Potencial de acción y sinapsis

Potencial de acción
Todas las células tienen una membrana plasmática que cumple la función de separar a la célula del entorno o espacio extracelular. Existen células denominadas excitables, como son las neuronas y las células musculares (cardíacas y esqueléticas), es decir que pueden variar las cargas eléctricas de su interior ante un estímulo y generar una respuesta. Esta respuesta ante el estímulo se denomina impulso eléctrico o también llamado potencial de acción.
Mientras que una neurona no este enviando señal se dice que está en reposo, su interior es negativo con relación al exterior. Aunque las concentraciones de los diferentes iones tratan de balancearse a ambos lados de la membrana, no lo logran debido a que la membrana celular sólo deja pasar algunos iones a través de sus canales (canales iónicos). En el estado de reposo, los iones de potasio (K+) pueden atravesar fácilmente la membrana, mientras que para los iones de cloro (Cl-) y de sodio (Na+) es más difícil pasar. Además de estos canales selectivos, existe una bomba que utiliza energía para sacar 3 iones de sodio por cada 2 iones de potasio que bombea al interior de la  neurona (Bomba de sodio-potasio). Finalmente, cuando estas fuerzas se balancean, y se mide la diferencia entre el voltaje del interior y el del exterior de la célula, se obtiene el potencial de reposo. El potencial de la membrana en reposo de una neurona es de aproximadamente -70 mV (mV=milivoltio), es decir que el interior de la neurona tiene 70 mV menos que el exterior. En el estado de reposo hay relativamente más iones de sodio en el exterior de la neurona, y más iones de potasio en su interior.
Si el potencial en reposo indica lo que sucede con la neurona en reposo, el potencial de acción señala lo que pasa cuando la neurona transmite información por el axón, lejos del soma (cuerpo celular). Los neurocientíficos emplean otras palabras, como "espiga" o "impulso" para describir el potencial de acción. El potencial de acción es una explosión de actividad eléctrica creado por una corriente despolarizadora. Esto significa que un evento (estímulo) hace que el potencial de reposo llegue a 0 mV. Cuando la despolarización alcanza cerca de -55 mV la neurona lanza un potencial de acción. Este es el umbral. Si la neurona no alcanza este umbral crítico, no se producirá el potencial de acción. De igual forma, cuando se alcanza el umbral siempre se produce un potencial de acción que lleva al potencial de  membrana a +20 mV. Para cualquier neurona dada el potencial de acción es siempre el mismo. No existen potenciales grandes o pequeños en una neurona, todos los potenciales son iguales. Por lo tanto, la neurona o no alcanza el umbral o se produce un potencial de acción completo; este es el principio del "TODO O NADA".

La "causa" del potencial de acción es el intercambio de iones a través de la membrana celular. Primero, un estímulo abre los canales de sodio. Dado que hay algunos iones de sodio en el exterior, y el interior de la neurona es negativo con relación al exterior, los iones de sodio entran rápidamente a la neurona. El sodio tiene una carga positiva, así que la neurona se vuelve más positiva y empieza a despolarizarse. Los canales de potasio se demoran un poco más en abrirse; una vez abiertos el potasio sale rápidamente de la célula, revirtiendo la despolarización. Más o menos en este momento, los canales de sodio empiezan a cerrarse. Gradualmente las concentraciones de iones regresan a los niveles de reposo y la célula vuelve a -70 mV.

Sinapsis
Las neuronas, en la mayoría de los casos se vinculan por relaciones de proximidad, pues no llegan a tocarse, a esa unión funcional o comunicación electroquímica se la llama sinapsis.
Entre las neuronas que componen una sinapsis existe un espacio denominado hendidura sináptica o espacio intersináptico. Dicha hendidura separa las terminaciones de la neurona presináptica  de las terminaciones de la neurona postsináptica (Fig. 1). Cada terminación de la neurona es el final de la prolongación nerviosa (ya sea axón o dendrita) El botón terminal es la parte de la terminación que interviene directamente en la sinapsis.
En el botón terminal presináptico existen vesículas con diversos tipos de sustancias químicas, denominadas neurotransmisores.
Al llegar el impulso nervioso a los botones terminales, provoca un desplazamiento de las vesículas hasta la membrana neuronal y su posterior apertura. De este modo se vuelcan a la hendidura sináptica los neurotrasmisores, los que se desplazan y unen a los receptores de membrana, situados en la membrana de la neurona postsináptica (Fig. 1).
Los receptores son proteínas de membrana plasmática a los cuales se unen los neurotransmisores. Esta unión, provoca un fenómeno similar al producido por un estímulo, es decir permeabiliza la membrana al sodio, con lo cual se desencadenan los mecanismos de despolarización y la posterior conducción del impulso nervioso.

Fig. 1: Componentes de una sinapsis. La flecha azul indica el sentido del impulso nervioso.

