Mecanismo del potencial postsináptico inhibidor. Nuestro sistema nervioso, al igual que un carro, requiere de mecanismos de freno que le garanticen un funcionamiento perfecto y una regulación muy fina sobre todos y cada uno de los órganos que éste controla. Nos referimos al mecanismo de la inhibición encargado de "determinar" el número y la procedencia de los impulsos que deben ingresar a la zona post-sináptica y de ahí dirigirse, o bien a otra neurona, o bien a un órgano efector.
Debe quedar claro, que es la naturaleza del impulso que llega a la zona pre-sináptica lo que determina el proceso inhibitorio a nivel de la sinapsis. Son los mismos potenciales de acción los que difunden a lo largo del axón de la neurona X, que buscan hacer contacto con las dendritas o el soma de la neurona Y. El que el impulso pase o no, depende del neuro-transmisor que se encuentra en la zona pre-sináptica.
Si el mediador químico es excitador se producirá el potencial post-sináptico excitador. Si por el contrario el mediador químico es inhibidor se producirá un potencial post-sináptico inhibidor.
Al llegar el potencial de acción a la zona pre-sináptica de una sinapsis inhibitoria, se produce el rompimiento de algunas vesículas que contienen ácido gamma amino butiríco (GABA), tal vez el neurotransmisor inhibidor más conocido en la actualidad. El GABA, aumenta aún más la permeabilidad de la membrana para los iones de potasio. Las palabras "aún más" son claves para entender este proceso.
Recordemos que en condiciones de reposo la membrana de la neurona es muy permeable al ión potasio y que internamente está cargada negativamente, mientras que el líquido extracelular es electropositivo. Pues bien, lo que hacel el neurotransmisor inhibidor es abrir más compuertas para el potasio, de tal manera que un mayor número de cargas positivas abandonarán la neurona hacia el líquido extracelular, presentándose una mayor positividad afuera y una mayor negatividad dentro de la neurona, comparado con lo que se observa cuando la neurona se encuentra en estado de reposo.
En condiciones de inhibicón, la membrana será aún más permeable al potasio que en reposo, presentará aún más cargas positivas en la parte de afuera que en reposo, y presentará aún más cargas negativas en la parte interna que en condiciones de reposo.
En estas circunstancias se dice que la neurona se encuentra en estado de hiperpolarización, es decir en una intensa polarización, que obstaculizará cualquier intento del paso de una onda despolarizantes de una neurona a otra. Es necesario entender que no siempre lo que se busca con los procesos de inhibición a nivel de sinapsis, es frenar el paso de la excitación de la zona presináptica a la zona post-sináptica. En muchas ocasiones lo que se busca es disminuir el número de impulsos a nivel de sinapsis y no provocar la detención de todos ellos.
Cuando el conductor del automóvil acciona el fre, no siempre lo hace son el propósito de detener el carro. En la mayoría de los casos lo que se busca al frenar es disminuir en algo la velocidad, para que la conducción sea más efectiva y menos peligros.
Aquí vamos a resumir los pasos que se involucran en el surgimiento del potencial postsináptico inhibidor:
La llegada del potencial de acción a la zona presiáptica, luego el rompimiento de las vesículas que contiene el neurotransmisor GABA, entonces se da un aumento ("aún más" que en reposo) de la permeabilidad de la membrana para el potasio, lo que genera más salida de potasio hacia el líquido extracelular, haciendo que la membrana se torne "más" electropositiva que en reposo en su parte externa y por consiguiente "más" electronegativa que en reposo en su parte interna, y entonces se presenta el estado de hiperpolarización.
Además del mediador químico inhibidor GABA, en la actualidad se conocen otros, tales como la dopamina, la serotonina, etc. Recordemos que si los mediadores químicos excitadores tienen la finalidad última de estimular, los neurotransmisores inhibidores tienen como finalidad última tranquilizar, calmar, disminuir la intensidad de las reacciones de respuesta. Garantizan ambos el prefecto equilibrio de los procesos nerviosos de excitación e inhibición, condición imprescindible para el buen funcionamiento de nuestro sistema nervioso en su papel de director de la "orquesta orgánica".
