Invitación a las Neurociencia Unidad 1 Cap 2,3,4,5,6,7,8

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EL ENCÉFALO TIENE LA EXTRAORDINARIA 
CAPACIDAD de adquirir, coordinar y diseminar la información
acerca del cuerpo y su ambiente. Esta información debe
procesarse en algunos milisegundos, aunque también puede ser
almacenada en forma de recuerdos que perduran durante años.
Las neuronas realizan estas funciones generando señales eléctricas
y químicas sofisticadas. En esta unidad se describen estas señales
y el modo en que se producen. Se explica cómo un tipo de señal
eléctrica, el potencial de acción, permite que la información viaje
a lo largo de una célula nerviosa. También se expone el modo en
que otros tipos de señales (eléctricas y químicas) se generan en
las conexiones sinápticas entre las células nerviosas. Las sinapsis
permiten la transferencia de información mediante la interconexión
de numerosas neuronas para formar el circuito del que depende
el procesamiento neural. Por último, se describen los episodios
intrincados de señalización bioquímica que tienen lugar en el
interior de las neuronas y el modo en que esta señalización puede
producir cambios dependientes de la actividad en la comunicación
sináptica. Analizar estas formas fundamentales de señalización
neuronal aporta las bases para la comprensión de las funciones de
nivel superior consideradas en el resto del libro.
Los mecanismos celulares y moleculares que brindan a las
neuronas su capacidad única de señalización también constituyen
elementos diana para los procesos patológicos que pueden afectar
las funciones del sistema nervioso. Por lo tanto, es fundamental
un conocimiento activo de la biología celular y molecular de las
neuronas para comprender distintas patologías encefálicas, y
desarrollar enfoques nuevos para el diagnóstico y el tratamiento de
estos problemas tan frecuentes.
CAPÍTULO 2 Señales eléctricas de las
células nerviosas
CAPÍTULO 3 Permeabilidad de la
membrana dependiente
de voltaje
CAPÍTULO 4 Canales iónicos y
transportadores
CAPÍTULO 5 Transmisión sináptica
CAPÍTULO 6 Neurotransmisores y sus
receptores
CAPÍTULO 7 Señalización molecular en el
interior de las neuronas
CAPÍTULO 8 Plasticidad sináptica
UNIDAD I
Señalización 
neural
En la página anterior:
Estructura molecular de los receptores de glutamato tipo AMPA. Esta proteína
es importante para la señalización excitatoria sináptica entre las neuronas
(imagen de David Mc Intyre según Sobolevsky y cols. 2009 y Heller y cols., 1993).
Aspectos generales
LAS CÉLULAS NERVIOSAS PRODUCEN distintas señales eléctricas que trans-
miten y almacenan información. Si bien las neuronas no son por sí solas buenas conductoras de 
la electricidad, desarrollaron mecanismos complejos para generar señales eléctricas basadas en 
el flujo de iones a través de sus membranas plasmáticas. En general, las neuronas originan un
potencial negativo, denominado potencial de membrana de reposo, que puede medirse median-
te el registro de la diferencia de voltaje entre el interior y el exterior de las células nerviosas. 
El potencial de acción produce una abolición transitoria del potencial de reposo negativo y lo 
convierte en potencial transmembrana positivo. Los potenciales de acción se propagan a lo 
largo de los axones y constituyen la señal fundamental que transmite información de un lugar
a otro en el sistema nervioso. Se producen otros tipos de señales eléctricas por la activación de
contactos sinápticos entre las neuronas o por las acciones de formas externas de energía sobre 
las neuronas sensitivas. Todas estas señales eléctricas surgen por el flujo de iones producidos 
por permeabilidad selectiva de las membranas de las células nerviosas a diferentes iones y por 
la distribución no uniforme de estos iones a través de la membrana.
Señales eléctricas de las células nerviosas
Las neuronas emplean diferentes tipos de señal eléctrica para codificar y transferir informa-
ción. La mejor forma de observar estas señales es utilizar un microelectrodo intracelular para
medir el potencial eléctrico a través de la membrana plasmática neuronal. Un microelectrodo 
típico es un trozo de tubo de vidrio muy fino (con un orificio de diámetro inferior a 1 μm) y 
lleno con un buen conductor eléctrico, como una solución concentrada de sal. Este conductor 
puede conectarse entonces a un voltímetro, normalmente un ordenador, para registrar el voltaje
transmembrana de la célula nerviosa.
El primer tipo de fenómeno eléctrico puede observarse tan pronto como se inserta un mi-
croelectrodo a través de la membrana de la neurona. Al ingresar en la célula, el microelectrodo 
registra un potencial negativo, que indica que las neuronas tienen un medio para generar un
voltaje constante a través de sus membranas cuando están en reposo. Este voltaje, llamado po-
tencial de membrana de reposo, depende del tipo de neurona que se examine, pero siempre
es una fracción de un voltio (en los casos típicos, 40 a 90 mV).− −
2
SeñaleS eléctricaS de laS 
célulaS nervioSaS
26 CAPÍTULO 2
Las señales eléctricas producidas por las neuronas se originan 
a partir de las respuestas a los estímulos, que entonces cambian
el potencial de membrana de reposo. Los potenciales del re-
ceptor se deben a la activación de neuronas sensitivas por estí-
mulos externos, como luz, sonido o calor. Por ejemplo, el tacto 
de la piel activa los corpúsculos de Pacini, neuronas receptoras 
que detectan alteraciones mecánicas de la piel. Estas neuronas 
responden al tacto generando un potencial del receptor que cam-
bia el potencial de reposo durante una fracción de segundo (Fig. 
2.1A). Estas alteraciones transitorias en el potencial son el pri-
mer paso para generar la sensación de vibraciones (o “cosqui-
llas”) de la piel en el sistema somatosensitivo (véase Cap. 9). 
Se observan tipos similares de potenciales del receptor en todas 
las demás neuronas sensitivas durante la transducción de señales 
sensitivas (véase Unidad II).
Otro tipo de señal eléctrica se asocia con la comunicación en-
tre las neuronas en los contactos sinápticos. La activación de es-
tas sinapsis genera , que permiten trans-potenciales sinápticos
mitir la información de una neurona a otra. En la Figura 2.1B se
muestra un ejemplo de dicha señal. En este caso, la activación 
de una terminación sináptica que inerva una neurona piramidal 
del hipocampo produce un cambio muy breve en el potencial de 
membrana de reposo en la neurona pira-
midal. Los potenciales sinápticos sirven 
como medio para intercambiar informa-
ción en circuitos neurales complejos de 
los sistemas nerviosos central y periférico
(véase Cap. 5).
Por último, las neuronas generan un 
tipo especial de señal eléctrica que via-
ja a lo largo de sus largos axones. Las 
señales eléctricas se llaman potenciales 
de acción (también se denominan “espi-
gas” o “impulsos”). En la Figura 2.1C se 
muestra un ejemplo de potencial de ac-
ción registrado en el axón de una neurona 
motora espinal. Los potenciales de acción 
son responsables de la transmisión de lar-
go alcance de la información dentro del 
sistema nervioso y le permiten transmitir dicha información a 
sus órganos diana, como el músculo.
Un modo de obtener un potencial de acción es hacer pasar una 
corriente eléctrica a través de la membrana de la neurona. En 
circunstancias normales, esta corriente sería generada por poten-
ciales de receptor o potenciales postsinápticos. Sin embargo, en
el laboratorio es fácil producir una corriente eléctrica apropiada 
al insertar un segundo microelectrodo en la misma neurona y 
conectar luego el electrodo a una batería (Fig. 2.2A). Si la co-
rriente así aplicada vuelve más negativo el potencial de mem-
brana (hiperpolarización), no se observa nada espectacular. El 
potencial de membrana simplemente cambia en proporción a 
la magnitud de la corriente inyectada (parte central de la Fig. 
2.2B). Estas respuestas de hiperpolarización no necesitan una 
propiedad singular de las neuronas y, por lo tanto, se denominan 
respuestas eléctricas pasivas. Se observa un fenómeno mucho
más interesantesi se aplica la corriente de polaridad opuesta, de 
modo que el potencial de membrana de la célula nerviosa se hace 
más positivo que el de reposo (despolarización). En este caso, en 
cierto nivel del potencial de membrana, llamado potencial um-
bral, se desarrolla un potencial de acción (véase el lado derecho
de la Fig. 2.2B).
