¿Cómo se transmiten los impulsos nerviosos?

En la transmisión de un impulso, una neurona recibe un impulso y debe pasarlo a la siguiente neurona y esa neurona pasa a la siguiente y así sucesivamente. A través de una cadena de eventos químicos, las dendritas de una neurona captan un impulso que pasa a lo largo del axón y se transmite a la siguiente neurona. Todo el impulso pasa a través de una neurona en aproximadamente siete milisegundos, más rápido que un rayo. Esto es lo que sucede en solo cinco sencillos pasos:

1. Polarización de la membrana de la neurona : cuando una neurona no es estimulada, está sentada sin impulso para transportar o transmitir, su membrana está polarizada. Estar polarizado significa que la carga eléctrica en el exterior de la membrana es positiva, mientras que la carga eléctrica en el interior de la membrana es negativa. El exterior de la celda contiene un exceso de iones de sodio (Na +); el interior de la célula contiene exceso de iones de potasio (K +). (Los iones son átomos de un elemento con carga positiva o negativa). Probablemente se esté preguntando: ¿cómo puede la carga dentro de la célula ser negativa si la célula contiene iones positivos? Buena pregunta. La respuesta es que además del K +, las moléculas de proteína y ácido nucleico con carga negativa también habitan en la célula; por lo tanto, el interior es negativo en comparación con el exterior. Entonces, si las membranas celulares permiten que se crucen los iones, ¿cómo se mantiene el Na + afuera y el K + dentro? Si este pensamiento cruzó por tu mente, ¡te mereces una gran estrella de oro! La respuesta es que Na + y K +, de hecho, se mueven hacia adelante y hacia atrás a través de la membrana. Sin embargo, la madre naturaleza pensó en todo. Hay bombas Na + / K + en la membrana que bombean el Na + hacia afuera y el K + hacia adentro. La carga de un ion inhibe la permeabilidad de la membrana (es decir, dificulta que otras cosas crucen la membrana).
2. El potencial de descanso le da un respiro a la neurona. Cuando la neurona está inactiva y polarizada, se dice que está en su potencial de reposo. Sigue siendo así hasta que llegue un estímulo.
3. Potencial de acción : los iones sodio se mueven dentro de la membrana. Cuando un estímulo llega a una neurona en reposo, los canales iónicos en la membrana de la neurona en reposo se abren repentinamente y permiten que el Na + que estaba en el exterior de la membrana se precipite hacia la célula. Cuando esto sucede, la neurona pasa de ser polarizada a ser despolarizada. Recuerde que cuando la neurona estaba polarizada, el exterior de la membrana era positivo y el interior de la membrana era negativo. Bueno, después de que más iones positivos se cargan dentro de la membrana, el interior también se vuelve positivo; la polarización se elimina y se alcanza el umbral. Cada neurona tiene un nivel de umbral, el punto en el que no hay retención. Después de que el estímulo supera el nivel umbral, se abren más canales iónicos bloqueados y permiten más Na + dentro de la célula. Esto causa la despolarización completa de la neurona y se crea un potencial de acción. En este estado, la neurona continúa abriendo canales de Na + a lo largo de la membrana. Cuando esto ocurre, es un fenómeno de todo o nada. “Todo o nada” significa que si un estímulo no excede el nivel de umbral y hace que se abran todas las puertas, no se produce ningún potencial de acción; sin embargo, después de cruzar el umbral, no hay vuelta atrás: se produce la despolarización completa y se transmitirá el estímulo. Cuando un impulso viaja por un axón cubierto por una cubierta de mielina, el impulso debe moverse entre las lagunas no aisladas llamadas nodos de Ranvier que existen entre cada celda de Schwann.
4. Repolarización : los iones de potasio se mueven hacia el exterior y los iones de sodio permanecen dentro de la membrana. Después de que el interior de la célula se inunda con Na +, los canales de iones cerrados en el interior de la membrana se abren para permitir que el K + se mueva al exterior de la membrana. Con K + moviéndose al exterior, la repolarización de la membrana restaura el equilibrio eléctrico, aunque es opuesta a la membrana polarizada inicial que tenía Na + en el exterior y K + en el interior. Justo después de que las puertas K + se abren, las puertas Na + se cierran; de lo contrario, la membrana no podría repolarizarse.
5. Hiperpolarización : Más iones de potasio están en el exterior que iones de sodio en el interior. Cuando las compuertas de K + finalmente se cierran, la neurona tiene un poco más de K + en el exterior que Na + en el interior. Esto hace que el potencial de membrana caiga un poco más bajo que el potencial de reposo, y se dice que la membrana está hiperpolarizada porque tiene un potencial mayor. (Debido a que el potencial de la membrana es menor, tiene más espacio para “crecer”). Este período no dura mucho, sin embargo (¡bueno, ninguno de estos pasos lleva mucho tiempo!). Después de que el impulso ha viajado a través de la neurona, el potencial de acción ha terminado y la membrana celular vuelve a la normalidad (es decir, el potencial de reposo).

