Generación de potenciales de acción en los nervios
En 1963 Sir John Eccles, Alan Lloyd Hodgkin y Andrew Fielding Huxley ganaron el Premio Nobel de fisiología o medicina por su trabajo acerca de los mecanismos iónicos implicados en la excitación e inhibición de la porción periférica y central de la membrana de la célula nerviosa.
Su trabajo fue determinante en la rivalidad entre las teorías químicas y eléctricas de la transmisión sináptica, un tema controvertido en aquel momento. No obstante, la decisiva victoria de la teoría química tuvo que esperar hasta que Fatt y Katz consiguieron registros intracelulares de uniones neuromusculares y células nerviosas.
Sir John Eccles investigó los procesos fundamentales de la excitación e inhibición neuronal. Usó el reflejo de estiramiento como modelo, estudiado con facilidad porque se compone de dos neuronas: una neurona sensorial sinapsa en la médula espinal con una neurona motora. Mediante la inserción de un microelectrodo capilar, con una punta de 0.0005 milímetros de diámetro en células nerviosas individuales de la médula espinal, Sir Eccles demostró que estas células nerviosas poseen un potencial de reposo de alrededor de menos 70 milivoltios en la membrana celular. Si a la célula le llega un impulso que resulta en excitación, la membrana celular se despolariza (alrededor de -70 mv), y por el contrario, si causa inhibición, la membrana de la célula se hiperpolariza por debajo del potencial de reposo. De forma individual, los potenciales excitatorios postsinápticos o EPSP no bastan para que se dispare un potencial de acción en un nervio. Sin embargo, la suma de varios EPSPs de múltiples neuronas sensoriales que sinapsan en una neurona motora disparan su actividad eléctrica. Por otro lado, los potenciales inhibitorios postsinápticos o IPSPs pueden sustraerse de esta suma de EPSPs, impidiendo la descarga de la actividad de la neurona motora. Eccles demostró los fenómenos de excitación e inhibición neuronal en términos eléctricos.
Su trabajo tuvo una importancia fundamental en la comprensión del proceso de conducción del impulso nervioso y ayudó a entender mejor la naturaleza de la transferencia de iones a través de las membranas celulares, lo cual Hodgkin y Huxley exploraron con mayor detalle.
Ambos científicos trabajaron juntos en descifrar la naturaleza físico-química de los impulsos nerviosos. El impulso nervioso es un evento de transmisión eléctrica producido por un axon en si mismo cuando se membrana de despolariza.
Durante el impulso nervioso el potencial de acción supera en un 35% el valor del potencial de reposo de la membrana, lo que resulta en un potencial de membrana de alrededor de 100mv que dura aproximadamente 1 milisegundo. El potencial de acción recorre como una ola el nervio y es una unidad fundamental en el código que usan las células nerviosas para comunicarse entre ellas y transportar instrucciones del cerebro a las células motoras y viceversa para las sensoriales. Los axones de las células nerviosas contienen iones de potasio contenidos en las membranas que les impiden difundirse fuera en los fluidos corporales ricos en sodio. El potencial de reposo de la célula nerviosa es debido a un diferencial en el potencial eléctrico producido por un aumento progresivo de los iones de potasio en el interior de las fibras nerviosas.
Hodgkin y Huxley observaron despolarización nerviosa en axones de calamar gigante, los cuales miden alrededor de 0.7 mm de diámetro en comparación con un diámetro de 0.015 en vertebrados. Observaron que la despolarización inicia un derrame de iones de sodio en el axon, creando así la fase de ascenso en el impulso nervioso. Esta fase termina enseguida y se sustituye por un nuevo derrame de iones de potasio desde el axon durante la fase de caída. Este equilibrio de sodio-potasio explica el impulso nervioso en términos fisico-químicos cuantitativos.
La contribución de estos tres científicos a los avances en este campo del conocimiento influyó profundamente la investigación de una amplia gama de trastornos neurológicos.
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