Biología Electivo
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IMPULSO NERVIOSO Y SINAPSIS TEMAS La propiedad más importante de las neuronas es responder ante estímulos, generando una respuesta bioeléctrica que viaja a lo largo de toda la neurona. La célula muscular también es excitable, junto a la neurona, constituyendo los dos únicos tipos que presentan esta propiedad.
Estado de Reposo La concentración de los iones K+ en el citoplasma de un axón es aproximadamente 30 veces superior a la del fluido externo, por el contrario, la concentración de iones Na+ es unas 10 veces mayor en el fluido extracelular, que en el citoplasma, esta distribución de iones a ambos lados de la membrana depende de 3 factores. Difusión de partículas a favor de un gradiente de concentración. Presencia de Cl- en el espacio extracelular, mientras en la cara interna de la membrana plasmática se acumulan proteínas, sulfatos y fosfatos de carácter negativo. Esto provoca que el Cl- que esté al exterior celular no pueda difundir hacia la neurona. Esta diferencia de concentración entre Na+ y K+ se mantienen por la bomba Na+ - K+ ATPasa, con gasto de ATP.
El potencial de reposo de una membrana es de – 70 mili volt, siendo un estado muy inestable en la neurona.
Despolarización Al estimular la membrana se vuelve permeable al ingreso de iones Na+, abriendo canales que permiten la entrada masiva de estos iones al interior de la célula a favor del gradiente y son atraídos por la carga negativa dentro del axón, haciendo más positivo el lado interno de la membrana, produciendo un potencial de acción este cambio dura medio milisegundo, durante el cual la bomba Na+ - K+ ATPasa está inactiva. Repolarización Alcanzado el potencial de acción, es decir, durante la inversión de cargas, se abre la mayoría de los canales de iones K+, los que fluyen hacia fuera del axón debido al gradiente de concentración y también a la carga positiva dentro del axón por aumento de iones Na+, durante el pico del potencial de acción. Este flujo contrarresta al flujo previo de iones Na+ hacia adentro y el potencial de reposo se reestablece rápidamente. Hiperpolarización La salida de K+ excede el potencial de reposo normal y brevemente se vuelve más negativo, es decir – 80 a - 90 mV. En este momento, la entrada de Na+ y la salida de K+ tiene las concentraciones de estos iones al revés de lo normal, lo que impide que la neurona vuelva a ser excitada, es decir, que genere un nuevo potencial de acción, período que recibe el nombre de período refractario absoluto. La alteración de las concentraciones de Na+ - K+ reactivan a la bomba Na+ - K+ ATPasa, la cual restablece el potencial de reposo de membrana normal, sacando Na+ al exterior e ingresando el K+ que salió durante la repolarización, el tiempo que tarda volver a restablecer el potencial de reposo normal, la membrana se encuentra en el período refractario relativo, durante el cual puede excitarse nuevamente la membrana si el estímulo es supraumbral. Propagación del Impulso El potencial de acción se autopropaga por la membrana neuronal porque en su pico, cuando al interior de la membrana en la región activa es comparablemente positivo, los iones de carga positiva que se encuentran en esa zona se mueven desde esa región al área adyacente dentro del axón, que aún es comparativamente negativa, la cual comienza a hacerse menos negativa, abriendo canales de Na+ regulados por voltaje que permiten entrar al Na+ precipitadamente, despolarizando esa región de la membrana. Como consecuencia de este proceso de renovación, que se repite a lo largo del axón, el impulso nervioso se conduce a una distancia considerable a una fuerza absolutamente no menguada.
Este potencial de acción puede ser bidireccional, dado un estímulo al centro del axón de una neurona en reposo absoluto, pudiendo viajar en ambos sentidos dentro de la neurona.