Respuesta corta : los impulsos nerviosos se transmiten desde el cerebro a la (s) célula (s) de destino por potenciales de acción eléctrica, propagándose en forma de onda a lo largo del axón de la neurona hacia uno o más terminales , que están conectados a otras dendritas neuronales (Y así sucesivamente hasta la línea). En las dendritas, un neurotransmisor Se libera una sustancia química ( p. ej., acetilcolina ) que atraviesa una brecha de sinapsis y entra en la neurona conectada, que puede o no, dependiendo de otras señales recibidas por la neurona, iniciar otro potencial de acción, (tal vez) desencadenar otra neurona, y así en.

Imagen de dendrita / terminal Axon tomada de http://www.studyblue.com ( terminación neuronal presináptica).

Respuesta larga: Potenciales de acción – Potencial de voltaje de membrana “Ondas”

Un potencial de voltaje eléctrico en el rango de 5..100 mV (varía de una celda a otra) se mantiene a través del axón. membranas, el interior de la celda negativo en relación con el exterior. El gradiente se crea por diferencias en la concentración de iones : natrio (sodio, Na [matemáticas] ^ + [/ matemáticas]) y kalium (potasio, K [matemáticas] ^ + [/ matemáticas]) se encuentran entre los principales jugadores, como es el calcio ( Ca [math] ^ {++} [/ math]), y por supuesto el hidrógeno ubicuo ( H [matemática] ^ + [/ math]) – entre el citosol interno y la matriz exterior.

Imagen de neurona levantada de http://www.appsychology.com ( Neurociencia)

En la mayoría de las neuronas, la concentración de citosol Na [math] ^ + [/ math] es menor que la de los fluidos circundantes, y por el contrario la concentración interna de K [math] ^ + [/ math] es más alta que la del exterior (ratios típicos son ≈ 12 K [matemáticas] ^ + [/ matemáticas] a una Na [matemáticas] ^ + [/ matemáticas] en el citosol celular, y una K [matemáticas] ^ + [/ matemáticas] a ≈ 36 Na [matemáticas] ^ + [/ math] en la matriz extracelular).

Las neuronas usan estos gradientes potenciales para intercambiar señales, a través de proteínas receptoras de membrana que abren o cierran canales iónicos a medida que cambian los voltajes (por ejemplo, canales de iones de Ca [math] ^ {++} [/ math] en las membranas de células musculares, dando como resultado una cascada compleja de actividad proteica, eventualmente efectuando miríadas de contracciones de sarcómeros de células musculares). [math] ^ {[1]} [/ math]

Varios mecanismos mantienen los gradientes electroquímicos, uno de los más destacados es la proteína de cotransporte activa Na [matemática] ^ + [/ math] K [matemática] ^ + [/ matemática] ATPase : otra “máquina nano” que, por sí sola, consume una cuarta parte de toda la energía que utiliza el cuerpo humano, y es una de las razones por las cuales el cerebro necesita más oxígeno que cualquier otra parte del cuerpo. Utiliza energía, liberada por la hidrólisis de un ATP , para bombear dos K ​​[math] ^ + [/ math] dentro y tres Na [math] ^ + [/ math] fuera de la célula, ambos contra sus respectivas concentraciones de gradiente (ver abajo).

