Nuestro cerebro puede recibir información, procesarla y generar respuestas gracias a la comunicación constante entre millones de neuronas. Esta comunicación recibe el nombre de sinapsis y constituye la base de procesos tan importantes como la percepción, la memoria, el aprendizaje, las emociones, el lenguaje y el movimiento.
La sinapsis es el punto de contacto funcional entre dos neuronas, donde se transmite información mediante señales eléctricas o químicas. Comprender cómo ocurre este proceso permite explicar el funcionamiento normal del sistema nervioso y entender diversas enfermedades neurológicas y trastornos del comportamiento.
En este recurso estudiarás cómo se comunican las neuronas, cuáles son los mecanismos que hacen posible esta comunicación y qué sucede cuando estos procesos se alteran.
1. ¿Qué es la sinapsis?
La sinapsis es el proceso mediante el cual una neurona transmite información a otra neurona o a una célula efectora, como una fibra muscular o una glándula.
Esta comunicación constituye la base del funcionamiento del sistema nervioso. Gracias a ella es posible responder a estímulos del ambiente, coordinar movimientos, almacenar recuerdos, regular emociones y realizar procesos cognitivos complejos.
Las funciones psicológicas no dependen de una sola neurona, sino de redes neuronales que intercambian información de manera continua mediante miles de millones de sinapsis.
2. Un poco de historia
El conocimiento actual sobre la sinapsis es el resultado de numerosas investigaciones realizadas durante más de dos siglos.
Hacia el año 1700, Luigi Galvani observó que las patas de una rana podían contraerse cuando estaban en contacto con diferentes metales. A partir de este hallazgo concluyó que la electricidad producida por el sistema nervioso era responsable de la contracción muscular, sustituyendo la antigua explicación basada en los llamados «espíritus animales».
A finales del siglo XIX y principios del siglo XX, diversos investigadores comenzaron a estudiar la relación entre sustancias químicas y el funcionamiento del sistema nervioso.
En 1898, Lewandowsky, y posteriormente Langley en 1901, observaron que los efectos producidos por extractos de las glándulas suprarrenales eran similares a los ocasionados por la estimulación eléctrica de los nervios simpáticos.
Más adelante, en 1905, Thomas Elliott, alumno de Langley, propuso que la estimulación de estos nervios provocaba la liberación de pequeñas cantidades de adrenalina. Además, observó que los órganos seguían respondiendo a esta sustancia incluso después de la degeneración de los nervios, lo que sugirió la existencia de receptores especializados con funciones excitatorias o inhibitorias.
Estas observaciones sentaron las bases para comprender que la comunicación entre neuronas puede realizarse mediante mecanismos eléctricos y químicos.
3. Tipos de sinapsis
Según su ubicación
La forma en que dos neuronas establecen contacto depende de la región anatómica donde ocurre la comunicación.
Sinapsis axodendrítica
Es la forma más frecuente de comunicación neuronal. El botón terminal del axón de la primera neurona establece contacto con una dendrita de la segunda neurona.
Sinapsis axosomática
En este caso, el botón terminal del axón hace contacto directamente con el soma o cuerpo celular de la neurona siguiente.
Sinapsis axoaxónica
Ocurre cuando el axón de una neurona establece comunicación con el axón de otra neurona.
Según el mecanismo de comunicación
La sinapsis también puede clasificarse de acuerdo con el mecanismo mediante el cual se transmite la información.
- Sinapsis eléctrica, donde la información se transmite mediante cambios en el potencial eléctrico de la membrana.
- Sinapsis química, donde la comunicación ocurre mediante la liberación de neurotransmisores.
4. Comunicación eléctrica
La comunicación eléctrica comienza con la conducción del impulso nervioso a lo largo del axón.
Es importante distinguir dos conceptos:
- Conducción: desplazamiento del impulso nervioso a través del axón.
- Transmisión: paso del impulso nervioso desde una neurona hacia otra célula mediante una sinapsis.
Uno de los trabajos experimentales más importantes para comprender este proceso fue realizado por Alan Hodgkin y Andrew Huxley, quienes utilizaron el axón gigante del calamar para estudiar la propagación del impulso nervioso.
