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Sumario Tema de Neurociencia: Potencial de membrana
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Resumen basado en libros, apuntes de teóricos y profesor particular.
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Potencial de membranaIntroducción a la neurociencia:
El cuerpo tiene un mecanismo de autorregulación para mantenerse en un mecanismo de Homeostasis.
Por ejemplo, si la temperatura del cuerpo es demasiada baja, se activan los mecanismos a nivel del sistema
nervioso que llevan esta respuesta a otros mecanismos para llegar un nivel de Homeostasis. A nivel
cardiovascular lo que sucede es una vasoconstricción a nivel de las arteriolas, vénulas y capilares
superficiales (lecho vascular periférico), para poder mantener los niveles sanguíneos con una temperatura
adecuada.
Potencial de membrana.
Cada neurona tiene una separación de cargas a través de su membrana celular, que consiste en una fina
nube de iones positivos y negativos diseminados por la superficie interna y externa de la misma.
En reposo la celula nerviosa tiene un exceso de cargas positivas en la parte externa en la membrana y un
exceso de cargas negativas en la parte interna. Esta separación de cargas se mantiene porque la doble capa
lipídica de la membrana bloquea la difusión de los iones.
La separación de carga da lugar a una diferencia del potencial eléctrico, o voltaje, a través de la membrana
denominados, potencial de membrana (Vm) el cual se define como:
Vm= Vi – Vext
Potencial de membrana en reposo
El potencial de membrana de una celula en reposo recibe el
nombre de potencial de membrana en reposo. Dado que, por
convención, el potencial fuera de la célula se define como 0, el
potencial de reposo (Vr) es igual al potencial de la membrana
interna (Vi), que en las neuronas oscila entre -60mV y -70mV.
En las membranas la distribución desigual de cargas se genera
principalmente por la salida de K. En el interior de la
membrana existen aniones no difusibles que están
acompañados de una cantidad equivalente de cargas K, para
mantener la electro neutralidad.
Las membranas son permeables al K, pero no a estos aniones, asique cuando los mismos chocan contra la
membrana no salen del interior celular, pero parte del K que los acompañaba si sale hacia el exterior
celular, abandonando a las cargas negativas internas. Luego como el exterior se hace aún más negativo,
atrae nuevamente al K hacia el interior.
Esto ocurre en todos los puntos de la membrana varias veces en forma simultánea, por lo tanto, en los
bordes de la membrana hay una distribución desigual de cargas que genera una diferencia de potencial.
Si la membrana fuera solo permeable al K, se podría alcanzar un equilibrio, en donde cada vez que un K sale
por su concentración, entra otro K por la carga, sin embargo, hay otros iones distribuidos a través de le
membrana, como, por ejemplo, el Na que tiene menos permeabilidad, pero podría ir entrando y llegaría a
punto en el que se cancelarían las deferencias de potencial o se reducirían.
Para que el K mantenga su tendencia a salir se debe mantener concentrado el interior de la celula, y para
evitar que el Na entre a la celula y la vuelva positiva, se lo debe mantener concentrado afuera de la celula.
Los gradientes de K y Na se mantienen a través de las bombas Na/K que están presentes en la membrana
celular. Esta bomba transporta 3Na hacia el exterior y 2K hacia el interior, realizando un flujo neto de una
carga positiva hacia el exterior celular, causando de esta manera un interior más negativo.
, Potencial de membrana
Las bombas de Na/K al igual que otras bombas cationes son electrogénicas lo que significa que tiende a
generar y mantener diferencias de potencial eléctrico. En el caso de esta bomba la contribución al potencial
de la membrana es baja y si bien su inhibición despolariza la membrana, el cambio no es muy significativo,
al menos que este se mantenga por un largo periodo de tiempo.
La corriente eléctrica que fluye hacia adentro y afuera de la célula es trasportada por iones, ya sean
cargados positivamente (cationes) o negativamente (aniones). Además de esto, en una solución iónica los
cationes se mueven en la dirección de la corriente eléctrica y los aniones en la dirección opuesta.
En el caso de que haya un flujo neto de cationes o de aniones hacia dentro o fuera de la célula, se altera la
separación de carga a través de la membrana en reposo, con lo que se altera la polarización de ésta.
Es importante tener en cuenta que todas las señales eléctricas enviadas a estas células implican breves
cambios a partir del potencial de membrana en reposo, esto es debido a alteraciones en el flujo de
corriente eléctrica a través de la membrana celular como consecuencia de la apertura y cierre de los
canales iónicos.
Una reducción de cargas en el int o ganancia en el ext, da lugar a un potencial de membrana menos
negativo y recibe el nombre de despolarización, mientras que un aumento de cargas en el int o perdida en
el ext, induce un potencial de membrana más negativo, recibe el nombre de hiperpolarizacion.
