La recepción de estímulos procedentes del exterior o del interior de los animales suele ser una misión propia de estructuras, llamadas receptores sensoriales, formadas por células sensoriales. Una vez recibido el estímulo, puede producirse una respuesta mediante las células efectoras. En los animales pluricelulares más avanzados, los receptores sensoriales pueden localizarse a cierta distancia de los correspondientes efectores, dando lugar a separaciones que pueden ser, en algunos casos, de varios metros. De ahí la necesidad de un sistema que transmita la información a larga distan cia con eficiencia y rapidez. Ésta es la misión del sistema nervioso. La información sensitiva o motora se trasmite a través del sistema nervioso mediante los llamados impulsos nerviosos. Una vez que un receptor ha sido estimulado, la información debe conducirse a través de una secuencia de neuronas. La transmisión de un impulso nervioso a todo lo largo de una neurona, es un proceso electroquímico que depende de cambios en la distribución de los iones. La transmisión de una neurona a otra, a través de la sinapsis, se realiza generalmente por un fenómeno químico en el que participan la secreción de un neurotransmisor por el axón y la acción de los quimiorreceptores de la dendrita.

 

Potencial de reposo

¿Cuál es  la causa del potencial de reposo?

Este potencial es el resultado de la presencia de un ligero exceso de iones negativos en el interior de la membrana plasmática y un ligero exceso de iones positivos en su exterior. Ese desequilibrio en la distribución de los iones lo ocasionan varios factores.
La membrana plasmática tiene una eficiente bomba Na+  K+, que transporta Na+ hacia espacio extracelular y K+ hacia el interior de la célula. Esta bomba trabaja en contra de gradiente de concentración y de un gradiente electroquímico. Para operar estas bombas, se necesita una gran cantidad de energía. Por cada dos iones de potasio que entran en la célula, se bombean hacia afuera tres iones de sodio. Por lo tanto, se bombean más iones positivos hacia afuera que hacia adentro.
Los iones cruzan la membrana neuronal a través de canales iónicos específicos, que pueden estar abiertos o cerrados. Cuando están abiertos, los iones puede moverse a través de éstos, de un área de concentración alta a otra más baja. En la neurona en reposo la membrana es mucho más permeable al potasio que al sodio, porque los canales de potasio están abiertos, en tanto que los de sodio están cerrados. Como resultado de esto, los iones de sodio que se bombean hacia afuera no pueden regresar con facilidad a la célula, en tanto que los iones potasio bombeados hacia el interior, son capaces de salir.
Dichos iones salen a través de la membrana impulsados por el gradiente de concentración, hasta que la carga positiva en el exterior de la membrana alcanza un nivel que impide que continúe el flujo de iones potasio, adicionales, positivamente cargados. Se alcanza un estado de equilibrio cuando el flujo de potasio hacia el exterior de la célula es igual al flujo de sodio hacia el interior. En este punto, el potencial de la membrana en reposo es de unos -70 mV.
También contribuyen a la situación  iónica general muchas proteínas y fosfatos orgánicos cargados negativamente, presentes en el interior de la neurona, los cuales son demasiado grandes para difundirse hacia fuera. La membrana plasmática es permeable, sin embargo, a los iones cloruro negativos; estos iones, debido a la presencia de iones positivamente cargados en el exterior de la célula, tienden a acumularse ahí.

  

 

Cambios locales en el potencial.

Un estímulo eléctrico, químico o mecánico puede alterar el potencial de reposo al incrementar la permeabilidad de la membrana plasmática al sodio, o al hacer a la neurona más negativa respecto al líquido intersticial. Estas respuestas locales se llaman potenciales graduados porque varían en magnitud, dependiendo de la fuerza del estímulo aplicado.
Algunos neurofisiólogos creen que los estímulos excitatorios abren las compuertas de sodio, en los canales del mismo, lo que permite que los iones sodio se desplacen rápidamente, en favor de un gradiente de concentración, hacia el interior de la célula. El paso de los iones positivos de sodio hacia el espacio intracelular, disminuye la negatividad del potencial de membrana por un momento muy breve, lo cual se conoce con el nombre de despolarización. En contraste, los estímulos inhibitorios son capaces de hiperpolarizar la membrana; es decir, incrementan el potencial de membrana en reposo. Eso ocurre debido a que hay un aumento de la permeabilidad  de la membrana para el sodio, lo que facilita el flujo de los iones potasio hacia fuera de la neurona.Teniendo iones potasio (positivos) en mayor cantidad en el exterior de la membrana, la neurona se vuelve más negativa respecto al  exterior que cuando está en reposo.