(A) Potencial de re orcept
–50
–55
–60
Po
te
n
ci
al
 d
e
m
em
br
an
a 
(m
V
)
Tiempo (ms)
Registro
Tacto de la piel
0 10 20 30 40 50
(B) Potencial sináptico –60
–65
–70
Po
te
n
ci
al
 d
e
m
em
br
an
a 
(m
V
)
Tiempo (ms)
Estímulo
Registro
Sinapsis
activada
0 5 10 15 20 25
(C) Potencial de acción +40
–60
–10
Po
te
n
ci
al
 d
e
m
em
br
an
a 
(m
V
)
Tiempo (ms)
Registro
Neurona 
motora 
activada
Estímulo
0 2 4 6 8 10
FIGURA 2.1 Tipos de señales eléctricas 
neuronales. En todos los casos se utilizan 
microelectrodos para medir los cambios en el 
potencial de membrana de reposo durante las 
señales indicadas. (A) Un estímulo táctil breve pro-
duce un potencial de receptor en un corpúsculo de
Pacini en la piel. (B) La activación de un contacto 
sináptico en una neurona piramidal del hipocam-
po produce un potencial sináptico. (C) La estimu-
lación de un reflejo espinal produce un potencial 
de acción en una neurona motora espinal.
SEÑALES ELÉCTRICAS DE LAS CÉLULAS NERVIOSAS 27
El potencial de acción es una respuesta activa generada por 
la neurona y, típicamente, es un cambio breve (de alrededor de 
1 ms) de negativo a positivo en el potencial transmembrana. Es
importante destacar que la amplitud del potencial de acción es
independiente de la magnitud de la corriente utilizada para evo-
carlo; o sea, las corrientes más grandes no producen potenciales 
de acción mayores. Por lo tanto, se afirma que los potenciales de
acción de una neurona dada son , pues se desarro-todo o nada
llan por completo o no lo hacen. Si se aumenta lo suficiente la 
amplitud o la duración de la corriente de estímulo, se produ-
cen numerosos potenciales de acción, como puede observarse
en las respuestas a tres intensidades diferentes de corriente que
se muestran en la Figura 2.2B (lado derecho). En consecuencia,
la intensidad de un estímulo está codificada en la frecuencia de 
potenciales de acción y no en su amplitud. Esta organización 
difiere espectacularmente de los potenciales de receptor, cuyas 
amplitudes están graduadas en proporción a la magnitud del es-
tímulo sensitivo o de los potenciales sinápticos, cuya amplitud 
varía según el número de sinapsis activadas, la fuerza de cada 
sinapsis y la cantidad previa de actividad sináptica.
Transmisión a larga distancia de las
señales eléctricas
El uso de las señales eléctricas (como ocurre al trasmitir elec-
tricidad por cables eléctricos para proporcionar potencia o infor-
mación) presenta una serie de problemas en ingeniería eléctrica.
Un problema fundamental para las neuronas es que sus axones,
que pueden ser muy largos (recuerde que una neurona motora
espinal puede extenderse un metro o más), no son buenos con-
ductores eléctricos. Aunque tanto las neuronas como los cables 
son capaces de conducir pasivamente la electricidad, las propie-
dades eléctricas de las neuronas no son comparables con las de
un cable eléctrico común. Es posible observar esto midiendo las 
propiedades eléctricas pasivas del axón de una célula nervio-
sa al determinar el cambio de voltaje resultante de un pulso de
corriente que pasa a través de la membrana axónica (Fig. 2.3A;
véase también Recuadro 2A). Si este pulso de corriente se en-
cuentra por debajo del umbral para generar un potencial de ac-
ción, la magnitud del cambio de potencial resultante disminuirá
al aumentar la distancia desde el sitio de inyección de la corrien-
te (Fig. 2.3B). En condiciones típicas, el potencial cae hasta una 
pequeña fracción de su valor inicial a una distancia de no más de 
un par de milímetros desde el sitio de la inyección (Fig. 2.3C). 
En comparación, un cable eléctrico típicamente permitiría el flu-
Neurona
Microelectro do 
para medir el
potencial de 
membrana
Microelectro do para
administrar corriente
(A)
Estímulo
Registro
–50
C
or
ri
en
te
 (
n
A
)
Po
te
n
ci
al
 d
e 
m
em
br
an
a 
(m
V
)
–65
–100
0
+40
0
–2
+2
Tiempo 
(B)
Potenciales de acción
Despolarización
Insertar 
microelectrodo
Umbral
Hi perpolarización
Potencial
de reposo
Respuestas pasivas
FIGURA 2.2 Registro de las señales eléctricas pasivas y activas en 
una célula nerviosa. (A) Se insertan dos microelectrodos en una neurona;
uno mide el potencial de membrana mientras el otro transmite corriente
a la neurona. (B) La inserción del microelectrodo medidor de voltaje en la
neurona permite registrar un potencial negativo, el potencial de membrana
de reposo. La transmisión de corriente a través del microelectrodo para el
paso de corriente altera el potencial de membrana neuronal. Los pulsos de
corriente hiperpolarizantes solo producen cambios pasivos en el potencial de
membrana. Aunque las pequeñas corrientes despolarizantes también produ-
cen solo respuestas pasivas, las despolarizaciones que hacen que el potencial
de membrana llegue al umbral o lo exceda además evocan potenciales de
acción. Los potenciales de acción son respuestas activas en el sentido de que
se generan debido a cambios en la permeabilidad de la membrana neuronal.
28 CAPÍTULO 2
Potencial de reposo
Re Record cord
Axón
Estímulo
Electrodo para
administrar corriente
(A)
La conducción pasiva disminuy n la distanciae co
Registro
Electrodos 
para el registro
del potencial
1 mm
Re Re Re Re Re Registro gistro gistro gistro gistro gistro
–65
–62
–59
Po
te
n
ci
al
 d
e
m
em
br
an
a
(m
V
)
(B)
0 1010 20 30 40 0 10 20 30 40
Tiempo (ms)
0 10 20 30 40 0 10 20 30 40 0 10 20 30 40 0 10 20 30 400 20 30 40
Umbral
–50
–65
–60
–55
Po
te
n
ci
al
 d
e
m
em
br
an
a
(m
V
)
(C)
–0,5 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
Distancia a lo largo del axón (mm)
Estímulo
Electrodo para
administrar la co rriente
(D)
La conducción activa es nstante n la distanciaco co 
Registro RecordRegistro RecordRegistro RecordRegistro RecordRegistro RecordRegistro RecordRegistro
Electrodos 
para el registro 
del potencial
1 mm
Tiempo (ms)
–65
–50
0
0 2 6 840 2 6 84 0 2 6 84 0 2 6 84 0 2 6 84 0 2 6 84 0 2 6 84P
ot
en
ci
al
 d
e
m
em
br
an
a
(m
V
)
(E)
Axón
Umbral
Potencial de reposo
–65
–50
–25
25
0
P
ot
en
ci
al
 d
e
m
em
br
an
a
(m
V
)
–0,5
(F)
Distancia a lo largo del axón (mm)
0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
SEÑALES ELÉCTRICAS DE LAS CÉLULAS NERVIOSAS 29
jo de corriente pasiva en distancias miles de veces más largas. La 
disminución progresiva de la amplitud del cambio de potencial 
inducido se produce porque la corriente inyectada se va perdien-
do a través de la membrana axónica; en consecuencia, cuanto 
más lejos se está a lo largo del axón, existe menos corriente 
cambie el potencial de membrana. Esta pérdida de la membrana 
axónica impide una conducción pasiva efectiva de señales eléc-
tricas en todos los axones salvo en los más cortos (los que tienen
1 mm de longitud o menos). Para compensar esta deficiencia, los 
potenciales de acción sirven como un “sistema de refuerzo” que 
permite a las neuronas conducir señales eléctricas en grandes 
distancias a pesar de las pobres propiedades eléctricas pasivas 
de los axones.
La capacidad de los potenciales de acción para reforzar la 
propagación espacial de señales eléctricas se puede observar si 
se repite el experimento de la Figura 2.3A con un pulso de co-
rriente despolarizante que sea suficientemente grande como para 
producir un potencial de acción (Fig. 2.3D). En este caso, el re-
sultado es muy distinto. Ahora se observa un potencial de acción
de amplitud constante a lo largo de toda la longitud del axón 
(Fig. 2.3E). El hecho de que la señalización eléctrica ocurra aho-
ra sin ningún decremento (Figura 2.3F) indica que la conducción 
activa a través de los potenciales de acciónconstituye una forma
muy eficaz de superar la pérdida intrínseca de las neuronas.