4.1 Potencial de membrana
La membrana neuronal separa el interior de la célula del medio extracelular mediante una bicapa de fosfolípidos con permeabilidad selectiva.
En condiciones normales existe una diferencia de carga eléctrica entre ambos lados de la membrana.
El interior de la neurona posee una carga aproximada de −70 mV, mientras que el exterior es relativamente positivo. Esta diferencia recibe el nombre de potencial de reposo.
Este potencial depende principalmente de la distribución desigual de distintos iones:
- Potasio (K⁺), predominante en el interior celular.
- Sodio (Na⁺), predominante en el exterior.
- Cloro (Cl⁻), con mayor concentración extracelular.
- Aniones orgánicos (A⁻), presentes únicamente en el interior de la neurona.
La bomba sodio-potasio mantiene esta diferencia al expulsar sodio hacia el exterior e introducir potasio al interior de la célula.
4.2 Difusión y presión electrostática
Dos fuerzas participan constantemente en el movimiento de los iones.
Difusión
La difusión es el movimiento natural de las partículas desde las zonas donde se encuentran en mayor concentración hacia aquellas donde su concentración es menor.
Un ejemplo sencillo es agregar azúcar a un vaso con agua: aunque no se agite, poco a poco el azúcar se distribuye uniformemente por todo el líquido.
Presión electrostática
Además del gradiente de concentración, los iones también se desplazan debido a la atracción o repulsión entre cargas eléctricas.
Los cationes (iones positivos) y los aniones (iones negativos) responden simultáneamente a estas fuerzas, contribuyendo al mantenimiento del potencial eléctrico de la membrana neuronal.
4.3 Potencial de acción
El potencial de acción es el cambio eléctrico que permite que el impulso nervioso se propague a lo largo del axón. Este proceso ocurre cuando un estímulo es lo suficientemente intenso para modificar el potencial de reposo de la neurona.
El umbral de excitación
No todos los estímulos producen una respuesta en la neurona. Para que se genere un potencial de acción, el estímulo debe alcanzar una intensidad mínima conocida como umbral de excitación.
Cuando el umbral se alcanza, se abren canales iónicos sensibles al voltaje y comienza una rápida modificación del potencial eléctrico de la membrana.
Concepto clave
El umbral representa la cantidad mínima de energía necesaria para desencadenar un potencial de acción.
Despolarización
La primera etapa del potencial de acción se conoce como despolarización.
Durante esta fase se abren rápidamente los canales de sodio (Na⁺), permitiendo la entrada masiva de estos iones al interior de la neurona.
Como consecuencia:
- Disminuye la carga negativa del interior celular.
- El potencial eléctrico cambia rápidamente hacia valores positivos.
- Se inicia la propagación del impulso nervioso.
Este cambio ocurre en una región muy pequeña de la membrana, pero inmediatamente activa la región vecina, haciendo que el impulso avance a lo largo del axón.
Repolarización
Después de la entrada de sodio, comienza la segunda etapa del potencial de acción: la repolarización.
En esta fase:
- Se inactivan los canales de sodio.
- Se abren los canales de potasio (K⁺).
- El potasio sale de la neurona.
- El interior celular recupera progresivamente su carga negativa.
Gracias a este proceso, la membrana vuelve a su estado de reposo y queda preparada para transmitir un nuevo impulso nervioso.
La Ley del Todo o Nada
Una característica importante del potencial de acción es que obedece la llamada Ley del Todo o Nada.
Esto significa que:
- Si el estímulo no alcanza el umbral, no ocurre ninguna respuesta.
- Si el estímulo alcanza el umbral, se produce un potencial de acción completo.
En otras palabras, la intensidad del estímulo no modifica el tamaño del potencial de acción; únicamente determina si este ocurre o no.
Propagación del impulso nervioso
Una vez iniciado, el potencial de acción avanza desde el cuerpo celular hacia el botón terminal mediante la apertura secuencial de canales de sodio y potasio.
Este mecanismo permite que la información viaje en una sola dirección a lo largo del axón.
La mielina y la conducción saltatoria
Muchos axones están recubiertos por una capa de grasa llamada mielina, cuya función principal es actuar como un aislante eléctrico.
Entre los segmentos de mielina existen pequeños espacios llamados nódulos de Ranvier.
