Unión neuroefectora

Una unión neuroefectora es un sitio donde una neurona motora libera un neurotransmisor para afectar a una célula diana (no neuronal). Esta unión funciona como una sinapsis . Sin embargo, a diferencia de la mayoría de las neuronas, las neuronas motoras eferentes somáticas inervan el músculo esquelético y siempre son excitatorias. Las neuronas eferentes viscerales inervan el músculo liso, el músculo cardíaco y las glándulas, y pueden ser excitatorias o inhibitorias. Las uniones neuroefectoras se conocen como uniones neuromusculares cuando la célula diana es una fibra muscular.

La transmisión no sináptica es característica de las uniones neuroefectoras autonómicas. La estructura de la unión neuromuscular autonómica consta de varias características esenciales, entre ellas: las porciones terminales de las fibras nerviosas autonómicas son varicosas y móviles, liberándose los neurotransmisores "en tránsito" desde distancias variables de las células efectoras; si bien no existe una especialización postsináptica estructural en las células efectoras, los receptores de neurotransmisores se acumulan en las membranas celulares en las uniones cercanas. Los efectores musculares son haces, en lugar de células musculares lisas individuales, que están conectadas por uniones comunicantes que permiten la propagación electrotónica de la actividad entre las células. Los nervios autonómicos utilizan una multiplicidad de neurotransmisores, y a menudo se produce cotransmisión, que implica acciones sinérgicas de los cotransmisores, aunque también tiene lugar la neuromodulación pre y postsináptica de la liberación de neurotransmisores. Se sugiere que el control neural autonómico de las células inmunitarias, epiteliales y endoteliales también implica transmisión no sináptica. ^{[ 1 ]}

Estas son uniones estrechas, pero en el sistema nervioso autónomo y el sistema nervioso entérico, las uniones de conexión se vuelven mucho más laxas, lo que facilita la difusión. Esta laxitud permite una recepción de señales más amplia, mientras que en las uniones más estrechas se metabolizan o degradan más neurotransmisores. En los músculos esqueléticos, las uniones suelen tener la misma distancia y tamaño, ya que inervan estructuras bien definidas de las fibras musculares. Sin embargo, en el sistema nervioso autónomo, estas uniones neuromusculares están mucho menos definidas.

El análisis de la transmisión no noradrenérgica/no colinérgica (NANC) en varicosidades o dilataciones individuales indica que las sinapsis individuales poseen diferentes probabilidades de secreción de neurotransmisor, así como diferentes conjuntos de autorreceptores y mezclas de subunidades receptoras postsinápticas. Por lo tanto, se produce una determinación local de las propiedades cuantitativas de las sinapsis individuales. ^{[ 2 ]}

Las terminaciones nerviosas son la parte terminal del axón, repleta de neurotransmisores, y son el lugar desde donde se liberan. Las terminaciones nerviosas pueden presentar diferentes formas en distintos tejidos. En el sistema nervioso central (SNC) , se observan como botones; en el músculo estriado, como placas terminales; y en muchos tejidos, incluido el intestino, como varicosidades. Tanto los botones como las placas terminales y las varicosidades funcionan para almacenar y liberar neurotransmisores. En muchos tejidos periféricos, el axón varicoso se ramifica en su trayecto proximal y está cubierto por una vaina de Schwann, que se interrumpe y finalmente se pierde en su parte más terminal. Los axones preterminales amielínicos, con ramas varicosas muy largas, se presentan en pequeños haces axónicos, mientras que los axones terminales varicosos se presentan como axones aislados. Los pequeños haces axónicos discurren paralelos a los haces musculares y entre ellos, y los axones varicosos que pasan por el intestino son la principal fuente de inervación de los haces musculares lisos intestinales.

Los receptores postsinápticos no sinápticos son principalmente receptores metabotrópicos acoplados a proteínas G que producen una respuesta más lenta. Incluyen receptores metabotrópicos para los neurotransmisores clásicos, monoaminas , norepinefrina , purinas y péptidos . ^{[ 3 ]} Los receptores postsinápticos también incluyen algunos receptores ionotrópicos, como los receptores nicotínicos en el sistema nervioso central (SNC) y el sistema nervioso autónomo (SNA).

