Célula Nerviosa

Muchas células nerviosas (neuronas) son del tipo básico que se ilustra arriba. Algunos tipos de estímulos desencadenan una descarga eléctrica de la célula, que es análoga a la descarga de un condensador. Esto produce un impulso eléctrico del orden de 50-70 milivoltios, llamado potencial de acción. El impulso eléctrico se propaga por la extensión de la célula nerviosa que es similar a una fibra (el axón). La velocidad de transmisión depende del tamaño de la fibra, pero es del orden de decenas de metros por segundo - no la velocidad de transmisión de la luz que se produce con las señales eléctricas en los cables -. Una vez que la señal alcanza el haz terminal del axón, puede ser transmitida a una célula nerviosa vecina, con la acción de un neurotransmisor químico.

Las dendritas sirven como receptoras de estímulos de la neurona, pero responden a un número de diferentes tipos de estímulos. Las neuronas en el nervio óptico responden a los estímulos eléctricos enviados por las células de la retina. Otros tipos de receptoras responden a neurotransmisores químicos.

El cuerpo de la célula contiene las estructuras necesarias para mantener la neurona funcional. Esto incluye el núcleo, las mitocondrias, y otros orgánulos. Extendiéndose desde el lado opuesto del cuerpo de la célula está la larga extensión tubular llamada axón. Rodeando al axón está la vaina de mielina, que desempeña un papel importante en la tasa de transmisión eléctrica. En el extremo terminal del axón hay una estructura ramificada con extremos llamados bulbos sinápticos. Desde estas estructuras se pueden enviar señales químicas a las neuronas vecinas.

Autor contribuyente: Ka Xiong Charand

Transmisión del Impulso Nervioso a lo Largo del Axón

Una célula nerviosa es como un receptor, un transmisor y una línea de transmisión con la tarea de hacer pasar una señal a lo largo de ella desde sus dendritas al haz terminal del axón.

El estímulo desencadena un potencial de acción en la membrana celular de la neurona, y ese potencial de acción proporciona el estímulo a un segmento vecino de la membrana celular. Cuando la propagación del potencial de acción alcanza el axón, continua avanzando por esa "línea de transmisión" por excitación sucesiva de los segmentos de la membrana del axón.

La sola estimulación sucesiva de los potenciales de acción se traduce en la transmisión de señales lentas por el axón. La velocidad de propagación se aumenta considerablemente por la acción de la vaina de mielina.

La vaina de mielina alrededor del axón impide que las puertas en la parte del axón, se abran e intercambien sus iones con el entorno exterior. Hay espacios entre las células de la vaina de mielina conocidos como los nodos de Ranvier. En esas áreas no cubiertas de la membrana del axón, pueden tener lugar el intercambio de iones necesario para la producción de un potencial de acción. El potencial de acción en un nodo, es suficiente para excitar la respuesta al siguiente nodo, por lo que la señal nerviosa puede propagarse más rápido por estos saltos discretos, que por propagación continua de despolarización/repolarización a lo largo de la membrana. Esta transmisión de señal mejorada se llama conducción saltatoria.

Tuzynski y Dixon ofrecen una cuantificación de los tamaños que participan en estas células nerviosas. El axón se compone de segmentos conectados de 2 mm de longitud aproximada y un diámetro típico de 20 mm. Este diámetro se compara con alrededor de 100 mm del diámetro de un cabello humano. Los diámetros del axón pueden variar de 0,1 mm a 20 mm y pueden ser de hasta un metro de largo. El muy estudiado calamar gigante tiene un axón de alrededor de un milímetro de diámetro. Las vainas de mielina son aproximadamente 1 mm de longitud. El potencial de acción viaja a lo largo del axón a velocidades de 1 a 100 m/s.

Autor contribuyente: Ka Xiong Charand

Estimulación Neural de una Fibra Muscular

Las fibras musculares se contraen por la acción de la actina y la miosina deslizándose unas sobre otras. La señal para iniciar la contracción proviene del cerebro como parte del sistema nervioso somático..

