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Potencial de acción y sus experimentos

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Los británicos Hodgkin y Huxley en 1963 obtuvieron el Premio Nobel en Fisiología y Medicina por sus trabajos realizados con el axón gigante del calamar atlántico en el cual establecieron el modelo de potencial de acción en neuronas y su hipótesis de la existencia de los canales iónicos.

Modelos anteriores de potencial de acción

Los trabajos anteriores de comunidad científica ayudaron a Hodgkin y Huxley en su momento a plantear su modelo de potencial de acción, entre ellos podemos mencionar los siguientes:

El fisiólogo Friedrich Schwann

Muy conocido por su Teoría celular y sus hallazgos de las “células de Schwann” en 1839 da el primer indicio.

Schwann menciona que la membrana celular tiene como característica de separar el medio intracelular del medio extracelular, pero que además de eso tenía la capacidad de “Alterar químicamente las sustancias que entran en contacto”.

Bernstein

Posterior al siglo XIX, científicos como Bernstein en 1902 planteaba su teoría del potencial de acción era tan permeable que permitía el flujo de todos los iones que permitía alcanzar una carga de 0 mV. Esta teoría prevaleció hasta los años de 1930.

Cole y Curtis

Pero en el nuevo mundo los estadounidenses, Cole y Curtis trabajan en su modelo de potencial de acción, ellos en 1939 propusieron que la baja resistencia de la membrana está asociada al potencial de acción, lo que se conoce como el aumento de la conductividad, en palabras más simple, la propiedad que tiene un material de facilitar la corriente eléctrica por él, en este caso la neurona.

Estos experimentos confirmaban la teoría de Bernstein, pero teniendo en cuenta que la conductividad no afecta de manera física la integridad de la membrana plasmática, se seguía sin entender de manera clara el mecanismo de acción.

Hodgkin y Huxley

Fue hasta en 1939 en donde Hodgkin le hace la invitación a un estudiante de Cambridge, apasionado por la física y dotado en las ciencias de las matemáticas en trabajar junto a él en un laboratorio de biología marina, en la fisiología del impulso nerviosos. Dicho estudiante era Alan Huxley.

Ellos trabajaron con el axón del calamar gigante del atlántico, el axón de estos Cephalopoda alcanza un diámetro de 1 mm, perfectos para los estudios.

En principio los primeros trabajos se enfocaron en demostrar que el potencial de acción según la teoría de Bernstein permitiría volver la membrana permeable a los iones, de manera tal, tendría una carga no superior a 0 mV. Para su sorpresa sus resultados fueron que la membrana alcanzó valores superiores a los 0 mV.

Para los Sir, fue una época difícil. Ellos se encontraron con el estallido de la segunda guerra mundial al principio de sus investigaciones a consecuencias de esto, el paro momentáneo de sus estudios.

A finales de la guerra, 1945

Retomaron sus investigaciones después de la guerra , donde logran demostrar en 1952 a través de varias investigaciones su modelo Hodgkin-Huxley (Imagen 1).

Sus hallazgos a través de sus investigaciones fueron los siguientes:

  1. Cuantificar la permeabilidad para cada uno de los iones presente y además su cambio a través de carga.
  2. Las propiedades de los canales iónicos dependiente de voltaje: activación, desactivación e inactivación.
  3. En el potencial de acción de las membranas detectaron que existen periodo refractario, la existencia de respuestas a través de subumbrales, su amplitud y velocidad de propagación del potencial de acción.
  4. En sus siguientes investigaciones reemplazaron iones y descubrieron que en el potencial de acción, la membrana se vuelve permeable al Na+, esté involucrado en la despolarización.
  5. Que la amplitud está asociado al gradiente de concentración para este ión.
  6. Por último, se comprendió el valor de la membrana en reposo se debe a la alta permeabilidad del K+ a diferencia de los demás iones y que este se encuentra más en el interior de la célula.
Diagrama del circuito eléctrico para un segmento corto de axón gigante de calamar
Imagen 1. El modelo matemático de Hodgkin y Huxley explica mediante un circuito eléctrico con características no lineales, el comportamiento de los tres canales iónicos más importante. Créditos: Magesblog

¿Cómo lo hicieron?

Ellos a través de sus investigaciones descifraron el mecanismo de acción de las membranas neuronales al crear la técnica conocida como “Patch Clamp” o fijación de voltaje.

La técnica se basa en colocar un microelectrodo con corriente en la membrana neuronal, esto marcó el inicio de algo mucho más grande, esta técnica permitió tener el primer registro de toda la historia del valor del potencial de membrana en el interior de una célula utilizado axón del calamar gigante.

Conclusión

Estos estudios representan unas de las investigaciones más notable de la fisiología en el siglo XX ya que este modelo matemático es considerado uno de los mejores en predecir un fenómeno biológico.

Gracias a los estudios electrofisiológicos de Hodgkin y Huxley, se inicia el desarrollo de nuevas líneas de investigación de los canales iónicos, la identificación de algunas enfermedades genéticas llamadas canalopatías y permitió explicar cómo funcionan las anestesias.

Por último, la conducción eléctrica es la base para las prótesis biónicas, aparatos que se mueven con impulsos eléctricos y permiten una cierta recuperación de la funcionalidad de una extremidad perdida.


Referencias

Angarita, J. I. G., Vargas, J. A. M., & Salazar, O. A. (2008). La electrofisiología básica de la membrana celular del musculo y su analogía en el modelo hodgkin-huxley. Scientia et technica, 1(38).

Fernández-Fernández, D. A la caza del potencial de acción. Obituario a Sir Andrew Huxley.

Latorre, R. (Ed.). (1996). Biofísica y fisiología celular (No. 49). Universidad de Sevilla.


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