¿Qué es el impulso nervioso?
El impulso nervioso es una serie de potenciales de acción (PA) que ocurren a lo largo del axón y otras células eléctricamente excitables (musculares y glandulares). En principio, ocurre cuando se transmite un mensaje de una neurona a otra, o de una neurona a un órgano efector debido a que se recibe un estímulo externo o interno.
El mensaje fundamentalmente es una señal eléctrica generada en las dendritas o el cuerpo de la neurona y viaja hasta el extremo del axón donde la señal es transmitida. Dicho potencial de acción es la señal eléctrica primaria generada por las células nerviosas, las neuronas, y es originada por cambios en la permeabilidad de la membrana a iones específicos.
La cinética y la dependencia de voltaje de las permeabilidades a ciertos iones brindan una explicación completa de la generación del potencial de acción.
Características del impulso nervioso
– Inicio del potencial de reposo. Antes de la transmisión del impulso nervioso, la membrana de la neurona está en reposo, con una diferencia de carga eléctrica a través de la membrana llamada potencial de reposo.
– Estímulo. La transmisión del impulso nervioso comienza cuando la neurona ha sido estimulada. Este estímulo puede ser un cambio en el ambiente, una señal química o un estímulo eléctrico.
– Despolarización. Cuando se alcanza un umbral crítico de excitación por el estímulo, se desencadena un cambio repentino en el potencial de membrana, conocido como despolarización. Durante tal proceso, los canales iónicos en la membrana celular se abren, permitiendo la entrada de iones de sodio (Na+) a la célula.
– Generación del potencial de acción. La despolarización hace que se genere un potencial de acción, que es un cambio rápido y temporal en el potencial eléctrico a lo largo de la membrana de la neurona. Este cambio se propaga por toda la neurona.
– Cambio en la permeabilidad de la membrana. Durante el potencial de acción, se registra un cambio en la permeabilidad de la membrana neuronal. Inicialmente, los canales de sodio se abren para permitir la entrada de iones de sodio, seguido por el cierre de esos canales y la apertura de canales de potasio (K+).
– Repolarización. La repolarización sigue al potencial de acción. Durante esta fase, los iones de potasio se mueven fuera de la célula, volviendo el potencial de membrana a su estado de reposo negativo.
– Período de refractariedad. Luego de un potencial de acción, la neurona entra en un período de refractariedad, donde es más difícil o imposible generar otro potencial de acción. Esto garantiza la dirección unidireccional del impulso nervioso.
– Transmisión saltatoria (en fibras mielinizadas). En las neuronas mielinizadas, la transmisión del impulso nervioso es mucho más rápida y eficiente por la presencia de vainas de mielina. El impulso salta de un nodo de Ranvier al siguiente, acelerando la velocidad de transmisión.
– Sinapsis. La transmisión del impulso nervioso entre neuronas sucede en las sinapsis. En estas conexiones, el impulso nervioso se transmite de una neurona a otra a través de neurotransmisores.
– Variación en la intensidad. La intensidad de la señal nerviosa varía según la frecuencia de los potenciales de acción. Una frecuencia más alta de potenciales de acción puede interpretarse como una señal más intensa.
Etapas del impulso nervioso
- Potencial de reposo. Cuando no se está transmitiendo un potencial de acción, la membrana de la neurona se encuentra en reposo. En esta instancia el líquido intracelular (citoplasma) y el líquido extracelular contienen diferentes concentraciones de iones inorgánicos. Esto da como resultado que la capa externa de la membrana tenga una carga positiva, mientras que la interna tiene una carga negativa, lo que significa que la membrana en reposo esta “polarizada”. Este potencial de reposo tiene un valor de -70mv, es decir, el potencial dentro de la célula es 70 mV más negativo que el potencial extracelular. En la célula existe normalmente entrada de Na+ y salida de K+ por efecto del gradiente de concentración (transporte activo). Como hay más Na+ fuera de la célula este tiende a introducirse, y como hay más K+ dentro de la célula, este tiende a salir para igualar su concentración en ambos lados de la membrana. La distinta concentración iónica se mantiene por la acción de una proteína de membrana llamada “bomba de sodio y potasio”. Para conservar la diferencia de potencial, la bomba de Na+ y K+ saca de la célula 3 iones de Na+ por cada dos de K+ que introduce.