La transmisión de unión no sináptica es el único modo de transmisión que involucra las varicosidades que no muestran contactos sinápticos e incluye casi todas las terminaciones nerviosas cuyo objetivo no es una neurona. La mayoría de los músculos lisos exhiben potenciales de unión rápidos y lentos, generalmente mediados por diferentes clases de receptores metabotrópicos con cinéticas diferentes. ^{[ 4 ]}

La neurotransmisión de unión estrecha se caracteriza por un contacto estrecho, similar al de una sinapsis, entre el sitio de liberación presináptica y los receptores postsinápticos. Sin embargo, a diferencia de la sinapsis, el espacio de unión está abierto al espacio extravascular; el sitio de liberación presináptica carece de las características distintivas de la zona activa presináptica y de la liberación de los neurotransmisores solubles; y los receptores postsinápticos incluyen receptores metabotrópicos o receptores ionotrópicos de acción más lenta .

Casi todos los tejidos que presentan neurotransmisión de unión estrecha también muestran neurotransmisión de unión amplia. Por lo tanto, la transmisión de unión amplia se ha descrito en muchos músculos lisos, como el conducto deferente , la vejiga urinaria, los vasos sanguíneos, el intestino, así como en los sistemas nerviosos, incluyendo el SNE, los ganglios autónomos y el SNC. ^{[ 5 ]}

El control de los movimientos gastrointestinales (GI) por las motoneuronas entéricas es fundamental para el procesamiento ordenado de los alimentos, la absorción de nutrientes y la eliminación de desechos. Las uniones neuroefectoras en la túnica muscular podrían consistir en conectividad similar a la sináptica con células especializadas y contribuciones de múltiples tipos celulares en respuestas postsinápticas integradas. Las células intersticiales de Cajal (CIC) , células no musculares de origen mesenquimal , se propusieron como posibles mediadoras en la neurotransmisión motora. Las uniones neuromusculares en los músculos lisos GI pueden reflejar la inervación y las respuestas postsinápticas de las tres clases de células postsinápticas. La transducción de señales de neurotransmisores por las células CIC y la activación de conductancias iónicas se conducirían electrónicamente a través de uniones comunicantes a las células musculares lisas circundantes e influirían en la excitabilidad de los tejidos. ^{[ 6 ]}

En el sistema nervioso periférico , la transmisión local en las uniones nerviosas se reconoció a finales de la década de 1960 y principios de la de 1970. Hasta entonces, se creía que toda neurotransmisión química implicaba sinapsis y que la inervación de un tejido era sinónimo de la existencia de una sinapsis. Posteriormente, se observó que en las uniones neuromusculares del músculo liso en el intestino y otras uniones neuroefectoras autonómicas periféricas, la neurotransmisión tiene lugar en ausencia de sinapsis, y se sugirió que en estos sitios la neurotransmisión implicaba transmisión no sináptica. En consecuencia, las terminaciones nerviosas liberan sus neurotransmisores en el espacio extracelular de forma similar a la secreción paracrina . Las células diana afectadas por un neurotransmisor liberado localmente, aunque se encuentren a cientos o miles de nanómetros del sitio de liberación, se consideran inervadas. ^{[ 7 ]}

Los axones varicosos se visualizaron por primera vez para terminales adrenérgicas utilizando la histoquímica de fluorescencia descrita por Falck y colegas. ^{[ 8 ]}

Estos axones varicosos se asemejan a collares de perlas con varicosidades de 0,5 a 2,0 μm de diámetro y de 1 a 3 μm de longitud, separadas por axones intervaricosidad de 0,1 a 0,2 μm de diámetro. Las varicosidades se presentan a intervalos de 2 a 10 μm, y se ha estimado que un solo axón adrenérgico puede tener más de 25 000 varicosidades en su extremo terminal. También existen dos tipos de contactos, denominados contactos grandes y pequeños, respectivamente. En los contactos grandes, las varicosidades desnudas y los músculos lisos estaban separados por ~60  nm, mientras que en los contactos pequeños la separación era de ~400  nm. En general, el espacio de unión no sináptica entre el sitio de liberación neural y los receptores postsinápticos puede mostrar grados variables de separación entre el sitio de liberación en el terminal nervioso presináptico y los receptores postsinápticos en la célula diana. ^{[ 5 ]}

