Potencial de membrana

Los P.M. son cambios rápidos de polaridad a ambos lados de la membrana de menos de 1 milisegundo. Cuando se habla de potenciales de membrana, se debería de hablar del "Potencial de Difusión", dicho potencial esta generado por una diferencia de concentración iónica a ambos lados de la membrana celular. Los P.M. son la base de la propagación del impulso nervioso.

Fundamento

Cuando se meciona el P.M. se hace refernencia directamente a dos fórmulas:

1. Potencial de Nernst

El potencial de Nernst esta definido como el nivel de potencial de difusión a través de una membrana que se opone directamente a la difusión neta de un ion en particular a través de la misma. Dicho potencial está en el interior de la membrana y se asume que el LEC se mantiene en un potencial de cero y si la temperatura corporal es la adecuada (aproximadamente 37 °C).

*Ecuación de Nernst:

${\text{FEM(milivoltios)}}=\pm 61\log {\frac {C_{i}}{C_{e}}}$

** La ecuación de Nernst calcula el potencial de Nernst en el hipotético caso que la membrana solo sea permeable a un ion univalente.

Dicho potencial viene determinado por el cociente de las concentraciones de un ion específico a ambos lados de la membrana. Como se sabe, los niveles de concentración iónica (Na, K, Cl) son variables por dentro y fuera de la membrana (en esta parte del artículo no se menciona la acción de la bomba Na - K)por tal, puede haber mayor concentracion de un ion en particular en un lado de la membrana.

Ejemplo: Tomando el caso del Na+, se sabe que este ion es mas abundante en el LEC, si se incrementara la concentración de dicho ion mayor será la tendencia a difundir dentro de la célula, entonces, mayor será el potencial de Nernst necesario para impedir la difusón neta adicional. Siendo así directamente proporcional a la concentración de dicho ion.

2.Ecuación de Goldman (Membrana permeable a múltiples iones):

Tal como se estudió anteriormente la ecuación de Nerst solo calcula el potencial de difusión para un ion en particular, es decir asume que en el medio externo solo existe un solo ion (por ejemplo: Na+).

Se sabe que tanto en el medio intra y extra celular existen múltiples iones tales como: Na, K, Cl, Mg, entre otros, por lo tanto nos vemos en la iperiosa necesidad de estudiar una fórmula que calcule dicho potencial para todos los iones presentes. en el LEC.

Se sabe que la membrana celular es permeable a múltiples iones diferentes, por lo tanto al momento en que dichos iones difunden se genera un Potencial de Membrana que depende de tres factores:

   1.- La polaridad de la carga de cada uno de los iones a difundir.
   2.- La permeabilidad de la membrana a cada uno de los iones.
   3.- Las concentraciones de los mismos tanto en el exterior como en el interior de la membrana.

La Ecuación de Goldman (también llamada de Goldman - Hodgkin - Katz) calcula el Potencial de la membrana en el interior de la célula cuando participan dos iones positivos univalentes (K+ y Na+) y un ion negativo también univalente (Cl-).

*Ecuación de Goldman

${\text{FEM(milivoltios)}}=-61\log {\frac {C_{Na_{i}^{+}}P_{Na^{+}}+C_{K_{i}^{+}}P_{K^{+}}+C_{Cl_{i}^{-}}P_{Cl^{-}}}{C_{Na_{e}^{+}}P_{Na^{+}}+C_{K_{e}^{+}}P_{K^{+}}+C_{Cl_{e}^{-}}P_{Cl^{-}}}}$

** Donde:

- C = Concentración del ion

- P = Permeabilidad de la membrana al ion

   Alcances:
      
      1.- Los iones Sodio, Potasio y cloruro son los iones más importantes que participan en la
          generación el Potencial de Membrana en las fibras nerviosas y musculares. 
          El gradiente de concentracion de cada uno de los iones a través de la membrana ayuda a
          determinar el voltaje del potencial de membrana.
      2.- La permeabilidad de la membrana a cada uno de los iones determina el grado de importancia
          de cada uno de ellos, es decir, si la membrana por algún motivo solo es permeable por 
          ejemplo al sodio el Potencial de Membrana sera igual al Potencial de Nerst para el sodio.
      3.- Un gradiente de concentración positivo en el interior de la membrana causa electronegati_
          vidad en el interior de la misma, esto se explica que si hay por ejemplo una mayor 
          concentración de iones sodio en el interior de la membrana, habrá por lo tanto mayor 
          difusión del mismo, desde el interior hasta el exterior de la membrana, generando un
          déficit de cargas positivas en el interior de la membrana, lo cual dotará a dicho medio, 
          de carga negativa. 
      4.- Los cambios rápidos de concentracín de los iones sodio y potasio son los principales
          responsables de la transmisión nerviosa.

El potencial de membrana no es el mismo en todas las células, dependiendo del origen de las mismas. Existen células que tienen -50 mV y otras como por ejemplo las musculares que oscilan entre -50 y60 mV.

En el organismo existen dos espacios: el intercelular o extracelular y el intracelular. En el extracelular o líquido intersticial, el anión más abundante es el de cloro. En el intracelular o citoplasma, los aniones más abundantes son las proteínas, que en el pH celular se ionizan negativamente. El catión más abundante en el líquido intersticial es el de sodio, y en el citoplasma el de potasio.

El desequilibrio iónico que produce la polarización de la membrana es debido a la distinta permeabilidad que presenta frente a cada uno de los iones. El ion de potasio atraviesa la membrana libremente; la permeabilidad para el sodio es menor, y además es expulsado por medio de un transporte activo llamado bomba de sodio-potasio. Las proteínas, debido a su tamaño, no pueden atravesar libremente la membrana. Toda esta dinámica establece una diferencia de potencial en condiciones de reposo, de unos -90mV.

Implicaciones

La existencia de este potencial de membrana es imprescindible para el origen y transmisión del impulso nervioso.