Espigas de bajo umbral

La ritmogénesis en una neurona se debe a una inestabilidad asociada con el potencial de reposo . Dicha inestabilidad puede atribuirse a las propiedades de las corrientes de calcio de bajo umbral. La corriente se activa alrededor de −60  mV, lo que le permite generar un potencial de acción de bajo umbral en o cerca del potencial de reposo. ^{[ 4 ]}

En un hallazgo relativamente reciente, se ha demostrado que las células mantenidas en un nivel hiperpolarizado exhiben ritmicidad intrínseca, lo que resulta en un comportamiento oscilatorio espontáneo debido a despolarizaciones impulsadas por Ca²⁺ ^. Como resultado, se producen una o más ráfagas cortas de potenciales de acción, seguidas de hiperpolarización y luego repolarización antes de la siguiente ráfaga. ^{[ 5 ]}

Un estudio realizado por Gutiérrez et al. examinó la cinética de los potenciales de acción de bajo umbral para comprender mejor su importancia en las funciones normales del cerebro. Se ha determinado experimentalmente que cuatro corrientes iónicas contribuyen a estos potenciales, generando tres fases distintas tras la hiperpolarización . Las corrientes transitorias de K+ hacia el exterior, posteriores a los potenciales de acción, pueden causar hiperpolarización, permitiendo la aparición de potenciales de acción de bajo umbral. Una corriente de fuga óhmica inicial, compuesta por iones K+ y Na+, caracteriza la primera fase. A esta le sigue una corriente de "caída" activada por hiperpolarización que contribuye a la despolarización lenta del potencial de membrana. Una corriente de Ca2 ^{+ hacia el interior a través de} los canales de calcio de tipo T constituye la última fase y es la principal responsable de la gran despolarización transitoria. Esta corriente anula las demás una vez activados los canales de tipo T. Las otras corrientes afectan principalmente a la activación de los potenciales de acción de bajo umbral (LTS). ^{[ 6 ]}

El canal de calcio de tipo T se encuentra en neuronas de todo el cerebro. Estos canales producen corrientes particularmente grandes en neuronas talámicas, septales y sensoriales. Debido a su activación cerca del potencial de membrana en reposo , así como a su rápida recuperación de la inactivación, son capaces de generar potenciales de acción de bajo umbral, lo que da como resultado una ráfaga de potenciales de acción .

Los canales de tipo T desempeñan una función de marcapasos secundario en neuronas con un potencial de membrana en reposo entre -90 y -70 mV, ya que tienen un papel importante en la génesis de la descarga en ráfagas. Un potencial postsináptico excitatorio (EPSP) abre los canales, generando así un LTS. El LTS desencadena potenciales de acción dependientes de Na ^{+ y activa los canales} de calcio activados por alto voltaje . ^{[ 7 ]}

La evidencia de corriente de calcio de bajo umbral se describió por primera vez en neuronas del núcleo olivar inferior (1981). Este núcleo genera actividad rítmica sincrónica, que bajo ciertas condiciones se manifiesta como un temblor. Se han descrito picos de calcio de bajo umbral en neuronas de una variedad de núcleos cerebrales, incluyendo el relevo talámico, la formación reticular pontina medial, la habénula lateral, el septo, los núcleos cerebelosos profundos, CA1-CA3 del hipocampo, la corteza de asociación, los núcleos paraventricular y preóptico del hipotálamo, el rafe dorsal, el globo pálido , el cuerpo estriado y el núcleo subtalámico .

Las células de relevo talámicas muestran dos tipos de respuestas. Un modo de respuesta es el modo de relevo o tónico, en el que la célula se despolariza y las LTS se inactivan. Esto conduce a la descarga tónica de potenciales de acción. El segundo modo de respuesta es el modo de ráfaga, en el que la célula se hiperpolariza y generalmente responde con LTS y sus ráfagas asociadas de potenciales de acción. ^{[ 8 ]}

En general, la LTS no puede desencadenarse por la despolarización de la neurona desde su potencial de membrana en reposo. La LTS se observa tras la aplicación de un pulso hiperpolarizante a la célula neuronal, proceso denominado "desinactivación", que resulta de la recuperación de los canales iónicos tras su inactivación.

Las LTS suelen desencadenarse tras un potencial postsináptico inhibitorio (PPSI) debido a la rápida recuperación de los canales de calcio de tipo T durante el PPSI y su apertura, al producirse un retorno al potencial de membrana en reposo.