En estos puntos el potencial de acción se regenera continuamente, dando lugar a la conducción saltatoria, en la que el impulso parece «saltar» de un nódulo a otro.
Este mecanismo incrementa considerablemente la velocidad de conducción del impulso nervioso y hace más eficiente la transmisión de la información.
5. Comunicación química
Aunque el impulso nervioso se desplaza eléctricamente a lo largo del axón, cuando llega al botón terminal ocurre un proceso diferente: la transmisión química.
En este tipo de comunicación participan sustancias especializadas llamadas neurotransmisores, responsables de llevar la información de una neurona a otra.
¿Qué son los neurotransmisores?
Los neurotransmisores son moléculas químicas que permiten transmitir información entre neuronas.
Una vez sintetizados dentro de la neurona, se almacenan en pequeñas estructuras llamadas vesículas sinápticas, las cuales funcionan como recipientes encargados de transportarlos hasta el botón terminal.
Las partes que intervienen en una sinapsis química
Para comprender este proceso es importante identificar sus principales componentes.
Membrana presináptica
Corresponde a la membrana del botón terminal de la primera neurona, desde donde será liberada la información química.
Hendidura sináptica
Es el pequeño espacio que separa a las dos neuronas.
Aunque la distancia es muy corta, el impulso eléctrico no puede atravesarla directamente, por lo que es necesario utilizar neurotransmisores.
Membrana postsináptica
Es la membrana de la segunda neurona, donde se encuentran los receptores que recibirán el mensaje químico.
¿Cómo ocurre la transmisión química?
La comunicación química puede resumirse en los siguientes pasos:
- El potencial de acción llega al botón terminal.
- Se abren canales de calcio (Ca²⁺).
- El calcio favorece la unión de las vesículas sinápticas con la membrana presináptica.
- Las vesículas liberan neurotransmisores hacia la hendidura sináptica.
- Los neurotransmisores difunden hasta la membrana postsináptica.
- Finalmente, se unen a receptores específicos de la segunda neurona.
Este proceso convierte una señal eléctrica en una señal química y, posteriormente, nuevamente en una señal eléctrica.
Recuerda
La transmisión sináptica ocurre porque un impulso eléctrico provoca la liberación de neurotransmisores, los cuales activan receptores en la siguiente neurona.
La relación entre neurotransmisores y receptores
Cada neurotransmisor únicamente puede unirse a receptores específicos.
Esta relación suele compararse con el funcionamiento de una llave y una cerradura:
- El neurotransmisor representa la llave.
- El receptor representa la cerradura.
Solo cuando ambos son compatibles puede abrirse el canal correspondiente y producir una respuesta en la neurona receptora.
Esta especificidad permite que la información sea transmitida con gran precisión dentro del sistema nervioso.
6. Receptores sinápticos
Una vez que los neurotransmisores llegan a la membrana de la segunda neurona, deben unirse a proteínas especializadas llamadas receptores postsinápticos.
Estos receptores son los encargados de recibir el mensaje químico y transformarlo nuevamente en una señal eléctrica o en una respuesta celular.
Existen dos tipos principales de receptores: ionotrópicos y metabotrópicos.
Receptores ionotrópicos
Los receptores ionotrópicos actúan de manera rápida.
Cuando un neurotransmisor se une a uno de estos receptores, el canal iónico se abre de forma casi inmediata, permitiendo el paso de determinados iones a través de la membrana.
Como consecuencia, la neurona puede generar rápidamente un nuevo potencial de acción.
Este mecanismo constituye una forma de transmisión muy eficiente y es el más común en la comunicación rápida entre neuronas.
Concepto clave
Los receptores ionotrópicos funcionan como canales iónicos controlados directamente por neurotransmisores.
Receptores metabotrópicos
Los receptores metabotrópicos funcionan de una manera diferente.
Cuando el neurotransmisor se une al receptor, este no abre directamente un canal iónico. En cambio, activa una proteína localizada en la membrana llamada proteína G.
La proteína G, a su vez, activa una enzima que produce una molécula denominada segundo mensajero.
El segundo mensajero modifica el funcionamiento de distintos canales iónicos y puede producir cambios más prolongados en la actividad de la neurona.
Este mecanismo requiere más pasos que el receptor ionotrópico, pero también permite respuestas más complejas y duraderas.
