FISIOLOGÍA CELULAR (POTENCIAL DE ACCIÓN)

El potencial de membrana y el potencial de acción.

Todas las células poseen una estructura base llamada "membrana celular" la cual está formada principalmente por una bicapa de fosfolípidos, proteínas de membrana y colesterol (figura 1). Esta membrana cumple con la función de separar el contenido citoplasmático (medio intracelular) del medio extracelular y controlar el intercambio de especies químicas (proteínas, iones, agua, glucosa, etc...) entre ambos medios; para ello, la célula utiliza proteínas transportadoras de membrana para dicha finalidad.

Tanto adentro como afuera de la célula, el componente principal de ambos compartimentos es el agua en el que se encuentran disueltos una cantidad enorme de solutos, principalmente iones (Na+, Ca2+, K+, Mg2+, etc...) los cuales le proporcionan cierta carga a la membrana celular y la diferencia de concentraciones (gradiente de concentración) de estos iones en el espacio intracelular como extracelular, provoca una diferencia de potencial eléctrico a lo que se le conoce como "potencial de membrana". Este potencial de membrana es cuantificable y engloba la participación de todos los iones involucrados, el cálculo se puede hacer mediante la ecuación de Goldman-Hodgking-Katz y en el caso de querer conocer el potencial de equilibrio de cada ion se puede calcular mediante la ecuación de Nernst  (imagen 2) donde el valor del potencial depende de la temperatura, del número de cargas que aporta cada ion y de las concentraciones de estos últimos en el espacio intracelular y extracelular.

Figura 2. Ecuación de Goldman (izquierda) y ecuación de Nernst (derecha) para el cálculo de potencial.

Cuando un estímulo físico, eléctrico o mecánico llega a perturbar la membrana celular se produce un cambio en su potencial de reposo y va cambiando a través del tiempo que dura el proceso desde la detección del estímulo, el efecto que produce (depolarización) y el retorno al estado basal de la membrana (repolarización). Todo este proceso de cambio en los valores del potencial de membrana a través de tiempo (principalmente por estímulos a canales voltaje dependientes) se conoce como potencial de acción y su representación gráfica es como se muestra en la siguiente figura:

El potencial de acción depende principalmente de las concentraciones de Sodio, que cuando se supera el umbral de concentración causado por el ingreso de Na+ al interior de la célula formando una despolarización de la membrana lo cual causa el Potencial de acción evidenciado por la diferencia rápida de voltaje. Este es un fenómeno eléctrico monopolar que es revertido inmediatamente por la salida de Na⁺ del interior de la membrana, ocasionando la fase de repolarización, la cual es seguida por la fase de hiperpolarización. En el caso del tejido muscular (figura 4), a partir del extremo de las placas motoras, el potencial de acción se extiende a lo largo de la fibra muscular en ambas dimensiones y al interior de la misma, a través de un sistema tubular. 

Bibliografía:

- Scientia et Technica Año XIV, No 38, Junio 2008. Universidad Tecnológica de Pereira.

- Karen Cardona* , Javier Saiz, José María de Loma, Gustavo Puerto, Carlos Suárez. (2008) Modelado y Simulación de la Actividad Eléctrica de Células Ventriculares. Rev. Fac. Ing. Univ. Antioquia N.° 46. Diciembre.

- Alberts et al. Biología Molecular de la Célula, traducción al español de la 6^a edición. Editorial Omega, Barcelona (2010). En Bs. As. distribuye Cúspide.

By Alejandra Nicolás Cruz, QFB.