Potenciales postsinápticos

Visión general de la función sináptica

Las sinapsis son estructuras clave que le permiten a las neuronas transmitir señales a otras neuronas o a células efectoras. Aunque las sinapsis pueden ser eléctricas o químicas, la mayoría de las presentes en el sistema nervioso humano son químicas. En una sinapsis química, la neurona presináptica inicia la transmisión de la señal, con su región específica de la membrana involucrada en la sinapsis, denominada membrana presináptica. Por otro lado, la neurona postsináptica recibe la señal, con su membrana que participa en la sinapsis conocida como membrana postsináptica.

Al activarse, la membrana presináptica libera neurotransmisores en la hendidura sináptica, también conocida como espacio sináptico. La membrana postsináptica es rica en receptores, que pueden ser tanto canales iónicos activados por ligando (receptores ionotrópicos) o estar acoplados a proteínas G (receptores metabotrópicos). En este último caso, los segundos mensajeros también influyen en los canales iónicos. De esta manera, independientemente del tipo de receptor, la unión del neurotransmisor altera la permeabilidad de la membrana postsináptica a iones específicos. Como consecuencia, los iones fluyen hacia el interior o exterior de la célula, lo que provoca la despolarización o hiperpolarización de la membrana.

Potenciales de membrana graduados

En el sistema nervioso central humano, la mayoría de las sinapsis químicas ocurren entre un botón terminal del axón (membrana presináptica) y el cuerpo celular, una dendrita o una espina dendrítica (membrana postsináptica). Estas regiones de la membrana celular neuronal por lo general no tienen canales iónicos activados por voltaje y no pueden generar potenciales de acción. Por esto, los cambios en la diferencia de potencial a través de la membrana postsináptica generan potenciales graduados, que pueden propagarse a regiones vecinas de la membrana. Sin embargo, estos potenciales varían en magnitud y disminuyen exponencialmente con el tiempo y la distancia desde su origen.

Potenciales postsinápticos excitatorios (PPSE)

Los potenciales postsinápticos excitatorios suceden cuando los neurotransmisores liberados desde la célula presináptica se unen a receptores en la membrana postsináptica, lo que conduce a la despolarización. El principal neurotransmisor excitatorio en el sistema nervioso central es el glutamato. La despolarización de la membrana postsináptica ocurre principalmente a través de la activación de receptores ionotrópicos, que son selectivos para cationes específicos como el Na+ y el Ca2+, lo que provoca un flujo hacia el interior de iones con carga positiva. Como resultado, el potencial postsináptico varía de su estado de reposo de aproximadamente -70 mV a 0 mV. Los potenciales postsinápticos excitatorios están localizados en áreas específicas de la membrana neuronal que establecen sinapsis y se propagan como potenciales graduados a regiones vecinas, alcanzando potencialmente al cuerpo celular y al cono axónico. Si la despolarización alcanza el umbral ahí, se desencadena un potencial de acción en toda la neurona. Debido a esto, las sinapsis que inducen despolarización se definen como excitatorias, y su efecto en la membrana postsináptica se denomina potencial postsináptico excitatorio. Además, los receptores metabotrópicos también pueden generar potenciales postsinápticos excitatorios al activar segundos mensajeros que abren o cierran canales de cationes en la membrana postsináptica.

Potenciales postsinápticos inhibitorios (PPSI)

Al igual que en las sinapsis excitatorias, en las sinapsis inhibitorias los neurotransmisores liberados desde la membrana presináptica se unen a receptores en la membrana postsináptica, activándolos. Los receptores ionotrópicos en las sinapsis inhibitorias son principalmente canales iónicos permeables a Cl- o K+, y su activación permite que los iones fluyan a través de la membrana según su gradiente electroquímico. El gradiente de Cl- lo impulsa hacia el interior de la célula, mientras que el K+ se mueve hacia el exterior, lo que lleva a un aumento de la carga negativa en la superficie interna de la membrana postsináptica en ambos casos. Esta hiperpolarización se propaga a áreas vecinas de la membrana como un potencial graduado, disminuyendo poco a poco. Cuando llega al soma y al cono axónico, reduce la probabilidad de que la célula postsináptica alcance el umbral para generar un potencial de acción. Además de los receptores ionotrópicos que incrementan directamente la permeabilidad iónica, los potenciales postsinápticos inhibitorios también pueden ocurrir por medio de la activación de receptores metabotrópicos que influyen indirectamente en otros canales iónicos, lo que resulta en la hiperpolarización de la membrana postsináptica.

Suma de potenciales sinápticos

Es necesario reconocer que el impacto de una sola sinapsis en una neurona del cerebro no es lo suficientemente potente como para activar o desactivar la neurona por sí sola. Aunque los potenciales postsinápticos se propagan desde el campo receptivo hacia el cuerpo celular, se debilitan gradualmente, generalmente disminuyendo muy por debajo del umbral necesario para desencadenar potenciales de acción postsinápticos para cuando llegan al cono axónico. Sin embargo, las neuronas en el sistema nervioso central reciben señales de miles de sinapsis, y el efecto colectivo en una neurona depende de cómo los potenciales postsinápticos de las sinapsis activas se integran espacial y temporalmente. En un momento dado, si el efecto combinado de todos los potenciales postsinápticos excitatorios e inhibitorios que llegan al cono axónico resulta en una despolarización de suficiente magnitud para superar el umbral, entonces la neurona postsináptica generará un potencial de acción. Por el contrario, si predomina la inhibición, la célula postsináptica permanecerá inactiva.

Excitación vs inhibición

Es importante señalar que la clasificación de las neuronas, neurotransmisores y sinapsis en excitatorias o inhibitorias depende de la interacción de un neurotransmisor con un receptor específico. Por esto, el resultado funcional varía enormemente en función del tipo de receptor y la respuesta postsináptica que provoca. Por ejemplo, cuando el neurotransmisor dopamina se une a los receptores D1, produce potenciales postsinápticos excitatorios, mientras que al unirse a los receptores D2, resulta en potenciales postsinápticos inhibitorios.