Introducción
Las neuronas están recibiendo continuamente de miles de otras neuronas a su alrededor. Sin embargo, que estas entradas sean capaces de provocar un potencial de acción o no depende de la sumatoria de estas entradas. La sumatoria puede definirse como un proceso por el cual las señales excitatorias e inhibitorias juntas son capaces de generar un potencial de acción o no.
Hay dos tipos de sumatorios, estos son los sumatorios temporales y espaciales, respectivamente. Los sumatorios espaciales pueden definirse como señales procedentes de múltiples entradas simultáneas. Por otro lado, la suma temporal proviene de entradas repetidas. Esencialmente, para lograr un potencial de acción, se debe alcanzar el voltaje umbral. Esto puede determinarse sumando las entradas individuales de la suma temporal y espacial.
Hay dos tipos de neurotransmisores liberados por las neuronas presinápticas. La despolarización es causada por los neurotransmisores excitatorios, esto se llama un potencial postsináptico excitatorio (EPSP). Los neurotransmisores inhibitorios provocan una hiperpolarización, es decir, un potencial postsináptico inhibitorio (IPSP). Las neuronas son capaces de afectarse mutuamente de varias maneras. Son capaces de causar excitación, inhibición y pueden sesgar la excitabilidad de las demás.
La desinhibición es la eliminación de las entradas excitatorias que pueden facilitar una vía. La desinhibición, por otro lado, es la eliminación de entradas inhibitorias.
Las entradas de múltiples fuentes en una neurona pueden sumarse espacialmente, sin embargo, las entradas deben estar estrechamente espaciadas para que ninguna de las primeras entradas decaiga. Si una neurona está recibiendo múltiples entradas de una sola fuente en el intervalo de tiempo cercano requerido para que ninguna entrada decaiga, entonces estas entradas pueden sumarse temporalmente.
Otro factor muy importante para determinar si se alcanza el potencial umbral y se logra un potencial de acción o no es la distancia entre la sinapsis y el cuerpo celular neuronal. Cuanto más cercana sea la distancia entre la sinapsis y el cuerpo celular, mayor será la sumatoria y más probable será que se provoque un potencial de acción.
Como sabemos el medio de desplazamiento de una neurona postsináptica es una dendrita. Estas dendritas tienen pocos canales iónicos activados por voltaje. Por lo tanto, al llegar al cuerpo celular neuronal, el potencial postsináptico se atenúa. Este cuerpo celular neuronal suma estos potenciales entrantes. Un potencial de acción es entonces provocado por la transmisión del potencial neto al montículo del axón.
Sumación espacial
Cuando las entradas de múltiples neuronas desencadenan un potencial de acción, esto se denomina sumación espacial. Estos potenciales provienen más comúnmente de las dendritas, sumamos estas entradas para obtener la sumatoria espacial.
Cuanto mayor sea el número de potenciales postsinápticos excitatorios, mayores serán las posibilidades de que el potencial alcance el potencial umbral para provocar un potencial de acción. Del mismo modo, cuanto mayor sea el número de potenciales postsinápticos inhibitorios, menores serán las posibilidades de alcanzar el potencial umbral para generar un potencial de acción.
Las posibilidades de provocar un potencial de acción también se ven influidas de forma significativa por la proximidad de la entrada dendrítica al montículo del axón. Cuanto más cerca esté la entrada dendrítica del montículo del axón, más probable será que provoque un potencial de acción. La derivación de un potencial postsináptico excitatorio es la anulación de una entrada excitatoria por la suma espacial de entradas inhibitorias.
Sumación temporal
Cuando una gran cantidad de potenciales de acción de neuronas presinápticas desencadena potenciales de acción postsinápticos que se suman entre sí, esto se denomina sumatoria temporal.
En este caso, el intervalo entre los potenciales de acción es menor que la duración del potencial de acción postsináptico. La sumatoria puede aumentar si la constante de tiempo de la membrana celular es lo suficientemente larga. Cuando se inicia el siguiente potencial postsináptico, la amplitud del potencial postsináptico anterior se sumará con él produciendo un potencial mayor aumentando la probabilidad de alcanzar el potencial umbral.
Mecanismo
Las células postsinápticas contienen canales iónicos, estos canales iónicos pueden abrirse o cerrarse dependiendo de qué neurotransmisor se una a los receptores. La apertura/cierre de estos canales crea un potencial postsináptico. Hay dos tipos de potenciales postsinápticos. Un potencial postsináptico excitatorio es aquel que aumenta las posibilidades de iniciar un potencial de acción. Del mismo modo, los potenciales postsinápticos inhibitorios disminuyen las posibilidades de que se inicie un potencial de acción.
