Potencial de membrana y potencial de acción.

Bien es conocido por todos que las neuronas de nuestro sistema nervioso se comunican mediante sinapsis conduciendo impulsos eléctricos.
Para la generación de un impulso, la membrana de la neurona (bicapa de fosfolípidos) ha de sufrir un cambio, para así producir un cambio a su vez en el interior celular. No se entendería el cambio sin entender primero el potencial de membrana en reposo.
La membrana de las neuronas, en reposo tiene un potencial de -55/-60 mV, esto es la diferencia de voltaje entre el exterior celular y el interior. Este potencial de reposo se regula mediante canales, que pueden ser de dos tipos:

  • Canales iónicos, los cuales pueden estar abiertos, o cerrados. Son canales pasivos en los que no es necesario el uso de energía para el transporte de moléculas. Su apertura depende de:
    • Cambios en el potencial de membrana.
    • Unión a ligandos (neurotransmisores).
    • Apertura por estiramiento (receptores cutáneos de presión que al entrar en contacto con algún objeto se deforman abriendo el canal).
    • Canales TRP activados por temperatura.
  • Canales transportadores o proteínas transportadoras. Estos son canales que requieren el uso de energía. Un ejemplo es la bomba sodio-potasio ATPasa.


Esta membrana separa el interior celular del exterior, separado el contenido de moléculas. Si todos los canales de la membrana se encontrasen abiertos, las moléculas se moverían de un lado al otro de la membrana en función del gradiente electroquímico. Este gradiente se compone de:

  • Gradiente eléctrico: Las moléculas del interior y del exterior celular tienen carga (K+, Na+, Cl-…), estas se desplazarán siempre a favor de gradiente, de donde hay mayor carga a donde haya menor carga.
  • Gradiente químico o de concentración: Las moléculas se desplazarán igualmente a favor de gradiente, de donde la concentración de una molécula específica sea mayor, a donde la concentración sea menor.

Por tanto el gradiente electroquímico va a depender de ambos gradientes, de la carga de las moléculas y de la concentración de estas.

Como hemos comentado anteriormente, el potencial de membrana en reposo es de -55/-60 mV, pero en reposo sería lógico pensar que el potencial eléctrico fuese 0, ya que el gradiente siempre va a tender a igualarse. Que esto no sea así se consigue gracias a los canales transportadores, que mediante el gasto de energía regulan el medio propiciando las condiciones óptimas para el desarrollo y transmisión de los menajes. en el interior celular.
Uno de estos canales transportadores es la bomba sodio potasio ATPasa, mediante la cual, utilizando un ATP, se sacan al exterior celular tres moléculas de sodio y se introducen al interior dos moléculas de potasio; así, mediante este método, el interior celular se quedaría con una mayor concentración de potasio, y se quedaría un medio más negativo, ya que en este transporte, se sacan al exterior tres moléculas de carga positiva, y solo se introducen dos de carga igualmente positiva.

El medio nos quedaría tal que así:

  • Interior celular, medio con predominio de cargas negativas, con mayor concentración de potasio.
  • Exterior celular: medio con predominio de cargas positivas, con mayor concentración de sodio.


Teniendo todo esto en cuenta, veamos las señales eléctricas y cómo estas se conducen. Las señales eléctricas no son más que alteraciones de membrana, que producen un cambio en el interior celular, y este se transmite en forma de señal.Para que una neurona reciba información, tiene que recibir sinapsis de otra neurona, por lo tanto tenemos dos neuronas implicadas, la neurona presináptica, y la neurona postsináptica. Esta sinapsis puede suceder de axón a dendrita, de axón a soma, de axón a axón, o de dendrita a dendrita.En la parte final del axón de la neurona presináptica, el botón axonal, se liberan neurotransmisores, que se van a unir a los canales dependientes de ligando de la neurona postsináptica. Estos canales (cada canal es específico para cada molécula) se van a abrir, dejando entrar la molécula específica. Dependiendo del canal que se abra, la señal será excitatoria u inhibitoria. 

