¡Luces, Cámara, Potencial de Acción !

En esta página se describe la forma en que trabajan las neuronas. Espero que esta explicación no se complique mucho, pero es importante comprender la manera en que las neuronas hacen lo que hacen. Son bastantes detalles, así que ve despacio y mira las figuras.  Buena parte de lo que sabemos sobre el trabajo de las neuronas proviene de experimentos realizados con el gigante axón del calamar; el cual se extiende desde la cabeza del calamar hasta su cola y sirve precisamente para mover esta última. ¿Qué tan grande es este axón? Puede tener hasta 1 mm de diámetro (se puede ver a simple vista). Las neuronas envían mensajes mediante un proceso electroquímico. Esto significa que las sustancias químicas se convierten en señales eléctricas. Las sustancias químicas del cuerpo están "eléctricamente cargadas", y por ello son llamadas "iones". Los iones más importantes para el sistema nervioso son sodio y potasio (ambos con 1 carga positiva, +), calcio (2 cargas positivas, ++) y cloro (1 carga negativa, -). También hay alunas moléculas proteicas cargadas negativamente. Es importante recordar que las neuronas están rodeadas por una membrana que permite el paso de algunos iones, a la vez que impide el paso de otros. Este tipo de membrana es llamada semi-permeable. Potencial de la Membrana en Reposo Mientras una neurona no esté enviando una señal, se dice que está en "reposo". Al estar en reposo, su interior es negativo con relación al exterior. Aunque las concentraciones de los diferentes iones tratan de balancearse a ambos lados de la membrana, no lo logran debido a que la membrana celular sólo deja pasar algunos iones a través de sus canales (canales iónicos). En el estado de reposo, los iones de potasio (K+) pueden atravesar fácilmente la membrana, mientras que para los iones de cloro (Cl-) y de sodio (Na+) es más difícil pasar. Las moléculas proteicas, cargadas negativamente (A-), en el interior de la neurona  no pueden atravesar la membrana. Además de estos canales selectivos, existe una bomba que utiliza energía para sacar 3 iones de sodio por cada 2 iones de potasio que bombea al interior de la  neurona. Finalmente, cuando estas fuerzas se balancean, y se mide la diferencia entre el voltaje del interior y el del exterior de la célula, se obtiene el potencial de reposo. El potencial de la membrana en reposo de una neurona es de aproximadamente -70 mV (mV=milivoltio), es decir que el interior de la neurona tiene 70 mV menos que el exterior. En el estado de reposo hay relativamente más iones de sodio en el exterior de la neurona, y más iones de potasio en su interior.  Potencial de Acción Si el potencial en reposo indica lo que sucede con la neurona en reposo, el potencial de acción señala lo que pasa cuando la neurona transmite información por el axón, lejos del soma (cuerpo celular). Los neurocientíficos emplean otras palabras, como "espiga" o "impulso" para describir el potencial de acción. El potencial de acción es una explosión de actividad eléctrica creado por una corriente despolarizadora. Esto significa que un evento (estímulo) hace que el potencial de reposo llegue a 0 mV. Cuando la despolarización alcanza cerca de -55 mV la neurona lanza un potencial de acción. Este es el umbral. Si la neurona no alcanza este umbral crítico, no se producirá el potencial de acción. De igual forma, cuando se alcanza el umbral siempre se produce un potencial de acción estándar ...para cualquier neurona dada el potencial de acción es siempre el mismo. No existen potenciales grandes o pequeños en una neurona, todos los potenciales son iguales. Por lo tanto, la neurona o no alcanza el umbral o se produce un potencial de acción completo; este es el principio del "TODO O NADA". La "causa" del potencial de acción es el intercambio de iones a través de la membrana celular. Primero, un estímulo abre los canales de sodio. Dado que hay algunos iones de sodio en el exterior, y el interior de la neurona es negativo con relación al exterior, los iones de sodio entran rápidamente a la neurona. Recuarda que el sodio tiene una carga positiva, así que la neurona se vuelve más positiva y empieza a despolarizarse. Los canales de potasio de demoran un poco más en abrirse; una vez abiertos el potasio sale rápidamente de la célula, revirtiendo la despolarización. Más o menos en este momento, los canales de sodio empiezan a cerrarse, logrando que el potencial de acción vuelva a -70 mV (repolarización). En realidad el potencial de acción va más allá de -70 mV (hiperpolarización), debido a que los canales de potasio se quedan abiertos un poco más. Gradualmente las concentraciones de iones regresan a los niveles de reposo y la célula vuelve a -70 mV. Y ahí está .. el Potencial de Acción. Escucha algunos potenciales de acción en la galería de Sonidos de las Neurociencias. Observa y escucha más sobre el potencial de la membrana celular de la neurona empleando un lenguaje de modelos de realidad virtual (virtual reality modeling language, VRML) y ve a factores físicos detrás del potencial de acción.