Diversos procesos del sistema nervioso, como el aprendizaje y la memoria, dependen de este tipo de receptores.
Comparación entre ambos tipos de receptores
| Receptores ionotrópicos | Receptores metabotrópicos |
|---|---|
| Actúan rápidamente. | Su respuesta es más lenta. |
| Abren directamente canales iónicos. | Activan proteínas G y segundos mensajeros. |
| Generan respuestas inmediatas. | Producen efectos más prolongados. |
| Participan principalmente en la transmisión rápida de información. | Participan en procesos celulares más complejos, como la regulación sináptica y la memoria. |
7. Potenciales postsinápticos
Cuando los neurotransmisores activan los receptores de la neurona postsináptica, producen pequeños cambios eléctricos conocidos como potenciales postsinápticos.
Estos cambios pueden facilitar o dificultar que la neurona genere un nuevo potencial de acción.
Por ello, se clasifican en potenciales excitatorios y potenciales inhibitorios.
Potencial postsináptico excitatorio (PPSE)
Un potencial excitatorio aumenta la probabilidad de que la neurona genere un potencial de acción.
Generalmente ocurre cuando se abren canales de sodio (Na⁺), permitiendo la entrada de cargas positivas al interior de la célula.
Como resultado, la membrana se despolariza y se acerca al umbral de excitación.
Potencial postsináptico inhibitorio (PPSI)
En contraste, un potencial inhibitorio disminuye la probabilidad de que la neurona dispare un potencial de acción.
En este caso, la salida de potasio (K⁺) o la entrada de cloro (Cl⁻) provoca que el interior de la neurona se vuelva aún más negativo, fenómeno conocido como hiperpolarización.
Al alejarse del umbral, resulta más difícil que la neurona genere un nuevo impulso nervioso.
¿Cómo termina la acción de un neurotransmisor?
La acción de un neurotransmisor no puede mantenerse de forma indefinida. Una vez transmitido el mensaje, debe eliminarse para que la sinapsis pueda volver a funcionar correctamente.
El documento describe dos mecanismos principales.
Recaptación
Parte de los neurotransmisores liberados es recuperada por la neurona presináptica.
De esta forma, estas moléculas pueden reutilizarse posteriormente en nuevas transmisiones sinápticas.
Inactivación enzimática
Otra parte de los neurotransmisores es degradada por enzimas presentes en la hendidura sináptica.
Este proceso evita que los receptores permanezcan activados durante demasiado tiempo y permite que la sinapsis vuelva a su estado inicial.
Integración neuronal
Cada neurona recibe miles de señales provenientes de otras neuronas.
Algunas son excitatorias y otras inhibitorias.
El sistema nervioso integra toda esta información antes de decidir si se producirá o no un nuevo potencial de acción.
Este proceso recibe el nombre de integración neuronal y constituye uno de los mecanismos fundamentales mediante los cuales el cerebro procesa la información.
Recuerda
La actividad de una neurona no depende de una sola sinapsis, sino de la suma de múltiples señales excitatorias e inhibitorias que recibe al mismo tiempo.
8. Alteraciones de la comunicación neuronal
Cuando alguno de los mecanismos de la transmisión sináptica deja de funcionar correctamente, pueden aparecer diversas enfermedades del sistema nervioso.
El documento presenta dos ejemplos representativos: la epilepsia y la depresión.
Epilepsia
La epilepsia es un trastorno neurológico caracterizado por la aparición repetida de crisis ocasionadas por una descarga eléctrica excesiva y simultánea de grupos de neuronas cerebrales.
Durante una crisis epiléptica, un conjunto de neuronas comienza a generar impulsos eléctricos de forma anormal. Esta actividad puede propagarse a otras regiones del cerebro, alterando su funcionamiento.
Dependiendo de la zona afectada y de la extensión de la descarga eléctrica, las manifestaciones clínicas pueden variar.
Algunas personas presentan crisis de ausencia, caracterizadas por una desconexión breve del entorno. En otros casos aparecen crisis convulsivas, con movimientos involuntarios e incontrolables del cuerpo.
La región cerebral donde se origina esta actividad anormal recibe el nombre de foco epiléptico.
