El axón gigante del (pequeño) calamar

Decir que un animal es “pequeño” siempre es algo relativo. El Loligo pealei tiene una longitud entre 30 y 50 centímetros pero tuvo un papel enorme en el desarrollo de la neurología. Dos investigadores, Alan Lloyd HodgkinyAndrew Huxley, lo utilizaron para comprender el funcionamiento interno de una neurona y ganarse el Premio Nobel. Seguro que no os sorprende saber que nuestras neuronas transmiten señales de una forma muy diferente un cable eléctrico. Pero averiguar cómo lo hacen costó mucho esfuerzo y dedicación

 

El objetivo de Hodgkin y Huxley, que era hermanastro del famoso escritor Aldous Huxley,  era explicar el funcionamiento del impulso nervioso. Sabemos que un pulso eléctrico recorre el axón de las neuronas. Esta parte de la neurona es el componente principal de nuestros nervios, los “cables” por los que transcurre el impulso nervioso. Pero su funcionamiento interno es muy distinto. En los cables eléctricos se establece una diferencia de potencial entre los dos extremos y esta diferencia es la que impulsa a los electrones. La metáfora clásica es un tubo de agua con los extremos de diferente altura. En este caso, la diferencia de altura hace que el agua se desplace de un extremo a otro. En un cable eléctrico es el diferente voltaje entre un generador y el punto de consumo. Sin embargo, nuestro sistema nervioso no funciona así. No hay una diferencia de potencial entre el principio y el final de un axón. Tampoco hay una diferencia de potencial entre nuestro cerebro un receptor sensorial situado en la punta de nuestros dedos. Entonces, ¿cómo es posible que el impulso nervioso se desplace?

 

Neuronas de Purkinje. Fuente: Wikipedia

 

En realidad, si existe una diferencia de potencial pero no se establece a lo largo de axón. El axón de una neurona es similar al tubo de una manguera y hay una diferencia de potencial entre el líquido de su interior y el líquido del exterior. Es el denominado potencial de membrana en reposo. Para mantenerlo, la neurona gasta energía moviendo algunos iones hace adentro y expulsando otros. Volviendo a utilizar términos eléctricos, tendríamos un condensador cargado que mantiene una diferencia de potencial entre los dos lados de la membrana. Se trata una situación inestable pero, inicialmente, no se transmite ninguna señal. Solo cuando se recibe un pulso de suficiente intensidad, la membrana del axón se abre y permite el intercambio de iones entre los líquidos interior y exterior.  Sería equivalente a una fila de piezas de domino, todas de pie, todas en situación inestable pero sin movimiento. Cuando llega un empujón suficientemente intenso, una pieza cae. Y, al caer, arrastra al resto de la fila. De esta forma, tenemos una propagación de la señal.

 

Propagación del impulso nervioso. Fuente: Centro Nacional de Información y Comunicación Educativa CNICE.

 

Leyendo esta explicación parece un mecanismo relativamente sencillo, o eso espero, pero averiguarlo costó mucho tiempo y esfuerzo. Un punto crítico para descubrir y entender este mecanismo era la medición de la diferencia de potencial entre el interior y el exterior del axón de la neurona. Estamos hablando de introducir sondas dentro de una célula y eso no es nada fácil. Mucho menos en el tiempo de Hodgkin y Huxley. Para estudiar su funcionamiento se utilizo una configuración denominada “voltage-clamp” que requería insertar dos finos electrodos enrollados alrededor de una varilla aislante. El diseño puede verse a continuación.

 

 

Electrodos a insertar en la neurona. Fuente: Swarthmore College 

 

Una forma de facilitar esta tarea era buscar neuronas con axones grandes. Y aquí destaca nuestro amigo el Loligo pealei Este animalito necesita reaccionar muy rápidamente para poder huir de sus depredadores y hay una relación directa entre el grosor de una neurona y la velocidad del impulso nervioso a través de la misma. Cuando mayor es, más rápido es el impulso. Cómo se ve en la foto, las neuronas del Loligo pealei son enormes comparadas con otros animales.

 

 

Comparativa de las neuronas del Loligo pealei y de un conejo.

Fuente: MEDICINA (Buenos Aires) 2004; 64: 273-276, ISSN 0025-7680 273

 

Esto permitió, tras muchos, muchos intentos, que Hodgkin y Huxley midiesen la variación en la diferencia de potencial de la membrana lo que les permitió comprender el flujo de los iones de sodio y potasio a través de la misma. Gracias a ello, Hodgkin y Huxley ganaron el premio Nobel de Medicina en 1963. Para terminar, nada mejor que este vídeo de 1970 donde puede verse una reconstrucción del experimento realizada por el propio Alan Hodgkin. (en inglés, 4:11 minutos) 

 

 

 

Esta anotación se publicó inicialmente en Naukas.com.