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Modelo Conceptual
Descripción
Modelo E01 - Potencial de membrana en reposo (Nernst / Goldman-Hodgkin-Katz)
El modelo conceptual busca comprender los mecanismos que dan origen a un comportamiento, y describirlos de la forma más simple posible. Para eso, el comportamiento se segmenta en temas (grupos): cada uno identifica los objetos o variables que participan —tanto en su funcionamiento normal como en sus posibles anomalías o desviaciones— y describe, mediante verbos, la forma en que esos objetos interactúan entre sí. El resultado es lo que llamamos una red semántica: la estructura con la que representamos y comunicamos el modelo conceptual, antes de introducir ecuación alguna.
ID:3952
Estructura de los Grupos
Descripción
El primer paso consiste en analizar la descripción general del modelo e identificar los distintos aspectos que intervienen en el fenómeno y que deben ser representados. Cada uno de estos aspectos se organiza como un grupo, entendido como una unidad conceptual coherente que describe una parte específica del funcionamiento del modelo.
Cada grupo reúne los objetos o conceptos relevantes para ese aspecto y las relaciones o verbos que describen cómo interactúan, se modifican o dependen unos de otros. De esta manera, cada grupo constituye una parte de la red semántica del modelo, mientras que el conjunto de los grupos permite representar de forma estructurada su funcionamiento global.
La división en grupos facilita además separar mecanismos, condiciones, procesos y resultados que cumplen funciones diferentes dentro del modelo, manteniendo al mismo tiempo las relaciones que existen entre ellos. Los grupos no son, por tanto, componentes aislados: pueden compartir conceptos y establecer relaciones entre sí, formando conjuntamente una única representación semántica del fenómeno.
La imagen anterior ofrece una visión general de los distintos aspectos en que se ha estructurado el modelo. A continuación se presentan los grupos identificados, indicando para cada uno su título y una breve descripción del aspecto del modelo que representa.
Grupo 1: Grupo 1: Distribución iónica y mantenimiento de gradientes
La membrana separa medios intra- y extracelular con distribuciones desiguales de K+, Na+ y Cl−. Los gradientes de concentración, las permeabilidades selectivas y la bomba Na+/K+ sostienen esa desigualdad; la bomba transporta iones contra sus gradientes consumiendo energía.
Grupo 2: Grupo 2: Equilibrio electroquímico de cada ion — Nernst
Para cada especie iónica existe un potencial de Nernst donde la fuerza eléctrica compensa exactamente la difusión. Ese potencial depende de la valencia, la temperatura y el cociente de concentraciones a ambos lados; al aumentar la magnitud del cociente, el potencial se aleja más de cero.
Grupo 3: Grupo 3: Potencial de membrana multiónico — Goldman-Hodgkin-Katz
La membrana real es permeable simultáneamente a varias especies, por lo que el potencial observado resulta de la contribución conjunta de sus equilibrios electroquímicos ponderada por permeabilidades relativas. Cuanto mayor es la permeabilidad relativa de un ion, más se aproxima el potencial observado al potencial de Nernst de ese ion.
Grupo 4: Grupo 4: Corrientes iónicas y fuerza motriz
Cada corriente iónica depende de la conductancia del canal y de la fuerza motriz electroquímica, definida por la diferencia entre el potencial de membrana observado y el potencial de Nernst del ion. Al aumentar la magnitud de esa diferencia aumenta la fuerza motriz y, manteniendo la conductancia, aumenta la magnitud de la corriente.
Grupo 5: Grupo 5: Equilibrio estacionario del potencial de reposo
En estado estacionario las corrientes iónicas entrantes y salientes se compensan. La suma neta de corrientes es cero y esa condición determina el punto de equilibrio correspondiente al potencial de reposo.
Grupo 6: Grupo 6: Respuesta temporal de la membrana
La capacitancia de membrana y la conductancia total determinan la rapidez de respuesta del potencial ante una perturbación. Mayor capacitancia hace la respuesta más lenta, mientras que mayor conductancia total la hace más rápida; ambas cantidades fijan la constante de tiempo característica.
