La Excitabilidad Celular y la Neurona como Modelo de Estudio

La Excitabilidad Celular y la Neurona como Modelo de Estudio

Las células excitables, tales como las neuronas y las células musculares, tienen la capacidad única de responder a estímulos mediante cambios eléctricos transitorios en su membrana plasmática. Este fenómeno es esencial para la transmisión de señales en el sistema nervioso y para la contracción muscular. La neurona es un ejemplo paradigmático de célula excitable, capaz de responder a estímulos eléctricos, químicos y mecánicos a través de la generación de potenciales de acción, que son impulsos eléctricos que viajan a lo largo de su membrana y desencadenan la liberación de neurotransmisores en las sinapsis. Estos procesos son cruciales para la comunicación interneuronal y la función cerebral en su conjunto. En esta serie de vídeos, se examinará detalladamente cómo la membrana celular y sus componentes funcionan como un circuito eléctrico, cómo se establece el potencial de membrana en reposo y cómo se origina y propaga el potencial de acción.

El Potencial de Membrana en Reposo y su Importancia

El potencial de membrana en reposo es una característica esencial de las células excitables, que mantiene un estado eléctrico estable donde el interior de la célula es negativo en relación con el exterior. Este potencial es específico para cada tipo de célula, pero típicamente oscila entre -40 y -90 milivoltios. La generación de este potencial se debe a la distribución desigual de iones entre el citoplasma y el medio extracelular, con una mayor concentración de iones potasio (K+) y aniones orgánicos dentro de la célula, y de iones sodio (Na+) y cloruro (Cl-) en el exterior. La membrana celular, compuesta por una bicapa lipídica y proteínas integrales como canales y bombas iónicas, es fundamental para mantener esta distribución iónica, permitiendo la permeabilidad selectiva y activa de ciertos iones mientras restringe otros, contribuyendo así al mantenimiento del potencial de membrana en reposo.

Canales Iónicos y su Rol en la Permeabilidad de la Membrana

Los canales iónicos son complejos proteicos incrustados en la membrana celular que facilitan el paso selectivo de iones siguiendo sus gradientes electroquímicos. Existen canales de fuga, que permanecen abiertos permitiendo el paso constante de iones como el K+ y el Na+, y canales regulados por voltaje, que se abren o cierran en respuesta a cambios en el potencial de membrana. La membrana es particularmente permeable al K+ debido a la abundancia de canales de fuga de potasio, lo que contribuye significativamente al establecimiento del potencial de membrana en reposo. Además, la membrana celular impide la salida de aniones orgánicos, como proteínas con carga negativa, lo que ayuda a mantener la carga negativa en el interior de la célula.

El Equilibrio de Gibbs-Donnan y el Potencial de Equilibrio Iónico

El equilibrio de Gibbs-Donnan describe la relación entre las fuerzas químicas y eléctricas que actúan sobre los iones a través de la membrana semipermeable. Este equilibrio es vital para comprender el movimiento iónico y su influencia en el potencial de membrana. La ecuación de Nernst permite calcular el potencial de equilibrio de un ion específico, que es el potencial eléctrico en el cual la fuerza química (gradiente de concentración) se equilibra con la fuerza eléctrica, deteniendo el flujo neto del ion. Para el K+, este potencial de equilibrio es aproximadamente de -88 milivoltios, lo que significa que el K+ se moverá a través de la membrana hasta que la carga eléctrica negativa interna equilibre su gradiente de concentración.

La Dinámica del Potasio y su Influencia en el Potencial de Reposo

El ion potasio (K+) es determinante en el establecimiento del potencial de membrana en reposo. Al difundir hacia fuera de la célula, el K+ arrastra consigo su carga positiva, dejando atrás una carga negativa descompensada que contribuye a la negatividad del potencial de membrana. Eventualmente, la acumulación de carga negativa interna contrarresta la tendencia del K+ a moverse hacia afuera, alcanzando el potencial de equilibrio iónico. Aunque los canales de fuga de K+ permiten su movimiento constante, la carga negativa interna atrae a los iones positivos hacia el interior, manteniendo un equilibrio dinámico y estable en el potencial de membrana en reposo.

Consecuencias de las Alteraciones en el Potencial de Membrana

El potencial de membrana en reposo es crucial para la excitabilidad celular. Después de un potencial de acción, las células regresan a este estado de reposo. Cambios en el potencial de membrana pueden alterar la excitabilidad de la célula, haciéndola más o menos receptiva a estímulos subsiguientes. Estas alteraciones pueden tener consecuencias significativas en la función celular y, por ende, en la salud general del organismo. Por lo tanto, la comprensión detallada del potencial de membrana en reposo y los factores que lo modulan es fundamental para entender la fisiología celular y las bases de la comunicación neuronal y muscular.