Potencial de acción: “comunicación”

Existen un lenguaje biológico mediante el cual el sistema nervioso recibe información de los receptores sensoriales, la procesa y emite una respuesta a las células efectoras, las células musculares o las células secretoras. Este lenguaje es el potencial de acción y se transmite de una neurona a otra, o de una neurona a una célula efectora, o de una célula receptora a una neurona… mediante sinapsis química (neurotransmisores) o mediante sinapsis eléctrica.

Las células están rodeadas de una membrana plasmática que definen los límites de las células y que dota de diferentes propiedades  a un lado u otro de la membrana gracias a la permeabilidad selectiva. En el interior celular la concentración de los iones K⁺ y los aniones-, es más alta, que en el exterior celular, mientras que los iones Na⁺, Ca²⁺ y Cl^- tienen una concentración más baja en el citosol,  esto genera, que exista una gran tendencia a equilibrar las concentraciones de iones (potencial electroquímico), a un lado y a otro de la membrana, generando un potencial de reposo de membrana (Vm, apróx. -65 mV, 1). El hecho de que exista esta distribución de concentraciones es debido a la bomba Na⁺-K⁺, que se encarga de sacar 3 Na⁺ y de meter 2 K⁺ (en contra de gradiente electroquímico y con gasto de energía, consume alrededor del 30% del ATP de la célula), generando además que el interior celular tenga carga – y el exterior carga +. Algo parecido ocurre con el Ca²⁺ y el Cl^-.

Pues bien el potencial de acción es una rápida inversión del potencial de reposo (Vm), con un tamaño y una duración constante, que no disminuye a medida que se propaga por las células y que codifica ese lenguaje biológico.

¿Pero, cómo se produce el potencial de acción ante un estímulo?, para empezar, vamos a suponer un ejemplo: sobre nuestra mano nos pinchamos con una aguja, inmediatamente sentimos el dolor y de hecho apartamos la mano con rapidez (respuesta refleja, algo que no trataremos ahora). Pero en todo este proceso de milisegundos, el potencial de acción ha sido el lenguaje utilizado por las células. En primer lugar, al deformar el campo receptor de las células sensoriales, se produce una apertura de canales de entrada de Na⁺ 2, el hecho de que se abran, provoca la entrada brusca de Na⁺ a favor de gradiente electroquímico y genera que el Vm se vuelva ligeramente menos negativo, este pequeño cambio de Vm, provoca la apertura de más canales de Na⁺ dependientes de ese voltaje (canales Na⁺ ddv), entra mucho más Na⁺ provocando una despolarización violenta del potencial de membrana (se hace positivo) 3, llegado un determinado valor de despolarización, los canales de Na⁺ ddv, se inactiva y no entra más Na⁺ al interior celular 4, y además la bomba Na⁺-K⁺, comienza a volver a las concentraciones iniciales a un lado y otro de la membrana, pero durante la repolarización, se abren canales de K⁺ ddv retardados 5, y por lo tanto ahora sale mucho K⁺ de la célula a favor de gradiente electroquímico, se produce una hiperpolarización y finalmente la bomba Na⁺-K⁺ restablece el Vm y los canales de K⁺ ddv retardados se cierran 6, volviendo a la situación inicial y los canales de Na⁺ ddv inactivados vuelven a su estado de reposo.

Esta rápida inversión del potencial de membrana se transmite por la célula receptora hasta una zona terminal, donde la señal eléctrica genera la liberación de un neurotransmisor (sustancia química, sinapsis química), que se libera en la sinapsis con una neurona, la neurona recibe el neurotransmisor y genera un potencial de acción en la neurona, cuando el potencial de acción llega al axón, allí se vuelve a liberar un neurotransmisor, que lo detecta la siguiente neurona y genera otro potencial de acción… y así la señal, se va transmitiendo de una neurona a la otra, y en este caso, probablemente, la última sinapsis del proceso, sea entre una neurona y una célula muscular. La neurona liberará el neurotransmisor, le célula muscular la recibirá, generará una inversión del potencial de membrana, y provocará la contracción del músculo, apartando la mano de la aguja…

Existen cientos de ejemplos, de cómo un estímulo externo se transforma en un potencial de acción y finalmente en una respuesta. Además varía, hay sinapsis químicas y eléctricas (células vecinas acopladas eléctricamente, uniones GAP); pero el hecho es que un estímulo visual, un sonido, un sabor, dolor, temperatura, ritmo cardiaco, golpe,… todo ello, así como sus respuestas, se codifica en un único lenguaje biológico, que es el potencial de acción…