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POTENCIALES POSTSINÁPTICOS EXCITADORES E INHIBIDORES
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La penetración de una neurona motora α es un buen ejemplo de las técnicas usadas para estudiar la actividad eléctrica postsináptica. Se logra mediante la introducción de un microelectrodo a través de la porción ventral de la médula espinal. La punción de una membrana celular se detecta por la aparición de una diferencia de potencial constante de 70 mV entre el microelectrodo y un electrodo fuera de la célula. Esta última puede identificarse como una neurona motora espinal mediante la estimulación de la raíz ventral apropiada y la observación de la actividad eléctrica de la célula. Dicha estimulación inicia un impulso antidrómico (cap. 4) que se conduce al cuerpo y se detiene en ese punto. Por tanto, la presencia de un potencial de acción en la célula después de la estimulación antidrómica indica que la célula penetrada es una neurona motora α. La estimulación de una raíz aferente dorsal (neurona sensitiva) puede usarse para estudiar los fenómenos excitadores e inhibidores en las neuronas motoras α (fig. 6-6).
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Una vez que el impulso llega a las terminaciones presinápticas surge una respuesta en la neurona postsináptica después de un retraso sináptico. Dicho retraso depende del tiempo que se necesita para que el mediador sináptico se libere y actúe en los receptores de la membrana de la neurona postsináptica. A causa de esto, la conducción a lo largo de una cadena de neuronas es más lenta si hay muchas sinapsis en serie que cuando sólo hay unas cuantas. Como el tiempo mínimo para la transmisión a través de una sinapsis es 0.5 ms, también es posible saber si una vía refleja determinada es monosináptica o polisináptica (contiene más de una sinapsis) con la medición del retraso.
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Por lo general, un solo estímulo aplicado a los nervios sensitivos no genera un potencial de acción propagado en la neurona postsináptica. En lugar de eso, la estimulación produce una despolarización parcial transitoria o una hiperpolarización transitoria. La respuesta inicial de despolarización originada por un solo estímulo apropiado comienza casi 0.5 ms después que el impulso aferente entra en la médula espinal. Alcanza su nivel máximo 11.5 ms después y luego declina de forma exponencial. Durante este potencial, la excitabilidad de la neurona a otros estímulos aumenta y, por consiguiente, el potencial se llama potencial postsináptico excitador (EPSP) (fig. 6-6).
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El EPSP se produce por despolarización de la membrana celular postsináptica que está justo bajo la terminación presináptica. El transmisor excitador abre los conductos de iones de sodio (Na+) o de calcio en la membrana postsináptica y origina una corriente hacia el interior. El área del flujo de corriente así creada es tan pequeña que no drena la carga positiva suficiente para despolarizar toda la membrana. En lugar de eso, se inscribe un potencial postsináptico excitador. Este último, producido por la actividad en un botón sináptico, es pequeño pero se suman las despolarizaciones generadas por cada uno de los botones activos.
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Los potenciales postsinápticos excitadores se producen por estimulación de algunos puntos de entrada, sin embargo la estimulación de otros sitios origina respuestas de hiperpolarización. Como los potenciales postsinápticos excitadores, éstos alcanzan su nivel máximo 11.5 ms después del estímulo y disminuyen de manera exponencial. Durante este potencial, se reduce la excitabilidad de la neurona a otros estímulos; por consiguiente, se conoce como potencial postsináptico inhibidor (IPSP) (fig. 6-6).
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Un potencial postsináptico inhibidor puede producirse por un aumento localizado en el transporte de iones cloro (Cl−). Cuando un botón sináptico inhibidor se activa, el transmisor liberado induce la abertura de conductos de iones cloro en el área de la membrana celular postsináptica bajo el botón. El cloro se desplaza a favor de su gradiente de concentración. El efecto neto es la transferencia de carga negativa a la célula, por lo que aumenta el potencial de membrana.
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La menor excitabilidad de la membrana del nervio en el transcurso del potencial postsináptico inhibidor se debe al desplazamiento del potencial de membrana en sentido contrario al nivel de activación. Por consiguiente, se requiere mayor actividad excitadora (despolarizante) para llegar al nivel de activación. El hecho de que el potencial postsináptico inhibidor esté mediado por iones cloro puede demostrarse con la repetición del estímulo mientras varía el potencial de membrana en reposo de la célula postsináptica. Cuando el potencial de membrana se halla en equilibrio potencial de cloro (ECl, equilibrium potential for chloride), el potencial postsináptico desaparece (fig. 6-7) y con potenciales de membrana más negativos, se torna positivo (potencial de inversión).
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Como los potenciales postsinápticos inhibidores son hiperpolarizaciones netas, quizá se generen por alteraciones en otros conductos iónicos de la neurona. Por ejemplo, pueden producirse por la abertura de conductos del ion potasio (K+), con salida de este ion de la célula postsináptica, o por cierre de los conductos de sodio o calcio.
