Nodo de Ranvier - Node of Ranvier

Nodo de Ranvier
Gray631.png
Dibujo de un axón de un nervio periférico (etiquetado como "cilindro de eje"), que muestra un nodo de Ranvier junto con otras características
Przewężenie Ranviera.jpg
Los nodos de Ranvier
Detalles
Sistema Sistema nervioso
Localización Mielinizadas axones de un nervio
Identificadores
latín incisura myelini
Malla D011901
TH H2.00.06.2.03015
Términos anatómicos de microanatomía

Los nodos de Ranvier ( / ˌ r ɑː n v i / RAHN -vee- AY , / r ɑː n v i / -⁠ay ), también conocido como lagunas de mielina de la vaina , se producen a lo largo de un mielinizadas axón donde el axolemma está expuesta al espacio extracelular. Los nodos de Ranvier no están aislados y están altamente enriquecidos en canales iónicos , lo que les permite participar en el intercambio de iones necesarios para regenerar el potencial de acción . La conducción nerviosa en los axones mielinizados se conoce como conducción saltatoria (del latín saltare "saltar o saltar") debido a la forma en que el potencial de acción parece "saltar" de un nodo al siguiente a lo largo del axón. Esto da como resultado una conducción más rápida del potencial de acción.

Visión general

Estructura de una neurona típica
Nodo de Ranvier

Muchos axones de vertebrados están rodeados por una vaina de mielina, lo que permite una propagación saltatoria ("saltante") rápida y eficaz de los potenciales de acción. Los contactos entre las neuronas y las células gliales muestran un nivel muy alto de organización espacial y temporal en las fibras mielinizadas. Las células gliales mielinizantes , oligodendrocitos en el sistema nervioso central (SNC) y células de Schwann en el sistema nervioso periférico (SNP), se envuelven alrededor del axón, dejando el axolema relativamente descubierto en los nodos de Ranvier espaciados regularmente.

Las membranas gliales internodales se fusionan para formar mielina compacta , mientras que las asas paranodales de células mielinizantes llenas de citoplasma se envuelven en espiral alrededor del axón a ambos lados de los ganglios. Esta organización exige un estricto control del desarrollo y la formación de una variedad de zonas especializadas de contacto entre diferentes áreas de la membrana celular mielinizante. Cada nodo de Ranvier está flanqueado por regiones paranodales donde los bucles gliales envueltos helicoidalmente se unen a la membrana axonal mediante una unión tipo tabique.

El segmento entre los nodos de Ranvier se denomina entrenudo , y la parte más externa que está en contacto con los paranodos se denomina región yuxtaparanodal. Los ganglios están encapsulados por microvellosidades que provienen de la cara externa de la membrana celular de Schwann en el SNP, o por extensiones perinodales de astrocitos en el SNC.

Estructura

Los entrenudos son los segmentos de mielina y los espacios entre ellos se denominan nodos. El tamaño y la separación de los entrenudos varían con el diámetro de la fibra en una relación curvilínea que se optimiza para la máxima velocidad de conducción. El tamaño de los nodos se extiende entre 1 y 2 µm, mientras que los entrenudos pueden tener hasta (y ocasionalmente incluso más de) 1,5 milímetros de largo, según el diámetro del axón y el tipo de fibra.

La estructura del nodo y las regiones paranodales flanqueantes son distintas de los entrenudos debajo de la vaina de mielina compacta , pero son muy similares en el SNC y el SNP. El axón está expuesto al entorno extracelular en el nodo y su diámetro está restringido. La disminución del tamaño del axón refleja una mayor densidad de empaquetamiento de neurofilamentos en esta región, que están menos fosforilados y se transportan más lentamente. Las vesículas y otros orgánulos también aumentan en los ganglios, lo que sugiere que existe un cuello de botella en el transporte axonal en ambas direcciones, así como en la señalización axonal-glial local.

Cuando se realiza una sección longitudinal a través de una célula de Schwann mielinizante en el nodo, se representan tres segmentos distintivos: el entrenudo estereotípico , la región paranodal y el propio nodo. En la región internodal, la célula de Schwann tiene un collar externo de citoplasma, una vaina de mielina compacta , un collar interno de citoplasma y el axolema. En las regiones paranodales, los bucles del citoplasma paranodal contactan con los engrosamientos del axolema para formar uniones tabicadas. Solo en el ganglio, el axolema entra en contacto con varias microvellosidades de Schwann y contiene una capa base citoesquelética densa.

Diferencias en los sistemas nerviosos central y periférico.