  • Las señales excitatorias harán que la neurona postsináptica se acerque a enviar una señal. Estas señales, abren canales de Ca+, por lo que estas moléculas al estar más concentradas en el exterior celular, entrarían al interior haciendo este medio más positivo, acercándose al 0. Por ejemplo, si el medio en reposo está a -55 mV, llegaría a +30 mV. Esto se denomina despolarización.
  • Las señales inhibitorias, abrirán canales de Cl-, por lo que al estar más concentrado en la periferia, entrará al interior celular, provocando que el medio se quede más negativo, y haciendo que la señal no se transmita. Por ejemplo, el medio pasaría de -55 a -80 mV. Este fenómeno se denomina hiperpolarización.

Supongamos que la neurona postsináptica ha recibido los neurotransmisores en una dendrita (sinapsis axodendrítica), la información aquí recibida tendrá que viajar hasta el cono axónico (parte inicial del axón, pegado al soma), y aquí tendrá que llegar a cierto nivel de despolarización. Si no llega a ese nivel, la señal eléctrica no se enviará y se perderá. Si la señal que recibimos en la membrana es lo suficientemente fuerte como para llegar al nivel de disparo, se creará un potencial de acción, el cual viajará por todo el axón, llegando hasta el final de este.
Los potenciales de acción son todos iguales, esto no depende de la intensidad de la señal; si se llega al nivel de disparo, se creará un potencial de acción, que será igual al creado por un estímulo que supere con creces el nivel de disparo. Esto se denomina Ley de todo o nada.

Expliquemos bien los distintos componentes de esto para terminar con un ejemplo.
Cuando se produce un cambio en el potencial de membrana, este cambio se transmite hacia el cono axónico, pero esta señal va perdiendo intensidad en su camino hacia el cono. Si la señal en la membrana llegó a causar un potencial de +30, mientras más lejos se encuentre el punto de membrana del cono axónico, más decrecerá la señal, pudiendo llegar por ejemplo a -30 cuando llega al cono. Si esta señal llega con la intensidad adecuada, repetimos que crea el potencial de acción, y una vez este se crea, no disminuye en su camino hacia el final del axón.
Esto es un supuesto con señales despolarizantes, señales excitatorias, pero qué pasa con las señales inhibitorias… Bien, al cono axónico no solo le llega información de una dendrita, le llega información de una media de 10.000 lugares. Todos estos se suman en el cono axónico, así, las señales despolarizantes (excitatorias), acercarán al punto de disparo, y las hiperpolarizantes (inhibitorias), alejarán de este punto.

Hay que tener en cuenta que cuando una señal que abre canales llega a un punto de la neurona, esta señal pasa por varios procesos (supuesto de señal despolarizante que alcanza el potencial de disparo y crea potencial de acción):

  1. Despolarización. Se abren canales de sodio, por lo que el interior se vuelve más positivo.
  2. Potencial de acción. Al llegar al punto de disparo, se crea el potencial de acción.
  3. Hiperpolarización. Al llegar al punto máximo del potencial de acción, se cierran los canales de Na+, y se abren los de K+, para así llevar a la célula al estado de reposo. El K+ sale al exterior, volviéndose el potencial más negativo que en reposo, por ejemplo -90.
  4. Periodo refractario. Cuando la célula se encuentra en periodo refractario, es decir, hiperpolarizada, no puede crear otro potencial de acción (periodo refractario absoluto), por lo que la señal nerviosa se transmitirá hacia delante. 
  5. Repolarización mediante la bomba sodio potasio ATPasa, mediante el gasto de ATP.

Ejemplo

A una neurona cuyo punto de disparo es de -40 mV, le llega una señal despolarizante en una dendrita, la señal es de -60 mV. Esta señal viajará de la manera que se ve en la imagen, hasta el cono axónico, llegando con un voltaje de -45 mV. Por tanto, se crearía potencial de acción, que produciría una despolarización y mandaría el mensaje por su axón.

Si a este cono axónico le llega también una señal hiperpolarizante, de por ejemplo -60 mV, el sumatorio no llegaría al punto de disparo (-40 mV), y no se produciría potencial de acción. No se transmitiría la señal.

El sumatorio de todas las señales que llegan al cono, harán que se alcance el potencial de disparo y se cree un potencial de acción, o no.