Los cambios locales en el potencial puede ocasionar un flujo d electricidad. Cuanto más grande es el cambio en el potencial, mayor es el flujo de la corriente. Ese flujo local de la corriente puede funcionar como una señal sólo cuando la distancia es muy corta, ya que se extingue a unos cuantos milímetros de su punto de origen. No obstante, como se verá enseguida los potenciales graduados pueden sumarse, con lo que origina un potencial de acción. 

 

Potencial de acción.

La membrana de las neuronas puede despolarizarse hasta en 15 mV (lo que modifica el potencial de reposo hasta unos - 55 mV) sin que dispare un impulso. Cuando la magnitud de la despolarización alcanza aproximadamente el valor de -55 mV, la neurona llega a un punto crítico denominado nivel umbral o nivel de disparo, en el que la despolarización resultante se autopropaga; es decir, corre a lo largo del axón como una onda de despolarización que no se extingue. El gradiente electroquímico establecido por esta onda continuada de despolarización, se llama impulso nervioso o potencial de acción.
Cuando se alcanza el nivel umbral, en la neurona se realiza una acción casi explosiva conforme se genera el potencial.
El movimiento de Na+ a través de la membrana neuronal, ocasiona con rapidez que ésta alcance un potencial de hasta unos +35 mV, de modo que existe una inversión momentáneamente de la polaridad. El pronunciado aumento y descenso del potencial de acción se denomina espiga En la figura se presenta el potencial de acción.
El potencial de acción es una corriente eléctrica de fuerza suficiente para inducir el colapso del potencial de reposo, del área adyacente de la misma membrana. Por esa causa, el impulso viaja a lo largo del axón con velocidad y amplitud constantes para cada tipo de neurona. Se dice que la neurona obedece a la ley del todo o nada,  puesto que no hay variaciones en la intensidad del potencial de acción: la neurona responde de manera total, o no lo hace en absoluto.
Conforme la onda de despolarización corre a lo largo del axón, el estado normal de polarización se restablece con rapidez detrás de ella. Para el momento en  que el potencial se desplazó unos cuantos milímetros en el axón, la membrana por la que ya pasó está el proceso de repolarización. Durante dicho proceso, las compuertas de sodio se cierran, de modo que la membrana vuelve a ser impermeable al sodio, mientras que las compuertas de potasio se abren, permitiendo el paso de iones potasio al exterior de la célula. La acumulación de iones potasio en el exterior de la membrana da como resultado la repolarización de ésta. La repolarización se realiza con gran rapidez, pero la redistribución del sodio y del potasio hasta el punto de equilibrio del estado de reposo, tarda un poco más. Las condiciones de reposo se restablecen cuando la bomba sodio-potasio transporta activamente el exceso de sodio hacia el exterior de la neurona.
Durante el milisegundo más o menos que tarda la despolarización de la membrana, ésta se encuentra en un período refractario absoluto, durante el cual no puede transmitir un segundo potencial de acción, independientemente de la intensidad del estímulo aplicado. Luego, por 2 ó 3 milisegundos más, durante los cuales se está restableciendo las condiciones de reposo, se dice que el axón se encuentra el período refractario relativo. Durante ese lapso hay la posibilidad que se genere otro potencial de acción si el estímulo es más fuerte que el estímulo umbral ordinario. Si embargo, a pesar de las limitaciones impuestas por los períodos refractarios, las neuronas son capaces de transmitir varios centenares de impulsos por segundo!
Los procesos eléctricos y químicos relacionados con la transmisión de un impulso nervioso, son similares de varias formas a los que se observan durante la contracción de los músculos. En comparación con los músculos en actividad, sin embrago un nervio gasta muy poca energía en la transmisión del impulso; el calor producido por 1 g de nervio estimulado durante un minuto, apenas equivale a la energía liberada por la oxidación de 10-6 g de glucógeno. Eso significa que si un nervio contiene sólo 1% de glucógeno como combustible, puede estimularse de manera continua durante una semana o más sin que se agote su energía disponible. Las fibras nerviosas son prácticamente incapaces de fatigarse mientras dispongan de suficiente oxígeno.  Por  tanto, sea lo que sea la "fatiga mental", lo que es indudable es que  ¡ no la ocasiona el agotamiento de la reserva de energía de las fibras nerviosas!

 

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Página creada y editada por Fresia Quintana Jara Profesor de Estado en Biología y Ciencias Universidad de Chile