Lo más importante, hasta aquí, es tener en cuenta que a los órganos efectores les llegan unas órdenes en forma de impulsos nerviosos muy bien elaborados, en términos de garantizar una fina adaptación del organismo al medio ambiente, en términos de garantizar una correcta organización de nuestra conducta a los requerimientos del mundo social.
El equilibrio o desequilibrio temporal de los procesos nerviosos de excitación y de inhibición están condicionados por muchos factores endógenos y exógenos. Podría generarse que los órganos efectores reciben influencia directa o indirectamente de todos los centros nerviosos que involucran los órganos de los sentidos.
Por ejemplo, los procesos inhibitorios a nivel del músculo esquelético se presenta inicialmente en la propia corteza motora y posteriormente en las grandes motoneuronas alfa, localizadas en las astas anteriores de la médula espinal. Cuando de una manera consciente o inconsciente , se programa mentalmente un movimiento, con el propósito de satisfacer una determinada necesidad, nuestro sistema nervioso "calcula" el número de neuronas excitadoras e inhibidoras que deberían participar en dicho acto, así como también el número de impulsos nerviosos que ha de disparar cada una de las neuronas reclutadas. Al final la cantidad de impulsos nerviosos que le llegan a la musculatura esquelética es el producto de una serie de "depuraciones" ocurridas en muchos eslabones del sistema nervioso. Y aún así, un programa motor debidamente elaborado puede abortarse en el último segundo si las condiciones del medio así lo exigen.
Supongamos que nos encontremos en un principio, en un área de terreno muy limitada que demanda un sumo cuidado de nuestro movimientos. Al dar un paso, la planta del pie es perforada por un elemento cortopunzante, que se encuentra en nuestro camino y que no alcanzamos a percibir. En otras circunstancias la reacción de respuesta sería la de alejar de una manera vigorosa la extremidad comprometida para así evitar un daño mayor. En las condiciones del precipicio esta reacción violenta podría ser contraproducente por cuanto se podría perder el equilibrio y precipitarnos al vacío. El sistema nervioso de una manera rápida y eficaz inhibe la reacción de respuesta que alejaría la extremidad. De dos daños, el sistema nervioso opta por el menor de ellos. El pinchazo de la aguja de la inyección, otro ejemplo, debería provocar reacciones de rechazo. La parte consciente de nuestro cerebro inhibe dicha reacción por cuanto considera que el pinchazo es necesario.
Las siguientes imágenes resumen de una manera muy didáctica los tres estados funcionales de la neurona. La primera imagen muestra la neurona en estado de reposo o de polarización (A), en estado de excitación o en proceso de despolarización (B). Podemos notar que la entrada masiva del ión sodio, es lo que caracteriza dicho estado. La parte C de esta imagen, muestra el estado de inhibición o estado de hiperpolarización. Observamos que en este caso la salida "extra" del ión potasio, es lo que caracteriza el estado de inhibición.
La segunda imagen, explica con flechas los cambios que ocurren en el estado de las neuronas. La flecha que se dirige hacia arriba, partiendo de un potencial de membrana en reposo de -70 mV (milivoltios), y llegando a un potencial de membrana de +60 mV, caracteriza el potencial de inversión, es decir el potencial de acción. Enseguida la neurona comienza a repolarizarse, hasta de nuevo marcar un potencial de membrana en reposo equivalente a -70 mV. En este momento la membrana de la neurona volverá a ser permeable a los iones de potasio, que se encuentran mayoritariamente en el interior de la neurona.
El proceso de inhibición (estado de hiperpolarización), supone una salida "extra" de potasio, permitiendo una mayor polarización de la membrana. El paso desde -70 mV a -90 mV, significa que la neurona ha pasado de una estado de polarización (reposo), a un estado de hiperpolarización (estado de inhibición.
Queda claro, que la intensidad de las reacciones de respuesta depende de la fuerza de los estímulos. Así mismo debe quedar claro que la forma de relacionarse los procesos nerviosos de excitación e inhibición, depende en última instancia de las exigencias del medio ambiente.
