Potencial de acción de la neurona

Las neuronas son las células que componen el sistema nervioso, y están formadas por tres partes principales. En ellas están las dendritas, que son pequeñas ramificaciones de la neurona que reciben señales de otras neuronas; el soma, o cuerpo celular, que tiene todos los orgánulos principales de la neurona como el núcleo, y el axón, que está envuelto intermitentemente en mielina grasa.

Esas dendritas reciben señales de otras neuronas a través de neurotransmisores, que al unirse a los receptores de la dendrita actúan como una señal química.

Esa unión abre canales iónicos que permiten que los iones cargados entren y salgan de la célula, convirtiendo la señal química en una señal eléctrica.

Dado que una sola neurona puede tener un altísimo número de dendritas recibiendo información, si el efecto combinado de múltiples dendritas modifica la carga general de la célula lo suficiente, se desencadena un potencial de acción, que es una señal eléctrica que discurre por el axón hasta 100 metros por segundo, desencadenando la liberación de neurotransmisores en el otro extremo y retransmitiendo la s eñal.

Así que las neuronas utilizan los neurotransmisores como señal para comunicarse entre sí, pero hacen uso del potencial de acción para propagar esa señal dentro de la célula.

Algunas de estas neuronas pueden ser muy largas, especialmente las que van desde la médula espinal hasta los dedos de los pies, por lo que el movimiento de esta señal eléctrica dentro de la célula es extremadamente important Ahora bien, ¿por qué la célula tiene una carga eléctrica?

Esta característica se basa en las diferentes concentraciones iónicas en el interior y el exterior de la célula. En general, hay más Na+ o iones sodio, Cl- o iones cloruro, y Ca2+ o iones calcio en el exterior, y más K+ o iones potasio y A- que acabamos de utilizar para los aniones con carga negativa, en el interior de la célula.

En general, la distribución de estos iones da a la célula una carga negativa neta de cerca de -65 milivoltios en relación con el entorno exterior; es el llamado potencial de membrana en reposo de la neuron Cuando un neurotransmisor se une a un receptor en la dendrita, se abre un canal iónico regulado por el ligando para permitir el paso de determinados iones, según el cana Regulado por ligando significa que la puerta responde a un ligando, que en este caso es un neurotransmisor Así, si tomamos el ejemplo de un canal iónico de Na+ regulado por ligando, cuando se abre deja que el Na+ fluya hacia la célula La carga positiva adicional que entra hace que la célula sea menos negativa (recordemos que suele ser de -65 mV) y, por lo tanto, menos "polar", por lo que al ganar carga positiva se produce una despolarización.

Los neurotransmisores suelen activar varios canales de iones ligados a la vez, por lo que iones como el sodio y el calcio podrían entrar, mientras que otros iones como el potasio tendrían la capacidad de salir, con lo cual una parte de la carga positiva abandona la célula Sin embargo, al final, cuando todo se suma, si existe una afluencia neta de carga positiva, se habla de un potencial postsináptico excitador (o PPSE) Por el contrario, la apertura de los canales iónicos de Cl- activados por ligando originaría una entrada neta de carga negativa, para crear un potencial postsináptico inhibidor (o PPSI); como consecuencia, el potencial celular se vuelve más negativo, es repolarizado.

Ahora bien, un solo PPSE o PPSI causa solo un pequeño cambio en el potencial de membrana en reposo, pero si hay suficientes PPSE en múltiples sitios de las dendritas, colectivamente pueden empujar el potencial de membrana a un valor umbral específico, por lo general alrededor de -55 mV, aunque este valor puede variar según el tejido.

Cuando se alcanza este valor umbral, se desencadena la apertura de los canales de sodio regulados por voltaje en el inicio del axón, en la llamada cresta axónica.

Estos canales regulados por voltaje se abren en respuesta a un cambio de tensión eléctrica, y al abrirse, el sodio entra en la célula.

La afluencia de iones sodio y el cambio resultante en el potencial de la membrana hace que los canales de sodio regulados por voltaje cercanos también se abran, lo que desencadena una reacción en cadena que se extiende a lo largo de todo el axón; el resultado es un potencial de acción, que surge porque la neurona se ha "disparado".

Una vez que una gran cantidad de sodio se ha precipitado a través de la membrana neuronal, la llamada se convierte en realidad en una carga positiva en relación con el entorno externo, hasta unos +40 mV.

Este proceso de despolarización finaliza cuando el canal de sodio deja de permitir que el sodio fluya hacia las células, en un proceso conocido como inactivación.

No obstante, este estado de inactivación es diferente a cuando el canal está cerrado, o abierto, que es lo que sucede en la mayoría de los otros canales.

