Neuronas sensoriales

El sistema sensorial visceral —técnicamente no forma parte del sistema nervioso autónomo— está compuesto por neuronas primarias ubicadas en los ganglios sensoriales craneales: los ganglios geniculado , petroso y nodoso , conectados respectivamente a los nervios craneales VII, IX y X. Estas neuronas sensoriales monitorizan los niveles de dióxido de carbono , oxígeno y glucosa en sangre, la presión arterial y la composición química del contenido estomacal e intestinal. También transmiten el sentido del gusto y del olfato, que, a diferencia de la mayoría de las funciones del SNA, es una percepción consciente. El oxígeno y el dióxido de carbono en sangre son detectados directamente por el cuerpo carotídeo, un pequeño conjunto de quimiorreceptores en la bifurcación de la arteria carótida , inervado por el ganglio petroso (IX). Las neuronas sensoriales primarias se proyectan (hacen sinapsis) sobre neuronas sensoriales viscerales de "segundo orden" ubicadas en el bulbo raquídeo, formando el núcleo del tracto solitario (NTS), que integra toda la información visceral. El NTS también recibe información de un centro quimiosensorial cercano, el área postrema, que detecta toxinas en la sangre y el líquido cefalorraquídeo y es esencial para el vómito inducido químicamente o la aversión gustativa condicionada (la memoria que asegura que un animal que ha sido envenenado por un alimento nunca lo vuelva a tocar). Toda esta información sensorial visceral modula de forma constante e inconsciente la actividad de las motoneuronas del SNA.

Inervación

Los nervios autónomos se dirigen a los órganos de todo el cuerpo. La mayoría de los órganos reciben inervación parasimpática del nervio vago e inervación simpática de los nervios esplácnicos . La parte sensitiva de estos últimos llega a la columna vertebral en ciertos segmentos espinales . El dolor en cualquier órgano interno se percibe como dolor referido , más específicamente como dolor proveniente del dermatoma correspondiente al segmento espinal. [ 18 ]

Motor neurons

Motor neurons of the autonomic nervous system are found in "autonomic ganglia". Those of the parasympathetic branch are located close to the target organ whilst the ganglia of the sympathetic branch are located close to the spinal cord.

The sympathetic ganglia here, are found in two chains: the pre-vertebral and pre-aortic chains. The activity of autonomic ganglionic neurons is modulated by "preganglionic neurons" located in the central nervous system. Preganglionic sympathetic neurons are located in the spinal cord, at the thorax and upper lumbar levels. Preganglionic parasympathetic neurons are found in the medulla oblongata where they form visceral motor nuclei; the dorsal motor nucleus of the vagus nerve; the nucleus ambiguus, the salivatory nuclei, and in the sacral region of the spinal cord.

Function

Function of the autonomic nervous system[20]

Los sistemas simpático y parasimpático suelen funcionar en oposición. Sin embargo, esta oposición se describe mejor como complementaria que antagónica. A modo de analogía, podemos considerar el sistema simpático como el acelerador y el parasimpático como el freno. El sistema simpático suele intervenir en acciones que requieren respuestas rápidas, mientras que el parasimpático interviene en acciones que no requieren una reacción inmediata. El sistema simpático se suele considerar el sistema de " lucha o huida ", mientras que el parasimpático se suele considerar el sistema de "descanso y digestión" o "alimentación y reproducción".

Sin embargo, muchos casos de actividad simpática y parasimpática no pueden atribuirse a situaciones de "lucha" o "descanso". Por ejemplo, levantarse de una posición reclinada o sentada implicaría una caída insostenible de la presión arterial si no fuera por un aumento compensatorio del tono simpático arterial. Otro ejemplo es la modulación constante, segundo a segundo, de la frecuencia cardíaca por influencias simpáticas y parasimpáticas, en función de los ciclos respiratorios. En general, estos dos sistemas deben considerarse como moduladores permanentes de las funciones vitales, generalmente de forma antagónica, para lograr la homeostasis . Los organismos superiores mantienen su integridad mediante la homeostasis, que se basa en la regulación por retroalimentación negativa que, a su vez, suele depender del sistema nervioso autónomo. [ 21 ] A continuación se enumeran algunas acciones típicas de los sistemas nerviosos simpático y parasimpático . [ 22 ]

Sistema nervioso simpático

Promueve una respuesta de lucha o huida , se corresponde con la excitación y la generación de energía, e inhibe la digestión.

The pattern of innervation of the sweat gland—namely, the postganglionicsympathetic nerve fibers—allows clinicians and researchers to use sudomotor function testing to assess dysfunction of the autonomic nervous systems, through electrochemical skin conductance.

