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Monografias.comLa neurofisiología elemental trata de estudiar el
comportamiento de neuronas o grupos de
neuronas aisladas. Los hechos establecidos por la
neurofisiología
elemental
pueden
ser
aprovechados por la teoría matemática de redes
neuronales para construir modelos matemáticos
que
permitan
identificar
fenómenos
neurofisiológicos como la memoria
y
el
ESTRUCTURA DE UNA NEURONA CLÁSICA
Dendrita – Soma – Axón - Núcleo
Nodo de - Ranvier - Axón terminal –
Célula de Schwann - Vaina de mielina
Los principales hechos establecidos por la neurofisiología elemental
tenidos en cuenta en la construcción de modelos de redes neuronales
son:
Un cerebro gran cantidad de neuronas. El número de neuronas de un cerebro
humano se ha estimado en más de 1011 neuronas.
Las neuronas consisten en un cuerpo celular, una estructura dendrítica arbórea y un
axón. Las neuronas son células vivas con un metabolismo similar al encontrado en
el resto de células. Así el cuerpo celular o soma contiene un núcleo, vesículas,
mitocondrias y otros orgánulos. A diferencias de otras células, además posee
dendritas y axón. Las dendritas forman una estructura arbórea inmensa que puede
extenderse por amplias áreas de un cerebro, los axiones pueden llegar a tener más
de un metro de longitud.
Las neuronas generan potenciales eléctricos. Los potenciales eléctricos o
potenciales de acción, también llamados pulsos eléctricos o chispas de voltaje, son
fenómenos electrofisiológicos provocados porque las membranas celulares de las
neuronas tienen propiedades activas que las hacen excitables o sensibles a
potenciales eléctricos procedentes de otras neuronas. Estos potenciales eléctricos
se originan usualmente en el extremo del axón y se propagan a lo largo de su
longitud.
Los potenciales eléctricos son los mecanismos básicos para la comunicación entre
neuronas. Los potenciales de acción pueden considerarse como señales eléctricas
que una neurona envía a otras. Cada neurona recibe muchas señales procedentes
de otras neuronas (potencial convergente) y a su vez envía señalas a muchas otras
(potencial emergente).
Las neuronas están funcionalmente polarizadas. Esto es, las neuronas reciben
señales eléctricas a través de sus dendritas, procesan y superponen dichas
señales en el soma y envían una respuesta a otras neuronas a través de su axón.
La unión entre el axón de una neurona y las dendritas de otra neurona se llama
sinapsis. Las sinapsis pueden ser eléctricas o químicas. Una sinapsis química está
formada por un emisor presináptico y un receptor postsináptico que están
separadas por un espacio sináptico. Cuando un impulso llega al final de un axón,
se dispara una cadena de reacciones químicas fisiológicas en la presinapsis, que
conllevan la liberación de sustancias químicas en el espacio sináptico. Las
substancias liberadas se denominan neurotransmisores. Estos se difunden
pasivamente a lo largo del espacio sináptico produciendo cambios en el
potencial de la membrana postsináptica.
El Principio de Dale, establece que una neurona es o bien excitatoria o bien
inhibitoria. Es excitatoria si el potencial de la membrana postsináptica se
incrementa, hecho conocido como "despolarización". Cuando una neurona se
despolariza se facilita la generación de un potencial de acción en la neurona
postsináptica. Si por el contrario el potencial decrece la neurona es inhibitoria.
La hiperpolarización que puede llegar a sufrir una neurona inhibitoria impide la
generación de potencial de acción
NEUROFISIOLOGÍA
FUNDAMENTOS BÁSICOS
Y POTENCIALES DE ACCIÓN.
• La neurofisiología tiene como objetivo comprender
el funcionamiento del sistema nervioso, y el buen
funcionamiento del sistema nervioso depende de
que el flujo de información que este se encarga de
transmitir, sea rápida y eficiente entre las
neuronas y sus efectores.
• La información se transmite utilizando señales
eléctricas, que se propagan a lo largo de los axones
de las neuronas. Esta señal eléctrica se conoce
como impulso nervioso, o potencial de acción.