El descubrimiento de la transmisión NANC inhibitoria y excitatoria, así como el hecho de que dicha transmisión debe considerarse como ocurriendo en células de músculo liso acopladas entre sí en un sistema eléctrico, los nervios postganglionares autónomos terminan en ramas colaterales, cada una de las cuales posee un orden que da lugar a un potencial de acción dependiente del calcio . ^{[ 2 ]}

Las uniones neuromusculares en los músculos lisos gastrointestinales (GI) pueden reflejar la inervación y las respuestas postsinápticas de las tres clases de células postsinápticas. La transducción de señales de neurotransmisores por las células ICC y la activación de conductancias iónicas se llevarían a cabo electrónicamente a través de uniones comunicantes hacia las células musculares lisas circundantes e influirían en la excitabilidad. ^{[ 6 ]}

Los estudios no descartan la posibilidad de una neurotransmisión excitatoria paralela hacia las células del plexo muscular profundo (CMP-D ) y las células del músculo liso. Diferentes células pueden utilizar diferentes receptores y moléculas de señalización. Las CMP están inervadas y los neurotransmisores alcanzan concentraciones suficientemente altas como para activar las vías de señalización postsinápticas en las CMP. Si las CMP son importantes intermediarias en la neurotransmisión motora, entonces la pérdida de estas células podría reducir la comunicación entre el sistema nervioso entérico y el sincitio del músculo liso, lo que resultaría en una menor regulación neural de la motilidad. ^{[ 6 ]}

En estudios pioneros se demostró inequívocamente que la inervación de los músculos lisos se produce mediante terminaciones nerviosas varicosas. Sin embargo, no fue hasta la llegada del microscopio electrónico que pudimos obtener una visión completa de la relación entre estas terminaciones varicosas y el músculo liso. ^{[ 9 ]}

Además de la activación de los canales de K+ por NO , algunos autores han sugerido que los canales de Cl− activados por Ca2+ , que son activos en condiciones basales, pueden suprimirse como parte de la respuesta postsináptica al NO. Estos estudios no excluyen la posibilidad de una neurotransmisión excitatoria paralela a las células ICC-DMP y de músculo liso. Diferentes células pueden utilizar diferentes receptores y moléculas de señalización. Estos hallazgos indican que las ICC están inervadas y que los neurotransmisores alcanzan concentraciones suficientemente altas como para activar las vías de señalización postsináptica en las ICC. No hay razón para asumir a priori que las respuestas a los neurotransmisores liberados por las neuronas y las sustancias transmisoras exógenas estén mediadas por las mismas células, receptores o vías de señalización postsináptica (de transducción). Los neurotransmisores liberados por las varicosidades pueden estar espacialmente limitados a poblaciones específicas de receptores, mientras que los neurotransmisores añadidos a los baños de órganos pueden unirse a receptores en una variedad de células. ^{[ 6 ]}

La transmisión no sináptica es característica de las uniones neuroefectoras autonómicas. Las características esenciales son que: las porciones terminales de las fibras nerviosas autonómicas son varicosas y móviles; los transmisores se liberan desde las varicosidades a distancias variables de las células efectoras; y aunque no hay especialización postsináptica estructural en las células efectoras, los receptores de neurotransmisores se acumulan en las membranas celulares en las uniones cercanas. Además del músculo liso, el control neural autonómico de las células inmunitarias, epiteliales y endoteliales también implica transmisión no sináptica. ^{[ 1 ]} Los efectores del músculo liso son haces en lugar de células individuales, que están conectados por uniones comunicantes que permiten la propagación electrotónica de la actividad entre las células. Muchas células de músculo liso en una sección transversal a través de un haz muscular muestran regiones de aposición muy cercana a las células adyacentes en las que las conexinas forman uniones entre las células. A diferencia del músculo cardíaco, donde las uniones comunicantes se limitan a los extremos de los miocitos cardíacos , las uniones comunicantes del músculo liso se producen a lo largo de la longitud de las células musculares, así como hacia sus extremos. Existen pequeños haces de tres a siete axones varicosos, parcial o totalmente envueltos en la vaina de las células de Schwann , tanto en la superficie del músculo como en el interior de los haces musculares lisos. Además, se pueden encontrar axones varicosos aislados en la superficie y en el interior de los haces musculares, que se despojan de las células de Schwann en la zona de contacto entre las varicosas y las células musculares lisas.