El sistema nervioso utiliza dos mecanismos para responder a la intensidad de los estímulos con reacciones que satisfagan, en la gran mayoría de veces de forma efectiva, una determinada demanda o necesidad del organismo. de todas formas para que las reacciones de respuesta sean cada vez más fectivas en términos de rpaidez y precisión, se requiere que los resultados parciales de las acciones sean sometidas, a través de mecanismos de retroalimentación, a procesos de "depuración" de la información que circula en forma de impulsos nerviosos.
Aquí se hace referencia a los mecanismos de sumación de efectos espacial y termporal. El mecanismo de sumación espacial está relacionado con la cantidad de neuronas reclutadas en la realización de tal o cual reacción. Por otro lado, el mecanismo de sumación temporal está relacionado con la cantidad de impulsos que dispara cada una de las neuronas reclutadas- El levantar un objeto de poco peso, que no demande un gran esfuerzo muscular, supone el reclutamiento de pocas motoneuronas, que no deberán disparar una gran cantidad de impulsos en la unidad de tiempo. Por el contrario, el intentar levantar un objeto inamovible o de gran peso, es necesario reclutar un número muy grande de motoneuronas y hacer que cada una de ellas dispare una gran cantidad de impulsos nerviosos.
En la siguiente imagen, se muestra la manera como interactúan las sinapsis excitatorias e inhibitorias. El modelo de la imagen, muestra tres neuronas excitatorias, A, B, C (utilizan acetilcolina) y tres neuronas inhibitorias, D, E, F (utilizan GABA). Las seis neuronas hacen sinapsis con otra neurona M, que responderá a la influencia de las seis neuronas. Supongamos que la neurona M, sea un motoneurona, encargada de enviar los impulsos nerviosos al músculo esquelético. Si se requiere que esta neurona excite al máximo y en consecuencia se excite el músculo, se reclutarán las tres neuronas excitatorias y probablemente una de las inhibitorias para así garantizar cierto grado de depuración en la información que recorre los diferentes eslabones del arco reflejo. Hasta aquí se ha expresado el mecanismo de la sumación espacial.
Veamos ahora como se expresa el mecanismo de la sumación temporal. Supongamos que la neurona A dispare 20 impulsos por segundo, la neurona B 15 impulsos por segundo y la neurona C 10 impulsos por segundo. Si no existiera el mecanismo inhibidor, la neurona M enviaría al músculo esquelético 45 impulsos. Al existir el mecanismo de freno la neurona dispararía 35 en vez de 45, por ejemplo.
Supongamos que se requiere más control por parte del mecanismo inhibidor. En éste caso, se involucrarán las neuronas inhibidoras D con 10 impulsos y la E con 15 impulsos. La suma algebraica hará que la neurona M dispare en dirección al músculo esquelético 20 impulsos por segundo. Prevalece la excitación pero ésta ha sido limitada por el mecanismo inhibidor.
En el caso cuando las neuronas inhibidas D, E, F disparen 25, 15 y 15 respectivamente, la influencia excitatoria habrá sido totalmente neutralizada, a raíz de que la membrana de la zona postsináptica estará hiperpolarizada en estas circunstancias (20+1+10-25-15-15=-10). No hay ninguna posibilidad de que las ondas despolarizantes, provenientes de las neuronas A, B y C, continúen hacia el músculo esquelético, a través de la motoneurona M.
En el ejemplo anterior se han comprometido solamente 6 neuronas. En realidad una neurona puede tener 15000 o más contactos sinápticos, excitadores e inhibidores.
Es necesario aclarar que el "método de la suma algebraica", se justifica más desde el punto de vista de la didáctica que dese el punto de vista de la fisiología. Sin embargo nos permite explicar de una manera simple y comprensible procesos que sin extremadamente complejos, muchos de los cuales continúan siendo un gran misterio para la ciencia.
Es necesario advertir, que además del tipo de inhibición "hiperpolarizante", se tiene conocimiento de otro mecanismo inhibidor que actúa antes de la sinapsis y por lo tanto se denomina inhibición presináptica. Es una especie de freno que actúa disminuyendo el número de potenciales de acción que llegan al final del axón y que en últimas, son responsables de la cantidad de mediador químico liberado y por ende de la cantidad de canales iónicos que se abren para dejar pasar los iones comprometidos.
