Transmisión del Impulso Nervioso: Fundamentos y Mecanismos

La comunicación en el sistema nervioso se basa en la capacidad de las neuronas para generar y transmitir impulsos nerviosos. Este proceso complejo implica cambios en el potencial eléctrico de la membrana celular, la propagación de señales y la comunicación entre células a través de las sinapsis.

El Potencial de Reposo: La Célula Inactiva

El potencial de reposo es el estado eléctrico de una neurona cuando no está transmitiendo un impulso. En este estado, el interior de la célula es electronegativo en comparación con el exterior, que es electropositivo. Esta diferencia de potencial, que suele rondar los -70 mV, se establece y mantiene por varios factores clave:

• Bomba de Sodio-Potasio (Na+/K+ ATPasa): Esta bomba proteica, fundamental para el mantenimiento del potencial de reposo, expulsa activamente tres iones de sodio (Na+) al exterior e introduce dos iones de potasio (K+) al interior, ambos contra su gradiente de concentración. Este bombeo neto de una carga positiva hacia el exterior contribuye a la negatividad interna.
• Canales de Fuga de Potasio: La membrana celular es mucho más permeable al potasio que al sodio en reposo. Los iones de potasio tienden a difundir a favor de su gradiente de concentración hacia el exterior a través de estos canales, dejando cargas negativas en el interior.
• Proteínas Aniónicas Intracelulares: El interior celular contiene una alta concentración de proteínas con carga negativa que, debido a su gran tamaño, no pueden salir de la célula. Estas contribuyen significativamente a la electronegatividad interna.

Como resultado de estos mecanismos, las neuronas en reposo se encuentran en un estado de polarización.

El Potencial de Acción: El Impulso Nervioso

El potencial de acción es un cambio brusco y transitorio en la polaridad de la membrana, que se produce en células excitables como las neuronas y las células musculares. Es el mecanismo por el cual se transmite la información a lo largo del axón.

El proceso se inicia cuando un estímulo llega a la neurona y provoca la apertura de algunos canales de sodio (Na+) dependientes de voltaje. Si la despolarización inicial alcanza un valor crítico, conocido como umbral de excitación (aproximadamente -55 mV), se desencadena una respuesta masiva:

• Fase de Despolarización: Se produce una apertura masiva de los canales de sodio dependientes de voltaje, lo que provoca una rápida y masiva entrada de iones positivos de sodio al interior de la célula. Esto invierte la polaridad de la membrana, volviéndola positiva en el interior (alrededor de +30 mV). Este pico es el potencial de acción.
• Fase de Repolarización: Inmediatamente después del pico de despolarización, los canales de sodio se inactivan y se cierran, impidiendo la entrada de más sodio. Simultáneamente, se abren los canales de potasio (K+) dependientes de voltaje, permitiendo que los iones de potasio salgan masivamente de la célula. Esta salida de cargas positivas restaura la polaridad negativa del interior de la membrana.
• Fase de Hiperpolarización (o Post-hiperpolarización): En muchos casos, los canales de potasio se cierran lentamente, lo que provoca una salida excesiva de potasio y una breve fase en la que el potencial de membrana se vuelve aún más negativo que el potencial de reposo (por ejemplo, -90 mV).

La Ley del Todo o Nada

El potencial de acción sigue la Ley del Todo o Nada: siempre que el estímulo consiga una despolarización que supere el umbral de excitación, se producirá un potencial de acción que alcanzará siempre el mismo valor máximo y tendrá la misma forma, independientemente de la intensidad del estímulo. Si el umbral no se alcanza, no se genera ningún potencial de acción significativo y la neurona regresa a su potencial de reposo.

Periodo Refractario

Tras un potencial de acción, la neurona entra en un periodo refractario, durante el cual es más difícil o imposible generar un nuevo potencial de acción. Esto se debe a la inactivación de los canales de sodio y a la persistencia de la apertura de los canales de potasio. Este periodo asegura que el impulso nervioso se propague en una sola dirección y limita la frecuencia de disparo de la neurona.