La zona activa de las varicosidades simpáticas individuales, delimitada por una alta concentración de sintaxina, ocupa un área en la membrana presináptica de aproximadamente 0,2 μm² ^; esto genera un espacio sináptico entre la zona activa presináptica y las membranas postsinápticas que varía entre 50 y 100  nm. La membrana postsináptica debajo de la varicosidad puede presentar una zona de aproximadamente 1 μm² ^con receptores purinérgicos P2X1 de alta densidad, aunque no siempre es así. Un impulso nervioso produce un aumento transitorio de la concentración de calcio en cada varicosidad, principalmente debido a la apertura de los canales de calcio de tipo N, así como un aumento menor en las regiones intervaricosas. La probabilidad de secreción de una varicosidad puede depender del número de secretosomas que posea dicha varicosidad, donde un secretosoma es un complejo formado por sintaxina , sinaptotagmina , un canal de calcio de tipo N y una vesícula sináptica.

Los nervios autónomos utilizan múltiples neurotransmisores y se produce cotransmisión , que a menudo implica acciones sinérgicas de los cotransmisores, aunque también tiene lugar neuromodulación pre y postsináptica de la liberación de neurotransmisores. La cotransmisión sin almacenamiento conjunto se produce en los nervios parasimpáticos, donde las terminaciones que presentan tinción para el transportador vesicular de acetilcolina también pueden contener óxido nítrico sintasa, lo que sugiere que liberan NO como neurotransmisor gaseoso.

^{Los transitorios de Ca2 +} neuroefectores (NCT) se han utilizado para detectar la liberación empaquetada del neurotransmisor ATP que actúa sobre los receptores P2X postsinápticos para causar el influjo de Ca2 ⁺ . El ATP liberado de las varicosidades es modulado por la liberación concomitante de noradrenalina que actúa sobre las varicosidades a través de los receptores α2-adrenérgicos para disminuir el influjo de iones de calcio que acompaña al impulso nervioso. ^{[ 9 ]} Los NCT también pueden utilizarse para detectar los efectos locales de la noradrenalina a través de sus efectos autoinhibitorios presinápticos mediados por los receptores α2-adrenérgicos sobre la concentración de Ca2 ⁺ en la terminal nerviosa y la probabilidad de exocitosis (medida mediante el recuento de NCT). Existe evidencia de que la exocitosis de las varicosidades simpáticas depende de su historial, y que la liberación de un paquete de ATP suprime transitoriamente (o predice la supresión transitoria de) la liberación posterior. La escasez de NCT que ocurren con una diferencia de 5 segundos entre sí indica que la exocitosis de una varicosidad suprime transitoriamente la probabilidad de liberación desde esa varicosidad. Esto podría deberse a la autoinhibición (por la acción prejunccional de la noradrenalina o las purinas) o a una escasez transitoria de vesículas disponibles para su liberación. ^{[ 10 ]}

La liberación de ATP (y por lo tanto la liberación de noradrenalina, si hay una coliberación estricta) es altamente intermitente en estas uniones (Brain et al. 2002), con una probabilidad de que un potencial de acción dado evoque la liberación de una varicosidad dada de solo 0,019. Si hay n varicosidades dentro del rango de difusión de una varicosidad particular, podemos considerar el número de tales varicosidades que podrían necesitar estar presentes para que, en promedio (usando P =0,5 para dar el valor mediano), el neurotransmisor se libere localmente. Durante un tren de cinco impulsos, suponiendo que el último impulso en el tren no puede autoinhibir el influjo de Ca ²⁺ durante el tren, el valor esperado de n se puede encontrar resolviendo [(1 − 0,019) ⁴ⁿ ] =(1 − 0,5), es decir, la probabilidad de que no habrá liberación local, dado n varicosidades dentro del rango de difusión. Esto es n = [ln(0,5)/ln(0,981)]/4, o n≈9. Si la densidad de varicosidades es de alrededor de 2,2 por 1000 μm³ ^, este número de varicosidades debería ocurrir dentro de un rango promedio (radio) de aproximadamente 10 μm (observando que dentro de dicho radio hay un volumen de tejido de aproximadamente 4200 μm³ ⁾ . Por lo tanto, incluso en presencia de una liberación de noradrenalina altamente intermitente, se esperaría que la varicosidad promedio en este órgano estuviera dentro de 10 μm de un paquete liberado de noradrenalina en algún momento durante un tren de estímulos de cinco impulsos (excluyendo el último impulso).