Como los potenciales de acción son la base de la transferencia
de información en el sistema nervioso, es esencial comprender 
el modo en que surgen estas y otras señales eléctricas neurona-
les. Cabe destacar que todas las señales eléctricas neuronales an-
tes descritas se producen por mecanismos similares que se basan
en el movimiento de iones a través de la membrana neuronal. El 
resto de este capítulo, se centra en la pregunta de cómo las célu-
las nerviosas utilizan iones para generar potenciales eléctricos. 
En el Capítulo 3 se explora más específicamente el medio por 
el cual se producen los potenciales de acción y el modo en que 
estas señales resuelven el problema de la conducción eléctrica
a larga distancia en el interior de las células nerviosas. En el 
Capítulo 4 se examinan las propiedades de las moléculas de la 
membrana responsables de producir señalización eléctrica. Por
último, en los Capítulos 5-8 se considera cómo se transmiten
las señales eléctricas entre las células nerviosas en los contactos 
sinápticos.
De qué modo los movimientos
iónicos producen señales eléctricas
Los potenciales eléctricos se generan a través de las membra-
nas de las neuronas (y en realidad de todas las células) porque 
1) hay diferencias en las concentraciones de iones específicos a
través de las membranas de las células nerviosas, y 2) las mem-
branas son selectivamente permeables a algunos de estos iones. 
A su vez, estos dos hechos dependen de dos tipos diferentes de 
proteínas en la membrana celular (Fig. 2.4). Los gradientes de 
concentración de los iones son establecidos por proteínas co-
nocidas como transportadores activos, que, como su nombre 
sugiere, mueven de manera activa los iones hacia el interior o el 
exterior de las células en contra de sus gradientes de concentra-
ción. La permeabilidad selectiva de las membranas se debe en 
gran parte a los , proteínas que permiten que solocanales iónicos
ciertos tipos de iones atraviesen la membrana en la dirección de 
sus gradientes de concentración. Por lo tanto, los canales y los
FIGURA 2.3 Flujo de corriente pasivo y activo en un axón. (A) Or-
ganización experimental para examinar el flujo pasivo de corriente eléctrica en
un axón. Un electrodo para el paso de corriente produce una corriente que
genera un cambio subumbral en el potencial de membrana, que se propaga
pasivamente a lo largo del axón. (B) Respuestas del potencial registradas en
las posiciones indicadas por los microelectrodos. Con una distancia creciente
desde el sitio de inyección de la corriente, se atenúa la amplitud del cambio
en el potencial a medida que la corriente escapa del axón. (C) Relación entre
la amplitud de las respuestas del potencial y la distancia. (D) Si se repite
el experimento que se muestra en (A) con una corriente supraumbral, se
evoca una repuesta activa, el potencial de acción. (E) Potenciales de acción 
registrados en las posiciones indicadas por los microelectrodos. La amplitud
del potencial de acción es constante a lo largo del axón, aunque el tiempo de
aparición del potencial de acción se retarda con la distancia creciente. (F) Am-
plitud constante de un potencial de acción (línea negra sólida) a diferentes
distancias. (Tomado de Hodgkin y Rushton, 1938.)
▼
El ion 
se une
1 El ion se transporta a 
través de la membrana
El ion se difunde 
a través del canal
2
Iones
Exte orri
Membrana
neuronal
Membrana
neuronal
Transportadores de iones
• Mueven activamente iones seleccionados 
en cont de un ra gradiente de co ncentración
• Crean gradientes de concentración de iones
Interior
Canales iónicos
• Permiten que los iones se difundan a favor del
gradiente de co ncentración
• Producen una permeabilidad selectiva a ciertos iones
FIGURA 2.4 Los transportadores activos y 
los canales iónicos son responsables de los 
movimientos de iones a través de las mem-
branas neuronales. Los transportadores crean 
diferencias en las concentraciones de los iones al 
transportar en forma activa los iones en contra de 
sus gradientes químicos. Los canales aprovechan 
estos gradientes de concentración y permiten el 
movimiento de iones seleccionados mediante la 
difusión, de manera que los gradientes químicos 
disminuyen.
30 CAPÍTULO 2
transportadores funcionan básicamente en contra unos de otros, 
y al hacerlo generan el potencial de membrana de reposo, los po-
tenciales de acción y los potenciales sinápticos y de receptor que 
desencadenan potenciales de acción. En el Capítulo 4 se descri-
ben la estructura y la función de estos canales y transportadores.
Para apreciar el papel de los gradientes iónicos y la permea-
bilidad selectiva en la generación de un potencial de membrana, 
considérese un sistema simple en el que una membrana artificial 
RECUADRO 2A Propiedades de membrana pasiva
El flujo pasivo de la corriente eléctrica 
desempeña un papel central en la propa-
gación del potencial de acción, la transmi-
sión sináptica y todas las otras formas de
señalización eléctrica en las células ner-
viosas. Por lo tanto, vale la pena conocer 
en términos cuantitativos cómo varía el 
flujo de corriente pasiva con la distancia 
a lo largo de una neurona. Para el caso 
de un axón cilíndrico, como en el que se 
muestra en la Figura 2.3, la corriente su-
bumbral inyectada en una porción del axón
se extiende pasivamente a lo largo de éste 
hasta que se disipa por pérdida a través de 
la membrana axónica. Como consecuencia
de esta pérdida, los resultados medidos a 
lo largo del axón se hacen más pequeños 
según aumenta la distancia desde el sitio
en que se inyecta la corriente (Fig. A). Se 
puede determinar el decremento del flujo 
de corriente con la distancia representando 
la reducción relativa de la amplitud de los
potenciales con la distancia (Fig. B). Esta 
relación se describe mediante una función 
exponencial simple:
V V
x
=
0
e− λx/
donde es la respuesta de voltaje a cual-V
x
quier distancia a lo largo del axón, x V
0
es 
el cambio de voltaje en el punto en que
se inyecta la corriente en el axón, e es la 
base de los logaritmos naturales (apro-
ximadamente 2,7) y es la constante de λ
longitud del axón. Como se aprecia en esta 
relación, la constante de longitud es la dis-
tancia donde la respuesta inicial de voltaje 
(V
0
) disminuye hasta 1/e (o el 37%) de su 
valor. Por lo tanto, la constante de longitud 
es una forma de caracterizar lo lejos que se 
propaga el flujo de corriente pasiva antes
de salir del axón, y los axones con mayor 
pérdida tienen constantes de longitud más 
pequeñas.
La constante de longitud depende de las 
propiedades físicas del axón, en particular 
de las resistencias relativas de la membrana 
plasmática (r
m
), el axoplasma intracelular 
(r
i
) y el medio extracelular (r
o
). La relación
entre estos parámetros es:
Por lo tanto, para mejorar el flujo pasivo 
de corriente a lo largo de un axón, la resis-
tencia de la membrana plasmática debe ser
tan alta como sea posible, y las resistencias 
del axoplasma y del medio extracelular de-
ben ser bajas.
Otra consecuencia importante de las 
propiedades pasivas de las neuronas es que
las corrientes que fluyen a través de una 
membrana no cambian inmediatamente 
el potencial de membrana. Por ejemplo, 
cuando se inyecta un pulso de corrien-
te rectangular en el axón que se muestra 
en el experimento ilustrado en la Figura 
2.3A, el potencial de membrana se despo-
lariza lentamente en algunos milisegundos 
y después se repolariza en un curso tem-
poral similar cuando termina el pulso de 
corriente (véase Fig. A). Estas demoras en
el cambio del potencial de membrana se
deben al hecho de que la membrana plas-
mática se comporta como un condensador, 
almacenando la carga inicial que fluye al 
comienzo y al final del pulso de corriente. 
Para el caso de una célula cuyo potencial 
de membrana es espacialmente uniforme, 
el cambio del potencial de membrana en 
cualquier momento,V
t
, después del inicio
del pulso de corriente (Fig. C) también 
puede describirse como una relación ex-
ponencial:
V V
t
=
∞
(1 – e )–t/τ
donde V
∞
es el valor del cambio del poten-
cial de membrana en estado de equilibrio,
t es el tiempo después de que se inicia el
pulso de corriente y es la constante de τ
tiempo de la membrana. 
