Funcionamiento Eléctrico Neuronal: Potencial de Reposo y Acción

Potencial de Membrana o de Reposo

Es el voltaje o diferencia de potencial que puede medirse entre el interior y el exterior de la membrana plasmática de las neuronas. Su valor es de alrededor de -70mV. El signo negativo indica que el interior celular es negativo frente al exterior, debido a la acumulación de cargas correspondientes a los iones de Cl⁻ y a las proteínas intracelulares.

Mecanismo del Potencial de Reposo

Papel de la Bomba Sodio-Potasio (Na⁺/K⁺)

La bomba de Na⁺/K⁺, localizada en la membrana plasmática de la neurona, expulsa iones Na⁺ hacia el exterior y capta iones K⁺ hacia el interior mediante un sistema de transporte activo que consume ATP. Esto provoca un desequilibrio iónico entre el líquido extracelular y el citoplasma, manteniendo una concentración diferente de iones a ambos lados de la membrana plasmática: en el interior celular hay una alta concentración de iones K⁺ y en el exterior, una alta concentración de iones Na⁺.

Papel de los Canales de Potasio (K⁺)

Los iones de K⁺ tienden a salir de la célula por difusión simple a través de canales específicos, a favor de su gradiente de concentración. Al salir, arrastran cargas positivas, por lo que el interior celular se vuelve progresivamente más negativo. Esto crea un gradiente eléctrico (diferencia de potencial) que atrae a los iones K⁺ de vuelta hacia el interior e impide que sigan saliendo. Se contraponen dos fuerzas:

• El gradiente químico (de concentración), que impulsa la salida de K⁺.
• El gradiente eléctrico, que atrae a los K⁺ hacia el interior.

Los iones K⁺ detienen su flujo neto de salida cuando ambos gradientes (químico y eléctrico) se equilibran. En ese momento, la diferencia de potencial entre el exterior y el interior celular alcanza el potencial de membrana en reposo, aproximadamente -70mV.

Despolarización: El Potencial de Acción

La llegada de un estímulo adecuado abre los canales de Na⁺ dependientes de voltaje. Esto provoca la entrada masiva de iones Na⁺ al interior celular (mientras los canales de K⁺ pueden cerrarse o su contribución se ve eclipsada). A causa de esta entrada de cargas positivas, el interior se hace cada vez menos negativo (se despolariza) y, si se alcanza el umbral de excitación, el potencial de membrana invierte su polaridad, volviéndose positivo.

La célula, inicialmente polarizada por el potencial de reposo (principalmente debido a la permeabilidad al K⁺), se despolariza rápidamente por la entrada de Na⁺. Cuando este nuevo potencial positivo alcanza un valor máximo (aproximadamente +30mV a +40mV), se denomina potencial de acción. Este potencial de acción se propaga como un impulso nervioso a lo largo del axón hasta llegar a las terminales sinápticas, permitiendo la comunicación entre neuronas (sinapsis).

Repolarización y Período Refractario

La repolarización consiste en la recuperación del potencial de membrana en reposo después de generarse el potencial de acción. Para ello, ocurren dos eventos principales:

• Los canales de Na⁺ dependientes de voltaje se inactivan (cierran).
• Los canales de K⁺ dependientes de voltaje se abren completamente, permitiendo que los iones K⁺ salgan masivamente de la célula.

La salida de cargas positivas (K⁺) provoca que el interior celular vuelva a ser negativo, restaurando el potencial de reposo.

Período Refractario

Inmediatamente después de un estímulo que genera un potencial de acción, la célula entra en un período refractario, durante el cual no puede responder (o responde con dificultad) a un nuevo estímulo. Este período se debe a la inactivación de los canales de Na⁺ y al proceso de repolarización en curso. La célula tarda unos milisegundos en repolarizarse completamente y estar lista para generar un nuevo potencial de acción.

Restablecimiento de Gradientes

Si el ciclo despolarización-repolarización ocurre repetidamente, las concentraciones iónicas a ambos lados de la membrana podrían alterarse (acumulación de Na⁺ dentro y K⁺ fuera). Para recuperar y mantener las concentraciones iónicas iniciales a largo plazo, la bomba de Na⁺/K⁺ actúa continuamente, restableciendo los gradientes iónicos.