Fundamentos Físicos y Bioquímicos de los Potenciales de Membrana
Bases electroquímicas, ecuaciones y características del potencial de membrana
Guyton y Hall, Tratado de Fisiología Médica, páginas 2-7
1Potenciales de Membrana Generados por Gradientes Iónicos
Los potenciales de membrana surgen por diferencias de concentración de iones a través de membranas selectivamente permeables.
La difusión de iones genera cargas eléctricas que establecen un potencial eléctrico a través de la membrana.
El potencial de difusión depende de la permeabilidad selectiva y el gradiente de concentración del ion.
- Difusión de K+ hacia el exterior genera un potencial negativo interno (~ -94 mV).
- Difusión de Na+ hacia el interior genera un potencial positivo interno (~ +61 mV).
- La membrana celular es más permeable a K+ que a Na+, predominando el potencial negativo.
2Ecuación de Nernst y su Aplicación
La ecuación de Nernst calcula el potencial de difusión para un ion único en función de su gradiente de concentración y carga eléctrica.
Se usa para predecir el potencial eléctrico que equilibraría el flujo neto de un ion.
La fórmula simplificada a 37°C es: E_ion = ±61 log (concentración exterior / concentración interior).
- E_ion es positivo si el ion es catión y difunde hacia el interior.
- E_ion es negativo si el ion es catión y difunde hacia el exterior.
- La valencia del ion (z) afecta directamente el valor del potencial calculado.
3Potencial de Membrana con Múltiples Iones: Ecuación de Goldman
Cuando la membrana es permeable a varios iones, el potencial de membrana se calcula con la ecuación de Goldman.
Esta ecuación considera la permeabilidad relativa y concentración de Na+, K+ y Cl-.
Permite predecir el potencial de membrana real en condiciones fisiológicas.
- La ecuación incluye permeabilidades (P) específicas para cada ion.
- Se ponderan las concentraciones interiores y exteriores para cada ion.
- El potencial resultante refleja la suma ponderada de fuerzas electroquímicas.
4Medición Experimental del Potencial de Membrana
Se utiliza un microelectrodo para medir el potencial eléctrico a través de la membrana de una fibra nerviosa.
El microelectrodo registra la diferencia de potencial entre el interior y el exterior celular.
Los cambios súbitos en el potencial reflejan la actividad eléctrica de la membrana.
- El microelectrodo debe ser muy fino para penetrar la célula sin dañarla.
- La medición permite observar potenciales en reposo y de acción.
- Se registran valores típicos de -70 mV en neuronas en reposo.
5Potencial de Membrana en Reposo en Diferentes Células
El potencial de membrana en reposo varía según el tipo celular y su permeabilidad iónica.
Las neuronas presentan un potencial de -60 a -70 mV, mientras que el músculo esquelético puede llegar a -85 a -95 mV.
Estas diferencias reflejan variaciones en la composición iónica y permeabilidad de membranas.
- Células ciliadas tienen potenciales menos negativos (-15 a -40 mV).
- Astrocitos y músculo cardíaco tienen potenciales similares a neuronas (-80 a -90 mV).
- Los eritrocitos presentan potenciales más bajos (-8 a -12 mV).
| Tipo de célula | Potencial en reposo (mV) |
|---|---|
| Neuronas | -60 a -70 |
| Músculo esquelético | -85 a -95 |
| Músculo liso | -50 a -60 |
| Músculo cardíaco | -80 a -90 |
| Célula ciliada (cóclea) | -15 a -40 |
| Astrocito | -80 a -90 |
| Eritrocito | -8 a -12 |
| Fotorreceptor | -40 (oscuridad) a -70 (luz) |
