Potencial de mebrana

Dentro de la membrana de todas las fibras nerviosas se encuentra un potencial eléctrico de aproximadamente -90 milivolts. Que se llama potencial de membrana. Lo causan las diferencias de concentración iónicas a través de la membrana celular. La concentración de iones potasio (K+) en el interior de la membrana es muy elevada en comparación con su concentración en el exterior. Esta diferencia de concentración hace que escapen iones potasio de carga positiva hacia el exterior de la fibras nerviosas (axones), y dejan en el interior moléculas de proteínas de carga negativa que no pueden salir, con lo que crea electronegatividad en el interior.

La membrana nerviosa también tiene una concentración elevada de iones de sodio en el exterior, pero una concentración baja en el interior. El potencial de membrana no es exclusivo de las células nerviosas, puesto que tales potenciales se encuentran presentes en todos los tipos de células, aunque varía la magnitud del voltaje entre -15 y -100 milivolts. En el caso de las células excitables, (neuronas y células musculares) el potencial de membrana se conoce como potencial en reposo, dado que es objeto de un cambio muy drástico

La membrana del axón cuenta con la misma bomba de sodio-potasio que la de las demás membranas celulares del cuerpo. La bomba transporta iones de sodio desde el interior del axón hacia el exterior del mismo, en tanto que transporta iones potasio hacia el interior. El efecto final de estos procesos es que la concentración de sodio en el exterior es de 142 meq por litro, pero en el interior es de sólo 14 meq por litro. En el caso del potasio, la diferencia de concentración es lo contrario; con una concentración de 140 meq dentro y de 4 meq en el exterior (“meq= miliequivalentes”, concentración milimolar multiplicada por la valencia del ión). Como resultado de esta distribución desigual de cargas entre el interior y el exterior de las células, cada célula se comporta como una diminuta pila, en el que el polo positivo está situado fuera de la membrana plasmática y el polo negativo en el interior. La magnitud de esta diferencia de carga se mide en voltaje. Para determinar el voltaje de la membrana plasmática, se inserta un pequeño electrodo de vidrio en el citoplasma de la célula, mientras que otro electrodo se coloca en el líquido extracelular, y cada uno se conecta a un volímetro, instrumento que permite evaluar la diferencia de cargas entre estos dos puntos. Este pequeño voltaje tiene mucha importancia en procesos fisiológicos como la contracción muscular, la regulación del latido cardiaco y la generación de impulsos nerviosos.

La membrana del axón en reposo es muy impermeable a los iones de sodio pero muy permeable a los iones de potasio. Por lo tanto, los iones de potasio muy concentrados dentro del axón siempre tratan de salir de la fibra, y muchos lo logran. Como los iones potasio tienen carga negativa, su pérdida hacia el exterior produce carga positiva en ese sitio. Dentro de la fibra se encuentran numerosas moléculas proteicas de carga negativa que no pueden escapar hacia el exterior y se quedan dentro. Por ello, el interior de la fibra se vuelve muy negativo por el déficit de iones de potasio y el exceso de proteínas de carga negativa, en consecuencia, el potencial de membrana de la fibra nerviosa bajo condiciones de reposo es de aproximadamente -90 milivolts: la negatividad se encuentra dentro de la fibra.

La bomba Na+/K+ ayudan a contrarrestar la fugas de iones y manteniendo así el potencial de membrana, dado que saca 3 Na+ e introduce 2 K+ a la célula; tiene el efecto de contribuir a la carga intracelular negativa. Este efecto electrogénico de las bombas añade aproximadamente 3 milivolts al potencial de membrana. Como resultado de estas acciones, una célula real tiene:

1.- Una concentración de Na+ y de K+ relativamente constante.
2.- Un potencial de membrana constante (en ausencia de estimulación) en los nervios y músculos de entre -65 y -85 milivolts.

El voltaje que se desarrollará a través de la membrana cuando es selectivamente permeable sólo a un ión univalente positivo se puede calcular con la siguiente ecuación, la ecuación de Nernst, Cabe señalar que esta ecuación es válida a una temperatura de 37 ºC.

Milivolts de potencial de membrana

=-61*log (concentración dentro/ concentración fuera)

Para el potasio:

=-61*log(140/4)=-94

El verdadero valor es de aproximadamente -90 milivolts que es ligeramente menor que los -94 milivolts encontrados, esto, porque la membrana es ligeramente permeable a los iones sodio, que llevan cargas positivas hacia el interior y neutralizan una cantidad pequeña de la negatividad intracelular.

Bibliografía:

Guyton. C, Arthur. Fisiología Humana. Interamericana Mc Graw Hill. 6a edición. 1987.Tr. Santiago Sapiña Renard. México. Cap. 6.

Karp, Gerald. Biología Celular. Mc Graw Hill. 2a edición. 1992. México. 215-225.

Fox. Stuart, Ira. Fisiología Humana. Mc Graw-Hill. 7ª edición. 2004 pp. 141-144.