Comunes y corrientes

18 de junio de 2013

Seguramente han escuchado o tienen una idea lejana del colegio (o de alguna parte) que el cerebro, el sistema nervioso o las neuronas se comunican mediante “impulsos eléctricos”. Siendo más generales, me atrevería a decir que la mayoría de nosotros relacionamos intuitivamente el sistema nervioso con algún fenómeno eléctrico indefinido y un poco nebuloso. Pues bien, eso es totalmente cierto. Es más, debería extenderse a todas las células que forman un organismo. Cuando uno mira una imagen, cuando se contrae un músculo, cuando una glándula secreta sus jugos, cuando uno siente un sabor, o respira, lo que uno observa es el resultado de la función de cientos o miles de células, y aquí es donde está la gracia: la función de una célula genera y/o es generada por cambios eléctricos en su membrana. Estos cambios se pueden medir y estudiar y es así que existen algunas sub-disciplinas en biología que se dedican a investigar en esta área, por ejemplo, la electrofisiología, que estudia las propiedades eléctricas de las células y los tejidos, o una parte de la biofísica, que estudia el origen y los cambios eléctricos en la materia viva con las herramientas de la física y la matemática. En este pequeño ensayo trataremos de entender, en términos simples, el origen de la electricidad en nuestro cuerpo.

La electricidad en un cable

Antes de meternos con la electricidad en los tejidos es bueno empezar por recordar cómo funciona la cosa en la materia no-viva. Cuando uno habla de electricidad, se refiere a un término general que involucra a todos los ‘fenómenos’ eléctricos, como corriente, campo eléctrico, estática, etc. De hecho la Real Academia de la Lengua Española define la palabra ‘electricidad’ como ‘propiedad fundamental’ o ‘forma de energía’… un poco general, ¿no? Aquí solo hablaremos de uno de estos fenómenos: la corriente eléctrica o solo corriente.

1Empecemos por saber qué es. La corriente no es más que el movimiento de cargas de un lugar a otro, y la ‘fuerza’ que hace que estas cargas se muevan es el voltaje (o diferencia de potencial, o tensión… son todos sinónimos). Yo al menos lo entendí clarito cuando me dijeron que era como un río que baja por un cerro, donde el río es como el flujo de cargas, o corriente, y la pendiente del cerro el voltaje.

Entonces, para generar corriente, se necesitan tres cosas: 1) una carga, 2) algo que haga que esa carga se mueva, y 3) que esa carga efectivamente se mueva.

En un cable, la carga que se mueve es la carga negativa que poseen los electrones de los átomos de metal que forman el cable, normalmente cobre. Hasta aquí vamos bien, tenemos la carga. En cada una de nuestras casas la fuerza que mueve las cargas es un voltaje de 220 Volts (V). Eso es harto. Para hacerse una idea, compárenlo con el valor de una pila que va entre 1,2 y 1,5 V, más de 100 veces menos. Muy bien, ahora tenemos el ‘algo’ que hace que se mueve la carga. En realidad lo que sucede es que los electrones de los metales (recuerden que los electrones están en las capas más externas de los átomos) ‘saltan’ de un átomo a otro, generando este ‘flujo de cargas’, o corriente a través del cable. ¡Listo!, la carga se mueve: tenemos una corriente. Así, cuando entro a una habitación oscura y enciendo el interruptor, con eso estoy ‘cerrando’ el circuito eléctrico, haciendo saltar a los electrones con una fuerza de 220 V a toda velocidad a través del cable de cobre y la luz se prende tan rápido que parece algo instantáneo.

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El mundo de las células

Ahora, para entender cómo se produce la corriente y la electricidad en los tejidos vivos, es necesario explorar el mundo de las células. Para simplificar la cosa, empecemos por pensar en la célula como una bolsa con líquido adentro. Esta bolsa, bien selladita, la vamos a tirar a una piscina (1). El líquido de adentro se llama citoplasma, el plástico que forma la bolsa se llama membrana, y el líquido de afuera se llama líquido extracelular. Por supuesto que adentro, afuera y en la membrana está lleno de miles de átomos y moléculas que hacen a la célula hacer y ser quien es, pero por ahora quedémonos con esta idea simple. Con la bolsa de agua en la piscina en mente veamos cómo se podría generar una corriente ahí.

