Cómo viajan las señales nerviosas

Un potencial de acción lleva el interior de una neurona de -70 mV a +30 mV y de vuelta en unos 2 milisegundos.

Una pequeña batería a través de la membrana

Cada neurona mantiene una pequeña diferencia eléctrica a través de su membrana. Se mide en el interior respecto del exterior, en milivoltios (mV). En reposo, el interior está a unos -70 mV. Dos cosas producen esta diferencia. Los iones de sodio (Na+) están unas diez veces más concentrados fuera de la célula que dentro, mientras que los iones de potasio (K+) están más concentrados dentro. La bomba de sodio y potasio mantiene esas diferencias sacando Na+ y metiendo K+, y como trabaja en contra de los gradientes, gasta energía en forma de ATP. La membrana en reposo es como una batería cargada que espera un interruptor.

El umbral y el impulso de todo o nada

Un estímulo, como un neurotransmisor de otra célula o la presión sobre un receptor del tacto, deja entrar algo de Na+, y el interior se vuelve menos negativo. Esto es la despolarización. Si es pequeña, simplemente se desvanece. Si llega a unos -55 mV, el umbral, se abren muchos canales de sodio dependientes de voltaje, el Na+ entra rápidamente y el interior sube hasta unos +30 mV. Luego se abren los canales de potasio dependientes de voltaje, sale K+ y la membrana vuelve a bajar. Por un momento baja de -70 mV, una breve hiperpolarización, antes de estabilizarse en reposo. Todo el potencial de acción dura unos 2 milisegundos, y el paso de -70 a +30 es un cambio de 100 mV, o 0.1 voltios.

Por el umbral, un potencial de acción es de todo o nada. Un estímulo débil que nunca llega a -55 mV no produce ningún potencial de acción. Un estímulo fuerte no produce uno más grande, porque todos los potenciales de acción alcanzan el mismo voltaje máximo. Lo que hace un estímulo más fuerte es iniciar potenciales de acción con más frecuencia. Por eso, el sistema nervioso codifica la intensidad según la frecuencia con que dispara una neurona, no según la altura de cada impulso. Durante el período refractario absoluto, el mismo segmento de membrana no puede iniciar otro potencial de acción. Este período refractario también hace que la señal avance en un solo sentido, hacia las terminales del axón.

Avanzar despacio y a saltos por el axón

En un axón sin mielina, la despolarización se extiende un poco, abre los canales de sodio siguientes, se extiende otro poco, y así sucesivamente. Esta conducción continua es lenta. En un axón con mielina, solo hay canales de sodio dependientes de voltaje en los nódulos de Ranvier. La carga se extiende rápidamente bajo la mielina y el potencial de acción se renueva en cada nódulo, de modo que parece saltar de un nódulo a otro. Es la conducción saltatoria, del latín saltare, saltar. Los axones más anchos también conducen más rápido. Las fibras delgadas sin mielina transmiten señales a velocidades de entre 0.5 y 2 metros por segundo; las fibras con mielina más gruesas llegan a unos 120 metros por segundo.

Cruzar el espacio: la sinapsis

Al final del axón, la señal eléctrica tiene que llegar a otra célula. Unas pocas sinapsis son eléctricas: las dos células están unidas de modo que los iones pasan directamente de una a otra. La mayoría son químicas. Cuando un potencial de acción llega al botón terminal sináptico, se abren los canales de calcio dependientes de voltaje y entra Ca2+. El calcio ayuda a que las vesículas, pequeños sacos llenos de neurotransmisor, se fusionen con la membrana y liberen su contenido en la hendidura sináptica, el estrecho espacio entre las células. El neurotransmisor se difunde al otro lado y se une a receptores de la célula receptora. Cada receptor encaja con un neurotransmisor, como una llave en una cerradura.

La unión cambia el voltaje de la membrana receptora. Un potencial postsináptico excitador la acerca al umbral; uno inhibidor la aleja. Una sola entrada rara vez basta. Las señales de muchas sinapsis, o varias seguidas de una misma sinapsis, se suman en la zona de inicio, y la neurona siguiente solo se dispara si el total alcanza el umbral. Por último, el neurotransmisor se elimina para que la señal pueda terminar: la acetilcolina es descompuesta por la enzima acetilcolinesterasa, y los aminoácidos como el glutamato se bombean de vuelta a las neuronas o a las células gliales y se reutilizan. Según el NINDS, la acetilcolina hace que los músculos se contraigan, el glutamato es un neurotransmisor excitador importante y el GABA es inhibidor.

Este es material educativo sobre cómo está formado el cuerpo y cómo funciona. No es consejo médico y no sirve para diagnosticar ni tratar a nadie.