Por lo tanto, la constante de tiempo se 
define como el tiempo cuando la respues-
ta de voltaje ( ) se eleva hasta 1 – (1/e)V
t
100 20 30 40
–65
–60
P
o
te
n
ci
al
d
e 
m
em
br
an
a
(m
V
)
Tiempo (ms)
0,5
1,0
1,5
2,0 2,5
0
Distancia desde la inyección
de la corriente (mm)
(A)
0
–1
C
or
ri
en
te
 (
n
A
) +1
(A) Respuestas superpuestas a un pulso de 
corriente, medido a las distancias indicadas a lo 
largo de un axón.
h 

r
r r
m
o i
SEÑALES ELÉCTRICAS DE LAS CÉLULAS NERVIOSAS 31
separa dos compartimientos que contienen soluciones de iones. 
Para comparar este hecho con la situación en las neuronas, nos 
referiremos al compartimiento izquierdo como el interior y de-
nominaremos al compartimiento derecho exterior. En este siste-
ma es posible determinar la composición de las dos soluciones 
y controlar así los gradientes iónicos a través de la membrana.
Por ejemplo, tómese el caso de una membrana que es permea-
ble solo a iones potasio (K ). Si la concentración de K a cada + +
(o 63%) de . Después de que terminaV
∞
el pulso de corriente, también disminuye 
exponencialmente el cambio del potencial
de membrana de acuerdo con la relación:
V V
t
=
∞
e–t/τ
Durante esta disminución, el potencial de 
membrana retorna a 1/e de V
∞
en un tiempo
igual a τ. En las células con geometrías más
complejas que el axón de la Figura 2.3A,
los cursos temporales de los cambios en el
potencial de membrana no son exponencia-
les simples, pero no obstante dependen de
la constante de tiempo de la membrana. Por 
lo tanto, la constante de tiempo caracteri-
za lo rápido que el flujo de corriente cam-
bia el potencial de membrana.
La constante de tiempo de la membrana 
también depende de las propiedades físicas 
de la célula nerviosa, específicamente de la 
resistencia (r
m
) y de la capacitancia (c
m
) de
la membrana plasmática como tal:
τ = r
m c
m
Los valores de r
m
y de c
m
dependen en
parte del tamaño de la neurona, y las células
más grandes tienen resistencias más bajas
y capacitancias más grandes. En general,
las células nerviosas pequeñas suelen tener
constante de tiempo prolongadas y las célu-
las grandes, constantes de tiempo breves.
Bibliografía
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Society, pp. 39-98.
RECUADRO 2A (continúa)
1,0
0,4
0,6
0,8
0,2
0,0
V x
/V
0
0 1 2 3 4 5–5 –4 –3 –2 –1
Distancia desde la inyección de la co rriente (mm)
h h
37%
Vx = V0e
–x/h
(B)
1,0
0,40
0,60
0,80
0,20
0,00
0
–1
C
or
ri
en
te
 (
n
A
) 1
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Tiempo (ms) 
o o
37%
63%
(C)
(B) Disminución espacial del potencial de mem-
brana a lo largo de un axón cilíndrico. Un pulso de 
corriente inyectado en un punto en el axón (0 mm) 
produce respuestas de voltaje ( ) que disminuyen V
c
exponencialmente con la distancia. La distancia 
donde la respuesta de voltaje es 1/e de su valor 
inicial ( ) es la constante de longitud, .V0 λ
(C) Curso temporal de los cambios de potencial 
producidos en una célula espacialmente unifor-
me por un pulso de corriente. La elevación y la 
caída del potencial de membrana (V ) pueden 
∞τ
describirse como funciones exponenciales, y 
la constante de tiempo que define el tiempo 
requerido para la respuesta hasta la elevación a 
1 – (1/e) del valor en estado de equilibrio (V
∞
)
o hasta la declinación a 1/e de .V
∞
32 CAPÍTULO 2
lado de esta membrana es igual, entonces no se medirá potencial 
eléctrico alguno a través de ella (Fig. 2.5A). No obstante, si la 
concentración de K no es igual en ambos lados, se generará un+
potencial eléctrico. Por ejemplo, si la concentración de K+ en 
el compartimiento interior es 10 veces mayor que la concentra-
ción de K en el compartimiento exterior, entonces el potencial +
eléctrico del interior será negativo respecto del exterior (Fig. 
2.5B). Esta diferencia del potencial eléctrico se genera porque 
los iones potasio fluyen a favor de su gradiente de concentración 
y trasladan su carga eléctrica (una carga positiva por ion) con
ellos a medida que avanzan. Dado que las membranas neurona-
les contienen bombas que acumulan K+ en el citoplasma celular 
y puesto que los canales permeables al potasio en la membrana 
plasmática permiten un flujo de K transmembrana, hay una si-+
tuación análoga en las células nerviosas vivas. Por lo tanto, un
eflujo en reposo continuo de K+ es el responsable del potencial 
de membrana de reposo.
En la situación imaginaria que se acaba de describir, el equi-
librio se alcanzará con rapidez. A medida que el K+ se mueva 
del compartimiento interior al exterior (las condiciones inicia-
les; éstas se muestran a la izquierda de la Fig. 2.5B), se genera
el potencial que tiende a impedir un mayor flujo de K+. Este 
impedimento es el resultado del hecho de que el gradiente de
potencial a través de la membrana tiende a rechazar los iones
potasio positivos a medida que intentan atravesar la membrana.
O sea que a medida que el exterior se vuelve más positivo res-
pecto del interior, la positividad creciente hace al exterior me-
nos atrayente al K con carga positiva. El movimiento (o flujo)+
neto de potasio se detendrá en el punto (“en el equilibrio”, a la
derecha de la Fig. 2.5B) donde el cambio de potencial a través
de la membrana (la positividad relativa del compartimiento ex-
terior) supere exactamente el gradiente de concentración (un
exceso de 10 veces de K en el compartimiento interior). En+
este equilibrio electroquímico hay un balance exacto entre
dos fuerzas opuestas: 1) el gradiente de concentración que pro-
voca el movimiento de K+ desde el interior hacia el exterior,
trasladando consigo la carga positiva, y 2) un gradiente eléc-
trico opuesto que tiende a detener cada vez más el movimiento
de K a través de la membrana (véase Fig. 2.5B). La cantidad de +
iones que deben fluir para generar este potencial eléctrico es
muy pequeña (aproximadamente 10−12 moles de K+ 2por cm de
membrana o 10 iones K ). Este último hecho es importante12 +
de dos formas. Primero, indica que las concentraciones de
iones permeables a cada lado de la membrana siguen siendo
esencialmente constantes, aun después de que el flujo de iones
ha generado el potencial. Segundo, los pequeños flujos de io-
nes necesarios para establecer el potencial de membrana no in-
terrumpen la electroneutralidad química porque cada ion tiene
otro contrario de carga opuesta (iones cloruro, en la Fig. 2.5)
para mantener la neutralidad de las soluciones a cada lado de
la membrana. La concentración de K sigue siendo igual a la+
de Cl− en las soluciones de ambos comportamientos, de modo
que la separación de la carga que crea la diferencia de potencial
está limitada a la proximidad inmediata de la membrana.
Sin flujo neto de K+
(A)
Voltímetro
V = 0
Fuera
1 m KClM
Dentro
1 m KClM
Permeable al K+ Flujo neto de K
+
desde dentro
hasta fuera
Flujo de K desde dentro +
hasta fuera equilibrado 
por el potencial de 
membrana opuesto
(B)
Condiciones iniciales En equilibrio
Inicialmente
V = 0
Vinte or-exterri ior = –58 mV
Dentro
10 m KClM
Fuera
1 m KClM
Dentro
10 m KClM
Fuera
1 m KClM
(C) 
[K+]in (m )M
–116
–58
0
P
ot
en
ci
al
 d
e 
m
em
br
an
a
V
1–
2 
(m
V
)
–2 –1 0
100 10 1
log [K
+]fuera
[K+]dentroPendiente = 58 mV por 
cambio de 10 veces en el 
gradiente de K+
FIGURA 2.5 Equilibrio electroquímico. (A) Una membrana permeable 
solo al K (esferas amarillas) separa los compartimientos interior y exterior, +
que contienen las concentraciones indicadas de KCl. (B) El incremento de 
la concentración de KCl en el compartimiento interior hasta 10 mM produce 
primero un movimiento pequeño de K hacia el compartimiento exterior +
(condiciones iniciales) hasta que la fuerza electromotriz que actúa sobre el
K+ equilibra el gradiente de concentración, y el movimiento neto de K se +
vuelve cero (en equilibrio). (C) Relación entre el gradiente de concentración 
transmembrana ([K ) y el potencial transmembrana. Según lo que +] /[K ]ext.