Los cambios del potencial de membrana que no provocan la apertura de los canales iones regulados
reciben el nombre de potenciales electrotónicos y se piensa que son respuestas pasivas de la membrana.
Las respuestas hiperpolarizantes son casi siempre pasivas, al igual que las pequeñas despolarizaciones, sin
embargo, cuando la despolarización se aproxima a un nivel crítico denominado umbral, la celula responde
activamente con la apertura de canales iónicos sensibles al voltaje, que en el umbral producen un potencial
de acción de todo o nada.
El potencial de membrana en reposo viene determinado por los canales iónicos de reposo
No hay ninguna clase de ion que esté distribuido de forma igual a ambos lados de la membrana celular. De
los iones que conocemos, el Na y el Cl son los más concentrados fuera de la célula, y el K y los aniones
orgánicos (A-) son los más concentrados en el interior celular.
Los iones orgánicos son sobre todo aminoácidos y proteínas.
En este recuadro vemos la distribución de estos iones dentro y fuera de una prolongación celular nerviosa,
el axón gigante de calamar, cuya sangre tiene una concentración salina similar a la del agua de mar.
Clase de Ion Concentración en el Concentración en el Potencial de
citoplasmas (mM) líquido extracelular equilibrio (mM)
(mM)
K 400 20 -75
Na 50 440 55
Cl- 52 560 -60
A- 385 --- ----
Aunque los valores absolutos de las concentraciones iónicas en la celula nerviosa de los vertebrados son
dos o tres veces inferiores a este, los gradientes de concentración son (la proporción entre la concentración
iónica interna y externa) aproximadamente los mismos.
Recordemos que, en el potencial de reposo (Vmr), los iones están en un equilibrio electroquímico (Vie), y
esto viene determinado por la ecuación de Nerts que dice:
Vie= (R.T / z.f) . In (concentración del ion ext / concentración del ion int)
, Potencial de membrana
Es por esta razón que en el caso de que la concentración del ion int aumente, el potencial de membrana
disminuirá, mientras que, si la concentración del ion ext aumenta, el potencial también aumentará. Es
importante tener en cuenta que el aumento de cargas en el ext despolariza y en el int hiperpolariza.
Cambios en el potencial de membrana Vm
Para modificar el Vm de la membrana se debe modificar la composición de cargas, que hay, entre el interior
y exterior de las células.
En el caso de que aumente las cargas positivas en el exterior celular el Vm de la membrana se hace más
positivo, causando una despolarización de la membrana celular. Por el contrario, si aumento la cantidad de
cargas positivas que hay en el exterior celular, el interior de la célula quedara más negativo por lo que el
potencial de la membrana se hace más negativo debido al aumento de la diferencia de cargas, lo cual causa
que la Vm se hiperpolarice.
El suministro de corriente se hace por medio de baterías o generadores que poseen un electrodo positivo y
uno negativo. La corriente siempre fluye del electrodo positivo hacia el electrodo negativo, mientras que la
intensidad siempre va en sentido opuesto a la carga negativa, por lo que tiene el mismo sentido que las
cargas positivas.
Cuando ambos electrodos están afuera de la célula no se
registra ninguna diferencia de potencial eléctrico, pero en
cuanto se inserta uno de ellos en la célula, el osciloscopio
(que va junto en el amplificador de voltaje) muestra un
voltaje constante, que corresponde al potencial de
membrana en reposo. En la mayoría de las células nerviosas
en reposo el potencial de membrana es de unos -65mV.
Este potencial de membrana puede ser modificado
experimentalmente mediante un generador de corriente
conectado a un segundo par de electrodos, uno dentro y
otro fuera de la célula.
Cuando se hace que el electrodo intracelular se vuelva
positivo con respecto al extracelular, una pulsación de
corriente positiva del generador hará que la corriente pase
a la neurona a través del electrodo intracelular.
Esta corriente retorna al electrodo extracelular fluyendo
hacia afuera a través de la membrana. Como resultado de
ello, la parte interior de la membrana se vuelve más
positiva, dado que la intensidad es saliente, mientras que
la exterior se vuelve más negativa, debido a la presencia de
electrones.
Las pequeñas pulsaciones despolarizantes de corriente provocan potenciales puramente electrotónicos
pasivos, en las células, sin embargo, una corriente de despolarización sufrientemente grande provoca la
apertura de canales iónicos sensibles al voltaje, lo cual lleva a un potencial de acción. El PA se diferencia de
los electrotónicos no solo por la forma en la que se genera, sino también en su magnitud y duración.
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