¿Cómo se "hablan" las neuronas entre sí?
La acción sucede en la sinapsis, el punto de comunicación entre dos neuronas o entre una neurona y una célula blanco, como un músculo o una glándula. En la sinapsis, el disparo de un potencial de acción en una neurona —la neurona presináptica, o emisora— provoca la transmisión de una señal a otra neurona —la neurona postsináptica, o receptora—, lo que aumenta o disminuye la probabilidad de que la neurona postsináptica dispare su propio potencial de acción.
El término sinapsis significa conexión y fue introducido por Charles Sherrington en 1897, y descrito por Ramón y Cajal, que las visualizó por primera vez en el microscopio óptico. Llamamos sinapsis a la zona especializada en la que se transmite la información entre dos neuronas o entre una neurona y una célula efectora. La transmisión sináptica es el proceso mediante el que las células nerviosas se comunican entre sí.
En general, las sinapsis sólo dejan pasar la información en un único sentido. Por este motivo, en cualquier sinapsis hay una neurona presináptica (la que envía la información) y una neurona postsináptica (la que recibe la información). El espacio que queda entre ambas neuronas recibe el nombre de espacio sináptico.
Existen dos tipos distintos de sinapsis la sinapsis eléctrica y la sinapsis química.
Sinapsis Eléctrica
Es una unión estrecha entre neuronas adheridas mediante proteínas –unión gap–, lo que confiere mayor velocidad a la propagación de la señal que sucede por la transmisión de iones (moléculas cargadas eléctricamente) entre neuronas. La señal eléctrica circula de una a otra neurona en ambos sentidos –bidireccional–, esto posibilita la sincronización entre neuronas para que mantengan un ritmo acoplado.
Sinapsis Química
La sinapsis química es el sitio en que células vecinas se comunican entre sí a través de mensajes químicos, los neurotransmisores. A pesar del enorme número de sinapsis químicas que existen en el sistema nervioso y de la amplia variedad estructural que ellas ofrecen, en la organización de este tipo de sinapsis se pueden reconocer los mismos elementos básicos.
Hay un elemento presináptico representado por un terminal nervioso, o una varicosidad o por el polo de liberación de mensajes químicos, que se observa en algunos tipos celulares, como algunas células sensoriales. La parte presináptica está separada por un espacio sináptico (20 a 40 nm) de la parte postsináptica, espacio que es atravesado por difusión por el neurotransmisor.
Potencial de Acción, Despolarización e Hiperpolarización
Cuando un potencial de acción, o impulso nervioso, llega a la terminal axónica, acciona canales de calcio activados por voltaje en la membrana celular. El Ca2+, que está mucho más concentrado fuera de la neurona que dentro, entra a la célula. El calcio permite que las vesículas sinápticas se fundan con la membrana de la terminal axónica, con lo que se liberan los neurotransmisores en el espacio sináptico.
En reposo, una neurona típica tiene un potencial de reposo (potencial a través de la membrana) de -60−60minus, 60 a -70−70minus, 70 milivoltios. Esto significa que el interior de la célula está cargado negativamente en relación con el exterior.
La hiperpolarización es cuando el potencial de membrana se vuelve más negativo en un punto particular en la membrana de la neurona, mientras que la despolarización es cuando el potencial de membrana se vuelve menos negativo (más positivo). La despolarización e hiperpolarización ocurren cuando los canales iónicos de la membrana se abren o cierran, lo cual altera la capacidad de determinado tipo de iones para entrar o salir de la célula.
Potencial de acción
Un evento de despolarización suficientemente grande, tal vez causado por varias entradas de despolarización que se producen al mismo tiempo, puede dar lugar a un potencial de acción. Un potencial de acción, es un evento de todo o nada: puede ocurrir o no, pero cuando se produce, siempre será del mismo tamaño (no es proporcional al tamaño del estímulo).
- Un potencial de acción se inicia cuando una despolarización aumenta el voltaje de la membrana, de modo que cruza un valor de umbral (por lo general, alrededor de -55 mV).
- En este umbral, se abren los canales de sodio (Na) dependientes de voltaje en la membrana, lo cual permite que muchos iones de sodio entren precipitadamente en la célula. Esta entrada de iones de sodio hace que el potencial de membrana aumente muy rápido y que llegue hasta +40 mV.
- Después de un breve lapso, los canales de sodio se inactivan a sí mismos (se cierran y no responden al voltaje) y detienen la entrada de sodio.
- Un conjunto de canales de potasio dependientes de voltaje se abre, lo cual permite que el potasio salga precipitadamente de la célula siguiendo su gradiente electroquímico.
- Estos eventos disminuyen rápidamente el potencial de membrana y este regresa a su estado normal de reposo.
