Transmisión sináptica

La tercera y última unidad del curso Bases biológicas de la conducta lleva por título Transmisión sináptica, y serán abordados los lineamientos generales propios de la comunicación interneural: la sinapsis.

Sinapsis

Mediante la sinapsis se transmite información de una neurona a la siguiente. Una sinapsis, o región sináptica, tiene tres componentes principales:

La zona presináptica; en muchos casos, un abultamiento del botón terminal llamado botón sináptico.
Una membrana postsináptica especializada, situada en la superficie de la dendrita o del soma.
Un espacio sináptico, un espacio comprendido entre los elementos presinápticos y postsinápticos.

El terminal presináptico contiene muchas esferas pequeñas, conocidas como vesículas sinápticas, las cuales incluyen una sustancia química llamada transmisor sináptico o neurotransmisor, que, una vez liberado, circula a través del espacio y produce cambios eléctricos en la membrana postsináptica. La superficie de la membrana postsináptica contiene moléculas receptoras que capturan moléculas del agente transmisor e interactúan con ellas.

En el esquema podemos observar, del lado izquierdo, lo que sería la zona presináptica, en la que hallamos al botón presináptico. Ahí se encuentran las vesículas sinápticas, las cuales contienen una sustancia necearia para la comunicación interneural, el neurotransmisor. Del lado derecho está la membrana postsináptica, que se halla en la superficie de la dendrita o soma, y que contienen moléculas receptoras que recibirán las partículas del neurotransmisor en cuestión. En medio se halla el espacio presináptico, en donde es liberado el neurotransmisor para luego arribar a la memebrana postsináptica.

Fenómenos eléctricos en la neurona

Comprendido lo anterior, es necesario introducir algunos conceptos referentes a los fenómenos eléctricos en la neurona, los cuales posibilitan la comunicación entre neuronas.

Potencial de reposo o Potencial de membrana. Cuando las neuronas están inactivas.
Impulsos nerviosos o Potenciales de acción: Cambios breves, propagados, que se desplazan rápidamente a lo largo del axón. Estos cambios son conducidos como una reacción en cadena, manteniendo un tamaño uniforme mientras avanzan.
Potenciales locales o Potenciales graduados: Se inician en lugares postsinápticos (Potenciales postsinápticos) y varían en tamaño y duración. Su amplitud disminuye progresivamente mientras se aleja de su punto de origen.

Otros datos que hay que considerar es que:

Hay una diferencia eléctrica entre las superficies interna y externa de la membrana neuronal (la membrana separa cargas). Esta diferencia tiene su origen en la separación de partículas con carga eléctrica, llamadas iones (recordemos que un ión es un átomo o una molécula que, en una solución, han adquirido una carga eléctrica al ganar o perder uno o más electrones).
Los fluidos extracelulares bañan y rodean a las células de nuestro organismo, incluyendo, por supuesto, a las neuronas.
El interior del axón es eléctricamente negativo con respecto al exterior.

Fuerzas físicas y químicas en la membrana de la célula

Existen tres fuerzas físicas y químicas que actúan en la membrana de la célula. Su comprensión es necesaria para entender la dinámica de los potenciales de acción o impulsos nerviosos.

Gradientes de concentración: los iones se desplazan desde regiones de concentración alta a regiones de concentración baja.
Fuerzas eléctricas: las cargas iguales se repelen y las opuestas se atraen.
Permeabilidad selectiva: algunos iones pueden atravesar la membrana con más facilidad que otros.

Distribución de iones

Dentro de la célula, la neurona, hay una concentración elevada de iones de proteínas grandes, con carga negativa. Hay también una alta concentración de iones de potasio (K+). Las concentraciones internas de sodio (Na+) y cloro (Cl-) son bajas. Llamamos Aniones: a los iones con carga negativa (Cl- y proteínicos) y Cationes: a los iones con carga positiva (K+ y Na+).

Membrana celular

La membrana neuronal contiene un gran número de pequeños poros especializados o canales a través de los cuales los iones potasio pueden entrar y salir con relativa facilidad. En reposo, la membrana celular es: Máximamente permeable a los iones de potasio. Mucho menos permeable a los iones sodio. Menos permeable aún a los aniones proteínicos de gran tamaño.

