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No importa cuán avanzada o sofisticada parezca ser la tecnología en el mundo actual, en su nivel más básico, todavía se basa fundamentalmente en el lenguaje del código binario. Todas las imágenes y gráficos de este asombroso video, así como mi voz en esta grabación, son básicamente representaciones de ceros y unos secuenciados en código binario.
Nuestro sistema nervioso utiliza una forma de comunicación binaria no muy diferente para transmitir mensajes por todo el cuerpo. Así como el código binario se traduce en diversas funciones digitales, los potenciales de acción son los impulsos eléctricos fundamentales que transportan información a través de las neuronas. Al variar sus patrones y frecuencias de forma similar a los ceros y unos del código binario, estas señales codifican todo. Desde sensaciones suaves en las yemas de los dedos hasta la solución de problemas complejos, la creación de recuerdos o la experiencia de cualquier emoción que puedas imaginar. Todo esto es posible gracias a las señales eléctricas conocidas como potenciales de acción.
Antes de ver cómo se generan estos impulsos eléctricos, recordemos algunos conceptos básicos de la electrofisiología neuronal. Lo primero que estudiaremos es la estructura básica de una neurona. Como recordarás, esta presenta tres porciones principales. El cuerpo celular que contiene el núcleo, las dendritas, que son los procesos en forma de árbol que representan la porción de entrada o receptiva de la neurona, y el axón, que representa la porción de salida o transmisora de la neurona. Estos axones pueden ser muy largos, ya que a menudo necesitan transmitir información a grandes distancias. Los potenciales de acción son generados en el cono axónico del cuerpo celular, así como en el segmento inicial del axón. Esta zona se denomina zona gatillo.
El segundo concepto clave es el potencial de membrana. En reposo, cuando no se generan ni conducen señales eléctricas, la membrana celular de la neurona tiene un potencial de membrana reposo de aproximadamente -70 mV. Eso significa que el interior de la neurona tiene una carga más negativa en relación con el exterior debido a la distribución de partículas cargadas como los iones a lo largo de la membrana celular.
A continuación debemos recordar que las condiciones y el inicio de una señal neuronal dependen del movimiento de iones que se distribuyen de manera desigual entre los ambientes intracelular y extracelular de la neurona. Los iones de sodio y calcio se encuentran en altas concentraciones fuera de la neurona y por lo tanto tienden a entrar en ella cuando es posible. Cuando esto sucede, el potencial de membrana se vuelve más positivo. Los iones de cloruro, que están cargados negativamente, también se encuentran en alta concentración fuera de la neurona. Sin embargo, cuando entran en la neurona, hacen que el potencial de membrana se vuelva más negativo. Finalmente, los iones de potasio se encuentran en alta concentración dentro de la neurona y, por lo tanto, tienden a salir de ella. Cuando esto sucede, el potencial de membrana también se vuelve más negativo.
Los iones no pueden moverse a través de la membrana celular a voluntad, sino que necesitan una proteína incrustada en la membrana que facilite su movimiento. Una forma en que los iones pueden atravesar la membrana celular son los canales iónicos, que son aberturas en la membrana celular que permiten que los iones se muevan por difusión pasiva a lo largo de su gradiente electroquímico. Algunos canales iónicos están siempre abiertos, pero otros necesitan una señal que les indique que se abran o se cierren. Como verás, a continuación los canales regulados por voltaje desempeñan un papel importante en los potenciales de acción. Estos se abren y cierran en respuesta a cambios en el potencial de membrana.
Bien, es hora de analizar los pasos individuales de cómo se forma un potencial de acción. ¿Cómo se logra esto?