La transmisión de la unión se mide en segundos o minutos. La evolución temporal del potencial de unión se ha dividido en dos categorías observadas con mayor frecuencia, que representan transmisiones de unión "estrechas" y "amplias". La transmisión de unión "estrecha" se asocia con un potencial de unión rápido, mientras que la transmisión de unión "amplia" se asocia con un potencial de unión lento . Los potenciales eléctricos lentos alcanzan un pico en aproximadamente 150 ms y luego disminuyen con una constante de tiempo de entre 250 y 500 ms. Estas respuestas suelen durar de varios segundos a minutos y pueden ser despolarizantes y excitatorias, o hiperpolarizantes e inhibitorias, y se han denominado EJP lento o IJP lento, respectivamente. ^{[ 5 ]}

En los últimos 20 años, numerosos estudios han aportado evidencia de que las células intersticiales de Cajal (CIC): (i) funcionan como células marcapasos con corrientes iónicas únicas que generan ondas lentas eléctricas en los músculos gastrointestinales; (ii) proporcionan una vía para la propagación activa de ondas lentas en los órganos gastrointestinales; (iii) expresan receptores, mecanismos de transducción y conductancias iónicas que les permiten mediar respuestas postsinápticas a la neurotransmisión motora entérica; (iv) regulan la excitabilidad del músculo liso contribuyendo al potencial de reposo y afectando la conductancia sincitial; y (v) manifiestan funciones de receptores de estiramiento que regulan la excitabilidad y la frecuencia de las ondas lentas. ^{[ 6 ]}

Si este canal está abierto, los cambios de conductancia en la célula se reflejan en el músculo liso; las respuestas integradas postsinápticas son desencadenadas por las uniones neuroefectoras y las células intersticiales.

Según su localización anatómica y función, se han descrito dos tipos principales de ICC: ICC mientéricas (ICC-MY) e ICC intramusculares (ICC-IM). Las ICC-MY se encuentran alrededor del plexo mientérico y se consideran células marcapasos para las ondas lentas en las células del músculo liso. Estudios de imagen de calcio en el colon han demostrado que las ICC-MY están inervadas por terminaciones nerviosas nitrérgicas y colinérgicas , aunque la naturaleza de los contactos no se ha definido con precisión. Las ICC-IM se localizan entre las células del músculo liso. Se ha descrito que los nervios entéricos establecen contactos sinápticos con las ICC-IM. Estos contactos incluyen áreas de revestimiento electrodenso en la cara interna de la membrana varicosa, sin densidad postsináptica en la membrana de las ICC. No se han descrito contactos similares entre los nervios y los músculos lisos. Si las ICC son importantes intermediarias en la neurotransmisión motora, la pérdida de estas células podría reducir la comunicación entre el sistema nervioso entérico y el sincitio del músculo liso, lo que resultaría en una menor regulación neural de la motilidad. ^{[ 5 ]}

Los neurotransmisores excitatorios e inhibitorios clásicos se concentran y liberan desde neurovesículas ubicadas en las terminaciones nerviosas entéricas o en las regiones varicosas de los nervios motores, mientras que el óxido nítrico probablemente se sintetiza de novo a medida que aumenta la concentración de calcio en las terminaciones nerviosas tras la despolarización de la membrana . Las terminaciones nerviosas entéricas forman sinapsis íntimas con las células intersticiales de Cajal-inferiores (ICC-IM), que se sitúan entre las terminaciones nerviosas y las células musculares lisas vecinas. Las ICC-IM desempeñan un papel fundamental en la recepción y transducción de la neurotransmisión excitatoria colinérgica e inhibitoria nitrérgica. Las ICC-IM forman uniones comunicantes con las células musculares lisas y las respuestas eléctricas postsinápticas generadas en las ICC se conducen al sincitio muscular liso. Mediante este contacto, las ICC pueden regular las respuestas neuromusculares observadas en todo el tracto gastrointestinal. Evidencia morfológica reciente, utilizando métodos de rastreo anterógrado, ha mostrado una estrecha aposición entre las aferencias vagales y espinales y las ICC-IM dentro de la pared del estómago (Fig. 5) y su ausencia en animales mutantes que carecen de ICC-IM también apoya un papel para las ICC-IM como posibles integradores de cambios dependientes del estiramiento en serie en este órgano. ^{[ 6 ]}

• Diagrama de una unión neuroefectora simpática