Grupo 7: Grupo 7: Base para la excitabilidad neuronal
El estado de reposo integra distribución iónica, potenciales de Nernst, potencial observado y constante de tiempo. Este conjunto constituye la base sobre la cual se construyen posteriormente los modelos de generación y propagación del potencial de acción y las anomalías de membrana asociadas a patologías.
ID:1324
Grupo 1: Grupo 1: Distribución iónica y mantenimiento de gradientes
Descripción
La membrana separa medios intra- y extracelular con distribuciones desiguales de K+, Na+ y Cl−. Los gradientes de concentración, las permeabilidades selectivas y la bomba Na+/K+ sostienen esa desigualdad; la bomba transporta iones contra sus gradientes consumiendo energía.
Pregunta clave: ¿Qué sostiene la distribución desigual de iones a ambos lados de la membrana?
La membrana separa medios intra- y extracelular con distribuciones desiguales de K+, Na+ y Cl−. Los gradientes de concentración, las permeabilidades selectivas y la bomba Na+/K+ sostienen esa desigualdad; la bomba transporta iones contra sus gradientes consumiendo energía. Esta distribución desigual de iones a ambos lados de la membrana neuronal se sostiene gracias a tres factores: los gradientes de concentración de cada ion, las permeabilidades selectivas de la membrana neuronal a cada tipo de ion, y el transporte activo de la bomba de sodio y potasio, que mueve iones en contra de su gradiente de concentración consumiendo energía. La membrana neuronal separa un medio intracelular de un medio extracelular en los que los iones, principalmente potasio, sodio y cloro, se distribuyen de forma desigual. Sin embargo, la membrana neuronal real no es permeable a un solo tipo de ion, sino que es permeable simultáneamente a varios iones, cada uno con su propia permeabilidad relativa, por lo que el potencial de membrana que efectivamente se observa no coincide con el potencial de Nernst de ningún ion individual. En conjunto, es esta misma membrana neuronal, con su reparto desigual de iones, sus potenciales de Nernst individuales, su potencial de membrana observado y su constante de tiempo característica, la que sienta las bases de todos los modelos posteriores del sistema nervioso.
ID:7637
Grupo 2: Grupo 2: Equilibrio electroquímico de cada ion — Nernst
Descripción
Para cada especie iónica existe un potencial de Nernst donde la fuerza eléctrica compensa exactamente la difusión. Ese potencial depende de la valencia, la temperatura y el cociente de concentraciones a ambos lados; al aumentar la magnitud del cociente, el potencial se aleja más de cero.
Pregunta clave: ¿En qué potencial se equilibra electroquímicamente cada ion individual?
Para cada especie iónica existe un potencial de Nernst donde la fuerza eléctrica compensa exactamente la difusión. Ese potencial depende de la valencia, la temperatura y el cociente de concentraciones a ambos lados; al aumentar la magnitud del cociente, el potencial se aleja más de cero. Para un solo tipo de ion, existe un potencial de membrana particular en el que la fuerza eléctrica que empuja a ese ion compensa exactamente la fuerza difusiva que lo empuja en sentido contrario: ese punto de equilibrio electroquímico para un ion individual es el potencial de Nernst de ese ion, y depende de la valencia del ion, de la temperatura y del cociente entre la concentración de ese ion a ambos lados de la membrana neuronal. Cuanto mayor es el cociente de concentraciones de un ion a ambos lados de la membrana neuronal, más se aleja de cero el potencial de Nernst de ese ion. Cada corriente iónica individual que atraviesa la membrana neuronal puede describirse como el producto de dos factores: la conductancia del canal por el que pasa ese ion, y la fuerza motriz electroquímica de ese ion, es decir, la diferencia entre el potencial de membrana observado y el potencial de Nernst de ese ion en particular. Cuanto mayor es esta diferencia entre el potencial de membrana observado y el potencial de Nernst de un ion, mayor es la fuerza motriz electroquímica de ese ion y, en consecuencia, mayor es la corriente iónica individual que fluye a través de la membrana neuronal para ese ion.
