En primer lugar, es mejor citar el potencial de membrana con un signo, ya sea ‘+’ o ‘-‘.
Al abordar su pregunta, la magnitud de una corriente iónica está relacionada con la conductancia y la fuerza electromotriz que actúa sobre dicho ion según la ley de Ohm. Puede que esté familiarizado con esta relación de su educación elemental de física en la forma en que a menudo se da:
[matemáticas] V = IR [/ matemáticas]
donde [math] V [/ math] es la diferencia de potencial, [math] I [/ math] es actual, y [math] R [/ math] es la resistencia.
Esta relación generalmente se expresa de una manera ligeramente diferente cuando se trata de electrofisiología:
[math] I_ {ion} = g_ {ion} (V_ {m} – E_ {ion}) [/ math]
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donde [math] I_ {ion} [/ math] es la magnitud de la corriente iónica, [math] g_ {ion} [/ math] es la conductancia de la membrana con respecto a dicho ion (lo obtenemos tomando el recíproco de [math] R [/ math], resistance, en la formulación clásica de la ley de Ohm), y los términos entre paréntesis son el potencial de membrana, [math] V_m [/ math] y el potencial de equilibrio, [math] E_ { ion} [/ math], respectivamente. La diferencia de los términos parentéticos da la fuerza electromotriz, a veces referida como la “fuerza impulsora”. El producto de la conductancia iónica y la fuerza electromotriz dan la magnitud de la corriente iónica.
El potencial de equilibrio, dado por la ecuación de Nernst, define el potencial en el que las fuerzas motrices eléctricas y químicas (es decir, el gradiente de concentración) están equilibradas de modo que no hay una fuerza electromotriz neta actuando sobre el ion y por lo tanto ninguna corriente iónica neta. Con referencia a los detalles de su pregunta, puede haber un alto gradiente químico para los iones de sodio debido a que hay una mayor concentración extracelular de estos iones. Esto impulsa su difusión en una dirección intracelular, pero esto está equilibrado en el potencial de equilibrio por un potencial intracelular positivo, +55 mV, que repele la difusión hacia el interior de estos iones con carga positiva (por convención, el fluido extracelular alberga el electrodo de referencia y de ahí la la membrana externa siempre está a 0 mV, por lo que un potencial de membrana positivo significa que el interior de la membrana está cargado positivamente en relación con su exterior). Tenga en cuenta que el potencial de equilibrio también se denomina a veces “potencial de Nernst”.
Cuando consideramos un sistema donde fluyen varias corrientes iónicas diferentes a través de una membrana, el hecho de que cada ion tenga su propio potencial de equilibrio significa que uno puede haber alcanzado el equilibrio mientras que otros no. Para un sistema de iones monovalentes distintos, es necesario usar la ecuación más complicada de Goldman-Hodgkin-Katz para determinar el potencial de equilibrio para el sistema como un todo. En tal sistema, puede ser que en el potencial de equilibrio todas las corrientes iónicas sigan fluyendo, incluso si su magnitud en este potencial es tal que no hay una corriente neta fluyendo a través de la membrana cuando las sumamos (recuerde nuestra definición del equilibrio potencial: no hay corriente neta).
De hecho, el potencial de membrana en reposo está entre -60mV y -70mV y, dado que los dos iones más significativos, el sodio y el potasio tienen potenciales de Nernst de +55mV y -90mV, respectivamente, ambos experimentan una fuerza impulsora electromotriz. En el caso del sodio, la conductancia es insignificante y, por lo tanto, hay poca corriente. En el caso del potasio, existen canales de fuga constitutivos (explicados en el famoso modelo de Hodgkin-Huxley, si lo han encontrado) que permiten que fluya una corriente de potasio positiva (por convención, las corrientes externas son positivas). Es esta mayor permeabilidad de la membrana a los iones de potasio en reposo que, por los coeficientes de permeabilidad en la ecuación de GHK mencionados anteriormente, significa que el potencial de membrana en reposo [matemática] V_m [/ math] es bastante cercano al potencial de equilibrio del potasio .
Para volver a su ejemplo y la ecuación óhmica anterior, vemos que establecer [matemáticas] V_m [/ math] a -60mV nos da una fuerza electromotriz de (-60mV – + 55mV) para sodio, es decir -115mV. Esto corresponde a una fuerza impulsora bastante importante que da lugar, dada una conductancia distinta de cero, a una corriente de sodio negativa (por convención, las corrientes hacia adentro son negativas). ¿Qué pasa si establecemos [math] V_m [/ math] en + 50mV? Entonces todavía obtendríamos una corriente de sodio negativa, aunque una corriente mucho más pequeña. ¿Y qué pasa si [math] V_m [/ math] se establece en + 55mV? Bien, supusimos arriba que el potencial de equilibrio del sodio era + 55mV y por definición y por nuestra ecuación, vemos que no hay fuerza electromotriz neta actuando sobre el sodio y por lo tanto no hay flujo neto de corriente de sodio (aunque ciertamente habrá otros corrientes iónicas de especies tales como el ion potasio).
En los detalles de su pregunta, usted se refiere a lo que supongo que tiene la intención de ser + 61mV. Si tomamos esto como potencial Nernst del sodio, entonces no veríamos una corriente neta de sodio como con + 55mV arriba. Supongo que este es el significado de + 61mV para usted, es decir, le han enseñado que es el potencial de equilibrio del sodio. Dado que la concentración intra y extracelular de sodio varía entre las especies y quizás entre los estados fisiológicos, no vale la pena discutir sobre esto: el principio que he tratado de delinear arriba es lo que es importante.
En aras de la exhaustividad, supongamos por un momento que + 55mV es el potencial de Nernst para el sodio. ¿Qué sucede si configuro [math] V_m [/ math] a + 61mV? Consultando la ecuación óhmica una vez más, vemos que la fuerza electromotriz es ahora (+ 61mV – + 55mV), es decir, 6mV. Ahora tenemos una fuerza electromotriz positiva y, suponiendo nuevamente una conductancia de sodio distinta de cero, tenemos una corriente de sodio positiva, es decir, hacia afuera. Cambiar el potencial de membrana de esta manera ha cambiado la dirección de la corriente de sodio. El potencial de equilibrio se conoce como el potencial de inversión en ciertos contextos, a menudo cuando se habla de canales iónicos: cuando pasamos el potencial de equilibrio a medida que despolarizamos o hiperpolarizamos la membrana, invertimos la dirección de la corriente. En este ejemplo, lo cruzamos una vez que [math] V_m [/ math] se despolarizó aún más a + 61mV.