El conocimiento de estas señales eléctricas se debe al al Dr. Luigi Galvani,
en el siglo XVIII, que demostró conectando unos electrodos a la médula
espinal de una rana (muerta obviamente), que los tejidos animales son
sensibles a la corriente eléctrica, esta corriente eléctrica depende de las
propiedades eléctricas de las membranas, que juegan un papel de suma
importancia en este sentido.
El término clave en este ámbito es el potencial de membrana,
que es la diferencia de potencial electroquímico a ambos lados de
una membrana que separa dos soluciones de
diferente concentración de iones.
Cuando las neuronas no generan impulsos, se dice que presentan
un potencial de membrana en reposo, y que es así si nada lo altera.
En reposo, el potencial de membrana de las neuronas es electronegativo,
rondando la cifra de -70 mV. Tal como decía la definición que encontramos
en el párrafo anterior, los movimientos iónicos son por gradiente químico (de
concentración) y eléctrico (diferencia de cargas positivas vs negativas). Y aquí
comenzamos con las leyes y fórmulas que tanto nos gustan, la Ley de Ohm,
que relaciona el potencial (diferencia de potencial) (V), con la conductancia
(g), con la cantidad de corriente que fluirá (I) , mediante esta fórmula: I=gV.
Lo primero que podemos observar es que tanto si la conductancia, o la
diferencia de potencial, es cero, no habrá movimiento iónico. Mencionamos
aquí el equilibrio de Gibbs – Donnan que se produce entre los iones que
pueden atravesar la membrana y los que no son capaces de hacerlo. Las
composiciones en el equilibrio se ven determinadas tanto por las
concentraciones de los iones como por sus cargas.
En el potencial de equilibrio, el movimiento NETO del ion es nulo, eso no
quiere decir que no haya movimiento, si no que la suma de movimientos se
da de forma neutra, es un equilibrio dinámico. Se produce cuando se
equilibran las concentraciones con las cargas. como ejemplifica la siguiente
imagen:
Y ahora entra en juego la ecuación de Nerst, que da el
valor (en mV) de potencial necesario para que un ión esté
en equilibrio. Esta ecuación, adaptada a 37oC, y en la
forma más práctica, es la siguiente:
Vinterior – Vexterior = 61,4 · log ([Exterior] /[interior])
El potencial de membrana en reposo depende del
movimiento pasivo de iones, pero como indica el
equilibrio de Gibbs – Donnan, la membrana tiene unas
características de permeabilidad muy diferentes para cada
ion, la ecuación de Goldman tiene en cuenta la
permeabilidad, a 37oC, es una mejora de la de Nerst:
FEM = Vinterior – Vexterior. C = Concentración.
P: Permeabilidad de la membrana al ión.
En reposo la membrana es unas 40 veces más permeable al Potasio (K+)
que al Sodio (Na+) y al Cloro (Cl-).
En la realidad encontramos que la fórmula de Goldman no nos da el resultado
esperado, por ejemplo, en el caso del potasio, el potencial de equilibrio que nos
indica es -81mV, cuando en realidad debería ser -70mV. Encontramos mayor cantidad
de K+ dentro de la célula de lo que debería haber. ¿Porqué?
Porque hay mecanismos que introducen K+ en el interior, como la famosa bomba de
Sodio-Potasio, que introduce K+ y extrae Na+, manteniendo así a estos iones
ligeramente apartados de su potencial de equilibrio...¿con qué objetivo?
Si la membrana disminuye su potencial de membrana, esta se vuelve más excitable,
al contrario sucede si aumenta su potencial de membrana. Se trata de hacerla más
excitable.
El potencial de acción y su propagación a lo largo de las fibras nerviosas es el
mecanismo que utiliza el sistema nervioso para coordinar y regular los procesos
fisiológicos.
Un potencial de acción o también llamado impulso eléctrico, es una onda de
descarga eléctrica que viaja a lo largo de la membrana celular modificando
su distribución de carga eléctrica.
