Ejemplo de impulso nervioso
El sistema nervioso está compuesto por más de 100.000 millones de células conocidas como neuronas. Una neurona es una célula del sistema nervioso cuya función es recibir y transmitir información. Como puede ver en la Figura 4.1, “Componentes de la neurona”, las neuronas están formadas por tres partes principales: un cuerpo celular, o soma, que contiene el núcleo de la célula y la mantiene viva; una fibra ramificada en forma de árbol conocida como dendrita, que recoge la información de otras células y la envía al soma; y una fibra larga y segmentada conocida como axón, que transmite la información desde el cuerpo celular hacia otras neuronas o hacia los músculos y glándulas. La figura 4.2 muestra una fotografía de neuronas tomada mediante microscopía confocal.
Algunas neuronas tienen cientos o incluso miles de dendritas, y estas dendritas pueden estar a su vez ramificadas para permitir que la célula reciba información de miles de otras células. Los axones también están especializados y algunos, como los que envían mensajes desde la médula espinal a los músculos de las manos o los pies, pueden ser muy largos, incluso de varios metros. Para mejorar la velocidad de su comunicación y evitar que sus cargas eléctricas entren en cortocircuito con otras neuronas, los axones suelen estar rodeados de una vaina de mielina. La vaina de mielina es una capa de tejido graso que rodea el axón de una neurona y que actúa como aislante y permite una transmisión más rápida de la señal eléctrica. Los axones se ramifican hacia sus extremos y en la punta de cada rama hay un botón terminal.
Cómo viaja un impulso de una neurona a otra
Este asombroso relámpago de nube a superficie se produjo cuando se acumuló una diferencia de carga eléctrica en una nube con respecto al suelo. Cuando la acumulación de carga fue lo suficientemente grande, se produjo una descarga repentina de electricidad. Un impulso nervioso es similar a un rayo. Tanto un impulso nervioso como un rayo se producen por diferencias de carga eléctrica y ambos dan lugar a una corriente eléctrica.
Un impulso nervioso, al igual que un rayo, es un fenómeno eléctrico. Un impulso nervioso se produce por una diferencia de carga eléctrica a través de la membrana plasmática de una neurona. ¿Cómo se produce esta diferencia de carga eléctrica? La respuesta tiene que ver con los iones, que son átomos o moléculas con carga eléctrica.
Cuando una neurona no está transmitiendo activamente un impulso nervioso, se encuentra en estado de reposo, lista para transmitir un impulso nervioso. Durante el estado de reposo, la bomba de sodio-potasio mantiene una diferencia de carga a través de la membrana celular de la neurona. La bomba de sodio-potasio es un mecanismo de transporte activo que mueve los iones de sodio (Na+) fuera de las células y los iones de potasio (K+) dentro de las mismas. La bomba de sodio-potasio mueve ambos iones desde zonas de menor a mayor concentración, utilizando la energía del ATP y las proteínas transportadoras de la membrana celular. El siguiente vídeo, “Bomba de sodio-potasio” de Amoeba Sisters, describe con más detalle el funcionamiento de la bomba de sodio-potasio. El sodio es el principal ion en el fluido del exterior de las células, y el potasio es el principal ion en el fluido del interior de las células. Estas diferencias de concentración crean un gradiente eléctrico a través de la membrana celular, llamado potencial de reposo. El control estricto del potencial de reposo de la membrana es fundamental para la transmisión de los impulsos nerviosos.
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Las neuronas son esencialmente dispositivos eléctricos. Hay muchos canales asentados en la membrana celular (el límite entre el interior y el exterior de una célula) que permiten que los iones positivos o negativos fluyan dentro y fuera de la célula.
Normalmente, el interior de la célula es más negativo que el exterior; los neurocientíficos dicen que el interior está alrededor de -70 mV con respecto al exterior, o que el potencial de membrana en reposo de la célula es de -70 mV.
Este potencial de membrana no es estático. Sube y baja constantemente, dependiendo sobre todo de las entradas procedentes de los axones de otras neuronas. Algunas entradas hacen que el potencial de membrana de la neurona sea más positivo (o menos negativo, por ejemplo, de -70 mV a -65 mV), y otras hacen lo contrario.
Estas entradas se denominan respectivamente excitatoria e inhibitoria, ya que promueven o inhiben la generación de potenciales de acción (la razón por la que algunas entradas son excitatorias y otras inhibitorias es que los diferentes tipos de neuronas liberan diferentes neurotransmisores; el neurotransmisor utilizado por una neurona determina su efecto).
Diagrama del impulso nervioso
La transmisión de un impulso nervioso a lo largo de una neurona de un extremo a otro se produce como resultado de cambios eléctricos a través de la membrana de la neurona. La membrana de una neurona no estimulada está polarizada, es decir, hay una diferencia de carga eléctrica entre el exterior y el interior de la membrana. El interior es negativo con respecto al exterior.
La polarización se establece manteniendo un exceso de iones de sodio (Na +) en el exterior y un exceso de iones de potasio (K +) en el interior. Una cierta cantidad de Na + y K + siempre se escapa a través de la membrana a través de los canales de fuga, pero las bombas de Na +/K + en la membrana restauran activamente los iones al lado apropiado.
La principal contribución al potencial de membrana en reposo (un nervio polarizado) es la diferencia de permeabilidad de la membrana en reposo a los iones de potasio frente a los de sodio. La membrana en reposo es mucho más permeable a los iones de potasio que a los de sodio, lo que da lugar a una difusión neta de iones de potasio ligeramente mayor (desde el interior de la neurona hacia el exterior) que de iones de sodio (desde el exterior de la neurona hacia el interior), lo que provoca la ligera diferencia de polaridad a lo largo de la membrana del axón.