Transmisión del impulso nervioso (fisiología de la neurona)

La transmisión de impulsos nerviosos (Fig. 1) es la base de la función en el sistema nervioso. Sin embargo, para entender la transmisión nerviosa es necesario familiarizarse primero con la biofísica de la membrana neuronal, especialmente en el transporte de iones a través de ella y el desarrollo de potenciales eléctricos al atravesarla.
Existen distintas teorías para explicar este fenómeno, pero la más aceptada es la Teoría de Membrana, la cual se describirá a continuación.

Fig. 1: Animación de dos impulsos nrviosos.

1- Concentración iónica

Por fuera y dentro de la membrana celular, existen moléculas en estado iónico (con carga eléctricas positivas o negativas) que se hallan en diferentes concentraciones:
a) externamente, gran concentración de iones de sodio (Na+) e iones cloruro (CI-)
b) internamente, gran concentración de iones potasio (K+) e iones de diversos ácidos orgánicos (Ac. org. -)

Todos estos iones tienden a difundir desde el lugar de mayor concentración al de menor, pero la membrana neuronal es selectiva, siendo impermeable al sodio y a los ácidos orgánicos y solo permitiendo el pasaje del cloro y el potasio, los cuales entran y salen libremente (Fig. 2)

Fig. 2: Distribución de iones en torno a la membrana neuronal

2- Potencial de membrana. Membrana polarizada

La anteriormente descrito determina que, en el exterior de la membrana, la acumulación de iones positivos sea mayor que la de iones negativos y, a la inversa, internamente la acumulación de iones negativos sea mayor. Por lo tanto se genera a ambos lados de la membrana una distribución de cargas eléctricas, es decir una diferencia de potencial eléctrico que consiste en una mayor electropositividad exterior y una mayor electronegatividad en el interior. En este estado se dice que la neurona tiene un potencial de membrana o que está en reposo, inactiva o polarizada (Fig. 3).

Fig.3: Potencial de membrana o membrana polarizada.

3- Despolarización de la membrana

Cuando actúa sobre una neurona un estímulo (una variación del medio), éste provoca la permeabilización brusca de la membrana neuronal al sodio, el cual penetra al interior, en la zona de la membrana que fue estimulada, invirtiéndose la distribución de las cargas. En el lugar donde se invierte el potencial de membrana, se dice que la neurona se ha activado o despolarizado (Fig. 4).

Fig. 4: Despolarización de la membrana.

4- Transmisión del estímulo nervioso. Onda despolarizante

Como el resto de la neurona continúa polarizada, se presenta la siguiente situación: un polo positivo queda junto a uno negativo, generándose en el primero una corriente eléctrica que avanza hacia el segundo. Esta corriente eléctrica produce la permeabilización al sodio de la zona vecina de la membrana, que hasta ahora estaba polarizada, es decir, que tiene sobre esa zona de la membrana, un efecto similar al que originariamente provocó el estímulo.
Esto determina el ingreso del sodio en zonas allegadas de la membrana, las que progresivamente se despolarizan y, a su vez, nuevos polos positivos vecinos de otros negativos van produciendo nuevas corrientes eléctricas capaces de despolarizar otras zonas.
Esta corriente eléctrica también llamada onda despolarizante, es el impulso nervioso, el cual se define con más exactitud como una corriente electroquímica, ya que las cargas eléctricas se deben al estado iónico en que se presentan las sustancia químicas (Fig. 5).

Fig. 5: Transmisión del estímulo nervioso


5 - Repolarización de la membrana neuronal. Bomba de sodio

Una alta concentración intracelular de ión sodio resulta tóxica para las células, por lo cual éstas deben expulsarlo nuevamente al exterior. Como la membrana neuronal es impermeable a este ión, esta expulsión representa un trabajo, es decir se requiere gasto de energía. esta energía es suministrada por un proceso denominado bomba de sodio-potasio, la cual insume ATP (energía química proveniente de la respiración celular) (Fig. 6).

Fig. 6: Repolarización de la membrana.

6- Mecanismo de rueda

Como se puede observar una neurona nunca está totalmente despolarizada o totalmente polarizada, sino que estos estadios se van alternando. A este fenómeno se lo denomina mecanismo de rueda (Fig. 7).

Fig. 7: Mecanismo de rueda.

Umbral de excitación y ley del todo o nada

Para que todo el proceso anteriormente explicado se desencadene es necesaria la acción primaria de un estímulo, el cual debe alcanzar cierta intensidad, por debajo de la cual la neurona no se excita. Esta condición se denomina umbral de excitación y, si ha sido alcanzado, el impulso nervioso se producirá hasta sus últimas consecuencias, independientemente de la potencia del estímulo. A esta propiedad se la denomina ley del todo o nada.