Entendiendo el Potencial de Reposo en Neuronas Excitables

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britannica.compearson.com

El potencial de reposo es un concepto fundamental en la comprensión del funcionamiento de las neuronas eléctricamente excitables. Este término se refiere al desequilibrio de carga eléctrica que existe entre el interior de las neuronas y su entorno. Las células excitables eléctricamente, como las neuronas, mantienen un potencial de reposo que varía entre menos sesenta y menos noventa y cinco milivoltios. En este estado, el interior de la célula se encuentra cargado negativamente en comparación con su exterior. Este desequilibrio de carga se debe a la distribución desigual de iones, principalmente de sodio y potasio, a través de la membrana celular. Cuando el interior de la célula se vuelve más electronegativo, es decir, cuando el potencial aumenta por encima del potencial de reposo, se dice que la membrana está hiperpolarizada. Por otro lado, cuando el interior de la célula se vuelve menos negativo, o si el potencial disminuye por debajo del potencial de reposo, el proceso se llama despolarización. Estos conceptos son cruciales para entender cómo las neuronas transmiten impulsos nerviosos. La despolarización breve que ocurre cuando el interior de la fibra nerviosa se carga positivamente se denomina potencial de acción. Esta alteración temporal de la polarización, causada por el desplazamiento de iones de sodio cargados positivamente desde el exterior hacia el interior de la célula, resulta en la transmisión de impulsos nerviosos. Después de la despolarización, la membrana celular se vuelve relativamente permeable a los iones de potasio cargados positivamente, que se difunden hacia afuera desde el interior de la célula, donde normalmente se encuentran en alta concentración. Esta difusión permite que la célula recupere la condición cargada negativamente característica del potencial de reposo. En el contexto de la sinapsis y la comunicación entre neuronas, términos como IPSP y EPSP son relevantes. Un IPSP, o potencial postsináptico inhibidor, y un EPSP, o potencial postsináptico excitador, describen cómo diferentes neurotransmisores afectan las células postsinápticas de manera diversa. Estas variaciones se deben a la expresión de diferentes moléculas receptoras en las células, lo que determina si la célula responderá con inhibición o excitación al neurotransmisor específico. Entender estos términos y procesos es esencial para profundizar en el estudio de los mecanismos biofísicos que subyacen al funcionamiento neuronal y la transmisión de los impulsos nerviosos. El rango del potencial de reposo, que se sitúa entre menos sesenta y menos noventa y cinco milivoltios, es de gran importancia para la función de las neuronas. Este rango permite a las neuronas estar listas para responder rápidamente a estímulos y transmitir señales a través del sistema nervioso. La carga negativa dentro de la célula es esencial para mantener este estado de reposo y se debe principalmente a la distribución de iones a través de la membrana celular. Durante la hiperpolarización, el interior de la célula se vuelve aún más negativo que el potencial de reposo. Este aumento de la electronegatividad puede inhibir la generación de un potencial de acción, ya que se requiere un estímulo más fuerte para despolarizar la célula hasta el umbral necesario para iniciar el impulso nervioso. Por el contrario, durante la despolarización, el interior de la célula se vuelve menos negativo, lo que facilita la generación de un potencial de acción cuando el estímulo alcanza el umbral adecuado. El mantenimiento y la alteración del potencial de reposo dependen en gran medida de los iones de sodio y potasio. En el estado de reposo, la membrana celular es más permeable a los iones de potasio que a los de sodio. Los iones de potasio tienden a salir de la célula debido a su alta concentración interna, mientras que los iones de sodio tienden a entrar. Sin embargo, la bomba de sodio-potasio, una proteína que utiliza energía en forma de ATP, expulsa tres iones de sodio fuera de la célula y transporta dos iones de potasio dentro. Este proceso mantiene la concentración de sodio alta en el exterior y la concentración de potasio alta en el interior, contribuyendo a la carga negativa interna. La alteración del potencial de reposo ocurre principalmente durante el potencial de acción. Cuando un estímulo suficientemente fuerte despolariza la membrana hasta el umbral, los canales de sodio dependientes de voltaje se abren, permitiendo que los iones de sodio entren rápidamente en la célula. Esta entrada masiva de sodio invierte temporalmente la polaridad de la membrana, haciendo que el interior de la célula se vuelva positivo. Este cambio rápido es lo que se conoce como potencial de acción. Una vez que el potencial de acción ha pasado, los canales de sodio se cierran y los canales de potasio se abren, permitiendo que los iones de potasio salgan de la célula. Esta salida de potasio ayuda a restablecer la carga negativa dentro de la célula, devolviendo el potencial al nivel de reposo. Este proceso es crucial para la capacidad de la neurona de generar y transmitir señales de manera continua y eficiente. La comprensión detallada de estos mecanismos ofrece una visión profunda de cómo las neuronas mantienen su potencial de reposo y responden a los estímulos, lo cual es fundamental para el funcionamiento del sistema nervioso en su conjunto. El potencial de acción es un fenómeno crítico en la transmisión de impulsos nerviosos. Durante un potencial de acción, la neurona experimenta una rápida despolarización, seguida de una repolarización, que permite la propagación de la señal eléctrica a lo largo de la fibra nerviosa. Este proceso es fundamental para la comunicación interna del sistema nervioso y la ejecución de diversas funciones corporales. La despolarización comienza cuando un estímulo adecuado eleva el potencial de membrana hasta el umbral. En este punto, los canales de sodio dependientes de voltaje se abren, permitiendo que los iones de sodio entren rápidamente en la célula. Esta entrada masiva de sodio invierte temporalmente la polaridad de la membrana, haciendo que el interior de la célula se vuelva positivo en comparación con el exterior. Este cambio de polaridad es lo que define el potencial de acción. Una vez que se alcanza el pico del potencial de acción, los canales de sodio se cierran y los canales de potasio se abren. Los iones de potasio, que están en alta concentración dentro de la célula, comienzan a salir hacia el exterior. Esta salida de potasio ayuda a repolarizar la membrana, devolviendo la carga negativa al interior de la célula. Este proceso es esencial para que la célula nerviosa recupere su potencial de reposo y esté lista para responder a nuevos estímulos. La transmisión de impulsos nerviosos no solo depende del potencial de acción sino también de las sinapsis, donde se comunican las neuronas entre sí. En las células postsinápticas, los potenciales postsinápticos inhibidores (IPSP) y los potenciales postsinápticos excitadores (EPSP) juegan un papel clave. Un IPSP ocurre cuando un neurotransmisor provoca la hiperpolarización de la célula postsináptica, dificultando la generación de un potencial de acción. Por otro lado, un EPSP ocurre cuando un neurotransmisor provoca la despolarización de la célula postsináptica, facilitando la generación de un potencial de acción. La diversidad en la respuesta de las células postsinápticas se debe a la expresión de diferentes moléculas receptoras en su membrana. Cada tipo de receptor responde de manera específica a ciertos neurotransmisores, lo que determina si la respuesta será inhibitoria o excitatoria. Esta diversidad es crucial para la regulación fina de la actividad neuronal y la integración de señales en el sistema nervioso. En resumen, el potencial de acción y la transmisión de impulsos nerviosos son procesos complejos pero esenciales para la función neuronal. La despolarización y repolarización de la membrana, junto con la regulación de IPSP y EPSP, permiten que las neuronas transmitan información de manera eficiente y precisa, asegurando una comunicación efectiva dentro del sistema nervioso.