Debe quedar claro, que es la naturaleza del impulso que llega a la zona pre-sináptica lo que determina el proceso inhibitorio a nivel de la sinapsis. Son los mismos potenciales de acción los que difunden a lo largo del axón de la neurona X, que buscan hacer contacto con las dendritas o el soma de la neurona Y. El que el impulso pase o no, depende del neuro-transmisor que se encuentra en la zona pre-sináptica.
Si el mediador químico es excitador se producirá el potencial post-sináptico excitador. Si por el contrario el mediador químico es inhibidor se producirá un potencial post-sináptico inhibidor.
¿Cuál es el papel del mediador químico inhibidor?
Al llegar el potencial de acción a la zona pre-sináptica de una sinapsis inhibitoria, se produce el rompimiento de algunas vesículas que contienen ácido gamma amino butiríco (GABA), tal vez el neurotransmisor inhibidor más conocido en la actualidad. El GABA, aumenta aún más la permeabilidad de la membrana para los iones de potasio. Las palabras "aún más" son claves para entender este proceso.
Recordemos que en condiciones de reposo la membrana de la neurona es muy permeable al ión potasio y que internamente está cargada negativamente, mientras que el líquido extracelular es electropositivo. Pues bien, lo que hacel el neurotransmisor inhibidor es abrir más compuertas para el potasio, de tal manera que un mayor número de cargas positivas abandonarán la neurona hacia el líquido extracelular, presentándose una mayor positividad afuera y una mayor negatividad dentro de la neurona, comparado con lo que se observa cuando la neurona se encuentra en estado de reposo.
En condiciones de inhibicón, la membrana será aún más permeable al potasio que en reposo, presentará aún más cargas positivas en la parte de afuera que en reposo, y presentará aún más cargas negativas en la parte interna que en condiciones de reposo.
En estas circunstancias se dice que la neurona se encuentra en estado de hiperpolarización, es decir en una intensa polarización, que obstaculizará cualquier intento del paso de una onda despolarizantes de una neurona a otra. Es necesario entender que no siempre lo que se busca con los procesos de inhibición a nivel de sinapsis, es frenar el paso de la excitación de la zona presináptica a la zona post-sináptica. En muchas ocasiones lo que se busca es disminuir el número de impulsos a nivel de sinapsis y no provocar la detención de todos ellos.
Cuando el conductor del automóvil acciona el fre, no siempre lo hace son el propósito de detener el carro. En la mayoría de los casos lo que se busca al frenar es disminuir en algo la velocidad, para que la conducción sea más efectiva y menos peligros.
Aquí vamos a resumir los pasos que se involucran en el surgimiento del potencial postsináptico inhibidor:
La llegada del potencial de acción a la zona presiáptica, luego el rompimiento de las vesículas que contiene el neurotransmisor GABA, entonces se da un aumento ("aún más" que en reposo) de la permeabilidad de la membrana para el potasio, lo que genera más salida de potasio hacia el líquido extracelular, haciendo que la membrana se torne "más" electropositiva que en reposo en su parte externa y por consiguiente "más" electronegativa que en reposo en su parte interna, y entonces se presenta el estado de hiperpolarización.
Además del mediador químico inhibidor GABA, en la actualidad se conocen otros, tales como la dopamina, la serotonina, etc. Recordemos que si los mediadores químicos excitadores tienen la finalidad última de estimular, los neurotransmisores inhibidores tienen como finalidad última tranquilizar, calmar, disminuir la intensidad de las reacciones de respuesta. Garantizan ambos el prefecto equilibrio de los procesos nerviosos de excitación e inhibición, condición imprescindible para el buen funcionamiento de nuestro sistema nervioso en su papel de director de la "orquesta orgánica".
Lo más importante, hasta aquí, es tener en cuenta que a los órganos efectores les llegan unas órdenes en forma de impulsos nerviosos muy bien elaborados, en términos de garantizar una fina adaptación del organismo al medio ambiente, en términos de garantizar una correcta organización de nuestra conducta a los requerimientos del mundo social.