Los neurotransmisores se clasifican en excitadores e inhibidores. Los primeros actúan en la forma descripta, permeabilizando la membrana de la neurona postsináptica al sodio, y son ejemplos de ellos la acetilcolina en el sistema nervioso central, periférico y autónomo parasimpático y la noradrenalina en el sistema nervioso autónomo simpático.
Los inhibidores refuerzan la impermeabilidad de la segunda neurona al sodio y, por lo tanto, evitan que ésta se active. Un ejemplo de neurotransmisor inhibitorio es el GABA (ácido gama amino butírico).
Estos inhibidores son fundamentales porque limitan el registro consciente de la enorme variedad de estímulos que actúan simultáneamente sobre nuestro organismo, permitiéndonos concentrar la atención sobre un número reducido de ellos.
Inmediatamente después de liberarse los mediadores, otras vesículas presinápticas vuelcan en el espacio sináptico enzimas destinadas al desdoblamiento de los acoplamientos entre neurotransmisores y receptores de membrana. Esto permite que una vez cumplida la función de los mediadores, esta actividad cese y queden libres los receptores postsinápticos para unirse a nuevos neurotransmisores. En otros casos las mismas vesículas presinápticas recuperan el neurotransmisor.
Otro tipo de sinapsis es la placa motora o sinapsis neuromuscular (Fig. 2), que se da entre una neurona y una fibra muscular. El mecanismo es similar al anterior, pero la finalidad es lograr la contracción del músculo.

Fig. 2: Placa motora.

De este modo el impulso nervioso ha cumplido con su misión, que es la de provocar la respuesta adecuada ante el estímulo que lo desencadenó.
No todas las respuestas consisten en respuestas musculares, como ya hemos visto, además de los músculos, las glándulas también se comportan como órganos efectores, manifestándose la respuesta a través de una secreción o liberación de sustancias.

Neurotransmisores y sus funciones

1.- La serotonina. Sintetizada por ciertas neuronas a partir de un aminoácido, el triptófano, se encuentra en la composición de las proteínas alimenticias. Juega un papel importante en la coagulación de la sangre, la aparición del sueño y la sensibilidad a las migrañas. El cerebro la utiliza para fabricar una conocida hormona: la melatonina. Por ello, los niveles altos de serotonina producen calma, paciencia, control de uno mismo, sociabilidad, adaptabilidad y humor estable. Los niveles bajos, en cambio, hiperactividad, agresividad, impulsividad, fluctuaciones del humor, irritabilidad, ansiedad, insomnio, depresión, migraña, dependencia (drogas, alcohol) y bulimia.

 2.- La dopamina. Crea un "terreno favorable" a la búsqueda del placer y de las emociones así como al estado de alerta. Potencia también el deseo sexual. Al contrario, cuando su síntesis o liberación se dificulta puede aparecer desmotivación e, incluso, depresión. Por ello, se tiene, que los niveles altos de dopamina se relacionan con buen humor, espíritu de iniciativa, motivación y deseo sexual. Los niveles muy elevados pueden llegar a desencadenar un brote psicótico. Los niveles bajos con depresión, hiperactividad, desmotivación, indecisión y descenso de la libido.

 3.- La acetilcolina. Este neurotransmisor regula la capacidad para retener una información, almacenarla y recuperarla en el momento necesario. Cuando el sistema que utiliza la acetilcolina se ve perturbado aparecen problemas de memoria y hasta, en casos extremos, demencia senil. En ese sentido, puede señalarse que lo los niveles altos de acetilcolina potencian la memoria, la concentración y la capacidad de aprendizaje. Un bajo nivel provoca, por el contrario, la pérdida de memoria, de concentración y de aprendizaje. También es el neurotransmisor por excelencia de la función motora del sistema nervioso y de la porción parasimpático del sistema nervioso autónomo.

 4.- La noradrenalina: se encarga de crear un terreno favorable a la atención, el aprendizaje, la sociabilidad, la sensibilidad frente a las señales emocionales y el deseo sexual. Al contrario, cuando la síntesis o la liberación de noradrenalina se ve perturbada aparece la desmotivación, la depresión, la pérdida de libido y la reclusión en uno mismo. En ese respecto, los niveles altos de noradrenalina dan facilidad emocional de la memoria, vigilancia y deseo sexual. Un nivel bajo provoca falta de atención, escasa capacidad de concentración y memorización, depresión y descenso de la libido. Pertenece al componente simpático del sistema nervioso autónomo.

 5.- El Ácido gamma-aminobutírico o GABA. Se sintetiza a partir del ácido glutámico y es el neurotransmisor más extendido en el cerebro. Está implicado en ciertas etapas de la memorización siendo un neurotransmisor inhibidor, es decir, que frena la transmisión de las señales nerviosas. Sin él las neuronas transmitirían todo el tiempo información, cada vez más deprisa hasta agotar el sistema. El GABA permite mantener los sistemas bajo control. Su presencia favorece la relajación. Cuando los niveles de este neurotransmisor son bajos hay dificultad para conciliar el sueño y aparece la ansiedad. Además, los niveles altos de GABA potencian la relajación, el estado sedado, el sueño y una buena memorización. Y un nivel bajo, ansiedad, manías y ataques de pánico.

 6.- La adrenalina. Es un neurotransmisor que nos permite reaccionar en las situaciones de estrés. Las tasas elevadas de adrenalina en sangre conducen a la fatiga, a la falta de atención, al insomnio, a la ansiedad y, en algunos casos, a la depresión. Los niveles altos de adrenalina llevan a un claro estado de alerta, que nos permite reaccionar ante estados de alarma.