Las neuronas como dispositivos de señalización eléctrica

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Por Frank Amthor

Un aspecto crucial de la función neuronal es su uso único de la electricidad. Utilizan la electricidad tanto para segregar sus neurotransmisores como para la computación. Aquí está el cómo.

La membrana de la neurona contiene un tipo especial de canal de iones que en realidad es una bomba activa para iones. Los iones son los átomos cargados que se disuelven en los fluidos dentro y fuera de la célula. Los iones más importantes son las sales de cloruro de sodio (NaCl), potasio (KCl), calcio (CaCl2) y magnesio (MgCl2), que se disocian al disolverse en los cationes Na+, K+, Ca++ y Mg++, y el anión Cl-. Nota: Un catión tiene carga positiva (atraído a un cátodo negativo); un anión tiene carga negativa (atraído a un ánodo positivo).

El fluido fuera de las células y en nuestra sangre en realidad tiene aproximadamente la misma circunscripción iónica que el agua de mar, es decir, principalmente Na+, mucho menos K+, y aún menos Ca++ y Mg++, siendo Cl- el anión principal. Sin embargo, las bombas de iones en las membranas neurales, llamadas bombas de sodio-potasio ATPasa, bombean activamente sodio fuera de la célula y potasio dentro, en esta proporción: 3 Na+ fuera a 2 K+ dentro.

Estas bombas funcionan todo el tiempo, creando una situación en la que existe muy poco sodio y un exceso de potasio dentro de la célula. Sin embargo, debido a que no sale tanto potasio como el sodio, hay una carga negativa neta dentro de la célula debido a la deficiencia de iones positivos.

La tensión real que se mide con un electrodo colocado en el interior de la célula (en comparación con el exterior) viene determinada por las conductas de fuga de los diferentes iones. El ión potasio tiene una conductividad de fuga mucho mayor que la del sodio, lo que da como resultado un potencial medido en la membrana de aproximadamente -70 milivoltios. Debido a que este voltaje se mide a través de la membrana de la neurona (desde el interior de la neurona hacia el exterior), se denomina potencial de la membrana.

El potencial de membrana de una neurona puede ser cambiado por los canales iónicos de su membrana. Aquí es donde los desequilibrios de concentración iónica son importantes porque cuando los receptores de los neurotransmisores abren canales para determinados iones, los iones fluyen a través de estos receptores en la dirección de restaurar el desequilibrio establecido por las bombas de sodio-potasio.

El flujo de iones es una corriente que hace que el voltaje a través de la membrana (potencial de la membrana) cambie en consecuencia. Los neurotransmisores rápidos y excitadores glutamato y acetilcolina, por ejemplo, se unen a receptores que permiten que los iones de sodio pasen a través del poro del canal. Esta entrada de iones positivos puede reducir localmente e incluso invertir la polaridad del potencial negativo dentro de la célula. Este cambio de polaridad transitorio se llama despolarización.

Los receptores inhibidores ionotrópicos son aquellos que unen GABA o glicina y abren canales permeables a Cl- (los receptores GABA metabólicos abren, a través de segundos mensajeros dentro de la célula, canales para K+ que también inhiben o hiperpolarizan la célula). Si Cl-, que es negativo, entra en la célula, puede hacer que el interior sea más negativo, lo que se llama hiperpolarización. Cuando se abren los canales de iones para el K+, el K+ sale de la célula debido a su mayor concentración dentro que fuera de la célula, y la célula también se hiperpolariza.

Ahora puedes ver por qué una sola neurona puede ser tan complicada. Unas 10.000 sinapsis excitatorias e inhibidoras se abren y cierran constantemente en respuesta a todas las diversas entradas presinápticas, lo que conduce a un potencial neto en constante cambio a través de la membrana celular que es la suma de toda esta actividad.

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