Celulas Excitables

Las células excitables engloban el grupo celular con propiedades eléctricas complejas que permiten realizar procesos que involucran desde la contracción muscular, hasta el aprendizaje. Estas células son capaces recibir y generar una respuesta eléctrica. Dentro de estos grupos celulares se pueden mencionar las neuronas y las células musculares (lisas, esqueléticas y cardiacas). Si bien estascélulas no son intrínsecamente buenos conductores de la electricidad, han desarrollado mecanismos elaborados para generar señales eléctricas basadas sobre el flujo de iones a través de sus membranas plasmáticas. Por lo habitual, en un estado basal poseen un diferencial de potencial con el líquido extracelular y el principal agente que otorga resistencia a este circuito es la membrana plasmática. Ladiferencia de potencial en reposo varía según los diferentes tipos celulares pero su principio es básicamente el mismo, la membrana plasmática otorga resistencia a tres condiciones generales:

1. Distinta permeabilidad de la membrana para la difusión de iones: Un ejemplo de ellos es que la membrana plasmática es impermeable al Na+; pero si posee canales de K+ que permiten que este se mueva sindificultad a través de ella (canales de K+ sin compuerta), esta propiedad de la membrana de mantener el flujo de iones de forma diferencial ayuda a la mantención del potencial de reposo de la membrana, manteniendo una concentración de K+ relativamente elevada en el interior de la célula y una concentración de Na+ mayor en la superficie externa o medio extracelular. El movimiento de K+ es fundamental enla mantención del diferencial de voltaje y es quizá el principal determinante de esta diferencia, para el funcionamiento de estas células es muy importante que el K+ se mantenga mayormente concentrado dentro de la célula que fuera de ella.
2. Aniones con carga negativa atrapados en la célula: Muchos aniones negativos son macromoléculas sintetizados por la propia célula y son demasiado grandespara salir de ella a través de la membrana plasmática. Por tanto quedan atrapados en su interior y son atraídos a la superficie interna de la membrana por las cargas positivas acumulados inmediatamente por fuera de la célula. Un ejemplo claro de esto son las proteínas, polifosfatos orgánicos, ácidos nucleicos, etc. La mayoría de estos están cargados negativamente a un pH fisiológico.

3. Procesosde transporte iónico: Un ejemplo claro de esto lo constituye la ATPasa de Na+ K+ (bombea de forma activa tres iones de Na+ fuera de la célula e introduce dos iones de K+ al interior de la célula). Este transporte se realiza en contra del gradiente de concentración por tanto implica un gasto de energía en forma de ATP. El bombeo activo de Na+ fuera de la célula se hace tan rápido como este ingresaa la célula. Este proceso puede ser alterado cuando se ve comprometido el nivel de O2 celular o la producción de ATP generando un desbalance entre el medio interno y el externo o por inhibidores de la ATPasa. Otros agentes importantes en la mantención de esta diferencia de potencial en reposo lo constituyen los canales iónicos presentes en la superficie de la membrana (dependientes de ligando,dependientes de voltaje, sin compuerta, mecánicos, etc.)

Figura 1: Composición química del liquido extracelular (LEC) y del liquido intracelular (LIC) (Guyton y Hall, 2006)
El potencial eléctrico generado a través de la membrana en equilibrio electroquímico denominado potencial de equilibrio, se puede predecir mediante una fórmula sencilla denominada ecuación de Nerst que se expresa como lafuerza de atracción eléctrica (EMF):

EMF= ±61 log [Concentración intracelular] / [Concentración extracelular]

Cuando las membranas son permeables a varios iones el potencial de difusión que aparece depende de tres factores:

1. La polaridad de la carga eléctrica a cada ión.
2. La permeabilidad de la membrana a cada ión (P).
3. Las concentraciones de cada ión (C) en el lado interno (i)...