Sistema Nervioso: Neuronas y Transmisión de Señales

Transmisión de Señales Nerviosas y Sistema Nervioso

• El sistema nervioso humano recibe estímulos externos a través de los sentidos, como el tacto.
• Los nervios facilitan la comunicación entre el cerebro, los órganos y músculos.
• Un nervio típico agrupa celdas nerviosas (neuronas) de manera similar a los cables telefónicos.

Estructura de la Neurona

• Una neurona tiene un cuerpo celular (soma) con dendritas que reciben señales de entrada.
• El soma procesa y transmite señales al axón.
• El axón tiene proyecciones llamadas terminales sinápticas en su extremo distal.

Terminales Sinápticas y Neurotransmisores

• En las terminales sinápticas, las señales eléctricas se transmiten a otras neuronas a través de sinapsis.
• El cuerpo humano tiene unos 10 mil millones de neuronas con cientos de sinapsis cada una.
• El funcionamiento del sistema nervioso consume aproximadamente el 25% de la energía diaria del cuerpo.
• Un neurotransmisor es una biomolécula que transmite información entre neuronas en una sinapsis, siendo una sustancia química esencial para la transmisión de señales neuronales.
• Los neurotransmisores se liberan desde vesículas sinápticas de la neurona presináptica durante la propagación del impulso nervioso.
• Se difunden a través del espacio sináptico para afectar el potencial de acción en la neurona postsináptica, uniéndose a puntos específicos en su membrana plasmática.
• Se han descubierto alrededor de cincuenta sustancias químicas que actúan como neurotransmisores y estos neurotransmisores regulan la excitación o inhibición de las neuronas en distintos grados y concentraciones.
• Los principales neurotransmisores incluyen acetilcolina (ACH), dopamina (DA), encefalinas y endorfinas, ácido gamma-aminobutírico (GABA), norepinefrina (NE) y serotonina (5-HT).

Axón y Membrana Plasmática: Naturaleza Eléctrica

• Para comprender la transmisión nerviosa eléctrica, se debe considerar el axón.
• La membrana celular del axón es vital, midiendo 10 nm de espesor y compuesta por fosfolípidos (moléculas de hidrocarburo polarizadas) y proteínas.
• La membrana plasmática permite el paso de algunas sustancias e impide el de otras, lo que resulta en una composición iónica citoplasmática diferente del medio externo.
• La membrana posee canales iónicos proteicos, poros que regulan el flujo de iones (principalmente sodio) a través de ella.
• La membrana celular aísla el interior celular del exterior y facilita la comunicación con su entorno.

Polarización de la Membrana Celular

• El fluido fuera del axón, aunque es eléctricamente neutro, contiene iones de sodio (Na+) y cloro (Cl-).
• El fluido dentro del axón es rico en iones de potasio (K+) y moléculas de proteínas cargadas negativamente.
• En resumen, el exterior celular contiene Na+ y Cl-, mientras que el interior contiene K+ y aniones orgánicos no difusibles.
• Si no fuera por la selectividad de la membrana, la concentración de Na+ sería igual a ambos lados.
• La selectividad da lugar a una polarización de la carga a través de la membrana.
• Los canales iónicos son selectivos, permitiendo solo a ciertos tipos de iones cruzar la membrana.
• Bajo condiciones normales (o de reposo), es difícil para los iones Na+ penetrar en el interior de la célula nerviosa, esto da lugar a una polarización a través de la membrana.

Fuerza Eléctrica y Potencial de Reposo

• La fuerza eléctrica en una membrana celular es dificulta que los iones de Na+ penetren en el interior de la celda nerviosa y da lugar a polarización.
• El exterior es positivo, atrayendo proteínas negativas a la superficie interior de la membrana, lo que representa la fuerza eléctrica entre cargas.
• Existe un sistema de almacenamiento de carga tipo condensador cilíndrico a través de la membrana del axón cuando está en reposo.
• Existe una distribución desigual de iones dentro y fuera de la neurona, llamada potencial de reposo.
• El potencial de reposo es el voltaje a través de la membrana y se define como ∆V = Vinterior - Vexterior.
• El potencial de reposo es negativo y varía de -40 a -90 mV, con un valor típico de -70 mV en humanos porque el exterior es positivo.

Conducción de Señales y Cambio de Potencial

• La conducción de la señal ocurre cuando la membrana celular recibe un estímulo de las dendritas y el estímulo ocasiona que los canales Na+ se abran.
• Los iones positivos son atraídos a la capa de carga negativa en el interior y son conducidos por la diferencia en la concentración.
• En 0.001 s, suficientes iones de sodio pasan por el canal de compuerta, invirtiendo la polaridad y elevando el potencial, típicamente a +30 mV en humanos.
• La diferencia en la concentración de Na+ hace que el voltaje de la membrana se vuelva positivo y que se cierren las compuertas de sodio.
• Un proceso químico denominado bombeo molecular Na/K - ATPasa reestablece el potencial de reposo a -70 mV al transportar selectivamente el exceso de Na+ al exterior de la celda.

Potencial de Acción

• Las variaciones en el potencial de membrana (de -70 mV a +30 mV, un total de 100 mV) indican el potencial de acción de la celda.
• El potencial de acción se representa como: ΔVAcción = VPico - VReposo.
• La conducción de la señal desde el axón tiene como ejemplo: ΔVAcción = +30mV - (-70mV) = 100mV.
• La onda de voltaje viaja de 1 a 100 m/s para disparar otra pulsación en la neurona adyacente.
• Esta rapidez normal de reacción humana que suman unas cuantas décimas de segundo se debe a factores como las demoras de tiempo en la región sináptica.

Flujos Iónicos y Estados de la Membrana

• En reposo, la membrana celular está polarizada con cargas positivas en el exterior y negativas en el interior, creando una diferencia eléctrica llamada potencial de reposo.
• La despolarización ocurre cuando un estímulo activa la permeabilidad de la membrana neuronal.
• Ocurre una fuerza eléctrica de atracción entre Sodio(positivo) y las capas internas (negativas), permitiendo la entrada del sodio resultando la inversión de las cargas (polarización invertida).
• Los canales de sodio se abren durante la despolarización permitiendo que los iones de sodio se precipiten al interior de la celda, cambiando el potencial rápidamente de -70 mV a +30 mV.
• La repolarización ocurre inmediatamente después de la despolarización, cuando la membrana se permeabiliza al potasio (K+).
• El estado de restablecimiento lo realiza espontáneamente la bomba de sodio-potasio, que es un mecanismo de transporte activo que requiere energía (ATP).
• El sodio (Na+) se ve impulsado hacia el exterior y el potasio (K+) hacia el interior, restableciendo el potencial de reposo de la membrana.