POTENCIAL DE MEMBRANA Y SU CIRCUITO ELECTRICO EQUIVALENTE

La membrana plasmática representa una barrera física entre el interior celular y su medio circundante. Diversos mecanismos permiten la transferencia de cargas eléctricas, principalmente iones, a través de la membrana, haciendo posible no sólo la comunicación entre ambos espacios, sino la generación de determinadas señales biológicas. Los fenómenos eléctricos celulares pueden considerarse equivalentes a los observados en circuitos eléctricos, ya que responden a las mismas leyes físicas; sin embargo, como la mayoría de los fenómenos biológicos, la capacidad de regenerar y modular esos procesos físicos requiere del consumo de energía química.

Todas las células poseen una diferencia de potencial entre el interior y el exterior celular que se denomina potencial de membrana y que se debe a la existencia de gradientes de concentración iónica a ambos lados de la membrana y a diferencias en la permeabilidad relativa de la membrana celular a las distintas especies iónicas presentes. Además, las células eléctricamente excitables (células musculares, células secretoras y neuronas) ejercen sus funciones generando señales eléctricas en términos de cambios del potencial de membrana. Estas señales eléctricas pueden ser: señales breves y de gran amplitud (potenciales de acción), cuya función es transmitir la información rápidamente y a grandes distancias; respuestas más lentas y de menor voltaje que controlan la excitabilidad y, por lo tanto, tienen una importante función integradora; y señales de bajo voltaje (potenciales sinápticos), resultantes de la acción sináptica.

Estas modificaciones del potencial de membrana resultan de cambios conformacionales de proteínas estructurales de la membrana plasmática, llamados canales iónicos, que provocan variaciones de la permeabilidad selectiva de la membrana a los iones. Las señales eléctricas en la célula se pueden propagar de forma pasiva como resul- tado de las propiedades eléctricas de la membrana. Este tipo de actividad eléc- trica (que se denomina pasiva, por contraposición a las respuestas activas que entrañan cambios de la permeabilidad de membrana) es de extremada importancia funcional por cuanto determina la extensión espacial y el curso temporal de las señales subumbrales.

En el reino animal, se encuentran ejemplos de células excitables: a) las musculares esqueléticas y lisas, que generan señales eléctricas que activan el mecanismo contráctil; b) las células secretoras que activan el mecanismo secretor por medio de señales eléctricas, las que producen a su vez, un aumento intracelular transitorio de la concentración del ión Ca2+; y c) las neuronas. La función primordial de la neurona es integrar la información que le llega por los contactos sinápticos y emitir señales a otras neuronas y a efectores (células musculares y de órganos de secreción). Para realizar esta función las neuronas operan con señales eléctricas especializadas, que consisten en la modificación del potencial de membrana (Vm).

De gran importancia funcional en las neuronas (y en otras células excitables) es la propagación pasiva de señales eléctricas en la membrana celular. Esta propagación produce cambios del potencial de membrana debidos a las propiedades eléctricas pasivas de la membrana por lo que no se originan por modificaciones de la permeabilidad iónica como las que subyacen en las respuestas activas. Este tipo de actividad eléctrica de membrana se denomina respuesta pasiva. Una propiedad importante de las células excitables, que esta íntimamente ligada a la generación de los dos tipos de respuestas, es la existencia de un umbral de excitación que determina que las respuestas activas sólo se generen cuando el potencial de membrana alcanza un valor crítico, umbral, mientras que para valores subumbrales del potencial de membrana las respuestas son pasivas.

En todas las células en general, y en particular en las excitables, existe una diferencia de potencial transmembrana más o menos constante llamada potencial de reposo (Vr) siendo el interior de la célula negativo con respecto al exterior. Esta diferencia de potencial se debe a la existencia de gradientes de concentración iónica a ambos lados de la membrana y a diferencias de la permeabilidad relativa de la membrana celular a las distintas especies iónicas presentes. Las diferencias de permeabilidad que existen en reposo para distintas es- pecies iónicas se deben a canales iónicos con permeabilidad específica para una determinada especie iónica.