+
int.
predice la ecuación de Nernst, esta relación es lineal cuando se representa 
en coordenadas semilogarítmicas, con una pendiente de 58 mV por diferen-
cia de diez veces en el gradiente de concentración.
SEÑALES ELÉCTRICAS DE LAS CÉLULAS NERVIOSAS 33
Las fuerzas que crean los
potenciales de membrana
El potencial eléctrico generado a través de la membrana en
equilibrio electroquímico (potencial de equilibrio) puede pre-
decirse mediante una fórmula sencilla denominada ecuación de 
Nernst. Por lo general, esta relación se expresa como:
donde E
X
es el potencial de equilibrio para cualquier ion X, R
es la constante de los gases, T es la temperatura absoluta (en
grados en la escala Kelvin), z es la valencia (carga eléctrica) 
del ion permeable y F es la constante Faraday (la cantidad de 
carga eléctrica contenida en un mol de un ion equivalente). Los 
corchetes indican las concentraciones del ion X a cada lado de
la membrana, y el símbolo ln indica el logaritmo natural del
gradiente de concentración. Como es más fácil realizar cálculos
utilizando logaritmos en base 10 a temperatura ambiente, esta 
relación suele simplificarse a:
donde log indica el logaritmo en base 10 del cociente de las con-
centraciones. Por lo tanto, para el ejemplo de la Figura 2-5B, el 
potencial a través de la membrana del equilibrio electroquímico 
es
De manera convencional, el potencial de equilibrio se define en 
términos de la diferencia de potencial entre el comportamiento
exterior e interior. Por lo tanto, cuando la concentración de K+ es 
mayor en el interior que en el exterior, se mide un potencial inte-
rior negativo a través de la membrana neuronal permeable al K+.
Para un sistema hipotético simple que solo tiene una especie
de ion permeable, la ecuación de Nernst permite predecir con 
exactitud el potencial eléctrico a través de la membrana en equi-
librio. Por ejemplo, si la concentración de K del lado interior se +
aumenta hasta 100 mM, el potencial de membrana será de 116 −
mV. De modo más general, si se representa el potencial de mem-
brana contra el logaritmo del gradiente de concentración de K+
( K[ +]
exterior interior
/ K[ +] ), la ecuación de Nernst predice una relación 
lineal con una pendiente de 58 mV (en realidad, 58/z) por cam-
bio de 10 veces en el gradiente de K (véase Fig. 2.5C).+
Para reforzar y ampliar el concepto de equilibrio electroquí-
mico, considérense algunos experimentos adicionales sobre la 
influencia de las especies iónicas y la permeabilidad iónica que
podría realizarse en el sistema de modelo simple de la Figura 2.5. 
¿Qué sucedería con el potencial eléctrico a través de la membrana
(es decir, el potencial del interior respecto del exterior) si el K+
en el interior se reemplazara por 1 mM de Na+? No se generaría
potencial, dado que no podría fluir el Na a través de la membra+ -
na (que se definió como solo permeable al K+). Sin embargo, si
en estas condiciones iónicas (10 veces más Na en el exterior)+
la membrana permeable al K se reemplazara mágicamente por+
una membrana permeable solo al Na+, se mediría un potencial de 
+58 mV en equilibrio. Si se presentaran 10 mM de calcio (Ca2+)
en el exterior y 1 mM de Ca en el interior y una membrana selec2+ -
tiva al Ca separara los dos lados, ¿qué sucedería con el potencial 2+ 
de membrana? Se desarrollaría un potencial de +29 mV, la mitad 
del observado para el Na+, porque la valencia del calcio es +2. Por 
último, ¿qué sucedería con el potencial de membrana si se presen-
taran 10 mM de Cl en el exterior, con ambos lados separados por −
una membrana permeable al Cl−? Como la valencia de este anión 
es −1, el potencial sería de +58 mV.
El balance de las fuerzas físicas y químicas en equilibrio 
significa que el potencial eléctrico puede determinar los flujos 
iónicos a través de la membrana, al igual que el gradiente ióni-
co puede determinar el potencial de membrana. Para examinar 
la influencia del potencial de membrana sobre el flujo iónico, 
imagínese conectar una batería a través de ambos lados de la 
membrana para controlar el potencial eléctrico sin modificar
la distribución de iones a ambos lados (Fig. 2.6). Mientras la ba-
tería no funcione, las cosas estarán igual que en la Figura 2.4, y
el flujo de K desde el interior hacia el exterior producirá un po-+
tencial de membrana negativo (Fig. 2.6A, izquierda). Sin embar-
go, si se utiliza la batería para volver el interior inicialmente más 
negativo que el exterior, habrá menor flujo de K , dado que el+
potencial negativo tiende a mantener el K en el compartimiento +
interno. ¿Qué grado de negatividad debe tener el compartimien-
to interno antes de que no haya flujo neto de K ? La respuesta es+
−58 mV, el voltaje necesario para contrarrestar la diferencia de 
10 veces en las concentraciones de K+ a ambos lados de la mem-
brana (Fig. 2.6A, centro). Si en un inicio el interior se hace más 
negativo que 58 mV, entonces el K realmente fluirá desde el− +
exterior (compartimiento 2, a la derecha) hacia el interior (com-
partimiento 1, a la izquierda) dado que los iones positivos serán 
atraídos por el potencial más negativo del interior (Fig. 2.6A, 
derecha). En este ejemplo se demuestra que tanto la dirección 
como la magnitud del flujo dependen del potencial de membra-
na. Por lo tanto, en ciertas circunstancias el potencial eléctrico
puede superar un gradiente de concentración iónico.
La capacidad para alterar experimentalmente el flujo iónico 
para modificar el potencial impuesto sobre la membrana (Fig.
2.6B) o el gradiente de concentración transmembrana para un
ion (véase Fig. 2.5C) proporciona herramientas convenientes 
para estudiar los flujos de iones a través de las membranas plas-
máticas de las neuronas, como se observará en muchos de los
experimentos descritos en los capítulos siguientes.
Equilibrio electroquímico en un
medioambiente con más de un ion
permeable
Consideremos ahora una situación más compleja en la que
Na+ y K están distribuidos en forma desigual a través de la +
E
RT
zFX
exterior
interio r
X
X

 
 
ln
E
z
X
exterior
interio r
X
X

 
 
58 
log
E
zK
exterior
interior
K
K
mV
 
 
 
58 1
58 
10 
58log log –
34 CAPÍTULO 2
membrana, como aparece en la Figura 2.7A. ¿Qué sucedería si
se presentara K 10 m y Na 1 m en el interior, y K+ M + M + 1 mM y
Na+ 10 mM en el exterior? Si la membrana fuera permeable solo
a K , el potencial de membrana sería 58 mV; si la membrana + −
fuera permeable solo a Na , el potencial sería +58 mV. No obs-+
tante, ¿cuál sería el potencial si la membrana fuera permeable
tanto a K como a Na ? En este caso, el potencial dependería + +
de la permeabilidad relativa de la membrana a K+ y Na+. Si es
más permeable al K , el potencial se aproxima a 58 mV, y si es + −
más permeable a Na , el potencial se aproxima a +58 mV. Dado +
que no hay un término de permeabilidad en la ecuación de 
Nernst, que considera el caso simple de una sola especie de ion 
permeable, se necesita una ecuación más elaborada para tomar 
en cuenta ambos gradientes de los iones permeables y la permea-
bilidad relativa de la membrana a cada especie permeable.
Esta ecuación fue desarrollada por David Goldman en 1943.