Los potenciales de acción

El potencial de acción neuronal “mente sobre materia” – una onda electroquímica que se propaga desde el cerebro a las células receptoras a través de dendritas neuronales , axones y sinapsis – es causada por cambios rápidos en la membrana Na [matemática] ^ + [/ math] y K [matemática ] ^ + [/ math] permeability, resultando en cambios en movimiento de Na [math] ^ + [/ math] / K [math] ^ + [/ math] gradiente concentraciones en ambos lados de la membrana como el potencial de acción se mueve, no a diferencia de una ola, a lo largo del axón.

Tenga en cuenta que el cerebro no envía “mensajes codificados”, sino que solo inicia un potencial de acción, que luego “salta” a través de terminales de axones conectados a otras neuronas, y así sucesivamente, desde el cerebro hasta el destinatario final de la señal. La señal no se propaga muy rápido: la velocidad máxima es de aproximadamente 150 metros por segundo (por eso experimentamos “tiempo de reacción”: toma una cantidad de tiempo notable, por ejemplo, al recibir una señal de peligro externa (como ver a un niño salir corriendo frente a su automóvil) hasta que realmente “ordene” su pie para pisar el pedal del freno).

Cuando se generan potenciales de acción, la concentración de citosol Na [matemáticas] ^ + [/ matemáticas] aumenta y la concentración de K [matemáticas] ^ + [/ matemáticas] disminuye. Como se generan muchos potenciales de acción, las crecientes diferencias podrían convertirse en un problema, [math] ^ {[2]} [/ math] cuya evolución temprana se evitó hábilmente al “desarrollar” esta bomba molecular, para mantener las concentraciones de iones tanto dentro como fuera del ¡celda!

Na [math] ^ + [/ math] K [math] ^ + [/ math] ATPase – una “bomba” de iones transmembrana

De izquierda a derecha , así es como funciona esta nanomáquina de proteínas: el “centro azul” indica una conformación de estructura de proteína que atrae Na [matemáticas] ^ + [/ matemáticas] y rechaza K [matemáticas] ^ + [/ matemáticas], y como la puerta al interior está abierta, tres Na [math] ^ + [/ math] del citosol migran y ocupan los sitios de unión a proteínas designados . La energía de la hidrólisis de ATP hace que la proteína cambie a su conformación de “centro rojo” (con fosforilación de parte de la proteína), lo que repele Na [matemáticas] ^ + [/ matemáticas] y atrae K [matemáticas] ^ + [/ matemáticas ] – cerrando el interno y abriendo la puerta externa. Tres Na [math] ^ + [/ math] se expulsan, mientras que dos K ​​[math] ^ + [/ math] desde el exterior migran y ocupan sus sitios de enlace designados. Cuando el grupo fosfato ( P [math] _i [/ ​​math]) por defosforilación deja la proteína, desencadena un cambio que devuelve la proteína a su conformación de “centro azul”, cerrando el exterior y abriendo la puerta interna: las dos K ​​[matemáticas ] ^ + [/ math] se expulsan al citosol, y el ciclo se repite.

Al igual que con gran parte de lo que la evolución ha producido, las diferencias de gradiente / potencial de iones se han utilizado de varias maneras: la energía potencial de dichos gradientes también es utilizada por muchos tipos de células en otras proteínas de cotransporte, moviendo varios solutos dentro y fuera de la célula, facilitado por “presiones de gradiente de iones”.

Para ver ejemplos de varias proteínas de transporte (incluido Na [math] ^ + [/ math] K [math] ^ + [/ math] ATPase), vea mi presentación de PowerPoint animada Cell Membranas – Living Walls .ppsx.

