La comunicación neuronal y el potencial de acción

Funciones y Comunicación de las Neuronas

Las neuronas son células fundamentales del sistema nervioso encargadas de procesar y transmitir información mediante señales eléctricas y químicas. La comunicación neuronal se efectúa a través de los potenciales de acción, que son impulsos eléctricos resultantes del flujo de iones a través de la membrana celular. Los canales iónicos son esenciales en este proceso y se clasifican en dos tipos: pasivos, que permiten el paso de iones sin requerir energía y contribuyen al mantenimiento del potencial de membrana en reposo, y activables, que se abren en respuesta a estímulos específicos, como la unión de neurotransmisores (canales ligando-dependientes), cambios en el voltaje de la membrana (canales voltaje-dependientes) o fuerzas mecánicas. La apertura de estos canales activables es crucial para la generación y propagación del potencial de acción.

Potencial de Membrana en Reposo

El potencial de membrana en reposo es la diferencia de potencial eléctrico entre el interior y el exterior de la neurona en ausencia de estimulación. Este estado se mantiene gracias a la distribución asimétrica de iones, principalmente potasio (K+) y sodio (Na+), a través de la membrana neuronal. La membrana es selectivamente permeable y, junto con los gradientes de concentración y eléctricos, establece un potencial de reposo negativo en el interior de la célula, típicamente alrededor de -70 milivoltios. La bomba de sodio-potasio, un transportador activo, juega un papel vital en el mantenimiento de este equilibrio iónico al expulsar tres iones de Na+ por cada dos iones de K+ que introduce, consumiendo ATP en el proceso. La polarización de la membrana es esencial para la capacidad de la neurona de responder a estímulos y generar potenciales de acción.

Potenciales Postsinápticos y su Integración

Los potenciales postsinápticos son variaciones en el potencial de membrana que se producen cuando una neurona recibe señales químicas a través de sus sinapsis. Estos pueden ser excitatorios (EPSP) o inhibitorios (IPSP), dependiendo de si hacen que la membrana postsináptica se vuelva menos negativa (despolarización) o más negativa (hiperpolarización), respectivamente. Los EPSP facilitan la generación de un potencial de acción, mientras que los IPSP la inhiben. Estos potenciales son graduados, es decir, su amplitud es proporcional a la intensidad del estímulo y decrece con la distancia y el tiempo. La neurona integra los potenciales postsinápticos mediante sumaciones espacial y temporal, y si la suma de estos cambios alcanza un umbral crítico, se desencadena un potencial de acción en el axón inicial de la neurona.

El Potencial de Acción y su Propagación

El potencial de acción es una secuencia rápida de eventos eléctricos que se inicia cuando el potencial de membrana alcanza un umbral específico. Comienza con la fase de despolarización, donde los canales de sodio voltaje-dependientes se abren, permitiendo la entrada de Na+ y haciendo que el interior de la neurona se vuelva temporalmente positivo. La repolarización sigue cuando los canales de potasio se abren, permitiendo la salida de K+ y restaurando la negatividad interna. La hiperpolarización puede ocurrir si los canales de potasio permanecen abiertos más tiempo del necesario, llevando el potencial de membrana a un valor más negativo que el de reposo. La bomba de sodio-potasio restablece finalmente el potencial de membrana en reposo. Durante el periodo refractario, la neurona es incapaz de generar otro potencial de acción, lo que garantiza que la señal se propague en una sola dirección.

Conducción del Potencial de Acción y Neurotoxinas

La propagación del potencial de acción a lo largo del axón se rige por la ley del todo o nada, lo que significa que una vez iniciado, el impulso se transmite a una velocidad constante y sin disminuir su magnitud. La velocidad de conducción depende del diámetro del axón y de la presencia de mielina, una sustancia aislante que envuelve el axón en segmentos interrumpidos por los Nódulos de Ranvier. La mielina permite la conducción saltatoria, donde el potencial de acción se regenera en cada nodo, aumentando la velocidad de transmisión. La frecuencia de los potenciales de acción refleja la intensidad del estímulo. Las neurotoxinas, como la tetrodotoxina, pueden bloquear los canales de sodio, mientras que el tetraetilamonio puede bloquear los canales de potasio, interfiriendo con la transmisión de señales neuronales y potencialmente causando efectos perjudiciales en el organismo.