3Primero necesitamos una carga. He aquí la primera diferencia, la carga que se mueve en las células no es la carga negativa de los electrones, como sabrán todos aquellos que hayan metido el dedo a un enchufe alguna vez (yo por ejemplo). Solo digamos que los electrones no fluyen por los tejidos vivos de manera placentera. En los organismos vivos la carga es transportada por unas especies químicas llamadas ‘iones’. No es nada complicado, por definición un ion no es más que un átomo con carga eléctrica.

4Una situación cotidiana donde tenemos iones es cuando le ponemos sal al agua (H2O), por ejemplo cuando hacemos fideos. La formula química de la sal común es NaCl, el cloruro de sodio, formado por el átomo sodio (Na) y el átomo cloro (Cl). Cuando el NaCl entra en contacto con el agua, estos átomos se separan formando el ion sodio, que tiene una carga positiva (Na+) y un ion cloruro, con una carga negativa (Cl-), ahí tenemos dos iones.

5Pues bien, tanto en el líquido de adentro de la célula como el de afuera tienen montones de iones con cargas positivas y negativas, que provienen principalmente de nuestra dieta. ¿Nunca les han dicho que coman plátano porque tiene potasio?, ese potasio forma otro ion y su símbolo es K+. ¿O que les falta calcio? otro más, Ca2+. Entonces tenemos nuestra carga: en la célula la carga es ‘transportada’ por los iones (y en los cables es ‘transportada’ por los electrones).

Ahora el paso 2, necesitamos un algo que haga que la carga se mueva. Todas las células de nuestro organismo tienen una diferencia de voltaje a través de su membrana. Esto es porque la cara externa de la bolsa de plástico es eléctricamente distinta a la cara interna. Entonces, existe un voltaje (también llamado diferencia de potencial) entre el líquido de la piscina y el líquido que está adentro de la bolsa. Este voltaje (cuando la célula está en reposo se llama potencial de membrana) varía dependiendo del tipo de célula. Por ejemplo, el valor que uno puede encontrar en los libros para el potencial de membrana de una neurona es clásicamente -70 o -75 mV (miliVolts, esto es una milésima parte de un Volt), para una célula muscular -80 o -90 mV, una célula epitelial -30 o -20 mV, etc. El signo negativo del valor solo significa que adentro de la célula es más negativo que afuera. Ahora, ya tenemos nuestra fuerza, es la diferencia de voltaje entre el lado de afuera y el lado de adentro de una célula (2). Solo nos falta el tercer requisito, que la carga (en este caso los iones) efectivamente se muevan.

6Aquí es donde tenemos un problema: la bolsa de plástico no deja pasar los iones desde la piscina hacia adentro ni viceversa, digamos que ‘rebotan’. ¿Por qué? La membrana de las células está formada por unas moléculas que se llaman lípidos, que son esencialmente grasa (como el aceite) y a la grasa no le gustan los iones. En realidad, no le gusta nada que tenga carga.

7Volvamos un minuto a nuestros fideos. Algunas personas (como yo) le ponemos aceite al agua antes de agregarle los fideos, “pa’ que no se peguen”. ¿Qué pasa cuando le pongo aceite al agua? se forman gotas de aceite que no se mezclan con el agua. Acuérdense que el agua es una molécula con carga, y como al aceite no le gustan las cargas, no se mezclan (algo así como los estudiantes de distinto origen socioeconómico en nuestro país). Eso mismo pasa en las células, los iones no pueden pasar a través de su membrana. Si las cosas terminaran aquí, no se podría cumplir con el tercer requisito, pero, por alguna desconocida razón, la pachamama pensó que era importante tener una corriente eléctrica en los seres, así que se inventó algo.