Notas a pie de página

[math] ^ {[1]} [/ math] Ca [math] ^ {++} [/ math] gradientes de concentración son mantenidos por otras proteínas de transporte de membrana, bombeando Ca [math] ^ {++} [/ math] fuera de la celda cuando así lo activa el voltaje o el nivel de concentración química cambia.

[math] ^ {[2]} [/ math] La hermosa planta con flores Digitalis purpurea (Foxglove) contiene un glucósido que inhibe la bomba de ATPase Na [math] ^ + [/ math] K [math] ^ + [/ math] acción, resultando en la acumulación de citosol Na [math] ^ + [/ math] y agotamiento de los niveles de K [math] ^ + [/ math] intracelular, lo que lleva a la pérdida de potencial eléctrico negativo, lo que lleva a una despolarización más rápida de la membrana celular, lo que lleva a un latido cardiaco más fuerte: ¡un refuerzo natural de los latidos del corazón! (En Suecia, esta hierba medicinal se llama “Dedal-flor”)

He dudado en responder a esta pregunta, ya que es un tema amplio que involucra a todo el sistema nervioso, diferentes tipos de nervios que hacen cosas diferentes, tienen componentes químicos y electricidad, y maquillajes físicos de diferentes nervios de diferentes maneras que hacen cosas diferentes. Hay problemas químicos y hormonales, y todo el cuerpo y todas sus partes tienen relación con la actividad nerviosa. Más concretamente, no conocemos muchos detalles cuando hablamos de nervios cuando hay daños, malformaciones o enfermedades. No tenemos curas y tenemos una investigación activa de estas enfermedades, pero el ADN y los genomas entran en juego para tratar de identificar las causas o posibles curas para ellos. En muchas situaciones, el cerebro es el mariscal de campo, pero no siempre. El tema es demasiado amplio para responder a tu pregunta y entenderla. Las personas están dedicando carreras completas para tratar de comprender e investigar la compleja interacción del sistema nervioso. Se puede ver como un milagro de la creación, o el infierno en la tierra, para hablar, si funciona mal como una enfermedad.

Cuando se activa una célula cerebral o neurona, lo que significa que recibe un impulso eléctrico o potencial de acción de una célula vecina, a su vez quiere transmitir a la siguiente célula en línea la información actual. Para transmitir la información, la neurona recibe información en un extremo de la neurona, las dendritas, y en el otro extremo, el axón se “comunicará” con la dendrita de la siguiente neurona, a fin de “comunicarse”. los axones están mielinizados, lo que significa que están aislados como los cables eléctricos para una máxima conductancia.

Entre las celdas hay un espacio llamado “la sinapsis” y es allí donde ocurre la magia. La primera célula se denomina célula presináptica y la célula receptora se denomina célula postsináptica. Las células presinápticas anclan vesículas de neurotransmisores, los fusionan con el borde de la célula y luego liberan los neurotransmisores en la sinapsis. La célula postsináptica tiene receptores que se unen a estos neurotransmisores. La unión provoca un cambio conformacional y el receptor abre un canal en el que los iones cargados entran en la célula postsináptica.

Si hay suficientes receptores activos y suficientes iones de sodio cargados que ingresan a la célula, entonces las células cargan los cambios causando un potencial de acción a lo largo del axón de la célula. Los disparos repetidos provocarán la activación e internalización de los receptores dentro del núcleo de la célula o el cerebro de la célula cerebral. El núcleo de la neurona contiene el ADN. En estas condiciones, el ADN se desenredará y permitirá que un complejo lea / transcriba el código que produce el ARN. El código se traducirá a una proteína que la célula utilizará para hacer más receptores para el lado postsináptico para aumentar la comunicación. Además, una célula puede generar más “espinas” utilizando factores de crecimiento en el lado postsináptico, lo que creará más sinapsis para una comunicación aún mayor.

Los cambios en el ARN y la proteína se pueden medir en respuesta a los comportamientos. Estos cambios se pueden cuantificar para ver si un cierto comportamiento puede causar que el cerebro cambie o un determinado tratamiento puede hacer que el cerebro cambie.