La creación de diferencias de potencial eléctrico es una capacidad de todas las células. Consiste en una cosa muy sencilla: colocar más cargas eléctricas a un lado de la membrana que al otro. Así es como se consigue energía en muchas células. Así es, p.ej., como logran fabricar ATP. Se puede obtener la capacidad de separar cargas mediante luz solar (fotótrofos) o compuestos químicos capaces de oxidarse quimiótrofos. Es el objetivo de la nutrición. Facilitar energía de algún modo para que pueda terminar en cargas separadas a uno y otro lado de la membrana. Lo que la convierte en un condensador. Es decir, es un dispositivo capaz de convertir la diferencia de potencial en alguna clase de trabajo. Como escribir en un blog o leer en un blog.

Otra cuestión es mover esa diferencia de potencial. Hacer que se vaya a otro sitio una vez creada. Eso sólo lo saben hacer las neuronas. Sólo ellas saben conducir electricidad. A larga distancia, quiero decir. Sin pérdida. En cualquier dirección y a velocidad regulada, que puede ser constante si se desea, o variable si es más apropiado.

Las neuronas son nuestro circuito eléctrico porque mueven diferencias de potencial creadas en un sitio hasta otro distinto.

En realidad son distintas de los cables eléctricos que hay en tu casa. Esos conducen electrones. Las neuronas conducen con iones. Son cosas diferentes. Pero la electricidad es la misma.

¿Cómo lo logran? Pues no es especialmente difícil de entender. Verás, lo primero es crear una diferencia de potencial. Se puede hacer porque el líquido extracelular y el intracelular tienen distintas cantidades de iones, especialmente K⁺, Na⁺ y Cl^–. Y eso es así porque la membrana no los deja pasar con la misma facilidad. Y también porque cuenta con una bomba de achique, que está funcionando siempre. La de K⁺/Na⁺. Que con gasto de ATP, de energía química, expulsa tres iones de sodio e introduce dos de potasio. Que es e trabajo que más energía consume en todo tu cuerpo. Entre un 25% y un 50% de todo tu ATP. De esta forma, una neurona, con su bomba K/Na funcionando siempre, cada día, cada hora, cada minuto de tu vida, logra una diferencia de potencial de unos -50-100 mV. Se llama potencial de reposo porque es el que existe si no hay estimulación de la neurona. No parece gran cosa esa cantidad. Pero es lo que te permite pensar, sentir, etc. En una neurona, cifras de -70 mV son muy habituales.

A continuación hay que crear un cambio en la diferencia de potencial. Tampoco es difícil. Las membranas cuentan con puertas para iones. Si las abren, los iones entran a chorro. Se llaman canales iónicos. Así, las neuronas cuentan con canales para el sodio. En realidad, su nombre completo es canal del sodio dependiente de voltaje. Su apertura altera el potencial normal que te contaba antes. Lo reduce. Lo que crea se llama potencial local por despolarización.

Ahora viene el problema. Esos potenciales locales no bastan, son muy pequeños. Se tienen que convertirse en algo más. Se tienen que sumar y producir una señal más fuerte que ponga en marcha la conducción eléctrica. Se puede lograr por estimulación repetida de los canales en un punto, lo que aumenta mucho la cantidad la cantidad de sodio ahí, o por estimulación simultánea de varios puntos cercanos. La cuestión es que si se alcanza un umbral, un valor de diferencia de potencial, de no retorno, se pone en marcha un nuevo mecanismo, el potencial de acción. Y eso no es otra cosa que la carga positiva producida por la entrada de sodio abre más canales de sodio, con lo cual entra más sodio. Se trata de una retroalimentación positiva que continúa hasta un tope, de unos +45 mV. El sodio abre el paso a más sodio.

Ahora veremos lo que pasa con ese potencial de acción, con esa carga de +45 mV creada. Pero antes, hay un problema. Si el sodio provoca la entrada de más sodio, ¿cómo se para esto?.

