ORIGEN DEL POTENCIAL DE MEMBRANA

FUERZAS QUE ACTUAN SOBRE LOS IONES Los iones tienen 1) concentración y 2) carga eléctrica. Por su concentración tratarán de difundir del lugar de mayor concentración al de menor concentración. Por su carga eléctrica tratarán de difundir los cationes hacia los zonas con carga negativa y los aniones hacia las zonas con carga positiva. En ambos casos si las membranas se lo permiten

Equilibrio de Donnan

Leyes del Equilibrio de Donnan-Gibbs 1) El producto de los iones difusibles es idéntico a ambos lados de la membrana: {Na+}1 {Cl-}1 = {Na+}2 {Cl-}2 . Esta es la ecuación de Gibbs y Donnan. 2) La electroneutralidad se mantiene en ambos compartimentos: {Na+}1 = {Cl-}1 y {Na+}2 = {Cl-}2 La suma de los iones difusibles es mayor en el compartiemnto en que se encuentra el ión no difusible. = {Na+}2 + {Cl-}2 > {Na+}1 + {Cl-}1 Se desarrolla una diferencia de potencial a través de la membrana, con polaridad dada por el ión no difusible.

Consecuencias del Equilibrio de Gibbs-Donnan Ya que en el liíquido intracelualar hay más proteinas, fosfatos y sulfatos (que son iones no difusibles) hay más iones difusible y más partículas osmóticamente activas en el líquido intracelular. La bomba de Sodio y Potasio contrarresta este efecto. Ya que en en el plasma hay más proteinas que en el líquido intersticial, se produce un efecto de Donnan en el movimiento de los iones a través de la pared de los capilares existiendo más partículas osmóticamente activas en el plasma que en el líquido intersticial. Esto se pierde en el sindrome nefrótico y en la cirrosis. Hay una diferencia de potencial entre el lado intracelular y extracelular de la membrana .

Ecuación de Nernst Cuando un ión se desplaza del compartimiento de mayor concentración al de menor concentración a través de una membrana semipermeable deja atrás cargas contrarias que jalan al ión . En el equilibrio electroquímico las fuerzas provenientes de la diferencia de concentración (energía cinética) o gradiente de concentración se equilibran con las fuerzas debidas a la diferencia de cargas o potencial (energía eléctrica) o gradiente eléctrica. Esto es: RT (Ln [e] – Ln [i]) = ZF (Vi –Ve) Vi-Ve = RT (Ln [e] – Ln [i]) ZF

= 61.44 mV x log [e] , que es la ecuación de Nernst [i] RT (Ln [e] – Ln [i]) = ZF (Vi –Ve); donde: R = constante del estado gaseoso = 8.31 julios/°K.mol = 8.31 Kg m2/seg2.°K.mol T= Temperatura absoluta = (°C + 273.15)°K = 310.15 °K (a 37°C). Z= Valencia F= Constante de Faraday = 96485 culombios/Eq gramo (la carga eléctrica de un equivalente gramo de un ion monovalente = 96,485 culombios/mol) Ln [ ] = 2.3 log [ ] Vi-Ve =(8.3 julios/°K.mol) (310.15°K) x 2.3 log ([e]/[i]) = (+1) (96,485 culombios/mol) = 0.06144 julio x log ([e]/[i] culombios Ya que Voltio = julio/culombio = 61.44 mV x log [e] , que es la ecuación de Nernst [i]

La ecuación de Nernst mide el potencial de equilibrio para un ion determinado, es decir el potencial en el cual no hay paso neto del ion de una lado a otro de la membrana

Potencial de equilibrio para el Na+: Vi – Ve = 61.44 log [150/15] = 61.44 mV Potencial de equilibrio para el K+: Vi – Ve = 61.44 log [ 5.5/150] = - 88.28 mV Potencial de equilibrio para el Cl- Vi – Ve = -(61.44 log [125/9] = -70.2 mV Los iones tienden a desplazarse, modificando el potencial (la diferencia de cargas a uno y otro lado de la membrana), hasta que la membrana alcance el potencial de equilibrio de ese ión. El factor limitante es la permeabilidad.

Origen del potencial de membrana La membrana en el reposo es practicamente impermeable a los iones con la excepción del potasio que, aunque presenta una baja permeabilidad (a través de canales para Calcio), es notablemente superior a la de otros iones. Al tratar de fugar de la célula, el potasio origina una polaridad en la membrana celular con iones potasio que ocupan la cara externa de la membrana y cationes acompañantes que se quedan en el lado interno de la membrana.

ECUACIÓN DE GOLDMAN Para expresar el potencial resultante dada las diferencias de concentraciones y las diferencias de permeabilidad de la membrana, Goldman aplicó la ecuación de Nernst al conjunto de los iones difusibles. Ecuación de la constante de campo de Goldman (o de Goldman-Hodgkin-Katz) Atribuyendo una permeabilidad relativa de 1 para el K+, 0.2 para el Cl- y 0.04 para el Na+ mediante la ecuación de Goldman se calcula un potencial de membrana de -70 mV que coincide con el potencial medido experimentalmente.

PREDICCIONES DE LA ECUACIÓN DE GOLDMAN Los cambios en la concentración de Na+ producen muy escasos cambios en el potencial de membrana. Los cambios en la concentración de K+ producen importantes cambios. El aumento de K+ extracelular disminuye la amplitud del potencial de membrana (lo hace menos negativo) y la disminución de K+ extracelular aumenta la amplitud (lo hace más negativo). En la hiperkalemia el corazón se para en diástole.