Las Neuronas son las células que forman parte del sistema nervioso, son especializadas en recibir y conducir o enviar información mediante impulsos eléctricos, excitando o inhibiendo a otras neuronas debido a que generan mensajes electroquímicos llamados impulsos nerviosos.Para generar este impulso eléctrico las neuronas establecen y mantienen diferencias entre los iones existentes dentro y fuera de la célula.
De manera que en el exterior de la neurona en reposo se encontrarán iones Sodio (Na+) y Cloro (Cl-) y en el interior ión Potasio (K+) y proteínas con carga eléctrica negativa. Esto se debe a que la membrana celular se comporta como una barrera semipermeable selectiva.
Al establecer diferencias en la distribución de iones, se dice que la membrana de la neurona está polarizada, esto es, a un lado o polo tiene una carga eléctrica opuesta a la del otro lado. Cuando las cargas eléctricas se separan de esta forma existe una diferencia de potencial eléctrico entre ambos lados de la membrana.
¿Por qué existe el potencial de reposo?
El potencial de reposo se puede explicar porque:
a) la membrana plasmática es una membrana semipermeable, por lo que permite la difusión de ciertos iones a través de ella, pero limita los otros por medio de canales selectivos.
b) en estado de reposo la concentración de iones K+ es mucho mayor dentro de la neurona que fuera de ella. En constraste la concentración de iones Na+ es mucho mayor fuera que dentro de la neurona.
Estas concentraciones se explican por la acción de bombas de sodio-potasio, que se encuentran a lo largo de la membrana, y que utilizan energía (ATP) para sacar al exterior tres iones de sodio por cada dos iones de potasio que bombea al interior de la neurona. Por tanto se bombean hacia el exterior de la neurona más iones positivos que los que se bombean al interior.
c) Por otra parte esta diferencia de concentración también se consigue manteniendo el Na+ fuera de la neurona mediante el cierre de los canales de Na+ y permitiendo el paso de iones K+ a través de los canales de K+ que permanecen abiertos. En una neurona en reposo es hasta 100 veces más permeable al K+ que al Na+. La gran concentración de K+ intracelular hace que este difunda fuera de la célula, gracias a la gradiente de concentración.
d) A esta distribución de iones se suman grandes cantidades de proteínas con carga eléctrica negativa que se encuentran en el interior de la neurona, las cuales porque son demasiado grandes para atravesar la membrana no pueden difundir libremente.
e) Cuando se mide la diferencia de voltaje entre el interior y el exterior, se obtiene un potencial de reposo de aproximadamente -70 mv (milivolt), que se explica por la presencia de estas proteínas al interior de la célula.
El potencial de Acción
Un estímulo en una neurona puede provocar cambios en la permeabilidad de la membrana, lo que permite el movimiento de iones de un lado a otro provocando una variación en el potencial de reposo.
Esta despolarización puede ser solo localizada si permite el ingreso de Na+ en cantidad insuficiente como para alcanzar el umbral que corresponde a un valor de -55mv. Si la cantidad de Na+ que ingresa al citoplasma de la neurona es suficiente para alcanzar o superar este valor, se abren los canales de Na+ activados por voltaje a lo largo de toda la membrana de la neurona provocando la despolarización o potencial de acción ( o cambio de potencial eléctrico) en toda la membrana celular.
Entonces tenemos que un estímulo muy débil que es menor al umbral no desencadena un potencial de acción, si el estímulo es mayor o igual al umbral si lo va a provocar. Esto se conoce como la "Ley del Todo o Nada".
También muchos estímulos pequeños subumbrales pueden "sumarse" y alcanzar el umbral, provocando la despolarización de la membrana.
Un potencial de acción se puede describrir en tres fases:
a) Despolarización de la membrana
b) Repolarización
c) Recuperación del potencial de reposo.
Cada una de estas fases depende del equilibrio de iones a ambos lados de la membrana, y la apertura y cierre de los canales de Na+ y K+.
Despolarización
La membrana de la neurona posee canales activados por voltaje que se accionan cuando la neurona está estimulada.
Cuando el voltaje alcanza un punto crítico llamado umbral (-55 mv) los canales se abren permitiendo que iones específicos (Na+) puedan pasar a través de ellos.
Cuando una neurona es estimulada, pasa de un potencial de reposo de -70mv a uno de -55mv, este cambio en el voltaje estimula los canales de sodio activados por voltaje de esa zona de la membrana, y los iones Na+ ingresan al citoplasma a favor de la gradiente eléctrico y químico. De esta forma ese punto de la membrana se despolariza generando un potencial de acción que literalmente hace "colapsar" el potencial de reposo normal.
Así cuando se produce el potencial de acción la célula alcanza rápidamente los valores positivos hasta unos +35mv, de modo que hay una inversión en la polaridad ( el interior se vuelve positivo y el exterior negativo).
El potencial de acción o despolarización de una zona hace que se abran los canales de sodio activados por voltaje contiguos, lo que permite el ingreso de iones Na+ estableciendo una reacción en cadena a lo largo del axón, lo que se conoce como impulso nervioso.
Esto ocurre a una velocidad muy rápida que se calcula en 300 kilómetros por segundo.
La repolarización de la membrana
Luego que se alcanza el máximo en la espiga de la gráfica (+35mv) ocurre la repolarización de la membrana.
Esto implica la redisposición de las cargas eléctricas positivas al exterior de la membrana, y el interior negativo. Para lograr esto se abren ahora los canales de Potasio (K+), permitiendo que estos iones escapen al exterior.
Este escape de K+ devuelve al interior de la neurona a su estado negativo, con lo cual se repolariza.
En estas condiciones la neurona no puede transmitir impulsos nerviosos porque los iones se encuentran en posiciones opuestas en la membrana, es decir: el sodio dentro y el potasio fuera, y para que se pueda transmitir un impulso nervioso debe estar en las condiciones del potencial de reposo.
Ahora es el momento en que la bomba de Na* y K+ actúa gastando energía en forma de ATP, transportando iones Na+ hacia afuera y K+ hacia adentro de la célula, en contra de la gradiente de concentración.
Durante los milisegundos que dura este proceso de repolarización y el bombeo de iones, ocurre un periodo refractario, en el cual la neurona por más que sea estimulada no puede transmitir nuevos impulsos eléctricos, independiente de la magnitud del estímulo que se aplique.
Este hecho además explica el que el impulso nervioso sea unidireccional.
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