Depresión y neurotransmisores
Otra alteración de la comunicación neuronal puede observarse en algunos trastornos del estado de ánimo.
El documento describe el descubrimiento realizado en la década de 1950, cuando se observó que un medicamento utilizado para tratar la tuberculosis, llamado isoniazida, producía un aumento del estado de ánimo en algunos pacientes.
Posteriormente se descubrió que este medicamento inhibía la acción de una enzima denominada monoaminooxidasa (MAO).
La función normal de la MAO consiste en degradar determinados neurotransmisores una vez que han actuado sobre sus receptores.
Cuando esta enzima es inhibida, los neurotransmisores permanecen activos durante más tiempo en la sinapsis, prolongando su efecto.
Este hallazgo permitió el desarrollo de una familia de medicamentos conocidos como inhibidores de la monoaminooxidasa (IMAO), utilizados para el tratamiento de algunos trastornos depresivos.
Lo que debes recordar
La comunicación neuronal depende del funcionamiento coordinado de numerosos procesos:
- El potencial de reposo mantiene preparada a la neurona.
- El potencial de acción transmite la información a lo largo del axón.
- La sinapsis química permite comunicar una neurona con otra mediante neurotransmisores.
- Los receptores convierten nuevamente el mensaje químico en una respuesta eléctrica.
- La integración de señales excitatorias e inhibitorias determina si una neurona responderá o no.
- Cuando alguno de estos mecanismos se altera, pueden aparecer enfermedades neurológicas o trastornos del comportamiento.
Resumen del capítulo
La comunicación entre las neuronas es el fundamento del funcionamiento del sistema nervioso. Gracias a este proceso es posible percibir estímulos, procesar información, aprender, recordar, regular las emociones y controlar el movimiento.
La transmisión de información comienza con la conducción del impulso nervioso a lo largo del axón. Este fenómeno depende del potencial de membrana, generado por la distribución desigual de iones como sodio (Na⁺), potasio (K⁺), cloro (Cl⁻) y aniones orgánicos (A⁻).
Cuando un estímulo alcanza el umbral de excitación, se desencadena un potencial de acción, caracterizado por la entrada rápida de sodio (despolarización) y la posterior salida de potasio (repolarización). En los axones recubiertos por mielina, el impulso viaja mediante conducción saltatoria, aumentando la velocidad de transmisión.
Al llegar al botón terminal, el impulso eléctrico provoca la liberación de neurotransmisores, que atraviesan la hendidura sináptica y se unen a receptores específicos de la neurona siguiente.
Estos receptores pueden ser:
- Ionotrópicos, que abren directamente canales iónicos y producen respuestas rápidas.
- Metabotrópicos, que activan proteínas G y segundos mensajeros, generando respuestas más complejas y duraderas.
Los neurotransmisores producen potenciales postsinápticos excitatorios o inhibitorios, cuya integración determina si la neurona generará un nuevo potencial de acción.
Finalmente, el capítulo muestra que alteraciones en estos mecanismos pueden originar enfermedades como la epilepsia, caracterizada por descargas eléctricas anormales en grupos de neuronas, y la depresión, donde los cambios en la actividad de ciertos neurotransmisores participan en el desarrollo del trastorno.
