Comprender lo que sucede durante los periodos refractarios y su duración es importante debido a que la alteración de estos es un marcador sensible de la disfunción axonal en afecciones como el síndrome de Guillain-Barré, el síndrome del túnel carpiano y la esclerosis múltiple,¹⁹ en donde dichos periodos se prolongan y la velocidad de conducción del impulso nervioso se reduce.^20,21 Así pues, el periodo refractario corresponde al breve momento en el que la membrana pasa de ser totalmente insensible ante un segundo estímulo, a recuperar de nuevo su sensibilidad; este proceso consta de dos momentos críticos denominados periodo refractario absoluto y periodo refractario relativo.

El periodo refractario absoluto comienza justo en el momento en que la membrana alcanza su nivel umbral o nivel de disparo,²² pues en ese instante las compuertas de activación e inactivación de algunos canales de Na⁺ activados por voltaje se abren (estado activado) y los iones de sodio fluyen masivamente al interior celular despolarizando la membrana, lo que a su vez actúa como estímulo eléctrico para provocar que más de estos canales de Na⁺ se abran e ingrese mayor cantidad de sodio a la célula.^2,7 Este proceso de retroalimentación positiva continúa hasta que todos los canales de Na⁺ activados por voltaje se abren por completo⁷ e ingresan más iones de sodio a la célula, lo cual conduce a que el potencial de membrana se haga positivo hasta alcanzar un pico máximo de +35mV, tal como sucede en las motoneuronas alfa. En este punto es importante aclarar que, sin importar qué tan fuerte haya sido aplicado el estímulo para originar un potencial de acción, la onda despolarizante siempre alcanzará un valor máximo de +35mV debido a dos fenómenos eléctricos que se presentan de manera simultánea:

Las compuertas de inactivación de los canales de Na⁺ se cierran rápidamente (estado inactivado)^7,8,13,14, bloqueando el flujo de entrada de más iones de sodio, aunque se debe anotar que en un estudio realizado con neuronas Purkinjenses se encontró que, contrario a lo que se suponía, no todos los canales de Na⁺ se inactivan,²³ lo cual indicó que aunque el flujo de entrada de sodio nunca se detiene, sí se reduce considerablemente.

A medida que el potasio sale de la célula, el potencial de membrana comienza a disminuir de manera progresiva alterando su campo eléctrico, lo cual es percibido por algunos canales de Na⁺ que alteran su estado conformacional, de tal suerte que se cierran sus compuertas de activación y, simultáneamente, se abren sus compuertas de inactivación (estado en reposo). Puesto que hasta este momento la gran mayoría de canales de Na⁺ se encuentran cerrados, la membrana se hace totalmente refractaria a la llegada de un segundo estímulo, sin importar qué tan fuerte sea aplicado.⁷ En conclusión, el periodo refractario absoluto se extiende desde el nivel de disparo hasta que se completa cerca de un tercio de la repolarización,²² momento en el que el voltaje del potencial de membrana ya ha caído lo suficiente como para que algunos canales de Na⁺ puedan abrir sus compuertas de activación; si a estos se suman los pocos canales de Na⁺ que permanecieron activos todo el tiempo, entonces la membrana ya puede estar en condiciones de reaccionar ante un segundo estímulo, siempre y cuando este sea aplicado con mayor intensidad de lo normal.^2,7,8

A medida que la fase de repolarización sigue avanzando con rapidez por la salida de potasio, más canales de Na⁺ entran en estado de reposo y, por consiguiente, la membrana se va haciendo cada vez más sensible y susceptible de responder a nuevos estímulos despolarizantes. Esta susceptibilidad creciente corresponde al período refractario relativo, el cual se extiende desde el final del primer tercio de la repolarización hasta el inicio de la posdespolarización.²²

Algunas definiciones que se encuentran en la literatura sobre los periodos refractarios absoluto y relativo son confusas y contradictorias, pues al parecer no tienen en cuenta el modo de funcionamiento normal de los canales activados por voltaje para Na⁺ y K⁺:

El período refractario absoluto ha sido ampliamente estudiado, por ejemplo, Karp¹ manifiesta que en este los canales de sodio solo se pueden abrir varios mili-segundos después de su inactivación; Kandel et al.² lo definen como aquel momento que se da inmediatamente después del potencial de acción; Hall⁷ expresa que es aquel espacio de tiempo durante el cual no se puede generar otro potencial de acción, incluso con un estímulo intenso; Zigmond et al.²⁴ y Squire et al. ²⁵ expresan que es el momento en el cual, después de generarse un potencial de acción, usualmente no se puede originar otro potencial sin importar la cantidad de corriente que se le inyecte al axón, lo cual está mediado por la inactivación de los canales de sodio; Silbernagl & Des-popoulos²⁶ indican que es un breve período de tiempo después de la despolarización durante el cual el nervio o el músculo no puede ser excitado; Berry & Meister²⁷ indican que es aquel momento en el que una neurona que ha disparado un potencial de acción no puede generar otro potencial por un tiempo determinado, independiente de la intensidad del estímulo; finalmente, Boron & Boulpaep²⁸ afirman que es la primera fase del potencial de acción y que en esta es imposible provocar un segundo potencial, independientemente de la intensidad o la duración del estímulo que se aplique.

Debido a que un potencial de acción involucra una onda ascendente de despolarización seguida por otra onda descendente de repolarización, y dado que el campo eléctrico que se genera es el responsable de la apertura y el cierre de los canales activados por voltaje para Na⁺ y K⁺, se deduce entonces que las anteriores definiciones para periodo refractario absoluto están desfasadas y no coinciden con el modo de funcionamiento eléctrico de los canales iónicos, pues aducen que dicho período se presenta después de haberse llevado a cabo el potencial de acción. Además, el tiempo de duración que se le atribuye a este corto período es incierto y prolongado ya que se habla de "varios" milisegundos o de un "breve" período de tiempo.

En el estudio de Rompré & Miliaressis,²⁹ realizado en ratas mediante la aplicación de dos estímulos a intervalos distintos, se encontró que los períodos refractarios absolutos de las neuronas más excitables del metencéfalo duran entre 0.6ms y 0.8ms, mientras que en la mayoría de las neuronas del mesencéfalo duran 0.4ms. Estos valores son bastante coherentes con el tiempo de duración del potencial de acción en las neuronas mielinizadas de mamíferos, que, como se mencionó antes, se completa en menos de 1ms.

Por su parte, el período refractario relativo también ha sido ampliamente estudiado: Kandel et al.² lo definen como el espacio de tiempo durante el cual es posible activar un potencial de acción si se aplica un estímulo más potente de lo normal; Hall⁷ indica que es aquella fracción de segundo en la que después de generarse un potencial de acción se abren las compuertas de inactivación del canal de sodio y se puede iniciar otro potencial de acción; Zigmond et al.²⁴ y Squire et al.²⁵ afirman que es aquel que se da después del período refractario absoluto, durante la fase de posthiperpolarización del potencial de acción, y Berry & Meister²⁷ dicen que es el período de recuperación luego del potencial de acción y durante el cual la tasa de disparos se restablece poco a poco a su valor libre.

Aunque las anteriores definiciones coinciden básicamente con el análisis teórico de lo que sucede en el período refractario relativo, es necesario aclarar y reforzar la idea de que el periodo refractario relativo se presenta inmediatamente después de terminado el período refractario absoluto y, por tanto, abarca casi los dos tercios restantes de la onda de repolarización del potencial de acción, es decir, este no solo se presenta durante la posthiperpolarización como lo indican Zigmond et al.²⁴ y Squire et al.²⁵. La implicación práctica de los periodos refractarios es que no permiten que los potenciales de acción reverberen entre el segmento inicial del axón y los terminales axónicos.²⁵