En la imagen podemos observar cómo en el interior de la neurona abundan los iones con carga

negativa, mientras que en el exterior sucede lo contrario. De esa forma, como ya se había mencionado, durante el potencial de reposo la neurona mantiene, por dentro, una carga predominantemente negativa. Lo cual se transforma durante el potencial de acción o impulso nervioso.

Potencial de equilibrio del potasio

La diferencia entre un potencial de reposo y un potencial de acción viene explicado por lo que se llama el Potencial de equilibrio del potasio. Durante el Potencial de acción, o impulso nervioso, los iones potasio tienden a salir de la célula porque su concentración es 20 veces mayor dentro que fuera. Dado que la membrana del axón es impermeable a los aniones grandes, estos se quedan dentro de la célula. El movimiento de iones K+ cargados positivamente que abandonan la célula crea una diferencia en el potencial eléctrico, con una carga negativa neta en el interior. Cuando la diferencia de potencial llega a ser lo bastante grande, la salida de iones positivos se detiene porque estos se repelen entre sí pero son atraídos por los iones negativos del interior.

Hiperpolarización y despolarización

Dos conceptos clave en esta explicación del paso del potencial de poso al potencial de acción son la Hiperpolarización y la despolarización. La Hiperpolarización es un aumento en el potencial de membrana (mayor negatividad en el interior con respecto al exterior), el cual ocurre durante el potencial de reposo. . La Despolarización es una disminución del potencial de membrana (reducción de la negatividad dentro de la neurona), la cual ocurre durante el potencial de acción o impulso nervioso.

Datos generales Potencial de acción

El potencial de membrana en reposo, o sea, normalmente, posee una medida menor a los -60 mV. La situación cambia cuando un estímulo despolariza la célula hasta -50 aprox. (el cual es un Umbral). (Unos 15 mV en una dirección positiva). Esta respuesta es un breve cambio en el potencial de membrana que hace que momentáneamente el interior de la membrana sea positivo con respecto al exterior. (lo cual provoca una Descarga o disparo, al que denominamos formalmente potencial de acción o impulso nervioso)

Mecanismos iónicos del Potencial de Acción

La amplitud del potencial de acción está determinada por la concentración de iones sodio, aunque estos no afectan el potencial de reposo.
En su estado de reposo, se puede concebir la membrana neural como una “membrana de potasio”, pues es permeable sólo al K+.
La membrana activa es una “membrana de sodio”, permeable también para el Na+.
La reducción en el potencial de reposo (despolarización) incrementa la permeabilidad al sodio.
Esta despolarización implica la apertura de poros.
Durante el potencial de acción, se ha alcanzado el potencial de equilibrio del sodio, de unos 40 mV.
Las cargas positivas del interior de la célula nerviosa tienden a empujar hacia afuera a los iones K+ .

Una explicación más detallada del cambio de potencial de reposo al potencial de acción se encuentra en la imagen.

Existe una Propiedad del Impulso Nervioso a la cual se le llama Todo o Nada, la cual explica que El tamaño del impulso es independiente de la magnitud del estímulo. Con estímulos más fuertes se producen más impulsos nerviosos, pero el tamaño de cada impulso sigue siendo el mismo. (los Incrementos en la intensidad del estímulo se reflejan en el axón por cambios en la frecuencia de los impulsos nerviosos más que por cambios en la amplitud).

En la imagen es posible ver un ejemplo de cambio de potencial de reposo a potencial de acción. La actividad eléctrica del interior de la neurona, normalmente, se encuentra a unos -60 mV, un pequeño cambio de unos 15 mV, en dirección positiva y a la cual se le llama respuesta de despolarización, provoca el disparo o impulso nervioso o potencial de acción, modificando el interior de la neurona para que adquiera una carga positiva, la cual llega hasta los 40 mV aproximadamente. Después de ese disparo, se retorna al potencial de membrana o de reposo, a unos -60 mV.