La siguiente ilustración es una representación esquemática del proceso desde la llegada de una señal nerviosa al haz terminal del axón nervioso hasta la contracción de una fibra muscular. La estimulación de la acción muscular está asociada con el neurotransmisor químico acetilcolina.

Cuando la señal nerviosa del sistema nervioso somático llega a la célula muscular, las compuertas de calcio dependientes del voltaje se abren para permitir que el calcio ingrese a la terminal del axón. Este calcio mueve a las micelas que contienen acetilcolina para fusionarse con la membrana presináptica y liberar su acetilcolina en la sinapsis, donde se une a los receptores de acetilcolina en la superficie postsináptica. Los receptores de acetilcolina son ejemplos de receptores ionotrópicos: al unirse a la molécula de acetilcolina, abren un canal para que los iones de sodio y potasio entren en la célula. En este caso, la acetilcolina es el "elemento" que abre la puerta al sodio.

Cuando la apertura de los canales de Na envía una ráfaga de Na al interior de la célula, que, si es lo suficientemente fuerte, hace que se abran los canales de Na dependientes de voltaje cercanos y produce un potencial de acción. Este potencial de acción no se encuentra en una célula nerviosa, sino en la célula muscular.

La estructura de la fibra muscular tiene muchos tubos llamados túbulos T o túbulos transversales. Cuando el potencial de acción viaja por estos túbulos, finalmente activa las proteínas sensibles al voltaje que están vinculadas a los canales de calcio en la estructura llamada retículo sarcoplásmico (Wiki) que rodea las fibras nerviosas. Esta estructura rodeada de membrana tiene similitudes con el retículo endoplásmico de otras células. En el estado de reposo, el retículo sarcoplásmico tendrá un suministro reservado de calcio porque sus paredes tienen muchas bombas de Ca que usan energía ATP para almacenar calcio. Con el estímulo del potencial de acción, el calcio entra rápidamente en la célula e interactúa con la actina. Asociados con la actina están el complejo de troponina y la hebra de tropomiosina que bloquean la unión de la miosina. Los iones de calcio suministrados se unen a la troponina y alejan la cadena de troponina y tropomiosina "protectoras" del sitio donde puede unirse la miosina.

Para unirse a la actina, la miocina debe tener un suministro de energía, que obtiene del ATP . Habiendo absorbido energía del ATP, una unidad de la fibra de miosina estará en un estado estresado o de alta energía, como un muelle estirado. Con la acción del calcio para retirar la troponina y la tropomiosina, la estructura de la miosina puede unirse y usar la energía para tirar de la fibra de actina, acortando o contrayendo la fibra muscular.

Si bien la contracción de un músculo se puede repetir siguiendo los pasos anteriores, debe haber un camino de regreso al estado de reposo, ya que no desea que sus músculos estén en un estado de contracción permanente. Se proporcionan esos mecanismos para volver al descanso. El estímulo inicial del nervio motor que inició el proceso está bajo control consciente, por lo que puede decidir relajar el músculo. La acetilcolina libre en el espacio sináptico es eliminada por otra molécula, la acetilcolinesterasa. Esta es una función esencial en las uniones neuromusculares, ya que la presencia continua de acetilcolina podría mantener el músculo en una contracción prolongada. De hecho, el papel de los venenos nerviosos y el veneno de algunas serpientes es bloquear la acción de la acetilcolinesterasa y forzar a los músculos a una estado contraído continuo. En funcionamiento normal, la acetilcolinesterasa actúa brevemente y luego cesa. Las bombas de calcio en el retículo sarcoplásmico trabajan para recuperar el calcio y, al eliminar el calcio de los receptores del músculo, la troponina "guardaespalda" y la tropomiocina vuelven a sus posiciones de bloqueo. Las fibras de miosina y actina vuelven a su estado relajado.