Señales eléctricas de las células nerviosas

Psicología. Psicobiología. Células nerviosas. Señales eléctricas. Sistema nerviosos. Neuronas. Cerebro. Transferencia de información. Movimientos iónicos. Potenciales eléctricas

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SEÑALES ELECTRICAS DE LAS CELULAS NERVIOSAS:

ASPECTOS GENERALES:

Las células nerviosas producen señales eléctricas que transmiten información. Si bien las neuronas no son intrínsecamente buenos conductores de la electricidad, han desarrollado mecanismos elaborados para generar señales eléctricas basadas sobre el flujo de iones a través de sus membranas plasmáticas. Por lo habitual, las neuronas originan un potencial negativo, denominado potencial de membrana de reposo, que puede ser medido con un registro intracelular. El potencial de acción produce una abolición del potencial de reposo negativo y torna al potencial transmembrana transitoriamente positivo. Los potenciales de acción se propagan a lo largo de los axones y constituyen la señal eléctrica fundamental de reposo como del potencial de acción puede ser comprendida en términos de la permeabilidad selectiva de la célula nerviosa a diferentes iones y la distribución normal de estos iones a través de la membrana celular.

POTENCIALES ELECTRICAS A TRAVES DE LAS MEMBRANAS DE LAS CELULAS NERVIOSAS.

Dado que las señales eléctricas constituyen la base de la transferencia de información en el sistema nervioso, es esencial conocer como surgen estas señales. El empleo de señales eléctricas-como cuando se envía electricidad en cables para proporcionar potencia o información- presenta un problema fundamental para las neuronas: los axones neuronales, que pueden ser muy largos (recuérdese que una neurona motora espinal puede extenderse por un metro o mas), no son buenos conductores eléctricos. Si bien tanto las neuronas como los cables son capaces de conducir pasivamente la electricidad, las propiedades eléctricas de las neuronas se comparan pobremente aun con el cable mas ordinario. Para compensar esta deficiencia, las neuronas han desarrollado un sistema de refuerzo que les permite conducir señales eléctricas en grandes distancias a pesar de sus características eléctricas intrínsecamente malas. Las señales eléctricas producidas por este sistema de refuerzo se denominan POTENCIALES DE ACCION, aunque se las conoce también como espigas o impulsos.

La mejor manera de observar un potencial de acción es utilizando un microelectrodo intracelular para registrar directamente el potencial eléctrico a través de la membrana plasmática neuronal. Un microelectrodo típico es un trozo de tubo de vidrio traccionado hasta un punto muy fino (con un orificio de un diámetro inferior a 1 um) u lleno con un buen conductor eléctrico, como por ejemplo, una solución concentrada en sal. Este centro conductor puede se conectado entonces a un voltímetro, puede ser un osciloscopio, para registrar el potencial transmembrana de la célula nerviosa. Cuando se inserta un microelectrodo a través de la membrana de la neurona, registra un potencial negativo, lo que implica que la célula tiene un medio de generar un voltaje constante a través de su membrana cuando esta en reposo. Este voltaje, llamado POTENCIAL DE MEMBRANA DE REPOSO, depende del tipo de neurona que se examine, peo siempre es una fracción de un voltio (en los casos típicos, -40 a - 90mV).

N los potenciales de acción representan cambios transitorios en el potencial de membrana de reposo de las neuronas. Un modo de obtener un potencial de acción es pasar una corriente eléctrica a través de la membrana de la neurona. En circunstancias normales esta corriente seria generada por otra neurona, la sinapsis entre dos células nerviosas, o por la transducción de un estimulo externo en las neuronas sensitivas. Sin embargo, en el laboratorio es fácil producir una corriente eléctrica apropiada al insertar un segundo microelectrodo en la neurona y conectar luego el electrodo a una batería. Si la corriente así entregada es tal como para tornar más negativo el potencial de membrana (HIPERPOLARIZACION), no sucede nada espectacular. El potencial de membrana simplemente cambia en proporción a la magnitud de la corriente inyectada. Estas respuestas de hiperpolarizacion no necesitan ninguna propiedad singular de las neuronas y, por lo tanto, se denominan respuestas eléctricas pasivas. Se observa un fenómeno mucho mas interesante si se entrega la corriente de polaridad opuesta, de modo que el potencial de membrana de la célula nerviosa se torna mas positivo que el potencial de reposo (DESPOLARIZACION). En este caso, en cierto nivel del potencial de membrana, denominado POTENCIAL UMBRAL, se desarrolla un potencial de acción.

El potencial de membrana, que es una respuesta activa generada por la neurona, aparece sobre un osciloscopio como un cambio breve (de alrededor de 1 ms) del negativo al positivo en el potencial de membrana de la neurona. Es importante destacar que la amplitud del potencial de acción independiente de la magnitud de la corriente utilizada para evocarlo; o sea, las corrientes mas grandes no producen potenciales de acción mas grandes. Por lo tanto, se dice que los potenciales de acción de una neurona dada son todo o nada, pues se desarrollan por completo o no se desarrollan. Si se aumenta lo suficiente la amplitud o la duración de la corriente de estimulo, se desarrollan múltiples potenciales de acción. En consecuencia, la intensidad de un estimulo esta codificada en la frecuencia de los potenciales de acción y no en su amplitud.

DE QUE MODO LOS MOVIMIENTOS IONICOS PRODUCEN SEÑALES ELECTRICAS.

Los potenciales eléctricos son generados a través de las membranas de las neuronas -y en realidad, de todas las células- por que:

  • existen diferencias en las concentraciones de iones específicos a través de las membranas de las células nerviosas,

  • las membranas son selectivamente permeables a algunos de estos iones.

  • Estos dos hechos dependen, a su vez, de dos tipos diferentes de proteínas en la membrana celular. Los gradientes de concentración de los iones son establecidos por proteínas conocidas como BOMBAS IONICAS, las cuales, como su nombre lo sugiere, mueven activamente los iones hacia el interior o el exterior de las células en contra de sus gradientes de concentración. La permeabilidad selectiva de las membranas se debe en gran parte a los CANALES IONICOS, proteínas que permiten solo que ciertos tipos de iones atraviesen la membrana en la dirección de sus gradientes de concentración. Por lo tanto, los canales y las bombas funcionan básicamente en contra unos de otros, y al hacerlo generan electricidad celular.

    Para apreciar el papel de los gradientes iónicos y la permeabilidad selectiva en la generación de un potencial de membrana, considérese un sistema simple en el cual una membrana imaginaria separa 2 compartimientos que contiene soluciones de iones. Primero, tómese el caso de una membrana que es permeable solo a iones potasio (k+). Si la concentración del potasio a cada lado de esta membrana es igual, entonces no se medirá ningún potencial eléctrico a través de ella. Pero, si la concentración de potasio no es igual en ambos lados, se genera un potencial electrico. Por ejemplo, si la concentración de potasio a un lado de la membrana es 10 veces mayor que la concentración de potasio del otro lado, entonces el potencial electrico del compartimiento 1 sera negativo con respecto al compartimiento 2. esta diferencia del potencial electrico