Principios de Neurociencia Haines 4a Ed_booksmedicos.org

Base electroquímica de la función nerviosa
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Figura 3-3. En un circuito eléctrico resistivo simple el voltaje (V) lo proporciona
una batería, como haría un gradiente de concentración de iones a través de una
membrana celular. La corriente (I) fluirá a través de una resistencia (R), que tiene
una conductancia (G). La conductancia de resistencias en paralelo, como la de
los canales de una membrana, se suma algebraicamente. En un circuito en el que
se imprime un voltaje a un condensador (C), como a la bicapa lipídica de una
membrana, una determinada carga (Q, en culombios) puede ser mantenida por el
condensador y es proporcional a V X C. En el caso de los condensadores en serie,
como sucede en las múltiples vueltas de la vaina de mielina, se suman sus inversos,
lo que hace que las fibras mielínicas se encuentren muy bien aisladas con muy poca
capacitancia de membrana que cargar durante un potencial de acción:
que entran en la célula son también una corriente positiva. A la inversa,
las cargas positivas que entran en la célula son una corriente negativa,
como lo es la salida de cargas negativas. La bomba de sodio es un
ejemplo familiar; es electrogénica debido a que saca tres iones sodio
de la célula por cada dos iones potasio que introduce; esta corriente
neta positiva retira cargas positivas del interior celular, provocando
que el potencial de membrana sea más negativo de lo que predice la
ecuación de voltaje de Goldman-Hodgkin-Katz.
En una célula de gran tamaño como una fibra muscular esquelética
esto constituye de ~2 a 5 mV En los pequeños terminales nerviosos,
donde la resistencia de entrada es mucho mayor, esta corriente puede
hiperpolarizar la membrana hasta 15 mV o más.
De mayor interés aún es el flujo de corriente a través de los canales
abiertos de membrana debido a que el número de canales abiertos
varía cuando el nervio es estimulado de una determinada forma de
entre la amplia variedad posible. A partir de la ley de Ohm, la magnitud
y la dirección del flujo de un ion determinado S a través de la
membrana celular iguala la fuerza motriz sobre el ion multiplicado
por su conductancia:
I s =(V m -V,)xG,
La fuerza motriz sobre S es la diferencia entre el voltaje a través
de la membrana (V m ) y el voltaje en el que el ion está en equilibrio
electroquímico (Vg, el potencial de Nernst para la sustancia S). Estas
relaciones se resumen esquemáticamente, para aquéllos familiarizados
con los circuitos eléctricos, en la figura 3-4. Por tanto, la magnitud del
flujo iónico se incrementará o disminuirá según la fuerza motriz —o la
conductancia— del ion se incremente o disminuya. En el supuesto de
una conductancia creciente y una fuerza motriz decreciente, situación
que se describe en la sección sobre el PA, se requieren cálculos específicos
para determinar el resultado final.
Podemos emplear la teoría de circuitos de la figura 3-3 para calcular
el número de cargas (Q) sobre una membrana celular que posee un
voltaje determinado (V) ya que Q = V X C m , y la capacitancia de
una membrana celular (C m ) se ha medido que es de 0,9 (ji,F/cm 2 .
Si una neurona hipotética fuese esférica (para simplificar) y de un
diámetro de 20 (Jim, poseería una superficie de casi 1.300 jJim 2 , una
capacitancia de 11 pF por célula, y por tanto una carga de 1 pC
(picoculombio) cuando el voltaje de membrana es de 90 mV Un pC
de carga sobre la membrana representa 6 millones de iones. Aunque
esto pueda parecer mucho, el volumen celular de esta neurona sería
de 4 pl (picolitros) y contendría ~250.000 millones de iones potasio
y ~ 2 5.000 millones de iones cloruro. Por sí solos, estos iones constituyen
~40.000 veces el número necesario para cargar la membrana.
Dolor y síndrome de parálisis periódica
Las situaciones patológicas pueden alterar las concentraciones iónicas
que se observan normalmente en las neuronas (tabla 3-2). Por ejemplo,
la lesión del tejido causa un incremento local en la concentración de
potasio al liberar las células su contenido. Este incremento del potasio
extracelular desplaza el potencial de membrana en reposo hacia 0 my
lo que provoca PA cuando se produce suficientemente rápido. Por
tanto, una fuente de dolor es simplemente la estimulación directa
de los terminales nerviosos por una concentración elevada de potasio
en el intersticio tisular.
En un pequeño número de individuos que tienen ciertas anomalías
genéticas, la concentración extracelular de potasio puede descender
dramáticamente cuando la adrenalina o la insulina estimulan su
captación por parte de las células musculares, provocando debilidad
muscular e incluso parálisis. Esta alteración es denominada parálisis
periódica hipopotasémica. Sorprendentemente, los potenciales de
membrana musculares son menos negativos de lo normal, exactamente
lo opuesto a lo que predice la ecuación de Nernst. Por razones aún
no aclaradas, la membrana celular pierde su capacidad de seleccionar
el potasio frente al sodio, lo que supone que Pní/Pr desciende
marcadamente. Este efecto es tan grande que la célula se despolariza
debido a que el potencial de membrana se desplaza de Vk hacia V]vi a ,
como predice la ecuación de voltaje de Goldman-Hodgkin-Katz. Este
cambio de potencial de membrana es lento, permitiendo que la fibra
muscular se acomode y no sea excitable. (La acomodación se explica
más detalladamente en la sección sobre los PA.)
Ataque por el sistema inmunitario: porinas
y complejos de ataque a la membrana
El sistema nervioso puede ser atacado por bacterias e incluso por el
propio sistema inmunitario del cuerpo de modo que se cortocircuiten
los potenciales de membrana y se destruya la integridad celular. El
ataque por el sistema inmunitario despolariza la membrana celular
mediante la inserción de canales no selectivos en las membranas celulares.
Este mecanismo es un arma de autodefensa empleada por los
propios sistemas inmunitarios celular y humoral del cuerpo humano.
Los elementos formadores de poros del sistema inmunitario son las
porinas, procedentes de los linfocitos T killer; defensinas, producidas
por fagocitos y células epiteliales; y dos elementos de la cascada del
complemento, C8 y C9. C8 forma poros individuales de