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POTENCIALES POSTSINÁPTICOS LENTOS
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Además de los potenciales postsinápticos excitadores y los potenciales postsinápticos inhibidores descritos antes, se han descrito ambos en ganglios autonómicos; músculo cardiaco y liso, y en neuronas corticales. Estos potenciales postsinápticos tienen una latencia de 100 a 500 ms y duran varios segundos. Por lo general, los EPSP largos se deben a decrementos en la conductancia para los iones potasio y los IPSP lentos surgen por aumentos en la conductancia del potasio.
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TRANSMISIÓN ELÉCTRICA
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En las uniones sinápticas donde la transmisión es eléctrica, el impulso que llega a la terminal presináptica genera un potencial postsináptico excitador en la célula postsináptica que tiene una latencia mucho más corta que el EPSP en la sinapsis con transmisión química por el puente de baja resistencia entre ambas células. En las sinapsis conjuntas, puede ocurrir una respuesta postsináptica mediada por sustancias químicas, tanto con latencia corta como con latencia prolongada.
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GENERACIÓN DEL POTENCIAL DE ACCIÓN EN LA NEURONA POSTSINÁPTICA
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La interrelación constante entre la actividad excitadora e inhibidora en la neurona postsináptica da lugar a un potencial de membrana fluctuante que es la suma algebraica de la actividad hiperpolarizante y despolarizante. Por tanto, el cuerpo de la neurona actúa como algún tipo de integrador. Cuando el nivel de despolarización llega al voltaje umbral surgirá un potencial de acción propagado. Sin embargo, la descarga de la neurona es un poco más complicada que esto. En las neuronas motoras, la parte de la célula con el umbral más bajo para la producción de un potencial de acción completo es el segmento inicial, la parte del axón en y justo debajo del montecillo axónico. Este segmento no mielinizado se despolariza o hiperpolariza de manera electrotónica por los vertederos de corriente y las fuentes que están bajo los botones sinápticos excitadores e inhibidores. Es la primera parte de la neurona en activarse y su descarga se propaga en dos sentidos: por el axón y de regreso al cuerpo celular. Es probable que esta activación retrógrada del cuerpo tenga importancia a fin de “limpiar el terreno” para la renovación subsiguiente de la interacción entre actividad excitadora e inhibidora de la célula.
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SUMACION TEMPORAL Y ESPACIAL DE POTENCIALES POSTSINÁPTICOS
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Dos propiedades pasivas de la membrana neuronal modifican la capacidad que tienen los potenciales postsinápticos para sumarse e inducir un potencial de acción (fig. 6-8). La constante cronológica o temporal de la neurona es el elemento que rige la trayectoria cronológica del potencial sináptico y la constante longitudinal de la neurona es el factor que rige el grado con que disminuye la corriente despolarizante conforme se propaga de modo pasivo. La figura 6-8 también señala la forma en que la constante cronológica de la neurona postsináptica afecta la amplitud de la despolarización causada por EPSP consecutivos producidos por una sola neurona presináptica. Cuanto mayor sea la constante cronológica más grande será la posibilidad de que se sumen los dos potenciales e induzcan un potencial de acción. Si se desencadena un segundo EPSP antes de que disminuya o desaparezca el primero, los dos potenciales se sumarán y como ocurre en este ejemplo, sus efectos aditivos bastarán para inducir la aparición de un potencial de acción en la neurona postsináptica (sumación temporal). La figura 6-8 también indica la forma en que la constante longitudinal de una neurona postsináptica modifica la amplitud de los dos EPSP producida por neuronas presinápticas diferentes en un proceso llamado sumación espacial. Si la neurona tiene una constante longitudinal larga, la despolarización de la membrana inducida por un impulso que llega en dos puntos de la célula se propagará hasta la zona de “activación” de la neurona, con mínima disminución de fuerza. Los dos potenciales se sumarán e inducirán un potencial de acción.
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FUNCIÓN DE LAS DENDRITAS
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Por muchos años, la idea estándar ha sido que las dendritas son sólo las fuentes de corriente que cambian el potencial de membrana por mecanismos electrotónicos en el segmento inicial; o sea, que eran consideradas extensiones del cuerpo que amplían la superficie disponible para la integración. Cuando el árbol dendrítico de una neurona es extenso y tiene múltiples terminaciones de botones presinápticos, hay sitio para una gran interacción de actividad inhibidora y excitadora.
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Ahora ya está bien establecido que las dendritas contribuyen a la función neural de modos más complejos; también pueden registrarse potenciales de acción en aquéllas. En muchos casos, éstos se originan en el segmento inicial y se conducen de manera retrógrada, pero en algunas dendritas se inician potenciales de acción propagados. La investigación adicional demostró la maleabilidad de las espinas dendríticas. Estas últimas aparecen, cambian e incluso desaparecen en cuestión de minutos y horas, no días y meses. Además, aunque la síntesis de proteína ocurre sobre todo en el cuerpo con su núcleo, las cadenas de mRNA migran hacia las dendritas. Ahí, cada una puede relacionarse con un ribosoma individual en una espina dendrítica y producir proteínas, lo cual altera los efectos de las señales provenientes de sinapsis individuales en la espina. Los cambios en las espinas dendríticas se han implicado en la motivación, el aprendizaje y la memoria a largo plazo.