Aunque los estudios de fracturas por congelación han revelado que el axolema nodal tanto en el SNC como en el SNP está enriquecido en partículas intramembranosas (IMP) en comparación con el entrenudo, existen algunas diferencias estructurales que reflejan sus constituyentes celulares. En el SNP, las microvellosidades especializadas se proyectan desde el cuello externo de las células de Schwann y se acercan mucho al axolema nodal de fibras grandes. Las proyecciones de las células de Schwann son perpendiculares al nodo y se irradian desde los axones centrales. Sin embargo, en el SNC, uno o más de los procesos astrocíticos se encuentran cerca de los nodos. Los investigadores declaran que estos procesos provienen de astrocitos multifuncionales, a diferencia de una población de astrocitos dedicada a contactar el nodo. Por otro lado, en el SNP, la lámina basal que rodea a las células de Schwann es continua a través del nodo.

Composición

Los nodos de los intercambiadores Ranvier Na + / Ca2 + y la alta densidad de canales de Na + activados por voltaje que generan potenciales de acción. Un canal de sodio consta de una subunidad α formadora de poros y dos subunidades β accesorias, que anclan el canal a componentes extracelulares e intracelulares. Los nodos de Ranvier en los sistemas nerviosos central y periférico consisten principalmente en subunidades αNaV1.6 y β1. La región extracelular de las subunidades β puede asociarse consigo misma y con otras proteínas, como la tenascina R y las moléculas de adhesión celular neurofascina y contactina. La contactina también está presente en los nodos del SNC y la interacción con esta molécula mejora la expresión superficial de los canales de Na +.

Se ha descubierto que la anquirina está unida a la espectrina βIV, una isoforma de espectrina enriquecida en los nodos de Ranvier y en los segmentos iniciales del axón. Los nodos del SNP están rodeados por microvellosidades de células de Schwann , que contienen ERM y EBP50 que pueden proporcionar una conexión con los microfilamentos de actina. Varias proteínas de la matriz extracelular se enriquecen en los nodos de Ranvier, como tenascina-R , Bral-1 y proteoglicano NG2, así como fosfacano y versicano V2. En los nodos del SNC, las proteínas axonales también incluyen contactina; sin embargo, las microvellosidades de las células de Schwann son reemplazadas por extensiones perinodales de astrocitos .

Organización molecular

La organización molecular de los nodos corresponde a su función especializada en la propagación de impulsos. El nivel de canales de sodio en el nodo frente al entrenudo sugiere que el número de IMP corresponde a los canales de sodio. Los canales de potasio están esencialmente ausentes en el axolema nodal, mientras que están muy concentrados en el axolema paranodal y las membranas celulares de Schwann en el ganglio. La función exacta de los canales de potasio no se ha revelado del todo, pero se sabe que pueden contribuir a la rápida repolarización de los potenciales de acción o desempeñar un papel vital en la amortiguación de los iones de potasio en los nodos. Esta distribución altamente asimétrica de los canales de sodio y potasio dependientes de voltaje contrasta notablemente con su distribución difusa en las fibras amielínicas.

La red filamentosa subyacente a la membrana nodal contiene proteínas citoesqueléticas llamadas espectrina y anquirina . La alta densidad de anquirina en los nodos puede ser funcionalmente significativa porque varias de las proteínas que están pobladas en los nodos comparten la capacidad de unirse a la anquirina con una afinidad extremadamente alta. Todas estas proteínas, incluida la anquirina , están enriquecidas en el segmento inicial de axones, lo que sugiere una relación funcional. Ahora bien, todavía se desconoce la relación de estos componentes moleculares con la agrupación de canales de sodio en los nodos. Aunque se ha informado que algunas moléculas de adhesión celular están presentes en los nodos de manera inconsistente; sin embargo, se sabe que una variedad de otras moléculas están muy pobladas en las membranas gliales de las regiones paranodales, donde contribuyen a su organización e integridad estructural.

Desarrollo

Mielinización de fibras nerviosas

Muchos han observado y estudiado los complejos cambios que sufre la célula de Schwann durante el proceso de mielinización de las fibras nerviosas periféricas. La envoltura inicial del axón ocurre sin interrupción a lo largo de toda la extensión de la célula de Schwann . Este proceso está secuenciado por el plegado de la superficie de la célula de Schwann de modo que se forma una doble membrana de las caras opuestas de la superficie de la célula de Schwann plegada . Esta membrana se estira y se envuelve en espiral una y otra vez a medida que continúa el plegado hacia adentro de la superficie de la célula de Schwann . Como resultado, se determina fácilmente el aumento del grosor de la extensión de la vaina de mielina en su diámetro de sección transversal. También es evidente que cada una de las vueltas consecutivas de la espiral aumenta de tamaño a lo largo del axón a medida que aumenta el número de vueltas. Sin embargo, no está claro si el aumento de la longitud de la vaina de mielina se puede explicar únicamente por el aumento de la longitud del axón cubierto por cada vuelta sucesiva de la espiral, como se explicó anteriormente. En la unión de dos células de Schwann a lo largo de un axón, las direcciones del saliente laminar de las terminaciones de mielina son de sentido opuesto. Esta unión, adyacente a las células de Schwann, constituye la región designada como nodo de Ranvier.