- Formación del impulso nervioso. Cuando se presenta un estímulo en el área receptora de la membrana neuronal, se produce un potencial generador el cual aumenta en la membrana la permeabilidad al Na+. Si este potencial supera el umbral de excitabilidad, que es de -65 a -55 mV, se genera un impulso nervioso y el Na+ se introduce tan rápido que incluso se inactiva la bomba de Na+ y K+. La entrada masiva de Na+ que tiene carga positiva hace que se inviertan las cargas eléctricas antes mencionadas. Este fenómeno se conoce como despolarización de la membrana. Este último se detiene en alrededor de +40mv. Al alcanzar el umbral siempre se genera un PA estándar, pues no existen impulsos nerviosos grandes o pequeños, en consecuencia todos los potenciales de acción son iguales. Si no se alcanza el umbral nada ocurre, lo cual se conoce como principio del “todo o nada”. El PA es muy breve, dura de 2 a 5 milisegundos. El aumento en la permeabilidad de la membrana al Na+ cesa rápidamente porque los canales de Na+ se inactivan y aumenta la permeabilidad a los iones de K que fluyen desde el citoplasma, restableciendo el potencial de reposo.
- Desplazamiento del impulso. El impulso no permanece en la membrana neuronal donde se genera como consecuencia de un potencial generador, sino que se desplaza a través de la membrana a lo largo de la neurona hasta llegar al extremo del axón. La transmisión del impulso consiste en su desplazamiento en la forma de ondas eléctricas a lo largo de la fibra nerviosa. Una vez que llega a los pies terminales del axón debe cruzar una sinapsis, lo cual se realiza por medio de neurotransmisores químicos. El PA se desplaza a lo largo de la fibra nerviosa de manera continua, si esta no posee mielina. Sin embargo, si la posee, las capas de mielina aíslan la membrana de la fibra nerviosa en toda su superficie, excepto en los nódulos de Ranvier. El PA en esta situación, avanza en saltos de un nódulo al siguiente, lo que se conoce como conducción saltatoria. Este tipo de transmisión ahorra mucha energía y aumenta la velocidad del impulso y trasmisión de la información, pues la despolarización ocurre solo en los nódulos de Ranvier. Se ha registrado velocidades de hasta 120 m/seg, mientras que en aquellas fibras no recubiertas por mielina la velocidad aproximada son de 0,5 m/seg.
- Transmisión sináptica. El flujo del impulso nervioso va del extremo aferente de la neurona que comprende el cuerpo y las dendritas hasta el extremo eferente formado por el axón y sus ramificaciones colaterales. Se incluyen acá las terminaciones axónicas en cuyos extremos se encuentran los pies terminales o botones sinápticos. La zona de contacto entre una neurona y otra, o bien entre una neurona y una célula muscular o glandular, se denomina sinapsis. Para la ocurrencia de la sinapsis, los neurotransmisores tienen un papel fundamental para que el mensaje trasmitido tenga continuidad sobre las fibras nerviosas.
- Comportamiento cíclico del impulso. En esencia, un potencial de acción es un cambio en la polaridad de la membrana de negativo a positivo y de vuelta al negativo en un ciclo que dura de 2 a 5 milisegundos. Cada ciclo comprende una fase ascendente de despolarización, una fase descendente de repolarización y una fase subdescendente llamada hiperpolarización a cifras por debajo de -70 mv.
Funciones del impulso nervioso
- Transporte de información. El impulso nervioso es un mensaje electroquímico. Es un mensaje porque hay un destinatario y un remitente y es electroquímico, ya que existe un componente eléctrico y un componente químico. Mediante el impulso nervioso (potencial de acción), las neuronas transportan información rápidamente y con exactitud para coordinar las acciones de todo el cuerpo de un organismo. Los PA son responsables de cada recuerdo, sensación, pensamiento y respuesta motora.
- Control de respuestas físicas. Esto, en la mayoría de los casos, ocurre a grandes distancias para controlar las respuestas efectoras, que incluyen apertura de canales iónicos, la contracción muscular y la exocitosis.
Referencias
- Alcaraz, V. M. Estructura y función del sistema nervioso: recepción sensorial y estados del organismo. UNAM.
- Bacq, Z. M. Chemical transmission of nerve impulses: a historical sketch. Elsevier.
- Kolb, B., & Whishaw, I. Q. Neuropsicología humana. Ed. Médica Panamericana.
- McComas, A. Galvani’s spark: the story of the nerve impulse. Oxford University Press.
- Morris, C. G., & Maisto, A. A. Introducción a la Psicología. Pearson Educación.
- Toole, G., & Toole, S. Essential AS Biology for OCR. Nelson Thornes.