Un buen invento

8El invento es bien simple: hagámosle un hoyo a la bolsa para que puedan pasar los iones. Pero si uno llega y le hace un hoyo a la bolsa, ¡el líquido de adentro se va a mezclar con el líquido de afuera!…y parece ser importante para la célula tener unas cosas a un lado y otras cosas al otro. Entonces hagamos un hoyo ‘regulado’, es decir pequeño y con ciertas propiedades de modo que solo deje pasar a los iones, y nada más. Pero como los iones son tantos y tan variados, la naturaleza inventó muchos hoyos distintos, más de uno para cada ion, y con diferentes características. Estos hoyos (1), o más bien túneles o canales que comunican el interior con el exterior de la célula se llaman canales iónicos (o canales de iones) y permiten el paso de los iones entre el citoplasma y el medio extracelular y viceversa. Imagínense un tubo de PVC en la membrana, de modo que a través del tubo las cosas se muevan de adentro hacia afuera o al revés. Obviamente los canales no están ‘hechos’ de PVC, sino que de proteínas.

Hay muchísimos, de distintos tipos y su regulación es bastante compleja, algunos canales están siempre abiertos y otros se abren bajo ciertas condiciones o con ciertos estímulos. Hay canales específicos para cada ion (de potasio, de sodio, de cloruro, de calcio, etc.) y se calcula que en promedio ¡cada célula tiene entre 250 y 400 distintos tipos de canales en su membrana!

A través de esta especie de túnel los iones (que transportan las cargas) se pueden mover de un lado a otro, y ¿Qué pasa cuando una carga se mueve? Finalmente, ¡tenemos una corriente en una célula!

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Entonces, recapitulando: en un cable la carga es transportada por los electrones que se mueven a través de los átomos de metal (saltando) gracias a la diferencia de potencial (voltaje) que existe en el circuito (por ejemplo 220 V en una casa chilena). En cambio, en una célula, la carga es transportada por los iones, que se mueven a través de canales iónicos impulsados por la diferencia de potencial (2) en la membrana (digamos unos -70 mV), en ambos casos tenemos un flujo de cargas, y por lo tanto una corriente.

Aunque el voltaje de una célula es en promedio cien mil veces más pequeño que el de una casa, y las corrientes que uno observa son algo como mil millones de veces más chicas que en un circuito a escala humana (por ejemplo enchufando el refri), son estas diminutas corrientes las que están detrás de los fenómenos de la vida celular.

Así, volviendo al principio, cada vez que contraemos un músculo, sentimos un sabor o miramos una foto, hay miles de canales cerrándose y abriéndose, dando paso o impidiendo la corriente y por lo tanto modificando el estado eléctrico de nuestras células y tejidos.

Para terminar, los dejo con una cita de una entrevista (3) a un gran biofísico de nuestro país, Premio Nacional de Ciencias, el profesor Ramón Latorre:

“Somos animales eléctricos…..los canales de iones son las antenas que nos dicen que hay calor, frío, olor a comida rica, una sonata de Mozart… La célula recibe un estímulo, abre un canal, deja pasar iones y envía la información al cerebro. Eso permite que el corazón lata, que los músculos se contraigan, todo”

Dr. Fernando Ortiz C
Laboratorio de Neurofisiología y Nueva Microscopía
Universidad Paris Descartes
París, Francia

(1) Pido disculpas a cualquier genetista, biólogo celular, molecular, fisiólogo, biofísico, canalólogo, biólogo fundamentalista o a todo aquel se sienta ofendido por la simplificación extrema que acabo de hacer.
(2) No solo existe una diferencia eléctrica, sino también una diferencia química entre el exterior y el interior de la célula. Esto porque hay diferentes tipos y cantidades (o concentraciones) de iones adentro y afuera. Por lo tanto el valor del potencial de membrana, por ejemplo -70 mV, se genera por una diferencia eléctrica y por una diferencia química, por eso también se le llama potencial electroquímico.
(3) La entrevista completa en este enlace

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