El funcionamiento de nuestro sistema nervioso, en el que está incluido el cerebro, está basado en la transmisión de información. Esta transmisión es de carácter electroquímico, y depende de la generación de pulsos eléctricos conocidos como potenciales de acción, los cuales se van transmitiendo a través de las neuronas a toda velocidad. La generación de pulsos está basada en la entrada y salida de diferentes iones y sustancias dentro de la membrana de la neurona.
Así, esta entrada y salida provoca que las condiciones y la carga eléctrica que tiene normalmente la célula varíe, iniciándose un proceso que culminará con la emisión del mensaje. Uno de los pasos que permite este proceso de transmisión de la información es la despolarización. Esta despolarización es el primer paso en la generación de un potencial de acción, es decir de la emisión de un mensaje.
Para poder comprender la despolarización, es necesario tener en cuenta el estado de las neuronas en circunstancias previas a este, es decir, cuando la neurona está en estado de reposo. Es en esta fase cuando se inicia el mecanismo de sucesos que terminará en la aparición de un impulso eléctrico que recorrerá la célula nerviosa hasta llegar a su destino, las zonas adyacentes a un espacio sináptico, para terminar generando o no otro impulso nervioso en otra neurona mediante otra despolarización.
Cuando la neurona no actúa: estado de reposo
El cerebro humano está funcionando de forma constante durante toda su vida. Incluso durante el sueño la actividad cerebral no cesa, simplemente se rebaja en gran medida la actividad de ciertas localizaciones cerebrales. Sin embargo, las neuronas no están siempre emitiendo pulsos bioeléctricos, sino que se encuentran en un estado de reposo que se termina alterando para generar un mensaje.
En circunstancias normales, en un estado de reposo la membrana de las neuronas tiene una carga eléctrica concreta de -70 mV, debido a la presencia de aniones o iones de carga negativa en el interior de ésta, además de potasio (si bien este tiene carga positiva). Sin embargo, el exterior tiene una carga más positiva debido a la mayor presencia de sodio, cargado positivamente, junto con cloro de carga negativa. Este estado se mantiene debido a la permeabilidad de la membrana, que en reposo solo resulta fácilmente traspasable para el potasio.
Si bien por la fuerza difusional (o tendencia de un fluido a repartirse uniformemente equilibrando su concentración) y por la presión electrostática o atracción entre los iones de carga opuesta el medio interno y externo deberían igualarse, dicha permeabilidad lo dificulta en gran medida, siendo la entrada de iones positivos muy gradual y limitada.
Además, las neuronas tienen un mecanismo que evita que el equilibrio electroquímico cambie, la llamada bomba de sodio y potasio, que regularmente expulsa tres iones de sodio del interior para dejar entrar dos de potasio del exterior. De este modo, se expulsa más cantidad de iones positivos de los que podrían llegar a entrar, manteniendo estable la carga eléctrica interna.
Sin embargo, estas circunstancias van a cambiar a la hora de transmitir información a otras neuronas, un cambio que como se ha comentado empieza con el fenómeno conocido como despolarización.
La despolarización
La despolarización es la parte del proceso que inicia el potencial de acción. Dicho de otro modo, se trata de la parte del proceso que provoca que se libere una señal eléctrica, la cual acabará viajando por la neurona para provocar la transmisión de información por el sistema nervioso. De hecho, si tuviésemos que reducir toda la actividad mental a un solo acontecimiento, la despolarización sería una buena candidata a ocupar ese puesto, ya que sin ella no hay actividad neuronal y por consiguiente ni siquiera seríamos capaces de mantenernos con vida.
El fenómeno en sí al que se refiere este concepto es el súbito gran aumento de la carga eléctrica en el interior de la membrana neuronal. Dicho aumento se debe a la constante de iones de sodio, cargados positivamente, en el interior de la membrana de la neurona. A partir del momento en el que se produce esa fase de despolarización, lo que sigue es una reacción en cadena gracias a la cual aparece un impulso eléctrico que recorre la neurona y viaja hacia una zona alejada de donde se ha visto iniciada, plasma su efecto en un terminal nervioso situado junto a un espacio sináptico y se extingue.
El papel de las bombas de sodio y potasio
El proceso empieza en el axón de los neuronas, zona en la que se encuentra una elevada cantidad de receptores de sodio sensibles al voltaje. Si bien normalmente se encuentran cerrados, en un estado de reposo, si se presenta una estimulación eléctrica que sobrepase un cierto umbral de excitación (al pasar de los -70mV a entre -65mV y -40mV) dichos receptores pasan a abrirse.
Dado que el interior de la membrana es muy negativo, los iones positivos de sodio se verán muy atraídos debido a la presión electrostática, entrando en gran cantidad. A la vez, la bomba de sodio/potasio se inactiva, con lo que no se eliminan iones positivos.
Con el tiempo, al hacerse cada vez más positivo el interior de la célula, son abiertos otros canales, esta vez de potasio, el cual también tiene carga también positiva. Debido a la repulsión entre cargas eléctricas del mismo signo, el potasio termina saliendo al exterior. De este modo, se frena el aumento de carga positiva, hasta llegar a un máximo de +40mV en el interior de la célula.
Llegados a este punto los canales que iniciaron este proceso, los de sodio, terminan por cerrarse, con lo que la despolarización llega a su fin. Además, durante un tiempo van a permanecer inactivos, evitándose nuevas despolarizaciones. El cambio en la polaridad producida va a ir trasladándose a lo largo del axón, en forma de potencial de acción, para transmitir la información a la siguiente neurona.
¿Y después?
La despolarización termina en el momento en que dejan de entrar iones de sodio y finalmente se cierran los canales de este elemento. Sin embargo, los canales de potasio que se abrieron debido a la huida de éste de la carga positiva entrante siguen abiertos, expulsándose el potasio de forma constante.
Así, con el tiempo de producirá una vuelta al estado original, habiendo una repolarización, e incluso se llegará a un punto conocido como hiperpolarización en que debido a la salida continuada de sodio la carga será menor a la del estado de reposo, cosa que provocará el cierre de los canales de potasio y la reactivación de la bomba de sodio/potasio. Hecho esto, la membrana estará lista para poder empezar de nuevo todo el proceso.
Es un sistema de reajuste que permite volver a la situación inicial a pesar de los cambios experimentados por la neurona (y por su medio externo) durante el proceso de despolarización. Por otro lado, todo esto ocurre muy rápidamente, para poder responder a la necesidad del funcionamiento del sistema nervioso.
Referencias bibliográficas:
- Gil, R. (2002). Neuropsicología. Barcelona, Masson.
- Gómez, M. (2012). Psicobiología. Manual CEDE de Preparación PIR.12. CEDE: Madrid.
- Guyton, C.A. & Hall, J.E. (2012) Tratado de Fisiología médica. 12a edición. McGraw Hill.
- Kandel, E.R.; Schwartz, J.H. & Jessell, T.M. (2001). Principios de neurociencia. Madrid. McGraw Hill.