Neurotransmisores excitatorios (glutamato)
Un ejemplo claro de neurotransmisor excitatorio es el glutamato. Este glutamato se une a los receptores AMPA de la membrana postsináptica. Esta unión provoca una afluencia de cationes de sodio. Esta afluencia de sodio provoca una despolarización. Esto se denomina potencial postsináptico excitatorio (EPSP). Es esencial tener en cuenta que para que la suma de los EPSP alcance el potencial umbral, se requiere un gran número de estas entradas. Los efectos de los neurotransmisores duran mucho más que los de los impulsos presinápticos.
La diferencia entre los potenciales postsinápticos excitatorios y los potenciales de acción es que los potenciales postsinápticos excitatorios son capaces de sumar sus entradas produciendo una respuesta graduada a diferencia de la respuesta de todo o nada en la que el potencial umbral puede ser alcanzado estimulando un potencial de acción o puede no ser alcanzado en absoluto.
Neurotransmisores inhibitorios (GABA)
El GABA es el principal neurotransmisor implicado en los potenciales postsinápticos inhibitorios (IPSP). Al unirse a los receptores de las neuronas postsinápticas, el GABA abre canales iónicos específicos que son diferentes de los que se abren en los EPSP por los neurotransmisores excitatorios como el glutamato. Estos canales permiten la entrada de aniones con carga negativa o la salida de cationes con carga positiva. El anión en este caso son los iones de cloruro. Los cationes efluentes son iones de potasio. Ambos iones tienen el mismo efecto en la disminución del potencial de membrana causando la hiperpolarización de la neurona postsináptica.
La suma de estos IPSPs y la caída del voltaje de membrana se desviará del potencial umbral inhibiendo un potencial de acción. Sin embargo, estos IPSPs y EPSPs pueden ocurrir al mismo tiempo, por lo que la neurona postsináptica puede estar recibiendo señales excitatorias del glutamato y señales inhibitorias del GABA. El objetivo del glutamato inhibitorio es bajar el potencial de membrana lejos del potencial umbral mediante la hiperpolarización.
Procesamiento algebraico de EPSPs e IPSPs
En cualquier neurona, en cualquier momento, estará recibiendo numerosas entradas de EPSP e IPSP simultáneamente. Para determinar la salida si el potencial umbral será alcanzado y un potencial de acción será elicitado o no, el procesamiento algebraico de estos EPSPs y IPSPs debe ser tomado. Estas neuronas recibirán numerosas entradas, ya sea de múltiples neuronas (suma espacial) o de múltiples entradas de una sola neurona (suma temporal).
Esta salida depende del número de cada tipo de neurotransmisor, ya sean neurotransmisores excitatorios como el glutamato, que causan la afluencia de iones de sodio a través de los canales de iones de sodio, o neurotransmisores inhibitorios como el GABA, que causan una afluencia de iones de cloruro o de potasio a través de los canales de iones de cloruro o de potasio, respectivamente. Esta sinapsis puede denominarse punto de decisión donde el procesamiento algebraico de estos IPSPs y EPSPs determina la salida.
Colina del axón
La parte del cuerpo celular de una neurona que se conecta al axón se llama colina del axón. Tiene una escasa distribución de sustancia de Nissl. Podemos identificarla mediante microscopía óptica. Como este montículo axónico conecta el axón y el soma de la neurona, es la región final del soma donde se produce la suma de los potenciales de membrana de las entradas sinápticas. Esta suma se transmite después al axón.
Aunque en el pasado muchos creían que el montículo del axón era la zona de disparo donde se inician los potenciales de acción, ahora se cree que el segmento inicial entre el segmento inicial del axón no mielinizado y el pico del montículo del axón es donde se inicia el potencial de acción. El punto positivo del axón donde se inicia el potencial de acción varía de una célula a otra.
La estimulación hormonal y los efectos del segundo mensajero del neurotransmisor también pueden cambiar este punto positivo. La localización de los potenciales de membrana en la parte somal o axonal de la célula puede lograrse mediante la delimitación de distintos dominios de membrana entre el axón y el cuerpo celular. Esto puede lograrse mediante el montículo axónico.
Shunting
A menudo, en una neurona, los potenciales postsinápticos excitatorios y postsinápticos inhibitorios en una dendrita están muy cerca el uno del otro. Esto se denomina derivación. Además de en las dendritas, la derivación también puede producirse en el soma de una célula.