- Los canales de potasio dependientes de voltaje permanecen abiertos un poco más de lo necesario para que la membrana vuelva a su potencial de reposo. Esto da lugar a un fenómeno llamado “hiperpolarización”, en el cual el potencial de membrana por breves instantes es más bajo (se vuelve más negativo) que su potencial de reposo.
- Finalmente, los canales de potasio dependientes de voltaje se cierran y el potencial de membrana se estabiliza en el potencial de reposo. Los canales de sodio regresan a su estado normal (permanecen cerrados pero, una vez más, pueden responder al voltaje).
- El ciclo del potencial de acción puede volver a comenzar.
Sinapsis Química https://youtu.be/zm3FLW_tdd4
Potenciales postsinápticos excitatorios e inhibitorios
Cuando un neurotransmisor se une a su receptor en una célula receptora, causa la apertura o cierre de canales iónicos. Esto puede producir un cambio localizado en el potencial de membrana, o voltaje a través de la membrana, de la célula receptora.
En algunos casos, el cambio provoca que la célula blanco sea más propensa a disparar su propio potencial de acción. En este caso, el cambio en el potencial de membrana se llama potencial excitatorio postsináptico o PEPS.
En otros casos, el cambio provoca que la célula blanco sea menos propensa a disparar su propio potencial de acción y se llama potencial inhibitorio postsináptico o PIPS.
Un PEPS es despolarizante: hace que el interior de la célula sea más positivo, y acerca el potencial de membrana a su umbral de disparo de un potencial de acción. A veces, no es suficiente un PEPS aislado para llevar a la neurona al umbral, pero puede sumarse junto con otros PEPS para desencadenar un potencial de acción.
Los PIPS tienen el efecto contrario. Es decir, tienden a mantener el potencial de membrana de la neurona postsináptica por debajo del umbral de disparo de un potencial de acción. Los PIPS son importantes porque pueden contrarrestar, o cancelar, el efecto excitatorio de los PEPS.
Suma espacial y temporal
¿Cómo interactúan los PEPS y los PIPS? Básicamente, una neurona postsináptica suma, o integra, todas las señales inhibitorias y excitatorias que recibe y "decide" si disparar o no un potencial de acción.
La integración de potenciales postsinápticos que ocurren en diferentes lugares pero casi al mismo tiempo se conoce como suma espacial. La integración de potenciales postsinápticos que ocurren en el mismo lugar pero en momentos ligeramente diferentes se llama suma temporal.
Por ejemplo, supongamos que en dos diferentes dendritas de la misma neurona postsináptica se producen sinapsis excitatorias, como se muestra a continuación. Ninguna de las dos sinapsis puede producir un PEPS lo suficientemente grande como para llevar el potencial de membrana al umbral en el cono axónico o lugar donde se dispara el potencial de acción (dentro de un recuadro en la siguiente figura). Sin embargo, si ambos PEPS se produjeron al mismo tiempo, podrían sumarse, para llevar el potencial de membrana hacia el umbral.
Terminación de la señal
Una sinapsis solo puede funcionar con eficacia si hay alguna manera de "apagar" la señal una vez que se envió. La terminación de la señal permite a la célula postsináptica regresar a su potencial de reposo normal, lista para recibir nuevas señales.
Para poder terminar la señal, el espacio sináptico debe limpiarse del neurotransmisor. Hay varias maneras diferentes de lograr esto. El neurotransmisor puede ser degradado por una enzima, la neurona presináptica lo puede reabsorber, o simplemente puede difundirse hacia otro lado. En algunos casos, las células gliales cercanas también pueden "limpiar" el neurotransmisor.
Sinapsis Eléctricas
En las sinapsis eléctricas, a diferencia de las sinapsis químicas, existe una conexión física directa entre la neurona presináptica y la neurona postsináptica. Esta conexión toma la forma de un canal llamado unión en hendidura, que permite que la corriente —los iones— fluyan directamente de una célula a otra.
Las sinapsis eléctricas transmiten señales con mayor velocidad que las sinapsis químicas. Algunas sinapsis son eléctricas y químicas. En estas sinapsis, la respuesta eléctrica ocurre antes que la respuesta química.
¿Cuáles son los beneficios de las sinapsis eléctricas?
Por un lado, son rápidas, lo que podría ser importante, por decir algo, en un circuito que ayuda a un organismo a escapar de un depredador. Además, las sinapsis eléctricas permiten la actividad sincronizada de grupos de células. En muchos casos, pueden llevar corriente en ambas direcciones, de forma que la despolarización de la neurona postsináptica producirá la despolarización de la neurona presináptica.
¿Cuáles son las desventajas de las sinapsis eléctricas?
A diferencia de las sinapsis químicas, las sinapsis eléctricas no pueden convertir una señal excitatoria de una neurona en una señal inhibitoria en otra. En términos más generales, carecen de la versatilidad, flexibilidad y capacidad de modulación de señales que vemos en las sinapsis químicas.
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