3.EL IMPULSO NERVIOSO

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http://ohm.utp.edu.co/neuronales/Capitulo1/RNBiologica.htm

Ya vimos la estructura y la función de las células del sistema nervioso. Ahora veremos cómo se forma y se transmite el impulso nervioso, que es el que permite la comunicación e integración de todo el sistema.
El impulso nervioso se genera gracias a la distribución diferencial de ciertos iones, especialmente sodio (Na+), cloro (Cl-) y potasio (K+), que existen entre el citoplasma de las neuronas y el medio extracelular, y que provoca una diferencia de cargas a lado y lado de la membrana.
Cuando un estímulo llega a una neurona sensitiva, se produce un flujo de estos iones a través de su membrana, lo que genera una corriente eléctrica que se desplaza a través de su axón, como si este fuera un cable eléctrico que se conectara con otra neurona. Sin embargo, a diferencia de lo que ocurre en los cables que transmiten las corrientes eléctricas, los impulsos nerviosos pueden desplazarse grandes distancias y pasar de una neurona a otra sin perder potencia.

3.1.LOS CANALES IÓNICOS Y LA BOMBA DE SODIO-POTASIO.-
La membrana celular de las neuronas, como la de cualquier otra célula, está compuesta por una doble capa de lípidos en la que se encuentran incrustadas proteínas. Debido a que los iones son partículas cargadas eléctricamente, no pueden atravesar libremente la membrana por lo que deben desplazarse a través de proteínas especializadas de la membrana. Estas proteínas pueden actuar como canales iónicos, cuando permiten libremente el paso de los iones, o como bombas iónicas, cuando impulsan los iones con gasto de energía.
Los canales iónicos son poros a través de los cuales los iones se mueven por difusión, siguiendo su gradiente de concentración. En las neuronas, existen canales específicos para cada ión; los canales de potasio, de sodio y de cloro se abren y se cierran, como respuesta a estímulos eléctricos o químicos, para permitir únicamente el flujo de su ión correspondiente.
La bomba de sodio-potasio se encarga se impulsar iones de sodio y de potasio entre el citoplasma de la neurona y el medio extracelular, con el fin mantener las concentraciones adecuadas de ambos iones dentro y fuera de la célula. La bomba toma constantemente iones potasio(K+) del medio extracelular y los introduce dentro de la neurona; mientras toma iones sodio(Na+) del citoplasma, a su vez, los saca hacia el medio extracelular. Ambas operaciones se realizan en contra de un gradiente de concentración, por lo que una se efectúa por transporte activo.

CONCEPTOS CLAVES.-

AISLANTE: material que evita el paso de la electricidad. Son ejemplos de materiales aislantes el caucho, la cerámica, la madera y el vidrio entre otros.
IÓN.- Átomo cargado positiva o negativamente por efectos de la pérdida o ganancia de electrones.
POTENCIAL ELÉCTRICO.- Diferencia que existe entre el total de cargas eléctricas presentes en dos puntos. La diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos se denomina voltaje.

3.2. POTENCIAL DE REPOSO.-

Cuando la neurona está en reposo, se establece un potencial eléctrico entre el citoplasma y el medio extracelular, conocido como potencial de reposo, debido a la distribución diferencial de iones a un lado y otro de la membrana. Esto es, existe una concentración de iones sodio (Na+) y cloro (CL-) fuera de la neurona, mientras que dentro de ella hay abundancia de iones potasio (K+). Esta distribución diferencial de iones provoca que la suma de cargas en el exterior sea mayor que en el interior, es decir, que el interior sea más negativo que el exterior.La diferencia de cargas se mantiene gracias a la operación de la bomba de sodio-potasio y a la acción específica de los canales iónicos, como se describe a continuación:1. La bomba de sodio-potasio extrae constantemente iones sodio (Na+) del citoplasma e introduce iones potasio (K+) dentro de él. De esta manera logra que la concentración de los iones sodio (Na+) sea mayor afuera de la neurona que dentro de ella y, a la vez, que la concentración de iones potasio (K+) sea mayor en el citoplasma que en el medio externo.2. Durante el potencial de reposo, los canales de sodio y de cloro permanecen cerrados, mientras que los canales de potasio permanecen abiertos; esto permite que los únicos iones que pueden atravesar la membrana sean los iones potasio, los cuales comienzan a salir siguiendo su gradiente de concentración. Sin embargo, el citoplasma de la neurona contiene proteínas con carga negativa que, al mismo tiempo, retienen las partículas positivas de potasio dentro del citoplasma. Llega un momento en que el flujo neto de iones potasio es nulo: el número de iones que salen por el gradiente de concentración es igual al número de iones que entra por la atracción de cargas eléctricas.3. Los iones potasio (K+) que alcanzan a salir inicialmente del citoplasma, hacen que haya más cargas positivas fuera de la membrana celular que en el interior, por lo que se dice que la membrana se encuentra polarizada. El interior de la neurona queda cargado negativamente con respecto al exterior y se establece un potencial eléctrico, llamado potencial de reposo, equivalente a - 60 mV(miliVoltios).

CONCEPTOS CLAVES.-

TRANSPORTE ACTIVO: Movimiento de partículas, con consumo de energía, desde una región de baja concentración hacia una de alta concentración, es decir, en contra de su gradiente de concentración.

