Transducción Sensorial y Receptores

Cómo las células receptoras especializadas convierten la energía de la luz, el sonido, la fuerza mecánica, los químicos e incluso los campos eléctricos y magnéticos en el lenguaje eléctrico del sistema nervioso.

Definition

La transducción sensorial es la conversión de un estímulo externo o interno por una célula receptora en un cambio en el potencial de membrana —el potencial de receptor— que puede ser transmitido al sistema nervioso, utilizando cada modalidad sensorial proteínas receptoras y vías de señalización adecuadas para su forma de energía de estímulo.

Scope

Este tema abarca los mecanismos celulares por los cuales los receptores sensoriales detectan estímulos y producen potenciales de receptor graduados: fototransducción en fotorreceptores, mecanotransducción en células ciliadas y receptores táctiles y de estiramiento, quimiorrecepción en el gusto y el olfato, termorrecepción y modalidades especializadas como la electrorrecepción y la magnetorrecepción. Aborda la sensibilidad del receptor, la adaptación, el fraccionamiento del rango y la diversidad de adaptaciones sensoriales en los animales. La cobertura es comparativa y mecanicista.

Core questions

• ¿Cómo convierten las células receptoras diferentes tipos de energía de estímulo en una señal eléctrica?
• ¿Por qué se adaptan los receptores sensoriales y cómo la adaptación moldea lo que percibe un animal?
• ¿Cómo se codifica la intensidad y calidad del estímulo en el receptor antes de que llegue al cerebro?
• ¿Qué sentidos especializados han evolucionado y cómo funcionan sus mecanismos de transducción?

Key theories

Potencial de receptor como transducción graduada

A diferencia del potencial de acción de todo o nada, un receptor sensorial produce un potencial de receptor (generador) graduado cuyo tamaño refleja la intensidad del estímulo, que luego se codifica como una frecuencia de potenciales de acción en el nervio aferente.

Cascadas de transducción específicas de la modalidad

Cada sentido utiliza una vía molecular dedicada —una cascada de fototransducción de proteína G en la visión, canales activados mecánicamente en la audición y el tacto, y proteínas receptoras para la quimiorrecepción— de modo que diversas energías de estímulo se canalizan hacia señales eléctricas comunes.

Mechanisms

En los fotorreceptores, la luz isomeriza el retinal unido a la opsina, activando una cascada de proteínas G que cambia la actividad del canal regulado por nucleótidos cíclicos y, por lo tanto, el potencial de membrana. En los mecanorreceptores, como las células ciliadas, la deflexión abre directamente los canales iónicos activados mecánicamente, produciendo una despolarización rápida. Los quimiorreceptores del gusto y el olfato utilizan receptores y canales de membrana para detectar moléculas disueltas o en el aire, mientras que los termorreceptores utilizan canales sensibles a la temperatura. En cada caso, el potencial de receptor se gradúa con la fuerza del estímulo, sufre adaptación a través de varios mecanismos y se convierte en un tren de potenciales de acción cuya frecuencia codifica la intensidad. Sistemas especializados —electrorreceptores en peces, órganos de fosas infrarrojas en algunas serpientes y magnetorreceptores propuestos— extienden la transducción a estímulos que los humanos no pueden percibir.

Clinical relevance

La comprensión de la transducción subyace a las prótesis sensoriales como los implantes cocleares y retinianos y explica muchas formas de pérdida sensorial; la fisiología sensorial comparada también informa la ecología sensorial y el diseño de sensores biomiméticos. Esta entrada es material de referencia educativa en lugar de orientación clínica.

History

El trabajo sobre la mecánica coclear de von Békésy y sobre los pigmentos visuales y las respuestas retinianas de Wald, Granit y Hartline estableció la base celular de la audición y la visión a mediados del siglo XX. La fisiología comparada mapeó posteriormente las cascadas moleculares de la transducción y reveló sentidos exóticos como la electrorrecepción, ampliando la imagen más allá de los cinco sentidos clásicos.

Key figures

• Georg von Békésy
• Ragnar Granit
• Haldan Keffer Hartline
• George Wald

Seminal works

• hill2016
• schmidtnielsen1997
• randall2002

Frequently asked questions

¿Por qué los receptores sensoriales no disparan potenciales de acción directamente?

La mayoría de los receptores producen primero un potencial de receptor graduado proporcional a la fuerza del estímulo; esto se traduce luego en una frecuencia de potenciales de acción, lo que preserva la información de intensidad a largas distancias.

¿Qué es la adaptación sensorial?

Es la disminución de la respuesta de un receptor a un estímulo constante e inmutable, lo que permite que los sistemas sensoriales enfaticen el cambio y se mantengan sensibles en una amplia gama de condiciones.