Fisiología Neuronal: Potenciales de Acción, Sinapsis y Transporte de Membrana

1. Potenciales Graduados y Potenciales de Acción

Los potenciales graduados tienen una amplitud variable, se propagan pasivamente y disminuyen con la distancia. Pueden sumarse y ser de naturaleza despolarizante o hiperpolarizante (por ejemplo, una señal que se recibe en las dendritas de una neurona). En cambio, los potenciales de acción tienen una amplitud constante y se producen únicamente al alcanzar el umbral; se propagan sin decremento (como el impulso nervioso que viaja por el axón) y presentan períodos refractarios.

En conjunto, los potenciales graduados integran información y, si logran alcanzar el umbral en la zona de inicio del axón (cono axónico), desencadenan un potencial de acción.

2. Tipos de Sinapsis

Una sinapsis es la forma en la que una célula transmite información a otra. Se clasifican principalmente en:

• Sinapsis eléctricas: transmiten la corriente iónica directamente entre células mediante uniones comunicantes (gap junctions). Son muy rápidas, generalmente bidireccionales y permiten sincronizar la actividad celular.
• Sinapsis químicas: transmiten la señal mediante neurotransmisores que atraviesan la hendidura sináptica y se unen a receptores postsinápticos. Son más lentas, generalmente unidireccionales y pueden producir respuestas excitadoras o inhibidoras. Además, permiten una mayor modulación y plasticidad.

3. Mecanismo de Transmisión Química

La transmisión química comienza con la síntesis y el almacenamiento del neurotransmisor en vesículas. Cuando llega un potencial de acción al terminal presináptico, se abren canales de Ca²⁺ dependientes de voltaje y entra calcio, provocando la liberación del neurotransmisor por exocitosis. Este se une a receptores postsinápticos y genera una respuesta celular; posteriormente, se elimina mediante recaptación, degradación enzimática o difusión.

Tipos de Receptores y Respuestas Postsinápticas

• Receptores ionotrópicos: producen respuestas rápidas al abrir canales iónicos directamente.
• Receptores metabotrópicos: activan proteínas G y generan respuestas generalmente más lentas a través de cascadas intracelulares.
• Potencial Postsináptico Excitador (PPSE): acerca la membrana al umbral.
• Potencial Postsináptico Inhibidor (PPSI): aleja la membrana del umbral o dificulta la generación de un potencial de acción.

4. Periodo Refractario

El periodo refractario es el intervalo posterior al inicio de un potencial de acción durante el cual disminuye la excitabilidad de la neurona:

• Periodo refractario absoluto: no puede generarse otro potencial de acción porque la mayoría de los canales de Na⁺ dependientes de voltaje se encuentran inactivados.
• Periodo refractario relativo: sí puede generarse un nuevo impulso, pero se requiere un estímulo más intenso debido a la recuperación incompleta de los canales de Na⁺ y a la persistencia de la conductancia al K⁺.

Este periodo cumple dos funciones esenciales: limita la frecuencia máxima de los impulsos y favorece su propagación unidireccional a lo largo del axón.

5. Bomba Na⁺/K⁺-ATPasa

La bomba Na⁺/K⁺-ATPasa realiza transporte activo primario utilizando ATP para expulsar 3 Na⁺ al exterior e introducir 2 K⁺ al interior celular, ambos en contra de sus gradientes electroquímicos.

• Ciclo de transporte: se une al Na⁺ intracelular, se fosforila y cambia de conformación para liberarlo al espacio extracelular; a continuación, se une al K⁺ extracelular, se desfosforila y recupera su conformación inicial para introducirlo en la célula.
• Funciones: mantiene los gradientes iónicos transmembrana, contribuye al potencial de reposo, regula el volumen celular y permite el transporte activo secundario aprovechando la energía del gradiente de Na⁺.

6. Difusión Simple y Ley de Fick

La difusión simple es un mecanismo de transporte pasivo a favor del gradiente de concentración, sin consumo de ATP ni mediación de transportadores proteicos.

Según la ley de Fick, la tasa o flujo neto de difusión:

• Aumenta con una mayor superficie de intercambio, una mayor diferencia de concentración, un coeficiente de difusión más alto y el incremento de la temperatura.
• Disminuye cuando se incrementa el espesor de la barrera de difusión.

Asimismo, depende de la permeabilidad de la membrana: las moléculas pequeñas y liposolubles atraviesan con mayor facilidad la bicapa lipídica.

7. Inhibición Competitiva en Transportadores de Membrana

Para que una molécula B reduzca el transporte de una molécula A por competencia, ambas deben ser capaces de unirse al mismo transportador proteico, normalmente por compartir características fisicoquímicas reconocidas por un mismo sitio de unión.

Si la molécula B ocupa los sitios disponibles, disminuye la unión y el transporte neto de la molécula A. Este fenómeno se debe a la especificidad de las proteínas transportadoras y a que su número en membrana es finito, lo que convierte a este tipo de transporte en un proceso saturable.

8. Comparativa de Velocidad de Transmisión Sináptica

El orden de velocidad de transmisión, clasificado de mayor a menor rapidez, es el siguiente:

1. Sinapsis eléctrica (la más rápida): la corriente fluye de forma directa e inmediata a través de uniones comunicantes.
2. Sinapsis química ionotrópica: requiere la liberación y difusión del neurotransmisor, pero este abre directamente canales iónicos postsinápticos.
3. Sinapsis química metabotrópica (la más lenta): el neurotransmisor activa proteínas G y rutas de segundos mensajeros antes de desencadenar la respuesta fisiológica final.