Como se ha descrito brevemente en el capítulo anterior, los neurotransmisores son señales químicas liberadas desde las terminales nerviosas presinápticas hacia la hendidura sináptica. La posterior unión de los neurotransmisores a receptores específicos en las neuronas postsinápticas (u otras clases de células diana) cambia transitoriamente las propiedades eléctricas de las células diana, dando lugar a una enorme variedad de efectos postsinápticos (véanse los capítulos 7 y 8).
La noción de que la información eléctrica puede transferirse de una neurona a la siguiente por medio de señales químicas fue objeto de un intenso debate durante la primera mitad del siglo XX. Un experimento clave que apoyó esta idea fue realizado en 1926 por el fisiólogo alemán Otto Loewi. A partir de una idea que supuestamente se le ocurrió en mitad de la noche, Loewi demostró que la estimulación eléctrica del nervio vago ralentiza los latidos del corazón mediante la liberación de una señal química. Aisló y perfundió los corazones de dos ranas, controlando el ritmo de sus latidos (figura 6.1). El objetivo de su experimento era recoger el perfusato que fluía por el corazón estimulado y transferirlo al segundo corazón. Aunque el segundo corazón no había sido estimulado, sus latidos también se ralentizaron, lo que demuestra que el nervio vago regula la frecuencia cardíaca liberando una sustancia química que se acumula en el perfusato. El agente, que en un principio se denominaba «sustancia vaga», se demostró posteriormente que era la acetilcolina (ACh), que a lo largo de los años se ha convertido en el neurotransmisor más estudiado. La ACh actúa no sólo en el corazón, sino también en una variedad de objetivos postsinápticos en los sistemas nerviosos central y periférico, sobre todo en la unión neuromuscular de los músculos estriados y en el sistema motor visceral (véanse los capítulos 5 y 21).
Figura 6.1
Experimento de Loewi que demuestra la neurotransmisión química. (A) Diagrama del montaje experimental. (B) Cuando se estimuló el nervio vago del corazón de una rana aislada, la frecuencia cardíaca disminuyó (panel superior). Si el líquido de perfusión del corazón estimulado (más…)
A lo largo de los años, han surgido una serie de criterios formales que identifican definitivamente una sustancia como un neurotransmisor (Cuadro A). No obstante, la identificación de los neurotransmisores activos en una sinapsis concreta sigue siendo una tarea difícil y, en el caso de muchas sinapsis (especialmente en el cerebro), la naturaleza del neurotransmisor no está bien establecida. Las sustancias que no cumplen todos los criterios señalados en el recuadro A se denominan neurotransmisores «putativos».
Cuadro A
Criterios que definen un neurotransmisor.
Las características distintivas de los neurotransmisores, en comparación con otras moléculas de señalización, se aclaran al compararlas con las acciones de las hormonas secretadas por el sistema endocrino. Las hormonas suelen influir en células diana muy alejadas de la célula que las segrega (véase el capítulo 8). Esta «acción a distancia» se consigue mediante la liberación de hormonas en el torrente sanguíneo. En cambio, la distancia a la que actúan los neurotransmisores es minúscula. En muchas sinapsis, los transmisores se unen sólo a los receptores de la célula postsináptica que subyace directamente a la terminal presináptica (Figura 6.2A); en estos casos, el transmisor actúa a distancias inferiores a un micrómetro. Incluso cuando los neurotransmisores se difunden localmente para alterar las propiedades eléctricas de múltiples células postsinápticas (y a veces presinápticas) en las proximidades (Figura 6.2B), sólo actúan en distancias de decenas a cientos de micrómetros. Aunque los procesos axonales alargados de las neuronas permiten que los neurotransmisores se liberen hasta un metro de distancia del cuerpo celular neuronal, estos transmisores siguen actuando sólo cerca del sitio presináptico de liberación (Figura 6.2C).
Figura 6.2
Localización de la acción de los neurotransmisores. Los neurotransmisores en general actúan de forma local (A), alterando la excitabilidad eléctrica de una pequeña región de una sola célula postsináptica, o de forma más difusa (B), alterando la excitabilidad eléctrica de una (más…)
Aunque la distinción entre neurotransmisores y hormonas es generalmente clara, una sustancia puede actuar como neurotransmisor en una región del cerebro mientras sirve como hormona en otra parte. Por ejemplo, la vasopresina y la oxitocina, dos hormonas peptídicas que se liberan en la circulación desde la hipófisis posterior, también funcionan como neurotransmisores en una serie de sinapsis centrales. Otros péptidos también actúan como hormonas y neurotransmisores.