Potencial de acción: iones, membrana y conducción nerviosa en axones
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Movimiento de los iones a través de la membrana durante el potencial de acción
Cuando se alcanza el umbral de excitación, los canales de sodio se abren y el Na+ se precipita al interior, impulsado por las dos fuerzas (eléctrica y química). La apertura está desencadenada por la despolarización. Se abren en el punto que comienza el potencial de acción o el umbral. Estos canales se abren por cambios en el potencial de membrana. La entrada de Na+ produce un cambio en el potencial de membrana.
La membrana del axón contiene canales de K+ que requieren un mayor nivel de despolarización para empezar a abrirse, y se abren después que los de Na+.
Cuando el potencial de acción alcanza su máximo valor, los canales de Na+ se vuelven refractarios (se inactivan y no se abren hasta que la membrana alcanza el potencial de reposo). No puede entrar más Na+ a la célula.
En este momento los canales de K+ están abiertos y el interior está cargado positivamente, por lo que el K+ es empujado al exterior por las dos fuerzas. Esta salida de cationes hace que el potencial de membrana vaya recuperando su valor normal. Cuando esto ocurre, los canales de K+ se cierran.
Una vez que el potencial de membrana recupera su valor normal, los canales de K+ se cierran y no sale más K+; en ese momento los canales de Na+ se reactivan para que otra despolarización pueda hacer que vuelvan a abrirse.
El potencial de membrana sobrepasa su valor de reposo pasando a estar hiperpolarizado (incremento del potencial negativo) y vuelve progresivamente al valor de reposo. Finalmente, las bombas de sodio-potasio expulsan el Na+ que había ingresado y recuperan el K+ que había salido.
Conducción del potencial de acción
El potencial de acción se desplaza siguiendo varias leyes:
Ley del "todo o nada": una vez que se inicia el potencial de acción no se puede parar. Se transmite a lo largo del axón hasta su extremo. El potencial de acción siempre tiene el mismo tamaño, sin aumentar ni disminuir. Cuando el axón se ramifica, se divide pero no cambia de tamaño.
Se da en el axón.
Bidireccionalidad: se propaga en dos direcciones.
Codificación de la información
El conjunto de potenciales de acción en los axones controla la fuerza de contracción muscular y representa la intensidad del estímulo físico. Un único potencial de acción no es el elemento básico de la información; la variabilidad de la información está representada por la frecuencia de descarga de un axón (descarga se refiere a la producción de potenciales de acción). Una frecuencia de descarga alta provoca una contracción muscular intensa, y un estímulo fuerte produce una elevada frecuencia de descarga en los axones.
La ley del "todo o nada" se complementa con la ley de frecuencia, que defiende que las variaciones de intensidad de un estímulo que se transmite por un axón se representan mediante variaciones de la frecuencia de descarga del axón.
Los potenciales de acción no son los únicos tipos de señales que se dan en las neuronas. Cuando se envía un mensaje a través de la sinapsis, se produce una pequeña señal eléctrica en la membrana de la neurona que recibe el mensaje.
Conducción decreciente
Para comprender cómo se conducen los potenciales de acción en los axones mielínicos, hay que ver cómo se conducen señales distintas a los potenciales de acción. Para ello, producimos una débil despolarización subumbral en un extremo de un axón y registramos su efecto mediante electrodos situados a lo largo del axón. El estímulo produce una alteración en el potencial de membrana que disminuye a medida que se aleja del punto de estimulación.
Conducción decreciente: cuando se provoca una despolarización subumbral en el axón, la mayor alteración del potencial de membrana se da en la proximidad del electrodo de estimulación y va disminuyendo al alejarse. La transmisión es pasiva: ni los canales de Na+ ni los de K+ se abren o se cierran. El axón actúa como si fuera un cable eléctrico, transmitiendo a lo largo la corriente que se inicia en un extremo.
La conducción por el axón de una débil despolarización sigue las leyes de las propiedades del cable del axón (conducción pasiva de corriente eléctrica de modo decreciente a lo largo del axón).
Axones mielínicos y conducción saltatoria
Los axones de los sistemas nerviosos de los mamíferos son mielínicos: sus segmentos están recubiertos por mielina (sustancia grasa que funciona como aislante), producida por los oligodendrocitos del SNC o por las células de Schwann del SNP. Estos segmentos están separados entre sí por partes del axón descubiertas, los nódulos de Ranvier.
La conducción por un axón mielínico es diferente. El líquido extracelular entra solo por los nódulos (donde no hay mielina). En zonas mielinizadas no puede entrar el Na+. El axón conduce pasivamente el cambio eléctrico desde donde se produce el potencial de acción hasta el siguiente nódulo. El cambio va aminorando, pero es suficientemente grande para desencadenar un potencial de acción en el nódulo. Dicho potencial de acción se repite en cada nódulo y es transportado por las propiedades del cable del axón, a lo largo del área mielinizada, hasta el siguiente nódulo.
Este tipo de conducción parece saltar de nódulo en nódulo y se denomina conducción saltatoria (conducción de potenciales de acción por axones mielínicos: el potencial de acción parece saltar de nódulo en nódulo).
Ventajas de la conducción saltatoria
Economía energética: para que las bombas de sodio-potasio eliminen el exceso de Na+ gastan energía, y estos iones deben ser eliminados finalmente. Como en un axón con mielina el Na+ solo entra por los nódulos, entra mucho menos Na+ y, por tanto, hay que bombear menos Na+ al exterior, gastando mucha menos energía.
Velocidad: la conducción es más rápida en el axón mielínico debido a que la transmisión entre nódulos, que ocurre gracias a las propiedades del cable del axón, es muy rápida. El aumento de la velocidad permite a los animales reaccionar y pensar más rápido.