Un potencial de acción es un cambio brusco y temporal en el potencial de membrana que se transmite a través de los axones de las neuronas cuando reciben un estímulo que lo gatilla. Se trata del medio mediante el cual las neuronas transmiten información a través de señales que constituyen impulsos nerviosos. Para poder comprender la naturaleza de un potencial de acción, es necesario tener conocimientos básicos sobre lo que es el potencial de reposo, ya que se define por diferenciación.
Potencial de reposo
Es el potencial de membrana de las células excitables, como las neuronas y las células musculares, cuando no están transmitiendo o recibiendo un impulso nervioso. Es decir, es el que presenta la célula excitable cuando está pasiva.
Se lo denomina potencial de reposo para diferenciarlo de las respuestas de potencial que se generan cuando estos tipos celulares reciben un estímulo que produce un cambio en la polaridad de la membrana celular. Como veremos más adelante, estos cambios pueden o no representar un potencial de acción en una neurona, dependiendo de su amplitud, ubicación, forma de generación y propagación.
Según el tipo celular, el potencial de reposo puede rondar entre los -50 y los -100 mV. En las neuronas, en general, ronda los -70 mV y se determina en gran parte por la acción de la bomba de sodio/potasio (Na+/K+) que continuamente ingresa K+ y extrae Na+, como así también por canales específicos de Na+ y K+, algunos de los cuales son regulados por voltaje.
Durante el reposo, la neurona contiene mayor cantidad de K+ y menor cantidad de Na+ respecto al exterior. Además, la membrana de la neurona es más permeable al K+, por lo que el potencial de membrana en este estado se acerca al potencial de equilibrio de este ion, que ronda los -90 mV.
Potencial de acción
No cualquier cambio en la polaridad de la membrana celular de una neurona implica un potencial de acción. Por ejemplo, los cambios de pequeña amplitud (0,1 a 10 mV) que se propagan por cortas distancias en el soma neuronal y en las dendritas, y constituyen una respuesta pasiva a un estímulo determinado, no se definen como un potencial de acción. Estas respuestas son graduadas, y no siempre son iguales: cuanto mayor sea el estímulo, mayor será la respuesta.
Por su parte, un potencial de acción es una respuesta activa propagada, con una gran amplitud (de aproximadamente 110 mV), que se genera en el cono axónico y se transmite a través del axón de una neurona tras un estímulo apropiado.
Los potenciales de acción tienen un umbral de disparo que debe alcanzarse para que se produzcan. Una vez producidos, suelen ser de una misma intensidad en una neurona dada. Para poder alcanzar dicho umbral de disparo, la neurona debe recibir un estímulo con suficiente intensidad.
A diferencia de lo que ocurre con las respuestas pasivas mencionadas anteriormente, la variación en la intensidad del estímulo, una vez superado el umbral de disparo, se ve reflejado en la frecuencia de los impulsos nerviosos producidos, y no en su intensidad. Así, en este caso, cuanto mayor sea la intensidad del estímulo, mayor será la frecuencia de disparo de potenciales de acción (todos iguales entre sí).
Fases del potencial de acción
Cuando la célula abandona el estado de reposo y el cambio en su potencial de membrana sobrepasa el valor umbral, se produce el potencial de acción que atraviesa diferentes fases:
– Fase de despolarización: Es la fase inicial del potencial de acción, en la que el potencial de membrana cambia hacia valores positivos. Se produce como consecuencia de la apertura de canales de Na+ dependientes de voltaje que permiten la entrada de Na+ a la célula, aumentando así la permeabilidad de la membrana a este ion y provocando que el potencial de membrana se acerque al potencial de equilibrio del Na+ (que ronda los 55 mV). Así, durante un potencial de acción, el potencial de membrana suele alcanzar los 40 mV. Este cambio hacia valores positivos provoca el cierre de los canales de Na+ y abre los canales de K+ dependientes de voltaje, lo cual nos lleva a la siguiente fase de repolarización.
– Fase de repolarización: El aumento de la permeabilidad de la membrana celular al K+, y la reducción de la misma al Na+, produce una disminución del potencial de membrana, que nuevamente llega a valores negativos, acercándose al potencial de equilibrio del K+ (que ronda los -90 mV).
– Estado de hiperpolarización: La salida masiva de iones K+, tanto por los canales de fuga como por los dependientes de voltaje, hace que el potencial de membrana se torne más negativo aún que en el reposo, por lo que se dice que ocurre una breve fase de hiperpolarización. Durante este período, la célula no puede generar un nuevo potencial de acción. La hiperpolarización provoca el cierre de los canales de K+ dependientes de voltaje, y se vuelve al potencial de membrana de reposo, de alrededor de -70 mV.
Todos estos cambios en las permeabilidades de la membrana se producen muy rápidamente, en el orden de los milisegundos, que es lo que dura un potencial de acción. La bomba de Na+/K+, que actúa bombeando Na+ hacia afuera de la célula, y K+ hacia adentro con gasto de energía, ayuda a restablecer los valores de reposo del potencial de membrana tras el potencial de acción.
Propagación del potencial de acción
Como vimos, el cambio en el potencial de membrana que se produce durante un potencial de acción implica una inversión de la polaridad del interior celular respecto al medio extracelular. Momentáneamente, una región acotada de la membrana celular presenta una polaridad positiva en lugar de negativa, es decir, el interior celular es positivo y el exterior es negativo. Este cambio de la polaridad de la membrana se autopropaga y autorefuerza a lo largo de todo el axón neuronal hasta la terminal sináptica.
La despolarización de la membrana se produce como con un efecto dominó, afectando la zona de la membrana adyacente, y en la terminal sináptica gatilla la liberación de los transmisores químicos que estimularán a la neurona siguiente o a la célula efectora con la que guarde relación (sinapsis).
La hiperpolarización que se produce en la membrana luego del potencial de acción genera un período refractario en el que los canales de Na+ dependientes de voltaje no pueden volver a abrirse por un cierto tiempo. Esto asegura que la señal se trasmita en una única dirección (desde el cono axónico hacia la terminal).
Importancia de los potenciales de acción
Los potenciales de acción cumplen un rol fundamental en la propagación de los impulsos nerviosos en el sistema nervioso, ya que permiten la transmisión de información a través de grandes distancias rápidamente dentro del cuerpo.
De esta manera, permiten la recepción de información tanto del medio externo como interno del organismo, la elaboración de respuestas, y el control de la ejecución de dichas respuestas al transmitir la información hacia las células efectoras, como las células musculares y las células glandulares.
Autora
Escrito por Tatiana Bengochea para la Edición #115 de Enciclopedia Asigna, en 09/2022. Tatiana es Lic. en Ciencias Biológicas y Prof. en Biología. Graduada en la UBA, Arg.