Mientras nuestro cerebro sea un arcano, el Universo, reflejo de su estructura, será también un misterio
(Santiago Ramón y Cajal)

31 de julio de 2010

El potencial de membrana de la neurona

Cuando una neurona no funciona, está inactiva, hay en ella una pequeña diferencia de potencial entre el interior y el exterior que es perfectamente medible. Pues bien, cuando en una neurona, en la que no está ocurriendo nada, se coloca un microelectrodo en el interior del axón y se conecta a un osciloscopio se observa, después de la amplificación de la señal, que hay una diferencia de potencial entre el interior y el exterior de la neurona de unos –70 mV (milivoltios) que se llama potencial de membrana en reposo o potencial de reposo. No crea el lector que esto es exclusivo de las neuronas, al contrario, también se manifiesta en las células musculares, en las sanguíneas y en muchas otras.
Pero, ¿por qué existe esta diferencia? A ambos lados de la membrana neuronal hay una distribución desigual de cargas eléctricas que es la responsable de la diferencia de potencial: hay una mayor concentración de cargas positivas en el exterior y una mayor concentración de cargas negativas en el interior. Pero, ¿cuáles son estas cargas eléctricas?
Los iones potasio (K+) se encuentran en mayor concentración en el interior, mientras que los iones sodio y cloro (Na+ y Cl-) están más concentrados en el exterior. Por último, hay una mayor concentración en el interior de grandes aniones orgánicos como las proteínas. Sin embargo, esta situación no es estática, las partículas cargadas están en continuo movimiento y entran y salen de la célula. Esto sucede porque en la membrana de la neurona hay unas proteínas especiales que forman unos canales iónicos que permiten el paso de los iones, pero no de las proteínas porque, sencillamente, no caben.
Ahora bien, no todos los iones atraviesan la membrana con la misma facilidad, es decir, hay diferencias de permeabilidad a los iones: los K+ pasan más fácilmente (unas 30 a 40 veces más fácilmente) que los Na+. Por su parte los Cl- pasan a través de la membrana con menos problemas que los K+ y más difícilmente que los Na+. Ya hemos dicho que las proteínas no son capaces de atravesar la membrana debido a su excesivo tamaño.
Pero estos iones tienden a desplazarse según las leyes de la naturaleza, esto es, desde donde están más concentrados a donde están menos y según el hecho eléctrico de que cargas del mismo signo se repelen y de diferente signo se atraen.
*El K+ está más concentrado en el interior que en el exterior, por lo que tiende a salir como consecuencia de la diferencia de concentración, es decir, a favor de gradiente de concentración. Pero este ión, por otro lado, tiende a entrar y no salir, porque el exterior es positivo. De entre estas dos fuerzas opuestas "puede más" la primera y, en consecuencia, sale una importante cantidad de este ión.
*El Na+ tiende a entrar debido a la diferencia de concentración y también por razones eléctricas. Sin embargo, no entra una gran cantidad de iones porque la membrana no es tan permeable a estos iones como a los K+.
*El Cl- entra por razones de diferencia de concentración y tiende a salir por motivos eléctricos. Estás dos fuerzas opuestas tienen la misma intensidad por lo que, en reposo, el movimiento de estos iones está compensado.
Como acabamos de decir, en reposo (recuerde que todo esto sucede en una situación en la que no hay "actividad" neuronal) los Na+ prácticamente no atraviesan la membrana pero... siempre hay alguno que pasa y cuando esto sucede se rompe el equilibrio. Y este equilibrio hay que mantenerlo porque es el fundamento de la excitabilidad neuronal. Entonces, ¿cómo se mantiene en reposo esa desigual distribución de cargas?
A lo largo de las membranas de las células nerviosas hay unas moléculas proteicas que, trabajando permanentemente, son capaces de transportar hacia afuera el Na+ que ha entrado en la neurona y, de manera simultánea, el K+ que ha salido lo meten de nuevo. Este trabajo lo realizan a un ritmo de 3 Na+ por cada 2 K+. Estas proteínas realizan su actividad consumiendo energía (en forma de ATP) y por ello se denominan bombas. La que acabo de explicar es el funcionamiento de la bomba de sodio-potasio.