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Potenciales de acción, comunicación entre neuronas

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Los potenciales de acción o impulsos nerviosos ocurren en las células excitables eléctricamente, estas se comunican al recibir un estímulo que genera un cambio de carga a nivel de membrana.

Mecanismo de acción

Teniendo en cuenta que las membranas celulares en los sistemas biológicos son semipermeables, estas permiten el intercambio de sustancias del líquido extracelular al líquido intracelular.

Este intercambio se da por diferentes tipos de transporte de manera pasiva o activa. Las señales que generan y transmiten las membranas neuronales a lo largo de su sistema, de manera constante, es a través de partículas cargadas (iones).

Los iones son las encargadas de concebir esta propiedad que les permite a las neuronas enviar información a una velocidad muy rápida y de manera muy precisas para coordinar las actividades que realizan los animales, ya sea actividades muy sencillas como desplazarse o movimientos finos.

Para comprender un poco más, las neuronas tienen una carga de -70mv cuando se encuentran en reposo, es decir, cuando no hay un cambio de carga y se da una acumulación de iones negativos dentro del citosol.

En la membrana celular de las neuronas existen proteínas especializadas que se encargan el paso de iones específicos, denominados canales iónicos dependiente de voltaje.

Iones involucrados

Los iones de K+, Na+, Cl- y Ca++ son los encargados de la transmisión eléctrica por células neuronales. Estos iones se mueven dentro y fuera de la célula dependiendo de la activación de los canales y por el cambio eléctrico de las membranas.

Solamente las neuronas y músculos pueden responder a cambios de diferencia de cargas y generar a su vez potenciales de acción. 

Generación de potenciales de acción

Teniendo un poco más claro el mecanismo, lo potenciales de acción se deben a un cambio rápido de carga. Para que esto ocurra se debe llegar al umbral, el cual se define como el estímulo necesario para generar un potencial de acción, es decir, las aperturas de canales dependiente de voltaje de manera masiva.

Los canales de Ca++ tiene la función de estabilizar las membranas, estos se acoplan en los canales de Na+ manteniendo las compuertas ubicada en el líquido extracelular cerradas.

De lo contrario el umbral de excitación y de excitabilidad celular disminuye. Utilizando la ley del todo o nada se puede explicar estos procesos, es como empujar la primera ficha de dominó de una larga fila de fichas paradas. Imagen 1.

Generación de potencial de acción
Imagen 1. En una membrana en reposo, la acumulación de proteínas dentro del citosol de la célula le confiere el valor negativo al ser medido con un voltímetro y la acumulación de Na+ en el líquido extracelular le confiere valores positivos.

Fases de los potenciales de acciones

A continuación, se explicará el modelo de potencial de acción y sus diferentes fases. Integrando el rol de los iones en las membranas neuronales. Imagen 2.

Imagen 2. Potencial de acción de una neurona.

Fase 1. Despolarización

Los potenciales de acciones se dan después de llegar al umbral de la membrana celular, teniendo como resultados las aperturas de los canales de Na+ y K+ dependiente de voltaje; los canales de Na+ se abren de manera muy rápida, mientras que los de K+ se abren de manera más lenta.

Una vez abiertos permiten la entrada excesiva del ion Na+ los canales de Na+ dependiente de voltaje al interior de la célula despolarizado hasta volver a la célula positiva con una carga alrededor de 30 mv.

Se cree que una vez activados los canales de Na+ dependiente de voltaje entran alrededor de 20 000 iones de Na+ a la célula.

Fase 2. Repolarización

Después de apertura de los canales de Na+ dependientes de voltajes, los primeros canales empiezan a inactivar permitiendo que el flujo de Na+ al interior de la célula sea más lento, a su vez, los canales de K+ dependiente de voltaje a esa instancia se encuentran abiertos en su totalidad.

La disminución del ingreso de Na+ y el flujo de egreso de K+ hacia el exterior permite que la membrana se torne negativa, jugando un papel importante, marcando así la fase de repolarización de la membrana pasando de 30 mv a -70 mv.

Fase 3. Hiperpolarización

Consiste en que sobrepasa su potencial de reposo, es decir, obtiene una carga de hasta -90 mv.

Esto ocurre por la bomba Na+K+/atpasa siendo el responsable del 10-20% del cambio de la membrana celular, la misma expulsa tres iones Na+ e ingresa dos iones de K+ lo cual da como resultado la concentración de carga negativa en el interior de la membrana por las proteínas que se encuentran en ellas.

Periodo refractario absoluto

Se encuentra en el punto más alto de la gráfica del potencial de acción y es cuando todos los canales se encuentran abiertos y aunque se estimule dichos canales no habrá otro potencial de acción.

Periodo refractario relativo

Se encuentra aproximadamente en la repolarización, muchos de los canales en ese preciso momento están cerrados, al recibir un nuevo estímulo se ocasiona un nuevo potencial de acción.

Conclusión

El estudio del sistema nervioso es muy complejo y a lo largo de la historia grandes científicos han contribuido para entender un poco más sobre su fisiología.

Sin duda los trabajos de Hodgkin y Huxley sobre los potenciales de acción explicando sobre la transmisión de los impulsos nerviosos en neuronas montaron las bases a los estudios electrofisiológicos.

Gracias a estos experimentos, se logró entender uno de los mecanismos de comunicación entre neuronas y cómo este funciona como un circuito eléctrico; este último será explicado en las próximas entradas.


Referencias

Koeppen & Stanton. (2018). Berne y Levy. Fisiología, 7 edición, Elsevier

Randall, D., Burggren, W., French, K., & Fernald, R. (2002). Eckert Fisiología animal: Mecanismos y adaptaciones (4a. ed.). Madrid [etc.]: McGraw-Hill Interamericana.

Tortora, G. and Derrickson, B. (2018). Principios de anatomía y fisiología, 15a. edición. Buenos Aires [etc.]: Editorial Médica Panamericana.


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