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Introducción
¿Cómo las neuronas de un organismo vivo producen señales eléctricas? Básicamente, las
neuronas generan señales eléctricas mediante breves cambios controlados en la
permeabilidad a iones específicos (como Na+ y K+) de su membrana celular.
Potencial de Membrana
Hay potenciales eléctricos a través de las membranas de prácticamente todas las células del
cuerpo. Además, algunas células, como las células nerviosas y musculares, son «excitables»,
lo que significa que son capaces de generar impulsos electro químicos en sus membranas.
Imagina que tomas dos electrodos y colocas uno en el exterior y el otro en el interior de la
membrana plasmática de una célula viva. Si hicieras esto, podrías medir una diferencia de
potencial eléctrico o voltaje entre los electrodos; donde se observa una diferencia de
potencial constante, con el interior negativo con respecto al exterior de la célula en reposo.
Esta diferencia de potencial eléctrico se denomina
potencial de membrana.
Para que haya una diferencia de potencial a través de una membrana con doble capa de
lípidos, deben cumplirse dos condiciones. Primero, debe haber una
distribución desigual de
iones de una o más especies a uno y otro lado de la membrana (o sea, un gradiente de
concentración). Segundo, la membrana debe ser permeable a uno o más de los tipos de iones.
El potencial de membrana en reposo representa una situación de
equilibrio en la cual la
fuerza impulsora para el desplazamiento de los iones a los que la membrana es permeable
en favor del gradiente de concentración es igual y opuesta a la fuerza impulsora para que
estos iones se desplacen a favor de sus
gradientes eléctricos.
¿Cuáles son los mecanismos que intervienen en el potencial de reposo de membrana?
• Potencial de difusión del potasio: la membrana celular neuronal es altamente
permeable a los iones potasio en comparación con la mayoría de los demás iones. Los
iones potasio
tienden a difundir hacia el exterior por la elevada concentración de
potasio dentro de la célula. Como los iones potasio tienen carga positiva, la pérdida
de iones potasio desde la célula crea un potencial negativo en su interior.
Este potencial de membrana negativo es lo suficientemente grande como para
bloquear la difusión neta de potasio posterior, a pesar de que exista un alto gradiente
de concentración de potasio.
• Potencial de difusión de sodio: Pensemos ahora en una membrana celular que sea
permeable a los iones sodio, pero no a otros iones. Los iones sodio se difundirían
hacia la célula por la alta concentración de sodio que hay en el exterior. Esta difusión
de los iones sodio entrando en la célula crearía un potencial positivo dentro de ella.
En unos milisegundos, el potencial de membrana aumentaría lo suficiente como para
bloquear la difusión neta de iones sodio entrando en la célula.
• Permeabilidad de la membrana: La permeabilidad de la membrana de la fibra
nerviosa al potasio es 100 veces mayor que al sodio, así que la difusión de potasio
contribuye mucho más al potencial de membrana.
• Naturaleza electrógena de la bomba sodio-potasio: La bomba Na+-K+ transporta tres
iones sodio hacia el exterior de la célula por cada dos iones potasio bombeados hacia
el interior, lo que provoca la pérdida continuada de cargas positivas desde el interior
de la membrana. Por tanto, la bomba Na+-K+ es electrógena porque genera un déficit
de iones positivos dentro de la célula
Potencial de acción
Las señales neuronales se transmiten mediante potenciales de acción que son cambios
rápidos del potencial de membrana
que se extienden rápidamente a lo largo de la membrana
de la fibra nerviosa. Cada potencial de acción comienza con un cambio súbito desde el
potencial de membrana negativo en reposo normal hasta un potencial positivo y, después,
termina con un regreso casi igual de rápido hacia el potencial negativo.
Las sucesivas fases del potencial de acción son las siguientes:
• Fase de reposo. Este es el potencial de membrana en reposo antes del comienzo del
potencial de acción.
• Fase de despolarización. En este momento la membrana se hace súbitamente muy
permeable a los iones sodio, lo que permite que un gran número de iones sodio con
carga positiva se mueva hacia el interior del axón. Este movimiento de iones sodio
hace que el potencial aumente rápidamente en dirección positiva.
• Fase de repolarización. En un plazo de milésimas de segundo después de que la
membrana se haya hecho muy permeable a los iones sodio, los canales de sodio
activados por el voltaje comienzan a cerrarse y los canales de potasio activados por
el voltaje empiezan a abrirse. De esta manera, la rápida difusión de los iones potasio
hacia el exterior restablece el potencial de membrana en reposo negativo normal.
Resumen de los fenómenos que causan el potencial de acción.
Durante el estado de reposo, antes de que comience el potencial de acción, la
conductancia a los iones potasio es 100 veces mayor que la conductancia a los iones
sodio. Esto se debe a una fuga mucho mayor de iones potasio que de sodio a través
de los canales de fuga.
Al inicio del potencial de acción, se activan instantáneamente los canales de sodio
activados por el voltaje y dan lugar a un aumento de la conductancia al sodio de
5.000 veces (lo que también se denomina conductancia de sodio). Después, el
proceso de inactivación cierra los canales de sodio en otra fracción de milisegundo.
El inicio del potencial de acción también produce activación por el voltaje de los
canales de potasio, haciendo que empiecen a abrirse más lentamente.
Al final del potencial de acción, el retorno del potencial de membrana al estado
negativo hace que se cierren de nuevo los canales de potasio hasta su estado
original, pero, una vez más, solo después de una demora.
No puede producirse un nuevo potencial de acción cuando la membrana aun esta
despolarizada por el potencial de acción precedente. Poco después del inicio del potencial
de acción se inactivan los canales de sodio y ninguna magnitud de la señal excitadora que
se aplique a dichos canales en este momento abrirá las compuertas de inactivación.
La única situación que puede volver a abrirlas es que el potencial de membrana vuelva o se
acerque al nivel original del potencial de membrana en reposo. Esto se denomina
período
refractario:
Periodo refractario absoluto: Un potencial de acción no puede provocarse durante el
periodo refractario absoluto, ni siquiera con un estímulo potente.
Periodo refractario relativo: Este periodo se produce después de un periodo
refractario absoluto. Durante este tiempo, se necesita un estímulo más fuerte de lo
normal para excitar la fibra nerviosa y para iniciar un potencial de acción.
Potencial de membrana.docx
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