Preguntas y respuestas: despolarización, hiperpolarización y potenciales de acción de neuronas

Pregunta:

Respuesta:

Hiperpolarización y despolarización

• La apertura de los canales que permiten el flujo de iones positivos hacia fuera de la célula (o flujo de iones negativos hacia adentro) puede causar hiperpolarización. Ejemplos: apertura de canales que dejan salir ${\text{K}}^{+}$‍ de la célula o ${\text{Cl}}^{-}$‍ hacia la célula.
• La apertura de canales que permiten el flujo de iones positivos hacia la célula puede causar despolarización. Ejemplo: apertura de canales que dejan entrar ${\text{Na}}^{+}$‍ a la célula.

Potenciales graduados

Potencial de acción

• 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 $-55$‍ $\text{mV}$‍).
• En este umbral, se abren los canales de ${\text{Na}}^{+}$‍ 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 $+40$‍ $\text{mV}$‍.
• 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.

Transmisión de una señal mediante potenciales de acción

• En primer lugar, cuando una sección de la membrana (digamos, en el cono axónico) experimenta un potencial de acción, muchos iones de ${\text{Na}}^{+}$‍ entran precipitadamente en la célula a través de esa sección. Estos iones se difunden lateralmente dentro de la célula y pueden despolarizar una sección vecina de membrana, lo cual abre los canales de sodio dependientes de voltaje y provoca que la sección cercana experimente su propio potencial de acción.
• En segundo lugar, el potencial del axón solo puede viajar en una dirección (desde el cuerpo celular hacia la terminal del axón), porque la sección de la membrana que acaba de experimentar un potencial de acción está en un “periodo refractario” y no puede experimentar otro.
  El periodo refractario se produce en gran medida por la inactivación de los canales de sodio dependientes de voltaje, que se da en el valor máximo del potencial de acción y persiste durante la mayor parte del periodo de hiperpolarización. Estos canales de sodio inactivados no se pueden abrir incluso si el potencial de membrana supera el umbral. El cierre lento de los canales de potasio dependientes de voltaje, que se traduce en la hiperpolarización, también contribuye al periodo refractario al dificultar la despolarización de la membrana (incluso una vez que los canales de sodio dependientes de voltaje han regresado a su estado activo).
  El periodo refractario garantiza que un potencial de acción solo avanzará hacia adelante por el axón, y no retrocederá a través de la parte del axón que acaba de experimentar un potencial de acción.