GRADIENTE DE CONCENTRACIÓN: Sucesión de diferentes concentraciones de una sustancia entre dos o más zonas. Las partículas tienden a moverse desde una zona más concentrada hacia una zona menos concentrada, siguiendo su gradiente de concentración.

3.3. POTENCIAL DE ACCIÓN.-

El impulso nervioso puede transmitirse a lo largo de la neurona, gracias a una alteración transitoria del potencial de reposo de la membrana, conocido como potencial de acción.La formación de un potencial de acción depende principalmente del funcionamiento de los canales de sodio (Na+). Estos son voltaje-dependientes, es decir, que solo se abren cuando detectan cierta diferencia de potencial a lado y lado de la membrana, llamada umbral de acción.Cuando la neurona recibe un estímulo eléctrico lo suficientemente fuerte, los canales de sodio se abren, lo que provoca un proceso conocido como despolarización. El flujo de iones sodio, que entran al citoplasma siguiendo su gradiente de concentración, cambia la distribución de cargas eléctricas y genera el potencial de acción o impulso nervioso. Este viaja a través de todo el axón, a gran velocidad y sin perder fuerza, hasta los botones presinápticos del extremo de la neurona.Pero veamos con mayor detenimiento, y paso a paso, como se genera y se desplaza el potencial de acción a lo largo de la neurona.1. Durante el potencial de reposo, los canales de sodio (Na+) permanecen cerrados. Cuando experimentalmente, se proporciona un estímulo eléctrico lo suficientemente fuerte sobre una neurona, se despolariza la membrana lo que permite la entrada de iones sodio al citoplasma y la generación de un potencial de acción.2. Los iones sodio que entran al axón por difusión, comienzan a despolarizar también las zonas aledañas al lugar donde ocurrió el potencial de acción inicial. Cuando estas despolarizaciones locales alcanzan el umbral de apertura de nuevos canales de sodio, ocurren nuevos potenciales de acción identicos al inicial, que comienzan a despolarizar nuevas zonas aledañas. Así continúa el fenoméno, como dos ondas de despolarización que se desplazan hacia ambos lados del estímulo, a lo largo del axón.3. En cuanto pasa el estímulo, los canales de sodio se cierran y los de potasio permanecen abiertos. Los canales de sodio cerrados recientemente son temporalmente inactivos para evitar que la onda de despolarización se devuelva. Los iones potasio (K+) salen del citoplasma por difusión y por la repulsión eléctrica entre su carga y la de los iones sodio, ambos positivos, lo cual repolariza la membrana.4. La bomba de sodio-potasio saca de nuevo los iones sodio del citoplasma, a la vez que reintroduce los iones potasio, para restablecer las concentraciones iniciales y mantener el potencial de reposo.Vale la pena anotar que:
El potencial de acción se genera sólo cuando el estímulo eléctrico supera el umbral de los canales de sodio.
La magnitud del impulso no aumenta ni disminuye al desplazarse por el axón, sino que permanece constante a lo largo de todo el trayecto.
A pesar de que, en un axón aislado, el impulso nervioso se transmite desde el lugar del estímulo en ambos sentidos, en un organismo, cada neurona conduce el impulso nervioso en un solo sentido: de las dendritas hacia los botones presinápticos.

3.4. VELOCIDAD DEL IMPULSO NERVIOSO.
La velocidad del impulso nervioso varía de acuerdo con el diámetro del axón por el que viaja, el tipo de transmisión y la temperatura. Así, entre mayor es el diámetro de un axón, más rápidamente se desplaza un impulso nervioso, mientras que a medida que la temperatura desciende, tambiénlo hace la velocidad del impulso. En cuanto al tipo de transmisión, la velocidad del impulso depende de si esta es continua o saltatoria .

3.4.1. Transmisión continua.
En la transmisión continua, el impulso nervioso viaja a través del axón gracias a la onda de despolarización que ocurre en la membrana celular, como se explicó en la sección anterior.

3.4.2. Transmisión saltatoria.
Ya vimos que el axón de algunas neuronas se encuentra asociado a unas células especializadas en la producción de una sustancia aislante llamada mielina. Estas células no se encuentran a lo largo de todo el axón, sino que lo rodean a ciertos intervalos, dejando así algunos espacios libres de mielina conocidos como nodos de ranvier.
La transmisión del impulso nervioso en las neuronas mielinizadas no se realiza en forma continua sino saltatoria, mediante la despolarización de la membrana únicamente en los nodos de Ranvier.
La transmisión saltatoria es más rápida, debido a que la apertura y cierre de canales iónicos, que es el evento que toma más tiempo durante la transmisión del impulso nervioso, únicamente se realiza en los nodos de Ranvier.
Las neuronas mielinizadas, en las cuales el impulso nervioso se transmite de manera saltatoria, se encuentran asociadas a los músculos relacionados con movimientos rápidos, como los que utilizan durante las competencias deportivas o para escapar de algún peligro.

DATOS CURIOSOS.
La máxima velocidad que alcanza el impulso nervioso es cercana a los 100 metros por segundo. Esto equivale a recorrer la distancia de una cancha de fútbol en un segundo.

CONCEPTOS CLAVES.

DESPOLARIZACIÓN: Destruir o interrumpir el estado de polarización.

POLARIZACIÓN: Fenómeno que se da en un cuerpo cuando dos partes determinadas de él adquieren cargas eléctricas opuestas.