Propagación del Impulso Nervioso

Una vez que se produce un potencial de acción en un punto de la membrana del axón, la apertura masiva de los canales de sodio en esa región provoca que las cargas positivas se difundan a las regiones vecinas. Esta despolarización local alcanza el umbral en la región adyacente, lo que provoca la apertura de nuevos canales de sodio y la generación de un nuevo potencial de acción. Este proceso se propaga a lo largo del axón como una onda de despolarización que recorre la neurona, constituyendo el impulso nervioso.

Detrás de esta onda de despolarización, viaja la onda de repolarización, que devuelve la membrana a su potencial de reposo. El impulso nervioso recorre la neurona sin decremento en su magnitud, es decir, mantiene su intensidad a lo largo de todo el axón, hasta que llega a los botones terminales, donde se establece la sinapsis con otra neurona o con una célula efectora (como una célula muscular o glandular).

La Sinapsis: Comunicación Interneuronal

La sinapsis es el punto de unión funcional entre dos neuronas (o entre una neurona y una célula efectora) en el cual se transmite el impulso nervioso de una célula a otra. Existen dos tipos principales de sinapsis:

Sinapsis Eléctrica

En las sinapsis eléctricas, las neuronas están en contacto físico directo a través de uniones comunicantes (gap junctions). Estas uniones permiten el flujo directo de iones de una célula a otra, lo que facilita una transmisión del impulso extremadamente rápida y una sincronización de la actividad neuronal. Sus principales ventajas son la rapidez y la sincronización.

Sinapsis Química

Las sinapsis químicas son las más comunes en el sistema nervioso de los mamíferos. En ellas, las neuronas presináptica y postsináptica no se tocan; están separadas por un pequeño espacio llamado hendidura sináptica, que está ocupado por líquido extracelular. El impulso se transmite a través de neurotransmisores, que son sustancias químicas.

El proceso de transmisión en una sinapsis química es el siguiente:

1. El impulso nervioso (potencial de acción) llega a los botones terminales de la neurona presináptica.
2. La llegada del potencial de acción provoca la apertura de canales de calcio dependientes de voltaje, y la entrada de iones de calcio (Ca2+) desencadena la liberación de neurotransmisores desde las vesículas sinápticas hacia la hendidura sináptica.
3. Los neurotransmisores atraviesan el espacio sináptico y se unen a receptores específicos ubicados en la membrana de las dendritas o el soma de la neurona postsináptica.
4. La unión del neurotransmisor al receptor provoca un cambio en el potencial de membrana de la neurona postsináptica, generando un nuevo impulso nervioso (si se alcanza el umbral) que se propagará por ella hasta el extremo de su axón.
5. Posteriormente, los neurotransmisores son eliminados de la hendidura sináptica (por degradación enzimática o recaptación) para finalizar la señal y permitir que la sinapsis esté lista para un nuevo impulso.

Neurotransmisores y su Relación con el Ejercicio

Los neurotransmisores son mensajeros químicos que juegan un papel crucial en la regulación de diversas funciones corporales y mentales, incluyendo la respuesta al ejercicio:

• Adrenalina (Epinefrina): Principalmente producida en la médula suprarrenal y liberada por el sistema nervioso simpático. Sus niveles aumentan significativamente durante el ejercicio prolongado o de alta intensidad, así como en situaciones de estrés o déficit de oxígeno. Prepara al cuerpo para la respuesta de "lucha o huida", aumentando la frecuencia cardíaca, la presión arterial y la disponibilidad de energía.
• Noradrenalina (Norepinefrina): También liberada por el sistema nervioso simpático y en ciertas áreas del cerebro (como el locus coeruleus). Se asocia con el ejercicio de intensidad moderada a alta y el trabajo muscular. Influye en el estado de alerta, la atención y la respuesta al estrés.
• Dopamina: Producida en varias áreas del cerebro, incluyendo la sustancia negra y el área tegmental ventral. Sus niveles están influenciados por el bienestar, el sueño, el placer y la motivación. El ejercicio ligero a moderado puede influir positivamente en sus niveles, contribuyendo a la sensación de recompensa y mejora del estado de ánimo.