Conceptos clave
Al finalizar este tema debes comprender los siguientes conceptos:
| Concepto | Definición |
|---|---|
| Sinapsis | Sitio donde una neurona transmite información a otra célula. |
| Conducción | Propagación del impulso nervioso a lo largo del axón. |
| Transmisión | Paso de información entre dos neuronas a través de la sinapsis. |
| Potencial de reposo | Diferencia de carga eléctrica entre el interior y el exterior de la neurona en estado de reposo. |
| Difusión | Movimiento de partículas desde zonas de mayor concentración hacia zonas de menor concentración. |
| Presión electrostática | Movimiento de iones debido a la atracción o repulsión entre cargas eléctricas. |
| Potencial de acción | Cambio eléctrico que permite la propagación del impulso nervioso. |
| Despolarización | Entrada de sodio que reduce la carga negativa del interior celular. |
| Repolarización | Salida de potasio que restablece el potencial de reposo. |
| Umbral | Intensidad mínima del estímulo necesaria para generar un potencial de acción. |
| Ley del Todo o Nada | El potencial de acción solo ocurre cuando el estímulo alcanza el umbral. |
| Mielina | Cubierta aislante que aumenta la velocidad de conducción del impulso nervioso. |
| Nódulos de Ranvier | Espacios entre segmentos de mielina donde el potencial de acción se regenera. |
| Neurotransmisor | Sustancia química que transmite información entre neuronas. |
| Vesícula sináptica | Estructura que almacena y transporta neurotransmisores. |
| Membrana presináptica | Membrana de la neurona que libera los neurotransmisores. |
| Hendidura sináptica | Espacio que separa a dos neuronas durante la sinapsis. |
| Membrana postsináptica | Membrana de la neurona que recibe el mensaje químico. |
| Receptor ionotrópico | Receptor que abre directamente un canal iónico. |
| Receptor metabotrópico | Receptor que activa proteínas G y segundos mensajeros. |
| Potencial postsináptico excitatorio | Incrementa la probabilidad de generar un potencial de acción. |
| Potencial postsináptico inhibitorio | Disminuye la probabilidad de generar un potencial de acción. |
| Recaptación | Recuperación de neurotransmisores por la neurona presináptica para su reutilización. |
| Inactivación enzimática | Degradación de neurotransmisores mediante enzimas. |
| Integración neuronal | Suma de señales excitatorias e inhibitorias que determina la respuesta de una neurona. |
Glosario
Axón
Prolongación de la neurona encargada de conducir el impulso nervioso hacia otras células.
Botón terminal
Extremo del axón donde se liberan los neurotransmisores.
Canal iónico
Proteína de membrana que permite el paso selectivo de determinados iones.
Conducción saltatoria
Forma de propagación del potencial de acción en axones mielinizados, donde el impulso se regenera en los nódulos de Ranvier.
Hendidura sináptica
Espacio microscópico entre dos neuronas donde se liberan los neurotransmisores.
Membrana neuronal
Barrera formada por una bicapa de fosfolípidos que regula el intercambio de sustancias entre el interior y el exterior de la neurona.
Neurotransmisor
Molécula química responsable de transmitir información entre neuronas.
Potencial de membrana
Diferencia de carga eléctrica existente entre el interior y el exterior de una neurona.
Proteína G
Proteína asociada a los receptores metabotrópicos que participa en la transmisión de señales dentro de la célula.
Segundo mensajero
Molécula intracelular que transmite y amplifica la señal generada por un receptor metabotrópico.
Autoevaluación
Preguntas de comprensión
- ¿Qué es la sinapsis y por qué es indispensable para el funcionamiento del sistema nervioso?
- ¿Cuál es la diferencia entre conducción y transmisión del impulso nervioso?
- ¿Qué características tiene el potencial de reposo de una neurona?
- Explica la función de la bomba sodio-potasio en el mantenimiento del potencial de membrana.
- ¿Qué ocurre durante la despolarización y la repolarización?
- ¿Qué significa la Ley del Todo o Nada?
- ¿Cómo favorecen la mielina y los nódulos de Ranvier la conducción del impulso nervioso?
- Describe el proceso mediante el cual un neurotransmisor pasa de una neurona a otra.
- ¿Cuál es la diferencia entre un receptor ionotrópico y uno metabotrópico?
- Explica la diferencia entre un potencial postsináptico excitatorio y uno inhibitorio.
- ¿Qué mecanismos permiten finalizar la acción de un neurotransmisor?
- ¿En qué consiste la integración neuronal?
- ¿Por qué la epilepsia puede considerarse una alteración de la comunicación neuronal?
- ¿Qué papel desempeña la monoaminooxidasa (MAO) en la transmisión sináptica?
- ¿Cómo contribuyó el estudio de la MAO al desarrollo de tratamientos para la depresión?
Para reflexionar
Después de estudiar este tema, piensa en las siguientes preguntas:
- ¿Cómo influye la velocidad de transmisión del impulso nervioso en nuestras respuestas ante los estímulos del ambiente?
- ¿Por qué pequeñas alteraciones en la comunicación entre neuronas pueden provocar enfermedades neurológicas o trastornos del comportamiento?
- ¿Qué importancia tiene conocer la transmisión sináptica para comprender la acción de los medicamentos que actúan sobre el sistema nervioso?