ID:7638
Grupo 3: Grupo 3: Potencial de membrana multiónico — Goldman-Hodgkin-Katz
Descripción
La membrana real es permeable simultáneamente a varias especies, por lo que el potencial observado resulta de la contribución conjunta de sus equilibrios electroquímicos ponderada por permeabilidades relativas. Cuanto mayor es la permeabilidad relativa de un ion, más se aproxima el potencial observado al potencial de Nernst de ese ion.
Pregunta clave: ¿Cómo se determina el potencial observado cuando participan varios iones?
La membrana real es permeable simultáneamente a varias especies, por lo que el potencial observado resulta de la contribución conjunta de sus equilibrios electroquímicos ponderada por permeabilidades relativas. Cuanto mayor es la permeabilidad relativa de un ion, más se aproxima el potencial observado al potencial de Nernst de ese ion. En cambio, este potencial de membrana observado resulta de promediar, ponderando por la permeabilidad relativa de cada ion, los potenciales de Nernst de todas las especies iónicas a las que la membrana neuronal es permeable: cuanto mayor es la permeabilidad relativa de un ion respecto a los demás, más se acerca el potencial de membrana observado al potencial de Nernst de ese ion en particular. Esta forma de promediar los potenciales de Nernst ponderando por permeabilidad es la relación descrita por Goldman, Hodgkin y Katz, y es la que finalmente determina el potencial de membrana observado en una membrana neuronal real. Cuanto mayor es esta diferencia entre el potencial de membrana observado y el potencial de Nernst de un ion, mayor es la fuerza motriz electroquímica de ese ion y, en consecuencia, mayor es la corriente iónica individual que fluye a través de la membrana neuronal para ese ion. Cada corriente iónica individual que atraviesa la membrana neuronal puede describirse como el producto de dos factores: la conductancia del canal por el que pasa ese ion, y la fuerza motriz electroquímica de ese ion, es decir, la diferencia entre el potencial de membrana observado y el potencial de Nernst de ese ion en particular.
ID:7639
Grupo 4: Grupo 4: Corrientes iónicas y fuerza motriz
Descripción
Cada corriente iónica depende de la conductancia del canal y de la fuerza motriz electroquímica, definida por la diferencia entre el potencial de membrana observado y el potencial de Nernst del ion. Al aumentar la magnitud de esa diferencia aumenta la fuerza motriz y, manteniendo la conductancia, aumenta la magnitud de la corriente.
Pregunta clave: ¿Qué determina la corriente de cada especie iónica?
Cada corriente iónica depende de la conductancia del canal y de la fuerza motriz electroquímica, definida por la diferencia entre el potencial de membrana observado y el potencial de Nernst del ion. Al aumentar la magnitud de esa diferencia aumenta la fuerza motriz y, manteniendo la conductancia, aumenta la magnitud de la corriente. Cada corriente iónica individual que atraviesa la membrana neuronal puede describirse como el producto de dos factores: la conductancia del canal por el que pasa ese ion, y la fuerza motriz electroquímica de ese ion, es decir, la diferencia entre el potencial de membrana observado y el potencial de Nernst de ese ion en particular. Cuanto mayor es esta diferencia entre el potencial de membrana observado y el potencial de Nernst de un ion, mayor es la fuerza motriz electroquímica de ese ion y, en consecuencia, mayor es la corriente iónica individual que fluye a través de la membrana neuronal para ese ion. Para un solo tipo de ion, existe un potencial de membrana particular en el que la fuerza eléctrica que empuja a ese ion compensa exactamente la fuerza difusiva que lo empuja en sentido contrario: ese punto de equilibrio electroquímico para un ion individual es el potencial de Nernst de ese ion, y depende de la valencia del ion, de la temperatura y del cociente entre la concentración de ese ion a ambos lados de la membrana neuronal.
ID:7640
Grupo 5: Grupo 5: Equilibrio estacionario del potencial de reposo
Descripción
En estado estacionario las corrientes iónicas entrantes y salientes se compensan. La suma neta de corrientes es cero y esa condición determina el punto de equilibrio correspondiente al potencial de reposo.