Para el caso más relevante de las neuronas, en las queNa , K+ +
y Cl son los iones permeables primarios, la − ecuación de Gold-
man se escribe
donde es el voltaje a través de la membrana (de nuevo, el com-V
partimiento interior respecto del compartimiento exterior de re-
ferencia) y indica la permeabilidad de la membrana a cada ionP
de interés. Por lo tanto, la de Goldman es una ecuación ampliada 
de la ecuación de Nernst, que toma en cuenta las permeabilida-
des relativas de cada uno de los iones involucrados. La relación 
entre las dos ecuaciones se hace obvia en la situación en la cual 
la membrana es permeable solo a un ion, digamos K ; en este+
caso, la expresión de Goldman cae hasta la ecuación de Nernst
más sencilla. En este contexto, es importante señalar que el fac-
tor de valencia (z) en la ecuación de Nernst ha sido eliminado; 
a esto se debe que las concentraciones de los iones cloruro, Cl−,
se invirtieran respecto de las concentraciones de los iones con
carga positiva recuerde que –log (A/B) = log (B/A) .[ ]
Si la membrana en la Figura 2.7A es permeable solo a K+ y
Na+, los términos que involucran a Cl− desaparecen porque P
Cl 
es 0. En este caso, el resultado de la ecuación de Goldman arro-
ja un potencial de 58 mV cuando solo es permeable a K− +, de 
+58 mV cuando solo es permeable a Na+ y algún valor inter-
medio si es permeable a ambos iones. Por ejemplo, si K+ y Na+
fueran igualmente permeables, el potencial sería 0 mV.
Con respecto a la señalización neural, es en particular per-
tinente preguntarse qué sucedería si la membrana comenza-
ra por ser permeable al K y luego cambiara transitoriamente+
para volverse más permeable al Na . En esta circunstancia, el +
potencial de membrana comenzaría con un nivel negativo, se 
volvería positivo mientras la permeabilidad al Na se mantu-+
viera alta y luego caería hasta un nivel negativo a medida que 
la permeabilidad al Na cayera otra vez. A medida que se pro-+
duce, este último caso describe esencialmente lo que se ob-
serva en una neurona durante la generación de un potencial 
de acción. En el estado de reposo, la de la membrana neu-P
K
ronal es mucho más alta que la ; dado que como resultado P
Na
de la acción de los transportadores de iones hay siempre más 
Flujo neto de K desde+
dentro hasta fuera
Sin flujo neto
de K+
Flujo neto de K+ desde
fuera hasta dentro
Vdentro-fuera = 0 mV
Batería
desconectada Batería conectada
Dentro
10 m KClM
Fuera
1 m KClM
Batería Batería Batería
Batería conectada
Vdentro-fuera = –58 mV Vdentro-fuera = –116 mV
(A)
Dentro
10 m KClM
Fuera
1 m KClM
Dentro
10 m KClM
Fuera
1 m KClM
Flujo neto de K+ desde 
dentro hasta fuera
(B)
 Potencial de membrana
Vadentro-afuera (mV)
Fl
u
jo
 n
et
o 
d
e 
K
+
0
D
en
tr
o 
fu
er
a
Fu
er
a 
D
en
tr
o –116 –58
Sin flujo neto
de K+
Flujo neto de K+
desde fuera hasta dentro
0
FIGURA 2.6 El potencial de membrana influye en los flujos de
iones. (A) La conexión de una batería a través de la membrana permea-
ble al K permite el control directo del potencial de membrana. Cuando la +
batería no funciona (izquierda), los iones K (amarillo) fluyen simplemente +
según su gradiente de concentración. La regulación del potencial de mem-
brana inicial (Vinterior-exterior) en el potencial de equilibrio para el K (centro) 
+
no arroja un flujo neto de K , mientras que si el potencial de membrana se +
vuelve más negativo que el potencial de equilibrio del K (derecha), el K+ +
influye en contra de su gradiente de concentración. (B) Relación entre el 
potencial de membrana y la dirección del flujo de K .+
V
P P P
P
 
       
 
58 log K ext Na ext Cl int
K i
K N a C l
K
nnt Na int Cl ext
Na Cl     P P
SEÑALES ELÉCTRICAS DE LAS CÉLULAS NERVIOSAS 35
K+ en el interior de la célula que en el exterior (véase Cuadro 
2.1), el potencial de reposo es negativo (Fig. 2.7B). A medida
que el potencial de membrana se despolariza (por ejemplo, por 
acción sináptica), aumenta la . El incremento transitorio en P
Na
la permeabilidad al Na hace que el potencial de membrana se+
vuelva incluso más positivo (región roja de Fig. 2.7B) porque el 
Na+ ingresa (hay mucho más Na+ en el interior de una neurona 
que en el exterior, otra vez como resultado de las bombas ió-
nicas). Debido a este circuito de retroalimentación positiva, se 
desarrolla un potencial de acción. No obstante, este aumento de
la permeabilidad al Na durante el potencial de acción es transi-+
torio; a medida que se restablece la permeabilidad al Na , el po-+
tencial de membrana retorna rápidamente a su nivel de reposo.
Al conocer algunos principios electroquímicos, será mucho más 
fácil comprender el siguiente informe, más detallado, de cómo las 
neuronas generan los potenciales de reposo y acción.
Base iónica del potencial
de membrana de reposo
La acción de los transportadores crea gradientes transmem-
brana sustanciales para la mayoría de los iones. En el Cuadro 
2.1 se resumen las concentraciones de los iones medidas en una 
célula nerviosa excepcionalmente grande hallada en el sistema 
nervioso del calamar (Recuadro 2B). Estas mediciones son la 
base para afirmar que hay mucho más K en el interior de la+
neurona que en el exterior, y mucho más Na en el exterior de+
la célula que en el interior. Se desarrollan gradientes de concen-
tración similares en la mayoría de las células de los animales,
incluidos los seres humanos. Sin embargo, dado que la potencia 
iónica de la sangre de los mamíferos es menor que la de los ani-
males que viven en el mar, como el calamar, en los mamíferos 
las concentraciones de cada ion son varias veces menores. Es-
tos gradientes de concentración dependientes de transportadores
constituyen indirectamente la fuente del potencial de membrana 
neuronal de reposo y del potencial de acción.
Una vez que se conocen los gradientes de concentración de 
los iones a través de distintas membranas neuronales, es posi-
ble utilizar la ecuación de Nernst para calcular el potencial de 
equilibrio para el K y de otros iones importantes. Puesto que el+
potencial de membrana de reposo de la neurona del calamar es 
de alrededor de 65 mV, el K es el ion que está más próximo al − +
equilibrio electroquímico cuando la célula se encuentra en repo-
so. Esto implica que la membrana en reposo es más permeable al 
K+ que a los otros iones mencionados en el Cuadro 2.1 y que esta 
permeabilidad es el origen de los potenciales de reposo.
10 m lM KC
1 m ClM Na
Permeabilidad variable a Na+ y K+
1 mM KCl
10 m ClM Na
Dentro Fuera
Voltímetro
(A)
Po
te
n
ci
al
 d
e 
m
em
br
an
a
0
EK
ENa
(B)
Tiempo 
PNaPNa
P PNa>> K
Potencial
de reposo
RepolarizaciónPotencial
de acción
PK>> >>PNa PK PNa
Permeable al Na+
Permeable al K+
FIGURA 2.7 Los potenciales de reposo y de acción implican permeabilidades a diferentes io-
nes. (A) Situación hipotética en la cual una membrana variablemente permeable a Na (rojo) y K+ + (amarillo) 
separa dos compartimientos que contienen ambos iones. Para simplificar, en el diagrama no se muestran los 
iones Cl . (B) Esquema de las permeabilidades iónicas de la membrana asociadas con los potenciales de re-−
poso y acción. En reposo, las membranas neuronales son más permeables a K (amarillo) que a Na+ + (rojo); 
en consecuencia, el potencial de membrana de reposo es negativo y se aproxima al potencial de equilibrio 
para K . Durante un potencial de acción, la membrana se vuelve muy permeable al Na+, EK
+ (rojo); de este 
modo, el potencial de membrana se vuelve positivo y se acerca al potencial de equilibrio para el Na . Sin +, ENa
embargo, la elevación en la permeabilidad del Na es transitoria, de modo que la membrana se vuelve prin-+
cipalmente permeable al K y hace que el potencial retorne a su valor de reposo negativo. Obsérvese que en +
el potencial de equilibrio para un valor dado no hay flujo neto de ese ion a través de la membrana.
CUADRO 2.1 Concentraciones extracelulares e intracelulares
de iones
CONCENTRACIÓN (MM)
INTRACELULAR
400
50
40-1500,0001
140
5-15
4-30
0,0001
INTRACELULAR
20
440
560
10
5
145
110
1-2
ION
Neurona del calamar
Potasio (K )+
Sodio (Na )+
Cloruro (Cl )-
Calcio (Ca )2+
Neurona de mamífero
Potasio (K )+
Sodio (Na )+
Cloruro (Cl )-
Calcio (Ca )2+
36 CAPÍTULO 2
RECUADRO 2B Las notables neuronas gigantes del calamar
Muchos de los conceptos iniciales acer-
ca de cómo los gradientes de concentra-
ción iónicos y los cambios en la permea-
bilidad de la membrana producen señales 
eléctricas provienen de experimentos rea-
lizados sobre las neuronas extraordinaria-
mente grandes del calamar. Los axones de 
estas células nerviosas pueden tener hasta
1 mm de diámetro (100 a 1 000 veces más 
grandes que los axones de los mamíferos). 