Porque los canales de sodio tienen dos puertas, la exterior y la interior. Es como una doble ventana. De la que te he hablado hasta ahora era de la puerta exterior del canal. No he dicho nada de la interior porque estaba abierta. Pero al alcanzar el tope de +45 mV (o menos, depende de la neurona), la puerta interior se cierra. Se acabó el sodio. Es verdad que la puerta exterior sigue abierta, pero como la interior se ha cerrado, no hay más paso.

¿Y cómo vuelve la neurona a cargarse, a sus -70 mV? Pues con dos trabajos. Uno, expulsando potasio (K⁺). Con canales de potasio que se abren al alcanzar los +45 mV (o la cantidad umbral que tenga cada neurona). Eso quita cargas positivas. El segundo trabajo consiste en cambiar K⁺ que ha salido por el Na⁺ que entró. Y eso lleva un tiempo. Milisengudos, vale, pero un tiempo. Durante ese ratillo, la neurona no puede funcionar. Está descargada. Y se llama periodo refractario. Da igual que le mandes estímulos. Está descargada. Hasta que se haya intercambiado el K⁺ exterior por el Na⁺ interior.

Volvamos al potencial de acción. A esos +45 mV (más o menos) que se han creado en un lugar de la membrana de la neurona. El objetivo es hacer viajar esa carga hasta un extremo de la célula llamado botón sináptico. Y que allí haga algo, provoque un cambio. Pues no es difícil. Bueno, sí si lo que se quisiera es mover las cargas, los iones sodio del interior y los iones cloro que se han acercado por el exterior de la membrana, atraídos por los sodios. Mover iones es lento. Pero hay un truco. ¿Recuerdas que los iones sodio promovían la apertura de canales para el sodio? Ese es el mecanismo de propagación. Y también sirve para dirigir el potencial de acción hacia delante en la neurona. Porque los canales de sodio de que el potencial de acción ha dejado atrás están en periodo refractario. Es decir, con la puerta de dentro cerrada. Y esa puerta no la abren los iones sodio. Sólo abre la puerta exterior.

Bueno, es una manera de viajar. Pero es lenta. Porque al otro lado de la membrana, junto a las cargas positivas de los iones sodio, se van acumulando cargas negativas de iones cloro. Y eso frena un poco la velocidad del proceso. Una fibra de este tipo (se llaman amielínicas, luego te explico el nombre), si es fina, conduce a una velocidad de 0,5 m/s, más o menos.

Hay dos soluciones para ir más rápido. Una es hacer la célula más gruesa, aumentar el diámetro del nervio. Y así, al aumentar el volumen respecto a la superficie, puede haber más movilidad por el interior de la célula, separados de la membrana, de los iones sodio, con lo que logran mayor alcance.

La otra solución es mejor. Logra velocidades de hasta 100 m/s. Consiste en hacer más gruesa la membrana para dejar más lejos a los iones cloro del exterior. En realidad, es enrollar sobre la neurona a otra célula que es casi toda ella membrana. Enrollar varias veces, dándole la vuelta. Se llama célula de Schwan y forma lo que se denomina vaina de mielina. Y no es una única célula. Son varias que dejan entre ellas pequeños huecos, llamados nódulos de Ranvier. Que están a distancias buenas para que los iones sodio que se han acumulado en un nódulo estimulen los canales iónicos del siguiente. Así, el impulso nervioso se propaga a saltos.

El número de vueltas que dé la capa de mielina alrededor del axon también importa. La manera de optimizar la velocidad es que haya una relación de 0,6 entre el diámetro del axon y el de la mielina.

La mielina es tan importante que si se deteriora esa envuelta del nervio pueden surgir diversas y graves enfermedades. Como la esclerosis múltiple.

Además, otra característica, es que las neuronas pueden ajustar su velocidad para responder a los estímulos más o menos rápido, adaptándose así mejor al entorno.