11.4: Impulsos Nerviosos

Cuando los rayos caen

Este increíble rayo de nube a superficie ocurrió cuando una diferencia en la carga eléctrica se acumuló en una nube en relación con el suelo. Cuando la acumulación de carga fue lo suficientemente grande, se produjo una descarga repentina de electricidad. Un impulso nervioso es similar a un rayo. Tanto un impulso nervioso como un rayo ocurren debido a diferencias en la carga eléctrica, y ambos resultan en una corriente eléctrica.

Figura\(\PageIndex{1}\): Relámpago

Generación de impulsos nerviosos

Un impulso nervioso, como un rayo, es un fenómeno eléctrico. Un impulso nervioso ocurre debido a una diferencia en la carga eléctrica a través de la membrana plasmática de una neurona. ¿Cómo surge esta diferencia en la carga eléctrica? La respuesta involucra iones, que son átomos o moléculas cargadas eléctricamente.

Potencial de descanso

Figura\(\PageIndex{2}\): La bomba de sodio-potasio mantiene el potencial de reposo de una neurona. Hay más carga negativa dentro que fuera de la membrana celular. El ATP se usa para bombear sodio y potasio hacia la celda. Hay más concentración de sodio fuera de la membrana y más concentración de potasio dentro de la célula debido al movimiento desigual de estos iones por la bomba

Cuando una neurona no está transmitiendo activamente un impulso nervioso, se encuentra en estado de reposo, lista para transmitir un impulso nervioso. Durante el estado de reposo, la bomba de sodio-potasio mantiene una diferencia de carga a través de la membrana celular de la neurona. La bomba de sodio-potasio es un mecanismo de transporte activo que mueve los iones de sodio fuera de las células y los iones de potasio hacia las células. La bomba de sodio-potasio mueve ambos iones de áreas de menor a mayor concentración, utilizando energía en ATP y proteínas portadoras en la membrana celular. La figura\(\PageIndex{3}\) muestra con mayor detalle cómo funciona la bomba de sodio-potasio. El sodio es el ion principal en el fluido fuera de las células, y el potasio es el ion principal en el fluido dentro de las células. Estas diferencias de concentración crean un gradiente eléctrico a través de la membrana celular, llamado potencial de reposo. Controlar estrechamente el potencial de reposo de la membrana es fundamental para la transmisión de los impulsos nerviosos.

Potencial de acción

Un potencial de acción, también llamado impulso nervioso, es una carga eléctrica que viaja a lo largo de la membrana de una neurona. Se puede generar cuando el potencial de membrana de una neurona es cambiado por señales químicas de una célula cercana. En un potencial de acción, el potencial de membrana celular cambia rápidamente de negativo a positivo a medida que los iones de sodio fluyen hacia la célula a través de canales iónicos, mientras que los iones de potasio fluyen fuera de la célula, como se muestra en la Figura\(\PageIndex{3}\).

Figura\(\PageIndex{3}\): Un potencial de acción acelera a lo largo de un axón en milisegundos. Los iones de sodio fluyen y causan el potencial de acción, y luego los iones de potasio fluyen hacia afuera para restablecer el potencial de reposo.

Figura\(\PageIndex{4}\): Una gráfica de potencial de acción del potencial de membrana a lo largo del tiempo. Una neurona debe alcanzar cierto umbral para iniciar el paso de despolarización de alcanzar el potencial de acción. La figura también muestra el cambio de potencial durante los periodos de repolarización y refractario del axón.

El cambio en el potencial de membrana da como resultado que la célula se despolarice. Un potencial de acción funciona sobre una base de todo o nada. Es decir, el potencial de membrana tiene que alcanzar un cierto nivel de despolarización, llamado umbral, de lo contrario, no arrancará un potencial de acción. Este potencial umbral varía pero generalmente es aproximadamente 15 milivoltios (mV) más positivo que el potencial de membrana en reposo de la célula. Si una despolarización de membrana no alcanza el nivel umbral, no ocurrirá un potencial de acción. Se puede ver en la Figura\(\PageIndex{4}\) que dos despolarizaciones no alcanzaron el nivel umbral de -55mV.

Los primeros canales que se abren son los canales de iones de sodio, que permiten que los iones de sodio ingresen a la célula. El incremento resultante en la carga positiva dentro de la celda (hasta aproximadamente +40 mV) inicia el potencial de acción. A esto se le llama la despolarización de la membrana. Los canales de iones de potasio se abren, permitiendo que los iones de potasio fluyan fuera de la célula, lo que termina con el potencial de acción. El interior de la membrana vuelve a ser negativo. Esto se llama repolarización de la membrana. Ambos canales iónicos se cierran y la bomba de sodio-potasio restaura el potencial de reposo de -70 mV. El potencial de acción se moverá hacia abajo del axón hacia la sinapsis como una ola se movería a lo largo de la superficie del agua. La figura\(\PageIndex{4}\) muestra el cambio en el potencial de la membrana axónica durante un potencial de acción. El nervio pasa por un breve período refractario antes de competir con el potencial de reposo. Durante el periodo refractario no se puede generar otro potencial de acción

En las neuronas mielinizadas, los flujos de iones ocurren solo en los nodos de Ranvier. Como resultado, la señal de potencial de acción “salta” a lo largo de la membrana axónica de nodo a nodo en lugar de extenderse suavemente a lo largo de la membrana, como lo hacen en axones que no tienen vaina de mielina. Esto se debe a una agrupación de canales iónicos Na+ y K+ en los Nodos de Ranvier. Los axones no mielinizados no tienen nódulos de Ranvier, y los canales iónicos en estos axones se extienden por toda la superficie de la membrana.

