Impulso nervioso: características, etapas, funciones
El impulso nervioso es una serie de potenciales de acción (PA) que ocurren a lo largo del axón y otras células eléctricamente excitables (musculares y glandulares). En principio, ocurre cuando se transmite un mensaje de una neurona a otra, o de una neurona a un órgano efector debido a que se recibe un estímulo externo o interno.
El mensaje fundamentalmente es una señal eléctrica que se genera en las dendritas o el cuerpo de la neurona y viaja hasta el extremo del axón donde la señal es transmitida. Dicho potencial de acción es la señal eléctrica primaria generada por las células nerviosas, las neuronas, y es originada por cambios en la permeabilidad de la membrana a iones específicos.
La cinética y la dependencia de voltaje de las permeabilidades a ciertos iones brindan una explicación completa de la generación del potencial de acción.
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El potencial de acción es entonces un fenómeno de carácter explosivo que se propagará sin decremento a lo largo de las fibras nerviosas. El axón conduce el PA desde su punto de origen, que es la zona de iniciación de la espiga (cerca del cono axonal de la neurona), hasta los terminales axónicos.
Las neuronas por lo tanto son células especializadas en la recepción de estímulos y transmisión del impulso. Las respuestas eléctricas activas de las neuronas y de otras células excitables dependen de la presencia de proteínas especializadas, conocidas como canales iónicos dependientes de voltaje, en la membrana celular.
Para que el impulso nervioso se genere, necesariamente debe ocurrir un cambio en la membrana de la neurona, la cual se extiende a lo largo de todo el axón. La diferencia electroquímica existente entre el citoplasma celular y el medio extracelular permite que se produzca una diferencia de potencial a ambos lados de la membrana.
Si medimos esta diferencia de potencial electroquímico dentro y fuera de la membrana observaríamos una diferencia de -70mV aproximadamente. En este sentido, el lado interno de la membrana de la neurona es negativo con respecto al lado externo cuando no existe ningún estímulo.
Los canales iónicos dependientes de voltaje permiten a los iones moverse a través de la membrana como respuesta a cambios en el campo eléctrico de la membrana. Son varios los tipos de canales iónicos existentes en la neurona cada uno de los cuales permitirá el paso de una especie iónica concreta.
Estos canales no están distribuidos uniformemente en la membrana. Sin embargo en la membrana axonal podemos encontrar canales para el Na+ y para el K+ de acción rápida, mientras que en el terminal axonal encontramos canales de Ca+.
Los canales de K+ son responsables de mantener el estado de reposo de las células eléctricamente excitables cuando no hay estímulos que desencadenen un PA, fenómeno que se denomina cambios pasivos en el potencial de membrana.
Mientras que los canales de Na+ reaccionan de manera rápida interviniendo en la despolarización de la membrana cuando se genera un PA o cambio activo en el potencial de membrana.
Por otro lado, los canales de Ca+ aunque se abren más lentamente durante la despolarización tienen el papel fundamental de propagar las señales eléctricas y desencadenar la liberación de señales neurotransmisoras en las sinapsis
El impulso ocurre debido a la asimetría en la concentración de bioelementos y biomoléculas entre el citoplasma y el medio extracelular. Los iones más importantes que participan en la excitabilidad de la neurona son Na+, K+, Ca2+ y Cl-.
Existen además algunos aniones orgánicos y proteínas que se localizan únicamente en el líquido intracelular y no pueden salir de este pues la membrana plasmática es impermeable a estos componentes.
Fuera de la célula hay una mayor concentración de iones como el Na+ (10 veces más) y Cl- y dentro hasta 30 veces más K+ y una gran cantidad de aniones orgánicos (proteínas) que generan que el citoplasma tenga una carga negativa.
En el momento en que los canales de Na+ y K+ sensibles al voltaje están abiertos, los cambios de voltaje se transmitirán a zonas adyacentes a la membrana e inducen la apertura de componentes sensibles al voltaje en esas zonas y la transmisión del cambio de voltaje a otras sectores más alejados.
Luego del cierre de los canales de Na+ y K+ las compuertas se inactivan durante un breve período lo que significa que el impulso no puede retroceder.
La producción del potencial de acción depende entonces de tres elementos esenciales:
En primer lugar, el transporte activo de iones por proteínas de membrana específicas. Este genera concentraciones desiguales de una especie iónica o varias a ambos lados de la misma.
En segundo lugar, la distribución desigual de los iones genera un gradiente electroquímico a través de la membrana que genera una fuente de energía potencial.
Por último, los canales iónicos de compuerta, selectivos a especies iónicas concretas, permiten que las corrientes iónicas fluyan impulsadas por gradientes electroquímicos a través de estos canales que atraviesan la membrana.