Por lo tanto, los axones del calamar tienen
el tamaño suficiente como para que pue-
dan efectuarse experimentos que serían 
imposibles en la mayoría de las otras cé-
lulas nerviosas. Por ejemplo, no es difícil
insertar electrodos simples de cable en el 
interior de estos axones gigantes y efectuar 
mediciones eléctricas fiables. La facilidad
relativa de este enfoque arrojó los prime-
ros registros intracelulares de potenciales 
de acción de células nerviosas y, como se 
explicará en el próximo capítulo, las pri-
meras mediciones experimentales de las 
corrientes iónicas que producen poten-
ciales de acción. También resulta práctico 
extraer el citoplasma de los axones gigan-
tes y medir su composición iónica (véase
(A) (B) (C)
Axón gigante del calamar = 800 µm de diámetro
Axón de mamífero = 2 µm de diámetro
1 mm
Postsináptico
(tercer orden)
Nervio 
estrellado 
co n axón 
gigante
Neurona de 
tercer orden
Ganglio
estrellado
Pr coesinápti
(segundo orden)
Nervio 
estrellado
Axón gigante
Axones más 
pequeños
Corte
transversal
1 mm
Encéfalo
Neurona de 
primer orden
Neurona de 
segundo orden
(A) Esquema de un calamar, que muestra la 
localización de sus células nerviosas gigantes. 
Los diferentes colores indican los componen-
tes neuronales del circuito de escape. Las 
neuronas de primer orden y de segundo orden 
se originan en el cerebro, mientras que las 
de tercer orden están en el ganglio estrellado 
e inervan las células musculares del manto. 
(B). Sinapsis gigantes en el interior del ganglio 
estrellado. La neurona de segundo orden forma 
una serie de prolongaciones digitiformes, cada
una de las cuales realiza una sinapsis extraordi-
nariamente grande con una única neurona de 
tercer orden. (C) Estructura de un axón gigante 
de una neurona de tercer orden que se localiza 
en el interior de su nervio. Se muestra abajo la 
diferencia enorme en los diámetros de un axón 
gigante de calamar y uno de mamífero.
Cuadro 2-1). Además, algunas neuronas 
gigantes forman contactos sinápticos con
otras y producen sinapsis muy grandes, 
que fueron de utilidad para comprender 
los mecanismos fundamentales de la trans-
misión sináptica (véase Cap. 5).
Las neuronas gigantes evidentemente 
se desarrollaron en el calamar dado que 
aumentaban la supervivencia del animal. 
Estas neuronas participan en un circuito 
neural simple que activa la contracción del
músculo del manto y produce un efecto de 
propulsión de chorro que permite alejarse
de los predadores a una velocidad extraor-
dinaria. Como se explica en el Capítulo 3,
el diámetro axónico más grande permite 
una conducción más rápida de los potencia-
les de acción. Por lo tanto, se supone que el
calamar tiene estas neuronas enormes para 
escapar de manera exitosa de sus abundan-
tes enemigos.
En la actualidad (casi 70 años después 
de que John Z. Young en el University Co-
llege de Londres las descubriera) las cé-
lulas nerviosas gigantes del calamar aún 
son sistemas experimentales útiles para 
estudiar las funciones neuronales básicas.
Bibliografía
Llinás, R. (1999) The Squid Synapse: A Model 
for Chemical Transmission. Oxford: Oxford 
University Press.
Young, J. Z. (1939) Fused neurons and synaptic 
contacts in the giant nerve fibres of cephalopods. 
Phil. Trans. R. Soc. Lond. 229(B): 465-503.
SEÑALES ELÉCTRICAS DE LAS CÉLULAS NERVIOSAS 37
Es posible probar esta hipótesis, como lo hicieron Alan Hod-
gkin y Bernard Katz en 1949, al preguntarse qué le sucede al 
potencial de membrana de reposo a medida que se altera la con-
centración de K fuera de la neurona. Si la membrana en repo-+
so es permeable solo al K , entonces la ecuación de Goldman+
(o incluso la de Nernst, más simple) predice que el potencial de
membrana variará en forma proporcional al logaritmo del gra-
diente de concentración del K a través de la membrana. Si se +
acepta que la concentración interna de K no se modifica durante +
el procedimiento, un gráfico que relacione el potencial de mem-
brana con el logaritmo de la concentración externa de K+ arrojará 
una línea recta con una pendiente de 58 mV por cambio de 10 
veces en la concentración externa de K a temperatura ambien-+
te (véase Fig. 2.5C). (La pendiente se vuelve de alrededor de
61 mV a las temperaturas corporales de los mamíferos.)
Cuando Hodgkin y Katz realizaron este experimento en la neu-
rona de un calamar vivo, observaron que el potencial de membra-
na de reposo realmente cambiaba cuando se modificaba la concen-
tración externa de K para volverse menos negativo a medida que+
ésta se elevaba (Fig. 2.8A). Cuando la concentración externa de
K+ se elevaba lo suficiente como para igualar a la concentración de
K+ en el interior de la neurona y volverse así el potencial de equi-
librio del K de 0 mV, el potencial de membrana de reposo tam+ -
bién era aproximadamente de 0 mV. En resumen, el potencial de
membrana de reposo variaba como se predijo con el logaritmo de 
la concentración de K+, con una pendiente que se aproximaba a los
58 mV por cambio de diez veces en la concentración de K+ (Fig. 
2.8B). El valor obtenido no era exactamente de 58 mV porque
otros iones, como Cl y Na , también son levemente permeables − +
y, por lo tanto, influyen en el potencial de reposo en bajo grado. 
La contribución de estos otros iones es en particular evidente con
bajos niveles externos de K+, de nuevo como predice la ecuación
de Goldman. Sin embargo, en general la manipulación de las con-
centraciones externas de estos otros iones solo tiene un efecto pe-
queño (véase Fig. 2.9E), lo que destaca que la permeabilidad del
K+ es la fuente primaria del potencial de membrana de reposo.
En resumen, Hodgkin y Katz mostraron que el potencial
de reposo de interior negativo surge porque: 1) la membrana
de la neurona en reposo es más permeable al K+ que a cualquie-
ra de los otros iones presentes y 2) hay más K en el interior de+
las neuronas que en el exterior. La permeabilidad selectiva al
K+ es causada por los canales de membrana permeables al K+
que están abiertos en las neuronas en reposo, como señalamos,
y el gran gradiente de concentración del K+ es producido por
transportadores de membrana que acumulan selectivamente K+
en el interior de las neuronas. En muchos estudios ulteriores, se
confirmó la validez general de estos principios.