Transmisión de impulsos nerviosos

El lugar donde un axón terminal se encuentra con otra célula se llama sinapsis. Aquí es donde ocurre la transmisión de un impulso nervioso a otra célula. La célula que envía el impulso nervioso se llama célula presináptica, y la célula que recibe el impulso nervioso se llama célula postsináptica.

Algunas sinapsis son puramente eléctricas y hacen conexiones eléctricas directas entre neuronas. Sin embargo, la mayoría de las sinapsis son sinapsis químicas. La transmisión de los impulsos nerviosos a través de las sinapsis químicas es más compleja.

Sinapsis Químicas

En una sinapsis química, tanto las áreas presinápticas como postsinápticas de las células están llenas de la maquinaria molecular que interviene en la transmisión de los impulsos nerviosos. Como se muestra en la Figura\(\PageIndex{5}\), el área presináptica contiene muchos pequeños vasos esféricos llamados vesículas sinápticas que están repletas de sustancias químicas llamadas neurotransmisores. Cuando un potencial de acción alcanza el axón terminal de la célula presináptica, abre canales que permiten que el calcio entre en el terminal. El calcio hace que las vesículas sinápticas se fusionen con la membrana, liberando su contenido en el estrecho espacio entre las membranas presinápticas y postsinápticas. Esta área se llama hendidura sináptica. Las moléculas neurotransmisoras viajan a través de la hendidura sináptica y se unen a los receptores, que son proteínas que están incrustadas en la membrana de la célula postsináptica.

El efecto de un neurotransmisor sobre una célula postsináptica depende principalmente del tipo de receptores que activa, haciendo posible que un neurotransmisor en particular tenga diferentes efectos sobre diversas células diana. Un neurotransmisor podría excitar un conjunto de células diana, inhibir a otras y tener efectos moduladores complejos en otras, dependiendo del tipo de receptores. Sin embargo, algunos neurotransmisores tienen efectos relativamente consistentes en otras células.

Figura\(\PageIndex{5}\): Este diagrama muestra cómo un potencial de acción transmite una señal a través de una sinapsis a otra célula por moléculas neurotransmisoras. El diagrama de inserción muestra el axón terminal, sinapsis y receptor de la célula postsináptica. Los neurotransmisores se liberan del axón terminal, viajan en la hendidura sináptica y se unen a los receptores.

Revisar

1. Definir impulso nervioso.
2. ¿Cuál es el potencial de reposo de una neurona y cómo se mantiene?
3. Explicar cómo y por qué ocurre un potencial de acción.
4. Describa cómo se transmite una señal de una célula presináptica a una célula postsináptica en una sinapsis química.
5. ¿Qué determina generalmente los efectos de un neurotransmisor en una célula postsináptica?
6. Identificar tres tipos generales de efectos que los neurotransmisores pueden tener sobre las células postsinápticas.
7. Explicar cómo una señal eléctrica en una neurona presináptica provoca la transmisión de una señal química en la sinapsis.
8. ¿El flujo de qué tipo de ion en la neurona resulta en un potencial de acción?
   1. ¿Cómo entran estos iones en la célula?
   2. ¿Qué hace este flujo de iones con la carga relativa dentro de la neurona en comparación con el exterior?
9. La bomba de sodio-potasio:
   1. se activa por un potencial de acción
   2. requiere energía
   3. no requiere energía
   4. bombea iones de potasio fuera de las células
10. Verdadero o Falso. Algunos potenciales de acción son mayores que otros, dependiendo de la cantidad de estimulación.
11. Verdadero o Falso. Las vesículas sinápticas de la célula presináptica ingresan a la célula postsináptica.
12. Verdadero o Falso. Un potencial de acción en una célula presináptica puede causar finalmente que la célula postsináptica se inhiba.
13. Nombrar tres neurotransmisores.

Explora más

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Atribuciones

1. Adaptado por Mandeep Grewal de Lincoln Lightning por U.S. Navy foto de Photographers Mate 2nd Class Aaron Ansarov; dominio público vía Wikimedia Commons
2. Esquema bomba de sodio-potasio de LadyofHats Mariana Ruiz Villarreal, liberada al dominio público vía Wikimedia Commons
3. Potencial de acción licenciado CC BY 3.0 por OpenStax
4. Potencial de acción por Chris 73, licenciado CC BY 3.0 vía Wikimedia Commons
5. Esquema de sinapsis química recortado por Looie496 creado archivo, US National Institutes of Health, National Institute on Aging creado original, lanzado al dominio público a través de Wikimedia Commons
6. Texto adaptado de Biología Humana por CK-12 licenciado CC BY-NC 3.0