Pregunta clave: ¿Qué condición define el potencial de reposo estacionario?
En estado estacionario las corrientes iónicas entrantes y salientes se compensan. La suma neta de corrientes es cero y esa condición determina el punto de equilibrio correspondiente al potencial de reposo. En estado estacionario, la suma de todas las corrientes iónicas individuales que atraviesan la membrana neuronal se anula: las corrientes que entran a la membrana neuronal se compensan exactamente con las corrientes que salen de ella, y es precisamente esta condición de suma neta igual a cero la que define el punto de equilibrio del potencial de reposo de la membrana neuronal.
ID:7641
Grupo 6: Grupo 6: Respuesta temporal de la membrana
Descripción
La capacitancia de membrana y la conductancia total determinan la rapidez de respuesta del potencial ante una perturbación. Mayor capacitancia hace la respuesta más lenta, mientras que mayor conductancia total la hace más rápida; ambas cantidades fijan la constante de tiempo característica.
Pregunta clave: ¿Qué determina la rapidez con que responde el potencial ante una perturbación?
La capacitancia de membrana y la conductancia total determinan la rapidez de respuesta del potencial ante una perturbación. Mayor capacitancia hace la respuesta más lenta, mientras que mayor conductancia total la hace más rápida; ambas cantidades fijan la constante de tiempo característica. La capacitancia de la membrana neuronal, junto con su conductancia total, determina además la constante de tiempo con la que el potencial de membrana neuronal responde ante una perturbación: cuanto mayor es la capacitancia de la membrana neuronal, más lento responde el potencial de membrana neuronal ante esa perturbación, y cuanto mayor es la conductancia total de la membrana neuronal, más rápido responde el potencial de membrana neuronal ante esa misma perturbación. En conjunto, es esta misma membrana neuronal, con su reparto desigual de iones, sus potenciales de Nernst individuales, su potencial de membrana observado y su constante de tiempo característica, la que sienta las bases de todos los modelos posteriores del sistema nervioso. Cada corriente iónica individual que atraviesa la membrana neuronal puede describirse como el producto de dos factores: la conductancia del canal por el que pasa ese ion, y la fuerza motriz electroquímica de ese ion, es decir, la diferencia entre el potencial de membrana observado y el potencial de Nernst de ese ion en particular.
ID:7642
Grupo 7: Grupo 7: Base para la excitabilidad neuronal
Descripción
El estado de reposo integra distribución iónica, potenciales de Nernst, potencial observado y constante de tiempo. Este conjunto constituye la base sobre la cual se construyen posteriormente los modelos de generación y propagación del potencial de acción y las anomalías de membrana asociadas a patologías.
Pregunta clave: ¿Qué papel cumple este estado de reposo en modelos neuronales posteriores?
El estado de reposo integra distribución iónica, potenciales de Nernst, potencial observado y constante de tiempo. Este conjunto constituye la base sobre la cual se construyen posteriormente los modelos de generación y propagación del potencial de acción y las anomalías de membrana asociadas a patologías. Este modelo de la membrana neuronal en reposo constituye la base sobre la cual se construyen, más adelante, los modelos de generación y propagación del potencial de acción de la membrana neuronal, así como las anomalías de esta misma membrana neuronal que describen otras patologías de este catálogo. En conjunto, es esta misma membrana neuronal, con su reparto desigual de iones, sus potenciales de Nernst individuales, su potencial de membrana observado y su constante de tiempo característica, la que sienta las bases de todos los modelos posteriores del sistema nervioso. En cambio, este potencial de membrana observado resulta de promediar, ponderando por la permeabilidad relativa de cada ion, los potenciales de Nernst de todas las especies iónicas a las que la membrana neuronal es permeable: cuanto mayor es la permeabilidad relativa de un ion respecto a los demás, más se acerca el potencial de membrana observado al potencial de Nernst de ese ion en particular. Esta forma de promediar los potenciales de Nernst ponderando por permeabilidad es la relación descrita por Goldman, Hodgkin y Katz, y es la que finalmente determina el potencial de membrana observado en una membrana neuronal real.
ID:7643