Los tejidos nervioso y muscular son excitables, esta es la base para nuestro
movimiento muscular. Un estimulo eléctrico debe superar un umbral, es decir, debe
despolarizar lo suficiente la membrana como para poder generar un potencial de
acción. Este potencial umbral varía, pero normalmente está en torno a -55 a -50
milivoltios sobre el potencial de reposo de la célula, lo que implica que la corriente
de entrada de iones sodio supera la corriente de salida de iones potasio.
El potencial de acción puede explicarse en base a cambios en la conductancia de la
membrana hacia ciertos iones, jugando un papel importante los canales iónicos, y
más en este sentido, los dependientes de voltaje.
Propiedades de los canales de Na+ sensibles al voltaje.
Cuando se abre, el Na+ pasa del exterior al interior celular, lo que produce una
despolarización.
Cuando más se despolariza la membrana, más canales se abren, mayor
despolarización, ejemplo claro de retroalimentación positiva, un estimulo inicial
refuerza que se siga fortaleciendo ese estimulo.
La membrana tiende a alcanzar el potencial de equilibrio del Na+ = 55mV.
Fases de un Potencial de Acción
Todo potencial de acción se rige por unas fases, como muestra la siguiente imagen.
1- Nivel de reposo.
2- Despolarización.
3- Potencial invertido.
4- Repolarización.
5- Posthiperpolarización.
Obsérvese la fase refractaria número 4, donde el valor
se acerca más a EK de lo que estaba en reposo.
Dos periodos refractarios a destacar, que determinan
la frecuencia de los potenciales de acción y hace
que estos sean
UNIDIRECCIONALES
Absoluto: Canales de Na+ abiertos o recuperando su posición de reposo. El segundo
potencial de acción no puede ocurrir de ninguna manera,
Relativo: Canales de K+ abiertos, incluso la membrana está hiperpolarizada (-90 mV).
Es más difícil producir un potencial de acción que en el reposo (-70 mV)
LEY DEL “TODO O NADA”
Los PA tienen amplitud constante, no hay PA ni grandes ni pequeños,
o hay, o no, en una misma neurona.
La amplitud puede variar según la neurona.
Siempre van desde -70 mV hasta el potencial de equilibrio del Na+,
55 mV, punto que se tiende a alcanzar.
Duración de los potenciales de acción
En total, incluyendo periodo refractario absoluto, aprox 1 ms.
Ergo, delimitado por lo anterior, frecuencia máxima de PA en una fibra
es de 1000 PA/s. Determinada por la fuerza de las señales, cuanto más
intensas, mayor frecuencia de PA.
La conducción de un Potencial de Acción
La estructura de las neuronas está especialmente adaptada para la
comunicación de estos impulsos nerviosos, el PA se genera en el
segmento inicial de la neurona, y se propaga a lo largo de esta, de
extremo a extremo. Esta conducción es autopropagante.
CONDUCCIÓN DEL POTENCIAL DE ACCIÓN EN UN AXÓN NO MIELINICO
La llegada de un PA invierte la polaridad de la membrana
Las cargas de diferente signo son atraídas por las de regiones vecinas
La región siguiente se despolariza parcialmente y se produce la apertura
de canales de Na+ regulados por el voltaje... y se produce un PA.
La región donde comenzó el PA se vuelve refractaria momentáneamente
por lo que la propagación tiene lugar en una sola dirección.
CONDUCCIÓN DEL PA EN UN AXÓN MIELÍNICO
La vaina de mielina constituye un buen aislante que no
permite la entrada de Na+ así que los PA sólo pueden
producirse en los nódulos de Ranvier, conducción saltatoria,
de nódulo a nódulo.
Clasificación de las fibras nerviosas en los nervios de mamíferos
(A y B son mielínicas) :
La neurofisiología es una rama de la
neurología que estudia al sistema
nervioso desde el punto de vista
funcional, generalmente valora el
componente eléctrico. El profesional que
hace estas valoraciones se llama
Neurofisiólogo quien es un neurólogo con
especialización en la realización de
estudios funcionales. Si el paciente es un
niño o un adolescente lo ideal es que el
profesional tratante sea un Neurofisiólogo
Pediatra.