El sistema nervioso convierte estímulos químicos, mecánicos o térmicos en pulsos eléctricos breves que recorren las neuronas a alta velocidad y se transmiten químicamente entre células en las sinapsis. La doble naturaleza —eléctrica en la fibra, química en el contacto— combina rapidez y precisión en el cable con plasticidad y regulación fina en el relevo.
El esquema mínimo son cuatro pasos: una neurona en reposo mantiene su interior negativo por acción de la bomba sodio-potasio; un estímulo abre canales iónicos y, si se alcanza el umbral, dispara un potencial de acción; la onda viaja por el axón y libera neurotransmisor en el terminal; los receptores postsinápticos acercan o alejan a la siguiente célula del umbral.
Morfología neuronal y potencial de membrana
Estructura de la neurona: soma, dendritas y axón
La neurona consta de un soma con núcleo y orgánulos, del que parten fibras. Las dendritas son fibras múltiples y cortas que reciben señales. El axón es una sola fibra larga que conduce el impulso hasta sus terminales axónicas, sede de las sinapsis y de las vesículas con neurotransmisor.
Muchos axones de vertebrados están recubiertos por una vaina de mielina formada por células gliales, interrumpida por los nódulos de Ranvier, donde se concentran canales y bombas. Por su función las neuronas se clasifican en sensoriales, motoras e interneuronas.
Potencial de reposo: el gradiente que mantiene la bomba Na⁺/K⁺
Cuando la neurona no transmite, el interior de la membrana está cargado negativamente respecto al exterior: aproximadamente −70 mV. Ese estado polarizado lo mantienen dos elementos:
- Bomba sodio-potasio: usa ATP para expulsar 3 Na⁺ por cada 2 K⁺ que introduce. Saca una carga positiva neta por ciclo y crea gradientes opuestos para ambos iones (Na⁺ alto fuera, K⁺ alto dentro).
- Canales de fuga de K⁺: dejan salir potasio pasivamente y vuelven el interior aún más negativo. Aniones orgánicos no difusibles refuerzan esa negatividad.
La bomba Na⁺/K⁺ es la condición de posibilidad del impulso
Sin el trabajo continuo de la bomba sodio-potasio el gradiente iónico se disiparía en segundos y la neurona sería incapaz de generar un potencial de acción. El gasto energético del cerebro —cerca de un 20 % del consumo basal de un humano— se debe en buena parte a sostener esos gradientes en miles de millones de células a la vez.
Conducción del impulso nervioso
Potencial de acción: despolarización, repolarización y todo-o-nada
Cuando un estímulo despolariza la membrana hasta un valor umbral (en torno a −55 mV) se desencadena una respuesta estereotipada e independiente de la intensidad del estímulo. La amplitud y la duración son siempre las mismas; la información se codifica en la frecuencia, no en el tamaño. Es un fenómeno de todo o nada.
Transmisión sináptica y modulación
Sinapsis química: del impulso eléctrico al neurotransmisor
Cuando el potencial de acción llega al terminal axónico, la despolarización abre canales de Ca²⁺ dependientes de voltaje. El Ca²⁺ entra y actúa como señal intracelular: provoca la fusión de las vesículas sinápticas con la membrana presináptica y la liberación de neurotransmisor por exocitosis en la hendidura sináptica.
El neurotransmisor difunde por la hendidura (20-40 nm) y se une a receptores transmembrana postsinápticos, típicamente canales iónicos activados por ligando: la unión abre el canal y deja pasar iones específicos. Tras actuar, es retirado por degradación enzimática (acetilcolinesterasa), reabsorción presináptica o difusión. Como las vesículas están solo en el lado presináptico, la señal viaja en una única dirección.
Neurotransmisores y potenciales postsinápticos: PEPS, PIPS y suma
El efecto del neurotransmisor depende del receptor, no de su identidad química: una misma molécula puede ser excitadora o inhibidora según dónde actúe.
- Acetilcolina: excitadora en la unión neuromuscular; abre canales catiónicos y despolariza la fibra muscular.
- Glutamato: principal excitador del sistema nervioso central.
- GABA: principal inhibidor del sistema nervioso central; abre canales de Cl⁻ y hiperpolariza.
- Dopamina: modula recompensa, motivación y control motor.
- Serotonina: regula ánimo, sueño y apetito; diana de muchos antidepresivos.
Según el ion implicado, los receptores generan un potencial postsináptico excitatorio (PEPS, entrada de Na⁺, acerca al umbral) o un potencial postsináptico inhibitorio (PIPS, entrada de Cl⁻ o salida de K⁺, hiperpolariza). Una sola sinapsis rara vez basta para alcanzar el umbral: la neurona postsináptica suma entradas por suma temporal (pulsos repetidos de una misma sinapsis) y espacial (pulsos simultáneos de varias sinapsis). Si la suma neta despolariza hasta el umbral, dispara un potencial de acción; si no, la señal se extingue. Esa integración continua es la unidad básica del cómputo neuronal.
Vincula siempre cada fase del potencial de acción con un movimiento iónico concreto: qué canal (Na⁺ o K⁺, dependiente de voltaje o de ligando), en qué dirección se mueve el ion y qué efecto tiene sobre el voltaje. Para sinapsis, memoriza la secuencia potencial de acción → Ca²⁺ presináptico → exocitosis → unión a receptor → PEPS/PIPS. Y recuerda: la información se codifica en la frecuencia, no en la amplitud.