Mecanismos del Impulso Nervioso y la Transmisión Sináptica: Neurofisiología Esencial

El Impulso Nervioso y la Comunicación Neuronal: Fundamentos de la Neurofisiología

1. El Impulso Nervioso: Conceptos Clave

1.1. Polarización y Potencial de Reposo

La polarización es el estado de reposo de la membrana neuronal, caracterizado por un potencial de reposo de aproximadamente -70 mV. En este estado, el interior de la neurona es negativo (principalmente debido a iones de potasio, K⁺, y proteínas con carga negativa), mientras que el exterior es positivo (debido a iones de sodio, Na⁺).

1.2. Generación del Potencial de Acción

La generación del potencial de acción se inicia cuando un estímulo alcanza la neurona. Esto provoca la apertura de los canales de sodio (Na⁺), permitiendo su entrada al interior de la célula. Si el impulso alcanza el umbral de excitación (aproximadamente -55 mV), se produce una entrada masiva de sodio, lo que desencadena la despolarización. Durante la despolarización, el interior de la membrana se vuelve positivo y el exterior negativo.

1.3. Repolarización

Tras la despolarización, los canales de sodio se cierran rápidamente, y se abren los canales de potasio (K⁺). El potasio sale de la célula, lo que permite que las cargas eléctricas de la membrana se reequilibren, volviendo el potencial de membrana a valores negativos. Sin embargo, en este punto, las concentraciones iónicas están invertidas (sodio en el interior y potasio en el exterior).

Durante la repolarización, se distinguen dos periodos:

• Periodo Refractario Absoluto: Durante esta fase, la neurona es incapaz de generar un nuevo impulso nervioso, independientemente de la intensidad del estímulo.
• Periodo Refractario Relativo: En este periodo, es posible generar un nuevo impulso, pero solo si el estímulo es de una intensidad superior al umbral (supraumbral).

Para restablecer las concentraciones iónicas originales (sodio fuera y potasio dentro), actúan las bombas de sodio-potasio (Na⁺/K⁺), que transportan activamente estos iones contra su gradiente de concentración.

1.4. Hiperpolarización

La hiperpolarización ocurre si la salida de potasio (K⁺) es excesiva, llevando el potencial de membrana a valores aún más negativos que el potencial de reposo, típicamente entre -80 mV y -90 mV. Este estado dificulta la generación de un nuevo potencial de acción.

2. Transmisión del Impulso Nervioso: Sinapsis

La transmisión del impulso nervioso entre neuronas o entre una neurona y una célula efectora se realiza a través de las sinapsis. Existen dos tipos principales:

2.1. Sinapsis Química vs. Sinapsis Eléctrica

2.2. Proceso de Transmisión en la Sinapsis Química

1. Un impulso nervioso llega al botón presináptico, lo que activa la apertura de canales de calcio (Ca²⁺) y la entrada de este ion al interior.
2. Las vesículas sinápticas, que contienen neurotransmisores, se fusionan con la membrana presináptica y liberan los neurotransmisores al espacio sináptico mediante exocitosis.
3. Los neurotransmisores se unen a receptores específicos en la membrana postsináptica, lo que puede tener dos efectos principales:
   • Si el efecto es estimulatorio, se abren canales de sodio (Na⁺), provocando una despolarización de la membrana postsináptica (Potencial Postsináptico Excitatorio - PPSE).
   • Si el efecto es inhibitorio, se abren canales de cloro (Cl^-), provocando una hiperpolarización de la membrana postsináptica (Potencial Postsináptico Inhibitorio - PPSI).
4. Posteriormente, los neurotransmisores son rápidamente eliminados del espacio sináptico para finalizar su acción. Esto puede ocurrir por:
   • Recaptación: Son recuperados por la neurona presináptica a través de endocitosis.
   • Degradación enzimática: Son descompuestos por enzimas específicas en el espacio sináptico.
   Los componentes resultantes de la degradación o recaptación pueden ser reciclados y utilizados para sintetizar nuevos neurotransmisores.

3. Neurotransmisores: Mensajeros Químicos del Sistema Nervioso

3.1. Definición de Neurotransmisor

Un neurotransmisor es una sustancia química producida por las neuronas, cuya función principal es transmitir señales de una neurona a otra (o a una célula efectora) a través de la sinapsis.

3.2. Características Fundamentales de los Neurotransmisores

• Se sintetizan y almacenan en la neurona presináptica, generalmente dentro de vesículas sinápticas.
• Son liberados desde el terminal presináptico al espacio sináptico en respuesta a la llegada de un potencial de acción y la consecuente entrada de calcio (Ca²⁺).
• Deben interactuar con receptores específicos en la membrana de la célula postsináptica para ejercer su efecto.
• Deben tener un mecanismo de inactivación o eliminación rápido para asegurar una señalización precisa y controlada.

3.3. Tipos Comunes de Neurotransmisores y sus Funciones

Acetilcolina (ACh):

Puede ser excitatorio, como en las sinapsis de la unión neuromuscular (donde provoca la contracción muscular). También puede ser inhibitorio, por ejemplo, en las neuronas parasimpáticas del nervio vago, donde desacelera la frecuencia cardíaca.

Noradrenalina (Norepinefrina) y Adrenalina (Epinefrina):

Ambas son catecolaminas que actúan como neurotransmisores y hormonas. Están implicadas en el mantenimiento del estado de vigilia, la regulación del estado de ánimo y la respuesta de "lucha o huida".

Serotonina (5-HT):

Influye en el humor, el sueño, el apetito y diversas conductas emocionales y sociales.

Glutamato:

Es el principal neurotransmisor excitatorio del sistema nervioso central, crucial para el aprendizaje y la memoria.

GABA (Ácido Gamma-Aminobutírico):

Es el principal neurotransmisor inhibitorio del sistema nervioso central, ayudando a reducir la excitabilidad neuronal y a mantener el equilibrio.