El equilibrio o desequilibrio temporal de los procesos nerviosos de excitación y de inhibición están condicionados por muchos factores endógenos y exógenos. Podría generarse que los órganos efectores reciben influencia directa o indirectamente de todos los centros nerviosos que involucran los órganos de los sentidos.
Por ejemplo, los procesos inhibitorios a nivel del músculo esquelético se presenta inicialmente en la propia corteza motora y posteriormente en las grandes motoneuronas alfa, localizadas en las astas anteriores de la médula espinal. Cuando de una manera consciente o inconsciente , se programa mentalmente un movimiento, con el propósito de satisfacer una determinada necesidad, nuestro sistema nervioso "calcula" el número de neuronas excitadoras e inhibidoras que deberían participar en dicho acto, así como también el número de impulsos nerviosos que ha de disparar cada una de las neuronas reclutadas. Al final la cantidad de impulsos nerviosos que le llegan a la musculatura esquelética es el producto de una serie de "depuraciones" ocurridas en muchos eslabones del sistema nervioso. Y aún así, un programa motor debidamente elaborado puede abortarse en el último segundo si las condiciones del medio así lo exigen.
Supongamos que nos encontremos en un principio, en un área de terreno muy limitada que demanda un sumo cuidado de nuestro movimientos. Al dar un paso, la planta del pie es perforada por un elemento cortopunzante, que se encuentra en nuestro camino y que no alcanzamos a percibir. En otras circunstancias la reacción de respuesta sería la de alejar de una manera vigorosa la extremidad comprometida para así evitar un daño mayor. En las condiciones del precipicio esta reacción violenta podría ser contraproducente por cuanto se podría perder el equilibrio y precipitarnos al vacío. El sistema nervioso de una manera rápida y eficaz inhibe la reacción de respuesta que alejaría la extremidad. De dos daños, el sistema nervioso opta por el menor de ellos. El pinchazo de la aguja de la inyección, otro ejemplo, debería provocar reacciones de rechazo. La parte consciente de nuestro cerebro inhibe dicha reacción por cuanto considera que el pinchazo es necesario.
Las siguientes imágenes resumen de una manera muy didáctica los tres estados funcionales de la neurona. La primera imagen muestra la neurona en estado de reposo o de polarización (A), en estado de excitación o en proceso de despolarización (B). Podemos notar que la entrada masiva del ión sodio, es lo que caracteriza dicho estado. La parte C de esta imagen, muestra el estado de inhibición o estado de hiperpolarización. Observamos que en este caso la salida "extra" del ión potasio, es lo que caracteriza el estado de inhibición.
La segunda imagen, explica con flechas los cambios que ocurren en el estado de las neuronas. La flecha que se dirige hacia arriba, partiendo de un potencial de membrana en reposo de -70 mV (milivoltios), y llegando a un potencial de membrana de +60 mV, caracteriza el potencial de inversión, es decir el potencial de acción. Enseguida la neurona comienza a repolarizarse, hasta de nuevo marcar un potencial de membrana en reposo equivalente a -70 mV. En este momento la membrana de la neurona volverá a ser permeable a los iones de potasio, que se encuentran mayoritariamente en el interior de la neurona.
El proceso de inhibición (estado de hiperpolarización), supone una salida "extra" de potasio, permitiendo una mayor polarización de la membrana. El paso desde -70 mV a -90 mV, significa que la neurona ha pasado de una estado de polarización (reposo), a un estado de hiperpolarización (estado de inhibición.
Queda claro, que la intensidad de las reacciones de respuesta depende de la fuerza de los estímulos. Así mismo debe quedar claro que la forma de relacionarse los procesos nerviosos de excitación e inhibición, depende en última instancia de las exigencias del medio ambiente.