Primeras etapas

Los investigadores demuestran que en el SNC en desarrollo, Nav1.2 se expresa inicialmente en todos los nodos formadores de Ranvier. Al madurar, el Nav1.3 nodal se regula a la baja y se reemplaza por Nav1.6. Naz1.2 también se expresa durante la formación del nodo del SNP, lo que sugiere que el cambio de subtipos del canal de navegación es un fenómeno general en el SNC y el SNP. En esta misma investigación, se demostró que Nav1.6 y Nav1.2 se colocalizan en muchos nodos de Ranvier durante la mielinización temprana. Esto también llevó a la sugerencia de que los primeros grupos de canales Nav1.2 y Nav1.6 están destinados a convertirse más tarde en nodos de Ranvier. También se informa que la neurofascina es una de las primeras proteínas en acumularse en los nuevos nodos de Ranvier. También se encuentra que proporcionan el sitio de nucleación para la unión de anquirina G, canales Nav y otras proteínas. La reciente identificación de la proteína gliomedina de las microvellosidades de las células de Schwann como el probable socio de unión de la neurofascina axonal aporta pruebas sustanciales de la importancia de esta proteína en el reclutamiento de los canales Nav en los nodos de Ranvier. Además, Lambert et al. y Eshed et al. también indica que la neurofascina se acumula antes de los canales Nav y es probable que tenga un papel crucial en los primeros eventos asociados con la formación del nodo de Ranvier. Por lo tanto, pueden existir múltiples mecanismos y trabajar sinérgicamente para facilitar la agrupación de canales de navegación en los nodos de Ranvier.

Formación nodal

El primer evento parece ser la acumulación de moléculas de adhesión celular como NF186 o NrCAM. Las regiones intracelulares de estas moléculas de adhesión celular interactúan con la anquirina G, que sirve como ancla para los canales de sodio. Al mismo tiempo, la extensión periaxonal de la célula glial envuelve el axón, dando lugar a las regiones paranodales. Este movimiento a lo largo del axón contribuye significativamente a la formación general de los nodos de Ranvier al permitir que los heminodos formados en los bordes de las células gliales vecinas se fusionen en nodos completos. Se forman uniones de tipo tabique en los paranodes con el enriquecimiento de NF155 en bucles paranodales gliales. Inmediatamente después de la diferenciación temprana de las regiones nodales y paranodales, los canales de potasio, Caspr2 y TAG1 se acumulan en las regiones yuxta-paranodales. Esta acumulación coincide directamente con la formación de mielina compacta . En las regiones nodales maduras, las interacciones con las proteínas intracelulares parecen vitales para la estabilidad de todas las regiones nodales. En el SNC, los oligodendrocitos no poseen microvellosidades, pero parecen capaces de iniciar la agrupación de algunas proteínas axonales a través de factores secretados. Los efectos combinados de tales factores con los movimientos posteriores generados por la envoltura de la extensión periaxonal de oligodendrocitos podrían explicar la organización de los nodos del SNC de Ranvier.

Función

Potencial de acción

Un potencial de acción es un pico de descarga iónica tanto positiva como negativa que viaja a lo largo de la membrana de una célula. La creación y conducción de potenciales de acción representa un medio fundamental de comunicación en el sistema nervioso. Los potenciales de acción representan inversiones rápidas de voltaje a través de la membrana plasmática de los axones. Estas reversiones rápidas están mediadas por canales iónicos activados por voltaje que se encuentran en la membrana plasmática . El potencial de acción viaja de un lugar de la célula a otro, pero el flujo de iones a través de la membrana ocurre solo en los nodos de Ranvier. Como resultado, la señal del potencial de acción salta a lo largo del axón, de un nodo a otro, en lugar de propagarse suavemente, como ocurre en los axones que carecen de vaina de mielina. La agrupación de canales iónicos de sodio y potasio dependientes de voltaje en los nodos permite este comportamiento.

Conducción saltatoria

Dado que un axón puede ser amielínico o mielinizado, el potencial de acción tiene dos métodos para viajar por el axón. Estos métodos se denominan conducción continua para axones amielínicos y conducción saltatoria para axones mielinizados. La conducción saltatoria se define como un potencial de acción que se mueve en saltos discretos por un axón mielinizado.

