Cualquier actividad que realizamos, desde pensar, hasta aprender o realizar un deporte, depende de la actividad eléctrica de nuestro cerebro. Para que podamos realizar estas conductas, diferentes impulsos eléctricos deben viajar a través de las neuronas, para así llevar la información necesaria. Este proceso se denomina potencial de acción neuronal, y tiene unas fases claramente establecidas, que veremos a continuación.
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Potencial de membrana como fase previa al potencial de acción neuronal
El potencial de membrana hace referencia a las cargas eléctricas que se encuentran en la membrana celular, y la posibilidad que tienen estas de transmitir el impulso eléctrico. En una célula nerviosa -o cualquier otro tipo de célula-, el potencial de membrana puede estar producido por difusión, dependiendo de la concentración de los elementos químicos -y sus cargas- en el interior y exterior de la célula. Esta difusión se da por un trasporte pasivo, que no consume energía y que se refiere a canales que siempre están abiertos, permitiendo el paso de determinadas sustancias (Hall y Hall, 2021).
En el caso específico de las células nerviosas, se encuentra una concentración elevada de sodio y potasio dentro de la membrana, y muy baja fuera de la misma (Solís, López-Hernández y Cortés-Gasca, 2008)
La membrana celular en reposo, antes del potencial de acción neuronal
En las fibras nerviosas grandes, cuando no se encuentran trasportando una señal nerviosa, se evidencia un potencial de membrana en reposo de -60mV a -70mV. Esto quiere decir que el interior de la célula es aproximadamente 60mV más negativo que el líquido extracelular. De este modo, para que se mantenga este potencial en reposo, participan los siguientes elementos (Pastor, 2000; Solís, López-Hernández y Cortés-Gasca, 2008; Hall y Hall, 2021):
- Bomba de sodio y potasio: Esta bomba constantemente trasporta iones de sodio hacia el exterior de la célula y de potasio hacia el interior, en una proporción de tres iones de sodio por cada dos iones de potasio. Esta es la razón por la que el interior la célula tiene una carga negativa.
- Fuga de sodio y potasio: Se refiere a canales mucho más permeables, que funcionan como un trasporte pasivo, principalmente de potasio.
Fases del potencial de acción
Los potenciales de acción neuronal son cambios rápidos en el potencial de membrana que viajan a lo largo de la neurona, transmitiendo las señales nerviosas. Las fases principales del potencial de acción incluyen (Bean, 2007; Hall y Hall, 2021):
- Reposo
- Despolarización de la membrana
- Sobreexcitación
- Repolarización
- Hiperpolarización
Fase de reposo, fase base
Como se mencionó previamente, en esta fase la membrana se encuentra en calma, manteniendo un potencial de membrana de -60mV a -70mV, es decir, se encuentra polarizada.
Inicio, fase de despolarización
En esta fase, la membrana rápidamente permite el ingreso de iones de sodio, es decir, ingresan a la célula iones con carga positiva. De este modo, la polarización en la que se encontraba la célula, de -60mV a -70mV se neutraliza, y el potencial aumenta en dirección positiva (Hall y Hall, 2021).
Sobreexcitación o pico de potencial de acción
Ocurre cuando hay un gran exceso de iones de sodio positivos en el interior de la célula, pasando de cero, y volviéndose completamente positivo (Hall y Hall, 2021).
Fase de repolarización del potencial de acción
Después de algunas diezmilésimas de segundo, cuando la membrana se hizo muy permeable al sodio, los canales que permiten el ingreso de sodio comienzan a cerrarse, y los de potasio se abren más de lo normal. De esta manera, en esta fase del potencial de acción, la rápida difusión de iones de potasio al interior de la célula reestablece el potencial de membrana negativo (Hall y Hall, 2021).
La última fase, la hiperpolarización
Una vez la célula se ha repolarizado, las cargas negativas aumentan un poco más, llegando hasta cerca de -90mV. En este estado, la célula requeriría un mayor impulso para llegar al umbral de acción y así poder alcanzar el potencial de acción, lo cual es más difícil que cuando se encuentra a -60mV. Por este motivo, en este periodo es más difícil que se inicie el potencial de acción, y se conoce como estado refractario (Pastor, 2000; Bean, 2007)
La importancia de los iones de calcio en las diferentes fases
El calcio coopera o actúa en el lugar del sodio, en la fase de despolarización del potencial de acción neuronal. De igual manera que la bomba de sodio, la bomba de potasio impulsa iones de calcio desde el interior de la membrana al espacio extracelular (Eguiagaray, et al., 2004; Hall y Hall, 2021).
Adicionalmente, existen canales de calcio que se activan por voltaje, y son ligeramente permeables al sodio; de manera que al abrirse, ingresan a la membrana tanto iones de calcio como de sodio (Eguiagaray, et al., 2004).
El umbral de acción
Para que la célula termine de despolarizarse y se presente el potencial de acción neuronal, es importante que el aumento del potencial de membrana sea suficiente. Esto ocurre cuando el número de iones de sodio que ingresan en la célula supera los iones de potasio que salen de esta. En consecuencia, para que se presente el potencial de acción neuronal, la membrana tuvo que llegar hasta aproximadamente –40mV, esto es lo que se conoce como el umbral de estimulación (Hall y Hall, 2021).
En conclusión, el potencial de acción neuronal tiene las siguientes fases:
- Sin la presencia de ningún estímulo nervioso, la membrana se encuentra en reposo, en un potencial de membrana de aproximadamente -60mV.
- Ante un impulso eléctrico, se eleva el potencial de membrana, abriendo los canales de sodio -despolarización-.
- El sodio ingresa a la célula en cantidades mayores que cuando estaba en reposo.
- Se trasmite el impulso eléctrico
- Se cierran los canales de sodio y se abren los canales de potasio, permitiendo el ingreso de iones negativos -repolarización.
Referencias:
- Bean, B. P. (2007). The action potential in mammalian central neurons. Nature Reviews Neuroscience, 8(6), 451–465. doi:10.1038
- Eguiagaray, J. G., Egea, J., Bravo-Cordero, J. J., & García, A. G. (2004). Neurotransmisores, señales de calcio y comunicación neuronal. Neurocirugía, 15(2), 109–118. doi:10.1016
- Hall, J. y Hall, M. (2021). Tratado de fisiología médica. Madrid: Elsevier.
- Pastor, J. (2000). Fundamentos biofísicos de la actividad neuronal. Rev Neurol, 30 (8), 741-755. Recuperado de neurorgs.net
- Solís, H., López-Hernández, E., y Cortés-Gasca, D. (2008). La excitabilidad neuronal y los canales de potasio. Arch Neurocien, 13 (2). 195-201. Recuperado de medigraphic.com