Sin embargo, el canal de sodio regulado por voltaje es único porque tiene lo que se conoce como puerta de inactivación, que bloquea la entrada de sodio poco después de la despolarización, y permanece en este estado hasta que la célula se repolariza y el canal entra de nuevo en el estado cerrado, momento en que la puerta de inactivación deja de bloquear la entrada.

Aunque la puerta de inactivación ya no lo bloquea, el canal sigue cerrado y no entra sodio en la célula. El estado de apertura media es, por tanto, el único en el que el sodio entra en la célula a través del canal, en una ventana de tiempo muy corta.

Además de estos canales de sodio regulados por voltaje, existen también canales de potasio regulados por voltaje, que son lentos para responder y no se abren hasta que los canales de sodio ya lo han hecho y se han inactivado.

El resultado es que, tras la entrada inicial de sodio en la célula, el potasio sale de la misma según su propio gradiente electroquímico, eliminando parte de la carga positiva y atenuando el efecto de la despolarización del sodio.

Estos canales de potasio no tienen una puerta de inactivación separada y, por lo tanto, permanecen abiertos durante un poco más de tiempo, lo que significa que existe un período de tiempo caracterizado por un movimiento neto de iones positivos fuera de la célula; con ello, el potencial de membrana se vuelve más negativo, es decir, se repolariza Durante esta fase de repolarización, la célula también depende de la bomba de sodio-potasio, que es un transportador activo que mueve tres sodios hacia fuera de la célula y dos potasios hacia su interior.

Durante esta fase de repolarización, la célula está en su período refractario absoluto, ya que los canales de sodio están inactivados y no responderán a ninguna magnitud de estímulos.

Este período refractario absoluto impide que los potenciales de acción se sucedan demasiado cerca en el tiempo, y mantiene además el potencial de acción en una dirección.

Los esfuerzos combinados de esta bomba y la apertura prolongada de los canales de potasio se traducen en un pequeño período de sobrecorrección en el que la neurona se hiperpolariza con respecto al potencial de reposo.

Durante este tiempo, los canales de sodio vuelven a su estado inicial cerrado, y durante un breve período los canales de potasio permanecen abiertos.

En este punto tiene lugar un período refractario relativo, ya que los canales de sodio están cerrados pero pueden ser activados, aunque como los de potasio siguen abiertos en un estado hiperpolarizado, se necesita un estímulo intenso para conseguirlo.

Finalmente, al cerrarse los canales de potasio, la neurona vuelve a su potencial de membrana en reposo Como un rápido resumen gráfico de todo este proceso, se representa el potencial de membrana en el eje y y el tiempo en el x.

En primer lugar, comenzamos con un potencial de reposo de alrededor de -65 mV y los canales de sodio y potasio regulados por voltaje están cerrados.

A continuación, recibimos PPSE suficientes para alcanzar el umbral a unos -55 mV, lo que hace que los canales de sodio regulados por voltaje se abran y alcancemos un pico de unos +40 mV; en este instante, los canales de sodio se inactivan y aparece el período refractario absoluto.

Entonces se abren los canales de potasio regulados por voltaje y, junto con la bomba de sodio-potasio, comienzan a repolarizar la célula, hasta el punto de sobrecargarla e hiperpolarizarla.

A continuación, los canales de sodio entran en su estado de reposo cerrado, mientras que al mismo tiempo los canales de potasio comienzan a cerrarse; significa que estamos en el período refractario relativo, hasta que finalmente todos se cierran y se alcanza el potencial de membrana en reposo.

Este proceso de iones sodio positivos que se mueven y despolarizan la célula transmite la señal eléctrica a lo largo del axón.

[delete] Pero, en la práctica, este proceso no es tan rápido. En este punto entra en juego la mielina grasa, que proviene de las células gliales como las células de Schwann o los oligodendrocitos Estas áreas mielinizadas no tienen canales iónicos regulados por voltaje que abarquen la membrana, por lo que los iones no pueden fluir simplemente hacia la célula; este proceso tiene lugar solamente en los puntos entre la mielina llamados nodos de Ranvier.

El término "saltos" no es realmente el correcto, y estos iones no se limitan a difundirse a lo largo de la mielina hasta el otro lado...

sería demasiado lent Lo que realmente ocurre es que los iones sodio se precipitan y chocan con otros iones sodio positivos que ya están en la célula, que colisionan a su vez, y así sucesivamente hasta que esta ola de positividad llega al siguiente nodo.

La carga que se desplaza de esta manera por las zonas mielinizadas se mueve realmente rápido, y se denomina conducción saltatoria, lo que hace que parezca que el potencial de acción "salta" de un nodo al siguiente.

##Resumen Como breve resumen... Los potenciales de acción de las neuronas se producen cuando las dendritas reciben suficientes PPSE para abrir canales de sodio regulados por voltaje, lo que provoca una rápida despolarización de la membrana neuronal y la propagación de una carga eléctrica de nodo a nodo a lo largo del axón.