El sistema nervioso utiliza dos mecanismos para responder a la intensidad de los estímulos con reacciones que satisfagan, en la gran mayoría de veces de forma efectiva, una determinada demanda o necesidad del organismo. de todas formas para que las reacciones de respuesta sean cada vez más fectivas en términos de rpaidez y precisión, se requiere que los resultados parciales de las acciones sean sometidas, a través de mecanismos de retroalimentación, a procesos de "depuración" de la información que circula en forma de impulsos nerviosos.
Aquí se hace referencia a los mecanismos de sumación de efectos espacial y termporal. El mecanismo de sumación espacial está relacionado con la cantidad de neuronas reclutadas en la realización de tal o cual reacción. Por otro lado, el mecanismo de sumación temporal está relacionado con la cantidad de impulsos que dispara cada una de las neuronas reclutadas- El levantar un objeto de poco peso, que no demande un gran esfuerzo muscular, supone el reclutamiento de pocas motoneuronas, que no deberán disparar una gran cantidad de impulsos en la unidad de tiempo. Por el contrario, el intentar levantar un objeto inamovible o de gran peso, es necesario reclutar un número muy grande de motoneuronas y hacer que cada una de ellas dispare una gran cantidad de impulsos nerviosos.
En la siguiente imagen, se muestra la manera como interactúan las sinapsis excitatorias e inhibitorias. El modelo de la imagen, muestra tres neuronas excitatorias, A, B, C (utilizan acetilcolina) y tres neuronas inhibitorias, D, E, F (utilizan GABA). Las seis neuronas hacen sinapsis con otra neurona M, que responderá a la influencia de las seis neuronas. Supongamos que la neurona M, sea un motoneurona, encargada de enviar los impulsos nerviosos al músculo esquelético. Si se requiere que esta neurona excite al máximo y en consecuencia se excite el músculo, se reclutarán las tres neuronas excitatorias y probablemente una de las inhibitorias para así garantizar cierto grado de depuración en la información que recorre los diferentes eslabones del arco reflejo. Hasta aquí se ha expresado el mecanismo de la sumación espacial.
Veamos ahora como se expresa el mecanismo de la sumación temporal. Supongamos que la neurona A dispare 20 impulsos por segundo, la neurona B 15 impulsos por segundo y la neurona C 10 impulsos por segundo. Si no existiera el mecanismo inhibidor, la neurona M enviaría al músculo esquelético 45 impulsos. Al existir el mecanismo de freno la neurona dispararía 35 en vez de 45, por ejemplo.
Supongamos que se requiere más control por parte del mecanismo inhibidor. En éste caso, se involucrarán las neuronas inhibidoras D con 10 impulsos y la E con 15 impulsos. La suma algebraica hará que la neurona M dispare en dirección al músculo esquelético 20 impulsos por segundo. Prevalece la excitación pero ésta ha sido limitada por el mecanismo inhibidor.
En el caso cuando las neuronas inhibidas D, E, F disparen 25, 15 y 15 respectivamente, la influencia excitatoria habrá sido totalmente neutralizada, a raíz de que la membrana de la zona postsináptica estará hiperpolarizada en estas circunstancias (20+1+10-25-15-15=-10). No hay ninguna posibilidad de que las ondas despolarizantes, provenientes de las neuronas A, B y C, continúen hacia el músculo esquelético, a través de la motoneurona M.
En el ejemplo anterior se han comprometido solamente 6 neuronas. En realidad una neurona puede tener 15000 o más contactos sinápticos, excitadores e inhibidores.
Es necesario aclarar que el "método de la suma algebraica", se justifica más desde el punto de vista de la didáctica que dese el punto de vista de la fisiología. Sin embargo nos permite explicar de una manera simple y comprensible procesos que sin extremadamente complejos, muchos de los cuales continúan siendo un gran misterio para la ciencia.
Es necesario advertir, que además del tipo de inhibición "hiperpolarizante", se tiene conocimiento de otro mecanismo inhibidor que actúa antes de la sinapsis y por lo tanto se denomina inhibición presináptica. Es una especie de freno que actúa disminuyendo el número de potenciales de acción que llegan al final del axón y que en últimas, son responsables de la cantidad de mediador químico liberado y por ende de la cantidad de canales iónicos que se abren para dejar pasar los iones comprometidos.