Existe una fuerte correlación entre la amplitud de la LTS y el número de potenciales de acción que resultan de una LTS. La despolarización de los canales T es mucho mayor cerca de la ubicación dendrítica de los receptores activados que en el soma. La activación de los receptores metabotrópicos de glutamato o muscarínicos produce un desplazamiento hiperpolarizante en la relación entre la amplitud de la LTS y el potencial inicial de la membrana. Esto afecta la amplitud máxima de la LTS. Esto significa que existe una dependencia entre la amplitud de la LTS y el voltaje, y por lo tanto, el número resultante de potenciales de acción generados. ^{[ 9 ]}

Cuando la hiperpolarización de la membrana en estas interneuronas se mantiene a un cierto nivel, la conductancia del calcio se reduce, o incluso se inactiva por completo. Esto provoca que la polarización de la membrana no se encuentre en el rango adecuado para los potenciales de acción individuales, lo que da lugar a descargas. Por consiguiente, la LTS depende de la conductancia del calcio. ^{[ 10 ]}

El cuerpo estriado , un núcleo de los ganglios basales , contiene interneuronas de potenciales de acción de bajo umbral. Los ganglios basales desempeñan numerosas funciones, entre las que se incluyen el control motor involuntario, las emociones y la cognición. Estas interneuronas producen óxido nítrico y son moduladas por neurotransmisores, específicamente la serotonina , liberada desde el tronco encefálico . La serotonina inhibe estas interneuronas. Esto se estudió utilizando ratones transgénicos en los que las interneuronas de óxido nítrico se marcaron de verde con proteína verde fluorescente (GFP). La serotonina se une a los receptores de serotonina en la interneurona (5-HT2c), lo que aumenta la conductancia de potasio y, posteriormente, disminuye la excitabilidad de la neurona. ^{[ 11 ]}

Se ha demostrado que la amplitud de la LTS se correlaciona directamente con la magnitud de la corriente transitoria de Ca²⁺ ^que subyace a la LTS en ciertas células neuronales. Estas se desencadenan por una combinación de una membrana hiperpolarizada, o la desinactivación de los canales de Ca²⁺ ^, y una entrada despolarizante supraliminal. Por lo tanto, la amplitud del pico de Ca²⁺ ^depende principalmente del nivel de hiperpolarización de la membrana previa y de la entrada despolarizante.

Sin embargo, se ha demostrado que los LTS son eventos de todo o nada debido a la naturaleza regenerativa del fenómeno. Al igual que los potenciales de acción que los siguen, los LTS varían poco en amplitud o forma a diferentes potenciales de mantenimiento. Esto implica que las entradas despolarizantes supraliminares no afectan la amplitud y solo influyen en la activación inicial del LTS. La cantidad de desinactivación determina la conductancia de los canales de Ca2 ⁺ y es el factor principal que contribuye a la amplitud del LTS. También se ha sugerido que la actividad de los canales de K+ rectificadores retardados puede afectar la amplitud del LTS. Por lo tanto, se cree que el disparo en ráfaga causado por los LTS se utiliza como señalización de encendido/apagado, a diferencia del disparo tónico, que es gradual y más sensible a la intensidad de las entradas despolarizantes. ^{[ 10 ]}

La latencia de un LTS es el tiempo transcurrido entre el pulso despolarizante y su pico. Se ha demostrado que, a diferencia de la amplitud , se ve directamente afectada por la magnitud de la corriente despolarizante inicial. Esto se deriva de la interacción entre la respuesta óhmica inicial hacia el exterior, que consiste en la fuga de iones K+ fuera de la célula en respuesta al cambio en el potencial de membrana , y la activación dependiente del voltaje de los canales de calcio de tipo T.

La latencia disminuye con un aumento de la corriente despolarizante, que supera la corriente óhmica de salida y despolariza la membrana más rápidamente. Esto activa con mayor rapidez el crecimiento exponencial del pico de Ca²⁺ ^. Esta reducción se produce de forma más pronunciada con corrientes despolarizantes cercanas al umbral y de forma más gradual a medida que las inyecciones de corriente aumentan más allá del umbral. La latencia no puede reducirse más allá de cierta corriente despolarizante y se vuelve casi uniforme con cualquier corriente mayor. Esto ha llevado a la hipótesis de que la señalización en ráfaga como resultado de la LTS con entradas activadoras más fuertes es más estable que la LTS debida a entradas activadoras cercanas al umbral. ^{[ 10 ]}

El tálamo es responsable de transmitir señales sensoriales y motoras a la corteza cerebral . Por lo tanto, se han realizado numerosas investigaciones sobre los potenciales de acción de bajo umbral en las neuronas del tálamo y su posible relación con la enfermedad de Parkinson y la consiguiente pérdida de la función motora. La hipobradicinesia , observada en la enfermedad de Parkinson, mejora con la talamotomía medial ; esto sugiere que se debe a la interferencia de las descargas de potenciales de acción de bajo umbral del tálamo con las funciones corticales. ^{[ 14 ]}

Se ha observado que las LTS se producen en el tálamo lateral humano durante el sueño; sin embargo, desaparecen tan pronto como el paciente despierta. Las actividades de descarga anormales de LTS que se han observado en pacientes parkinsonianos despiertos sugieren una relación entre la condición clínica y esta actividad neuronal. ^{[ 15 ]}