El Potencial de Acción Celular

Las membranas celulares están sometidas a una diferencia de potencial eléctrico

existente entre las superficies interna y externa de las mismas. Esta diferencia de potencial es

debida a la presencia de iones (+) y (-) distribuidos entre ambos compartimientos, intra- y

extracelular. Se ha calculado que el valor del potencial de membrana en reposo de una célula

tipo neurona promedia los -70 mV, o llegar a ser -90 mV en una célula de Purkinje cardíaca. Esta

diferencia de potencial crea sin duda, un campo eléctrico importante entre ambas caras de la

membrana celular. Esto significa que, el potencial en el interior de la célula es -70 mV más

negativo que el potencial del espacio extracelular.

Pero, ¿Por qué ese valor de potencial de membrana en reposo en la célula?...

¿Qué lo origina?... ¿Qué factores están involucrados?...

El potencial de reposo de la membrana es generado en virtud de que la membrana

celular presenta permeabilidades diferenciales a los distintos iones (básicamente Na+, K+ y Cl-),

así como a la distribución asimétrica de estos iones entre los dos compartimientos intra- y

extracelular. Hoy día se admite que la principal fuente del potencial de reposo es la distribución

desigual de iones inorgánicos como el Na+ y el K+, y más aún, dependiente de la distribución

del ion K+ a ambos lados de la membrana. De igual forma, se ha descrito que la bomba o

ATPasa de Na-K, al ser de carácter electrogénica, contribuye mínimamente al establecimiento

del potencial de membrana en reposo celular.

.-Permeabilidades relativas de los distintos iones. Ecuación de Goldman-Hodking-Katz:

Como se ha mencionado, los principales iones sometidos a gradiente químico, capaces

de difundir a través de la membrana plasmática son el Na+, K+ y Cl- los cuales se hallan

distribuidos asimétricamente entre el interior y exterior de la membrana. Bajo condiciones de

equilibrio cada ion va a tender a llevar el potencial de membrana a su propio potencial de

difusión o de equilibrio. De la misma forma, la diferencia de concentración es el factor

preponderante en la determinación de la magnitud del potencial de equilibrio de un ion; viene

determinado por la ecuación de Nernst:23

a 37 °C

Ce: concentración extracelular del ión

Ci: concentración intracellular del ión

Como se ha determinado electro-fisiológicamente, en células excitables de mamíferos la

situación es más compleja a causa de la presencia de estos iones, con 3 distintos coeficientes de

permeabilidad. Sin embargo, como la membrana plasmática no es permeable igualmente a

todos los iones (la permeabilidad del K+ en reposo, es 50 veces la del Cl-, y cerca de 100 veces

la del Na+) no todos participarán de igual manera en el establecimiento del potencial de

membrana en reposo; los iones más difusibles serán los que más participen.

La ecuación que se desarrolló para calcular el potencial de membrana en reposo,

considerando las permeabilidades relativas de los 3 iones mencionados, y las concentraciones

relativas de cada uno de ellos en los compartimientos extra- e intracelular, fue deducida por

David Goldman, Alan Hodgkin y Bernard Katz, y se la conoce como la ecuación de GoldmanHodgkin-Katz:

Ya que la permeabilidad al Na+ (PNa+) es relativamente baja en situación de reposo con

relación a la permeabilidad al K+ (PK+), el Na+ contribuye poco al establecimiento del valor del

potencial en reposo (Vm). Se puede predecir a partir de la ecuación de Goldman que, cambios

en la concentración externa de Na+ producirán muy ligeros cambios en el potencial de

membrana en reposo, y ya que la (PK+) es mayoritaria en esas condiciones, al modificarse las

concentraciones de K+ extracelular, en el sentido de un aumento de su concentración, el

potencial de membrana en reposo (Em) aumentará, o sea, tenderá más hacia la electropositividad en el interior celular.

a 37 °C24

La contribución de los iones Cl- al potencial de membrana en reposo, puede ser

prácticamente despreciable, ya que este ion tiene una permeabilidad muy baja en relación al

K+, y por el contrario, el Cl- ajusta sus concentraciones en los medios extra- e intracelular, de

acuerdo con el nivel de potencial existente en la membrana celular, mostrando una tendencia

hacia la no movilidad. Además se debe tener en cuenta que, para la generación del potencial de

membrana en reposo se requiere de un número muy pequeño de cargas eléctricas, y que las

concentraciones totales de iones (+) y (-) es similar en todos los sitios de la célula (tendencia a

la electro-neutralidad), a excepción de las superficies interna y externa de la membrana

plasmática.

El Potencial de Acción Celular:

Los tejidos excitables propagan, transmiten su información a través de señales eléctricas

que en lo sucesivo denominaremos el potencial de acción. La comprensión de los mecanismos

iónicos y biofísicos involucrados, son esenciales para entender los mecanismos neurobiológicos

del funcionamiento normal del tejido muscular (cardíaco, estriado esquelético y liso). Un

potencial de acción o también llamado impulso eléctrico, es una onda de descarga eléctrica que

viaja a lo largo de la membrana celular. Los potenciales de acción se utilizan en el cuerpo para

llevar información entre unas células y otras.

El potencial de acción una vez generado, no se mantiene en un punto de la membrana

plasmática, sino que viaja a lo largo de la membrana de manera unidireccional. Puede

desplazarse a lo largo de un axón a mucha distancia, por ejemplo transportando señales desde

el cerebro hasta el extremo de la médula espinal.

Los potenciales de acción se desencadenan cuando una despolarización inicial alcanza

un umbral. Este potencial umbral varía, pero normalmente está en torno a -55 a -30 milivoltios

sobre el potencial de reposo de la célula, lo que implica que la corriente de entrada de iones

sodio supera la corriente de salida de iones potasio. El flujo neto de carga positiva que

acompaña los iones sodio despolariza el potencial de membrana, desembocando en una 25

apertura de los canales de sodio dependientes de voltaje. Estos canales aportan un flujo mayor

de corrientes iónicas hacia el interior, aumentando la despolarización en

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