Cuando no se está transmitiendo un potencial de acción la membrana de la neurona se encuentra en reposo. En esta instancia el líquido intracelular (citoplasma) y el líquido extracelular contienen diferentes concentraciones de iones inorgánicos.
Esto da como resultado que la capa externa de la membrana tenga una carga positiva mientras que la interna tiene una carga negativa, lo que significa que la membrana en reposo esta “polarizada”. Este potencial de reposo tiene un valor de -70mv, es decir, el potencial dentro de la célula es 70 mV más negativo que el potencial extracelular.
En la célula existe normalmente entrada de Na+ y salida de K+ por efecto del gradiente de concentración (transporte activo). Como hay más Na+ fuera de la célula este tiende a introducirse y como hay más K+ dentro de la célula este tiende a salir para igualar su concentración en ambos lados de la membrana.
La distinta concentración iónica se mantiene por la acción de una proteína de membrana llamada “bomba de sodio y potasio”. Para conservar la diferencia de potencial la bomba de Na+ y K+ saca de la célula 3 iones de Na+ por cada dos de K+ que introduce.
Cuando se presenta un estímulo en el área receptora de la membrana neuronal, se produce un potencial generador el cual aumenta en la membrana la permeabilidad al Na+.
Si este potencial supera el umbral de excitabilidad que es de -65 a -55 mV se genera un impulso nervioso y el Na+ se introduce tan rápido que incluso se inactiva la bomba de Na+ y K+.
La entrada masiva de Na+ que tiene carga positiva hace que se inviertan las cargas eléctricas antes mencionadas. Este fenómeno se conoce como despolarización de la membrana. Este último, se detiene en alrededor de +40mv.
Al alcanzar el umbral siempre se genera un PA estándar, pues no existen impulsos nerviosos grandes o pequeños, en consecuencia todos los potenciales de acción son iguales. Si no se alcanza el umbral nada ocurre, lo cual se conoce como principio del “todo o nada”.
El PA es muy breve dura de 2 a 5 milisegundos. El aumento en la permeabilidad de la membrana al Na+ cesa rápidamente porque los canales de Na+ se inactivan y aumenta la permeabilidad a los iones de K que fluyen desde el citoplasma reestableciendo el potencial de reposo.
El impulso no permanece en la membrana neuronal donde se genera como consecuencia de un potencial generador, sino que se desplaza a través de la membrana a lo largo de la neurona hasta llegar al extremo del axón.
La transmisión del impulso consiste en su desplazamiento en la forma de ondas eléctricas a lo largo de la fibra nerviosa. Una vez que llega a los pies terminales del axón debe cruzar una sinapsis lo cual se realiza por medio de neurotransmisores químicos.
El PA se desplaza a lo largo de la fibra nerviosa de manera continua, si esta no posee mielina, sin embargo, si la posee, las capas de mielina aíslan la membrana de la fibra nerviosa en toda su superficie excepto en los nódulos de Ranvier. El PA en esta situación, avanza en saltos de un nódulo al siguiente, lo que se conoce como conducción saltatoria.
Este tipo de transmisión ahorra mucha energía y aumenta la velocidad del impulso y trasmisión de la información pues la despolarización ocurre solo en los nódulos de Ranvier. Se ha registrado velocidades de hasta 120 m/seg, mientras que aquellas fibras no recubiertas por mielina la velocidad aproximada son de 0,5 m/seg.
El flujo del impulso nervioso va del extremo aferente de la neurona que comprende el cuerpo y las dendritas hasta el extremo eferente formado por el axón y sus ramificaciones colaterales. Se incluyen acá las terminaciones axónicas en cuyos extremos se encuentran los pies terminales o botones sinápticos.
La zona de contacto entre una neurona y otra o bien entre una neurona y una célula muscular o glandular se denomina sinapsis. Para la ocurrencia de la sinapsis, los neurotransmisores tienen un papel fundamental para que el mensaje trasmitido tenga continuidad sobre las fibras nerviosas.
En esencia un potencial de acción es un cambio en la polaridad de la membrana de negativo a positivo y de vuelta al negativo en un ciclo que dura de 2 a 5 milisegundos.
Cada ciclo comprende una fase ascendente de despolarización, una fase descendente de repolarización y una fase subdescendente llamada hiperpolarización a cifras por debajo de -70 mv.
El impulso nervioso es un mensaje electroquímico. Es un mensaje porque hay un destinario y un remitente y es electroquímico ya que existe un componente eléctrico y un componente químico.
Mediante el impulso nervioso (potencial de acción), las neuronas transportan información rápidamente y con exactitud para coordinar las acciones de todo el cuerpo de un organismo.
Los PA, son responsables de cada recuerdo, sensación, pensamiento y respuesta motora. Esto en la mayoría de los casos ocurre a grandes distancias para controlar las respuestas efectoras que incluyen apertura de canales iónicos, la contracción muscular y la exocitosis.
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