2. Características del Potencial de acción Umbral de Excitación Este concepto se refiere a la intensidad mínima que debe tener un estímulo para ser capaz de generar un potencial de acción en la neurona. De acuerdo con esto, existen 3 clases de estímulos según su intensidad:
El umbral de excitación está en relación al potencial de reposo de la neurona. Así, un estímulo umbral para vencer un potencial de -70 mv va a ser subumbral para otra neurona que tiene un potencial de -80 mv. La hiperpolarización de una neurona implica aumentar el umbral de excitación, por lo que la neurona se hace más difícil de estimular. Ley del todo o nada Una vez desencadenado un potencial de acción en cualquier punto de la membrana, el proceso de despolarización viaja por toda la membrana si las condiciones son las adecuadas, o no lo hace en absoluto. Una vez que se genera este potencial de acción, tiene la misma duración y amplitud que si se inicia por un estímulo umbral o supraumbral. Es decir, no por aumentar la intensidad del estímulo aumenta también el potencial de acción, no existen respuestas intermedias, todo o nada. Conducción del Impulso En las neuronas que carecen de vaina de mielina se habla de una conducción continua, porque el potencial de acción va despolarizando toda la membrana neuronal. Sin embargo, las neuronas con vaina de mielina presentan una conducción saltatoria. Esto se produce porque la vaina se comporta como un excelente aislante que reduce el flujo de iones a través de la membrana en unas 5000 veces. Los iones sólo pueden fluir a través de los nódulos de Ranvier y, por lo tanto, los potenciales se pueden producir sólo en los nódulos. La conducción saltatoria tiene valor por 2 razones: al hacer que la despolarización se conduzca entre nódulos el potencial de acción se hace más rápido, entre 5 y 50 veces. En segundo lugar, ahorra energía para la neurona, porque sólo se despolarizan los nódulos. Velocidad de Conducción Si bien es cierto el potencial de acción obedece a la ley de Todo o Nada, es decir, que la fuerza electromotriz generada es de magnitud constante, se puede modificar en cambio su frecuencia de producción. Esta modulación de la frecuencia es la base de la transmisión de la información en el sistema nervioso. Las modificaciones de potencial que constituyen el potencial de acción se transmiten especialmente en las fibras nerviosas a velocidad variable, pero independiente de la fuerza del estímulo. La velocidad del impulso nervioso es determinada por los siguientes factores:
El potencial de acción no abandona el ámbito de la neurona que lo originó. Entre una neurona y otra, o bien entre neurona y efector, la información se transmite de una membrana a otra a través de las uniones interneuronales llamadas sinapsis. Existen 2 tipos de sinapsis: Sinapsis eléctricas Se caracterizan por ser canales desde una célula a la siguiente. Se realizan a través de uniones intercelulares laxas, que permiten el paso libre de iones. Son escasas en el SNC, se encuentran entre células musculares lisas y cardíacas.
Sinapsis químicas Son aquellas en donde la neurona libera sustancias químicas, los neurotransmisores, que van a producir en la estructura contigua cambios en su permeabilidad de membrana, lo que originará nuevos biopotenciales. Son las más abundantes. Las sinapsis químicas pueden ser: a) axo - dendríticas.
Las sinapsis químicas tienen un rasgo sumamente importante: las señales se transmiten siempre en una sola dirección, o sea, desde la neurona que secreta el neurotransmisor, llamada neurona presináptica, hacia la neurona sobre la que actúa el neurotransmisor o neurona postsináptica. Esto constituye la base de la conducción unidireccional y es fundamental para que el sistema nervioso realice sus funciones en forma específica. Anatomía Funcional de la Sinapsis Las terminales presinápticas o botones terminales están separadas de las neuronas postsinápticas por una hendidura sináptica. En la terminal presináptica se encuentran vesículas que contienen al neurotransmisor y son liberados hacia la hendidura sináptica. Además, contiene mitocondrias que aportan ATP para su vaciamiento. Por su parte, la membrana de la neurona postsináptica posee receptores específicos para el neurotransmisor. De esta manera, la estructura de la sinapsis es asimétrica, porque hay estructuras que están presentes en una neurona y no en la otra.
Cuando un potencial de acción viaja por la terminal presináptica, provoca la exocitosis de las vesículas con liberación del neurotransmisor. Esta exocitosis depende de la presencia de Ca+2, cada impulso nervioso libera siempre la misma cantidad de neurotransmisor, por lo cual la cantidad liberada por unidad de tiempo es función directa de la frecuencia de los impulsos.
Un neurotransmisor que ha hecho abandono de la neurona presináptica puede continuar por los siguientes caminos:
Si ocurre el caso Nº 1, la unión desencadena cambios en la permeabilidad iónica, lo que puede iniciar o inhibir potenciales sinápticos. Si el cambio de permeabilidad favorece la entrada de Na+, se genera un potencial excitatorio postsináptico (PEPS). Si la permeabilidad favorece la entrada de Cl- y K+, el potencial generado es inhibitorio (PIPS). La intensidad de la respuesta sináptica depende de la cantidad de neurotransmisor que se une a los receptores por unidad de tiempo. Un PEPS solo o sumado espacial o temporalmente alcanza el umbral de excitación de la estructura postsináptica desencadenando en ésta un nuevo potencial de acción que se transmite a toda la célula postsináptica. Los potenciales sinápticos modifican la excitabilidad de la neurona frente a otros estímulos, los PEPS la aumentan y los PIPS la disminuyen. Características de la sinapsis Sumación
Retardo sináptico
Fatiga sináptica
Neurotransmisores
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