Este proceso se describe como la carga que se propaga pasivamente al siguiente nodo de Ranvier para despolarizarlo hasta el umbral que luego desencadenará un potencial de acción en esta región que luego se extenderá pasivamente al siguiente nodo y así sucesivamente.

La conducción saltatoria proporciona una ventaja sobre la conducción que se produce a lo largo de un axón sin vainas de mielina. Esto es que la mayor velocidad que ofrece este modo de conducción asegura una interacción más rápida entre neuronas. Por otro lado, dependiendo de la tasa de activación promedio de la neurona, los cálculos muestran que el costo energético de mantener el potencial de reposo de los oligodendrocitos puede superar el ahorro de energía de los potenciales de acción. Entonces, la mielinización de axones no necesariamente ahorra energía.

Regulación de formación

Regulación de paranodo a través de la acumulación de mitocondrias

Las mitocondrias y otros orgánulos membranosos normalmente se enriquecen en la región PNP de los axones mielinizados periféricos, especialmente los axones de gran calibre. No se comprende el papel fisiológico real de esta acumulación y los factores que la regulan; sin embargo, se sabe que las mitocondrias suelen estar presentes en áreas de la célula que expresan una alta demanda de energía. En estas mismas regiones, también se entiende que contienen conos de crecimiento, terminales sinápticas y sitios de iniciación y regeneración del potencial de acción, como los nodos de Ranvier. En las terminales sinápticas, las mitocondrias producen el ATP necesario para movilizar las vesículas para la neurotransmisión. En los nodos de Ranvier, las mitocondrias desempeñan un papel importante en la conducción de impulsos al producir el ATP que es esencial para mantener la actividad de las bombas de iones que demandan energía. Apoyando este hecho, aproximadamente cinco veces más mitocondrias están presentes en el axoplasma PNP de grandes axones periféricos que en las regiones internodales correspondientes de estas fibras.

Regulación nodal

Vía αII-Spectrin

La conducción saltatoria en axones mielinizados requiere la organización de los nodos de Ranvier, mientras que los canales de sodio activados por voltaje están muy poblados. Los estudios muestran que la αII-Spectrin, un componente del citoesqueleto, se enriquece en los nodos y paranodes en las primeras etapas y, a medida que los nodos maduran, la expresión de esta molécula desaparece. También está comprobado que la αII-Spectrin en el citoesqueleto axonal es absolutamente vital para estabilizar los grupos de canales de sodio y organizar el nodo maduro de Ranvier.

Posible regulación a través de la molécula de reconocimiento OMgp

Se ha demostrado previamente que OMgp (oligodendrocitos mielina glicoproteína) se agrupa en los nodos de Ranvier y puede regular la arquitectura paranodal, la longitud de los nodos y el brote axonal en los nodos. Sin embargo, un estudio de seguimiento mostró que el anticuerpo utilizado anteriormente para identificar OMgp en los nodos reacciona de forma cruzada con otro componente enriquecido en nodos, versican V2 y que OMgp no es necesario para la integridad de los nodos y paranodos, lo que contradice la localización y las funciones propuestas previamente informadas. de OMgp en los nodos.

Significación clínica

Las proteínas en estos dominios excitables de la neurona cuando se lesionan pueden resultar en trastornos cognitivos y diversas dolencias neuropáticas.

Historia

Louis Antoine Ranvier (1835-1922)

La vaina de mielina de los nervios largos fue descubierta y nombrada por el anatomista patológico alemán Rudolf Virchow en 1854. El patólogo y anatomista francés Louis-Antoine Ranvier descubrió más tarde los nódulos, o espacios, en la vaina de mielina que ahora lleva su nombre. Nacido en Lyon , Ranvier fue uno de los histólogos más destacados de finales del siglo XIX. Ranvier abandonó los estudios patológicos en 1867 y se convirtió en asistente del fisiólogo Claude Bernard . Fue presidente de Anatomía General en el Collège de France en 1875.

Sus refinadas técnicas histológicas y su trabajo en fibras nerviosas tanto lesionadas como normales se hicieron mundialmente reconocidas. Sus observaciones sobre los nódulos de las fibras y la degeneración y regeneración de las fibras cortadas tuvieron una gran influencia en la neurología parisina de la Salpêtrière . Poco después, descubrió huecos en las vainas de fibras nerviosas, que más tarde se llamaron Nodos de Ranvier. Este descubrimiento llevó más tarde a Ranvier a un cuidadoso examen histológico de las vainas de mielina y las células de Schwann.

Imágenes Adicionales

Ver también

Referencias

enlaces externos