Parasympathetic nervous system

The parasympathetic nervous system has been said to promote a "rest and digest" response, promotes calming of the nerves return to regular function, and enhancing digestion. Functions of nerves within the parasympathetic nervous system include:

  • Dilating blood vessels leading to the GI tract, increasing the blood flow.
  • Constricting the bronchiolar diameter when the need for oxygen has diminished
  • Dedicated cardiac branches of the vagus and thoracic spinal accessory nerves impart parasympathetic control of the heart (myocardium)
  • Constriction of the pupil and contraction of the ciliary muscles, facilitating accommodation and allowing for closer vision
  • Stimulating salivary gland secretion, and accelerates peristalsis, mediating digestion of food and, indirectly, the absorption of nutrients
  • Sexual. Nerves of the peripheral nervous system are involved in the erection of genital tissues via the pelvic splanchnic nerves 2–4. They are also responsible for stimulating sexual arousal.

Enteric nervous system

The enteric nervous system is the intrinsic nervous system of the gastrointestinal system. It has been described as the "second brain of the human body".[23] Its functions include:

  • Sensing chemical and mechanical changes in the gut
  • Regulating secretions in the gut
  • Controlling peristalsis and some other movements

Neurotransmitters

A flow diagram showing the process of stimulation of adrenal medulla that makes it release adrenaline, that further acts on adrenoreceptors, indirectly mediating or mimicking sympathetic activity

At the effector organs, sympathetic ganglionic neurons release noradrenaline (norepinephrine), along with other cotransmitters such as ATP, to act on adrenergic receptors, with the exception of the sweat glands and the adrenal medulla:

  • Acetylcholine is the preganglionic neurotransmitter for both divisions of the ANS, as well as the postganglionic neurotransmitter of parasympathetic neurons. Nerves that release acetylcholine are said to be cholinergic. In the parasympathetic system, ganglionic neurons use acetylcholine as a neurotransmitter to stimulate muscarinic receptors.
  • At the adrenal medulla, there is no postsynaptic neuron. Instead, the presynaptic neuron releases acetylcholine to act on nicotinic receptors. Stimulation of the adrenal medulla releases adrenaline (epinephrine) into the bloodstream, which acts on adrenoceptors, thereby indirectly mediating or mimicking sympathetic activity.

A full table is at Table of neurotransmitter actions in the ANS.

Autonomic nervous system and the immune system

Recent studies indicate that ANS activation is critical for regulating the local and systemic immune-inflammatory responses and may influence acute stroke outcomes. Therapeutic approaches modulating the activation of the ANS or the immune-inflammatory response could promote neurologic recovery after stroke.[24]

History

In 1665, Thomas Willis used the terminology, and in 1900, John Newport Langley used the term, defining the two divisions as the sympathetic and parasympathetic nervous systems.[25]

Caffeine effects

La cafeína es un ingrediente bioactivo presente en bebidas de consumo habitual como el café, el té y los refrescos. Entre los efectos fisiológicos a corto plazo de la cafeína se incluyen el aumento de la presión arterial y la activación del sistema nervioso simpático. El consumo habitual de cafeína puede inhibir estos efectos fisiológicos a corto plazo. El consumo de espresso con cafeína aumenta la actividad parasimpática en consumidores habituales de cafeína; sin embargo, el espresso descafeinado la inhibe. Es posible que otros ingredientes bioactivos del espresso descafeinado también contribuyan a la inhibición de la actividad parasimpática en consumidores habituales de cafeína. [ 26 ]

La cafeína es capaz de aumentar la capacidad de trabajo mientras las personas realizan tareas extenuantes. En un estudio, la cafeína provocó una mayor frecuencia cardíaca máxima durante la realización de una tarea extenuante en comparación con un placebo . Esta tendencia probablemente se deba a la capacidad de la cafeína para aumentar la actividad del sistema nervioso simpático. Además, este estudio encontró que la recuperación después del ejercicio intenso fue más lenta cuando se consumió cafeína antes del ejercicio. Este hallazgo indica la tendencia de la cafeína a inhibir la actividad parasimpática en consumidores no habituales. Es probable que el aumento de la actividad nerviosa estimulado por la cafeína provoque otros efectos fisiológicos a medida que el cuerpo intenta mantener la homeostasis . [ 27 ]

Los efectos de la cafeína sobre la actividad parasimpática pueden variar según la posición del individuo al medir las respuestas autonómicas. Un estudio halló que la posición sentada inhibía la actividad autonómica tras el consumo de cafeína (75  mg); sin embargo, la actividad parasimpática aumentaba en posición supina. Este hallazgo podría explicar por qué algunos consumidores habituales de cafeína (75  mg o menos) no experimentan efectos a corto plazo si su rutina requiere permanecer sentados durante muchas horas. Los datos que respaldan el aumento de la actividad parasimpática en posición supina se obtuvieron de un experimento con participantes de entre 25 y 30 años considerados sanos y sedentarios. La cafeína podría influir en la actividad autonómica de forma diferente en personas más activas o de edad avanzada. [ 28 ]

Véase también

Referencias

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