La suma temporal nos diría que hay que sumar estos potenciales postsinápticos excitatorios y postsinápticos inhibitorios para determinar la salida resultante si se alcanza el potencial umbral y se inicia un potencial de acción o no. Sin embargo, en el caso de que esta secuencia de eventos ocurra en el soma de una llamada, la resistencia de la célula se ve alterada por la entrada inhibitoria. La célula comienza a filtrarse, esto creará una derivación en lugar de deshacerse del efecto de la entrada excitatoria.
Aplicación terapéutica
Cuando se habla de estimulación nociceptiva, la sumación temporal es la integración de estímulos dolorosos repetitivos. Por otro lado, la sumatoria espacial es la integración de la entrada nociceptiva de grandes áreas. Muchas enfermedades crónicas presentan síntomas de dolor de larga duración y generalizado. Por lo tanto, en las enfermedades crónicas se encuentran sumatorios nociceptivos tanto temporales como espaciales. Los experimentos de estimulación por presión demuestran que la suma temporal de las entradas nociceptivas se ve facilitada por la suma espacial. Por lo tanto, la mejor línea de acción en el tratamiento del dolor crónico es dirigir el tratamiento hacia la sumatoria espacial y temporal del dolor.
Investigación
La mayoría de los experimentos de sumatoria espacial se prueban en neuronas ópticas y sensoriales, la razón de esto es que tienen un rango constante de frecuencia de neuronas excitatorias e inhibitorias. La atenuación del potencial postsináptico de los cuerpos celulares de las neuronas y de las dendritas es el gran foco de atención de la sumatoria neuronal en los estudios recientes. Debido a que la respuesta de estas interacciones es menor que la suma de las respuestas individuales, estas respuestas se describen como no lineales. La derivación es una causa común de este efecto. La derivación es la disminución de la conductancia del potencial postsináptico excitatorio.
Naoki Kogo y Michael Ariel fueron capaces de experimentar en el núcleo óptico basal de tortuga, a partir de esto fueron capaces de sacar información sobre la inhibición de derivación. Según su trabajo, la suma espacial de EPSP e IPSP provocó la atenuación de la respuesta excitatoria durante la respuesta inhibitoria. También se observó que después de la atenuación había un aumento de la respuesta excitatoria. El control de este experimento consistió en comprobar la atenuación cuando una corriente de hiperpolarización activaba estos canales sensibles al voltaje. Se concluyó que la atenuación es causada por la apertura del canal del receptor sináptico y no por la hiperpolarización.
Conclusión
En cualquier momento, una neurona estará recibiendo múltiples entradas de múltiples neuronas diferentes.
Estas entradas pueden ser excitatorias o inhibitorias, sin embargo, para determinar si se alcanzará el potencial umbral y se provocará un potencial de acción o no, hay que tener en cuenta una serie de factores.
Diferentes neurotransmisores tienen diferentes efectos, los neurotransmisores excitatorios como el glutamato provocan la apertura de los canales de iones de sodio causando la afluencia de iones de sodio aumentando el potencial de la membrana. Los neurotransmisores inhibidores como el GABA pueden abrir los canales de iones de cloruro causando la entrada de iones de cloruro o pueden abrir los canales de iones de potasio causando la salida de iones de potasio.
Ambos efectos disminuyen el potencial de membrana desviándolo del voltaje umbral disminuyendo las posibilidades de iniciar un potencial de acción.
Otro factor que aumenta las posibilidades de iniciar un potencial de acción es la proximidad de la entrada dendrítica al montículo del axón, cuanto más cerca, más posibilidades de iniciar un potencial de acción. Un montículo axónico es una parte del soma de una neurona que la conecta con el axón.
Los neurotransmisores excitatorios aumentan las posibilidades de despolarización, el cambio en el voltaje de la membrana se denomina potencial postsináptico excitatorio (EPSP). Los neurotransmisores inhibitorios aumentan las posibilidades de hiperpolarización, este cambio en el potencial de membrana se llama potencial postsináptico inhibitorio (IPSP).
Si se alcanza el voltaje umbral y se inicia un potencial de acción o no, depende de la suma algebraica de las entradas individuales. Hay dos tipos de suma.
La suma de múltiples entradas procedentes de varias neuronas presinápticas diferentes que desencadenan un potencial de acción se denomina suma espacial. Una alta frecuencia de entradas de una neurona presináptica sumada para producir un potencial de acción se denomina sumación temporal. La duración de este potencial postsináptico es mayor que la duración entre los respectivos potenciales de acción.