Base iónica de los potenciales
de acción
¿Por qué el potencial de membrana de una neurona se despola-
riza durante un potencial de acción? Si bien se ha dado una res-
puesta general a esta pregunta (aumento de la permeabilidad al 
Na+), sería conveniente razonarla con mayor detalle. De acuerdo
con los datos presentados en el Cuadro 2.1, es posible utilizar la
ecuación de Nernst para calcular que el potencial de equilibrio 
para el Na ) en las neuronas, y en realidad en la mayoría de + (E
Na
las células, es positivo. Por lo tanto, si la membrana se volviera
muy permeable al Na , el potencial de membrana se aproxima-+
ría al E . Sobre la base de estas consideraciones, Hodgkin y 
Na
Katz postularon la hipótesis de que el potencial de acción surge 
porque la membrana neuronal se convierte transitoriamente per-
meable al Na .+
Hodgkin y Katz, aprovechando el mismo estilo de experimento 
de sustitución de iones que utilizaron al evaluar el potencial de re-poso, analizaron el papel del Na en la generación del potencial de+
acción al preguntarse qué le sucede al potencial de acción cuando 
se elimina Na del medio externo. Estos autores observaron que+
la disminución de la concentración externa de Na reduce tanto+
el ritmo de elevación del potencial de acción como su amplitud
máxima (Fig. 2.9A-C). En efecto, cuando examinaron esta depen-
dencia del Na+ cuantitativamente, observaron una relación más o 
menos lineal entre la amplitud del potencial de acción y el logarit-
mo de la concentración externa de Na (Fig. 2.9D). La pendiente+
(A)
0
–20
–60
–40
–80
Po
te
n
ci
al
 d
e 
m
em
br
an
a
d
e 
re
p
os
o 
(m
V
)
Tiempo (min)
1050
3,5 mM
K+
10 mM
K+
20 mM
K+
50 mM
K+
200 mM
K+
450 mM
K+
Pendiente = 58 mV por 
cambio de 10 veces en 
el gradiente del K+
[K+]exterior (mM)
(B)
0
–20
–60
–40
–80
Po
te
n
ci
al
 d
e 
m
em
br
an
a
d
e 
re
p
os
o 
(m
V
)
2 5 10 20 50 100 200 500
FIGURA 2.8 El potencial de membrana de reposo del axón gigante 
de calamar está determinado por el gradiente de concentración 
de K a través de la membrana. + (A) El incremento de la concentración 
externa de K hace más positivo el potencial de membrana de reposo.+
(B) Relación entre el potencial de membrana de reposo y la concentra-
ción externa de K , representada en una escala semilogarítmica. La línea +
recta representa una pendiente de 58 mV por cambio de diez veces en la
concentración, según lo demuestra la ecuación de Nernst. (De Hosgkin y 
Katz, 1949.)
38 CAPÍTULO 2
de esta relación se aproximaba a un valor de 58 mV por cambio de
10 veces en la concentración de Na , como era esperable para una +
membrana selectivamente permeable al Na+. Por el contrario, la
reducción de la concentración de Na+ tuvo muy poco efecto so-
bre el potencial de membrana de reposo (Fig. 2.9E). Por lo tanto,
aunque la membrana neuronal en reposo es solo algo permeable
al Na+, se hace extraordinariamente permeable a este compuesto 
durante la y lafase de ascenso fase de exceso (overshoot) del
potencial de acción. (Véase en el Recuadro 2C una explicación de 
la nomenclatura del potencial de acción.) Este incremento tran-
sitorio de la permeabilidad al sodio es el resultado de la apertura 
de los canales selectivos para el Na+ que en esencia están cerra-
dos en el estado de reposo. Las bombas de membrana mantienen
un gradiente electroquímico para el Na , que se encuentra en una +
concentración mucho mayor por fuera de la neurona y hace que el
potencial de membrana se despolarice y se aproxime al E
Na
.
El tiempo durante el cual el potencial de membrana persiste cer-
ca del E (aproximadamente +58 mV) durante la fase de exceso
Na 
de un potencial de acción es breve, dado que el aumento de la 
permeabilidad al Na en sí es breve. El potencial de membrana se +
repolariza con rapidez hasta los niveles de reposo, y en realidad
le sigue una repolarización exagerada (undershoot) transitoria. 
Como se indica en el Capítulo 3, estos últimos acontecimientos 
en el ciclo del potencial de acción se deben a una inactivación 
de la permeabilidad al Na y un aumento de la permeabilidad de+
la membrana al K+. Durante la repolarización exagerada, el po-
tencial de membrana está hiperpolarizado transitoriamente, pues 
la permeabilidad al K+ se hace incluso mayor que en reposo. El 
potencial de acción termina cuando esta fase de aumento de la
permeabilidad al K+ cede y el potencial de membrana retorna a su 
nivel de reposo normal.
Los experimentos de sustitución de iones llevados a cabo por 
Hodgkin y Katz brindan indicios convincentes de que 1) el po-
tencial de membrana de reposo es resultado de una permeabilidad 
elevada de la membrana en reposo al K y 2) que la despolariza+ -
ción durante un potencial de acción es consecuencia de un au-
mento transitorio de la permeabilidad de la membrana al Na+.
Aunque en estos experimentos se identificaron los iones que 
fluyen durante un potencial de acción, no se estableció de qué 
modo la membrana neuronal puede modificar su permeabilidad 
iónica para generar el potencial de acción o qué mecanismos
desencadenan este cambio crítico. En el capítulo siguiente se
encara esta cuestión, con la conclusión sorprendente de que el 
propio potencial de membrana neuronal afecta la permeabilidad 
de la membrana.
Resumen
Las células nerviosas generan señales eléctricas para transmi-
tir información a lo largo de distancias considerables y enviarla 
a otras células por medio de las conexiones sinápticas. Estas se-
ñales finalmente dependen de los cambios en el potencial eléc-
trico de reposo a través de la membrana neuronal. Se produce un 
potencial de reposo porque las membranas de las células nervio-
FIGURA 2.9 Papel del sodio en la gene-
ración de un potencial de acción en el 
axón gigante de un calamar.
(A) Potencial de acción evocado con las con-
centraciones iónicas normales en el interior 
y el exterior de la célula. (B) La amplitud y 
la velocidad de elevación del potencial de 
acción disminuyen cuando la concentración 
externa de sodio está reducida a un tercio del 
valor normal, pero (C) se recupera cuando 
se repone el Na . (D,E) Aunque la amplitud +
del potencial de acción es muy sensible a la 
concentración externa de Na , el potencial de +
membrana de reposo (E) se afecta poco por 
los cambios de concentración de este ion. 
(De Hodgkin y Katz, 1949.)
(A)
+40
Po
te
n
ci
al
 d
e
m
em
br
an
a 
(m
V
)
–40
–80
0
Tiempo (ms)
0 1 2 3
Cont lro
(B)
Po
te
n
ci
al
 d
e
m
em
br
an
a 
(m
V
) +40
–40
–80
0
Tiempo (ms)
0 1 2 3
[Na+] baja
(C)
Po
te
n
ci
al
 d
e
m
em
br
an
a 
(m
V
) +40
–40
–80
0
Tiempo (ms)
0 1 2 3
Recuperación
Pendiente = 58 mV 
por cambio de 10 
veces en el gradiente
de Na+
50 100 200 500 1000
[Na (m )+]exterior M
(D)
100
A
m
p
lit
u
d
 d
el
 p
ot
en
ci
al
d
e 
ac
ci
ón
 (
m
V
)
80
40
60
20
Po
te
n
ci
al
 d
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m
em
br
an
a
d
e 
re
p
os
o 
(m
V
)
0
–40
–20
–60
–80 
50 100 200
[Na+]exterior (m )M
500 1000
(E)
SEÑALES ELÉCTRICAS DE LAS CÉLULAS NERVIOSAS 39
RECUADRO 2C Forma y nomenclatura de los potenciales de acción
El potencial de acción del axón gigante 
del calamar tiene una forma de onda carac-
terística, con algunas fases diferentes (Fig.
A). Durante la fase creciente, el potencial 
de membrana se despolariza con rapidez. 
De hecho, los potenciales de acción hacen
que el potencial de membrana de despola-
rice tanto que el potencial de membrana se 
vuelve transitoriamente positivo respecto
del medio externo, lo que produce una
fase de exceso (overshoot). La fase de ex-
ceso del potencial de acción deja el camino 
a una fase de caída en la cual el potencial de 
membrana se repolariza con rapidez. La re-
polarización lleva el potencial de membrana
hasta niveles incluso más negativos que el
potencial de membrana de reposo por un
período breve; este instante de hiperpolari-
zación se denomina repolarización exagera-
da (undershoot).
Si bien la forma de la onda del potencial
de acción del calamar es típica, los deta-
lles de la forma varían ampliamente de 
una neurona a otra en diferentes animales. 
En los axones mielínicos de las neuronas
motoras de los vertebrados (Fig. B), el po-
tencial de acción es casi indistinguible del 
correspondiente al axón del calamar. Sin
embargo, el potencial de acción registrado
en el cuerpo celular de esta misma neurona
motora (Fig. C) se ve algo diferente. Por
lo tanto, la forma de la onda del potencial 
de acción puede variar incluso dentro de 
la misma neurona. Se observan potenciales 
de acción más complejos en otras neuronas
centrales. Por ejemplo, los potenciales de 
acción registrados desde los cuerpos celu-
lares de las neuronas en la oliva inferior de
los mamíferos (una región del tronco del 
encéfalo que participa en el control motor)
duran décimas de milisegundos (Fig. D). 
Estos potenciales de acción muestran una
meseta pronunciada durante su fase de caí-
da, y su repolarizaciónexagerada dura aún 
más que la de la neurona motora. Uno de 
los tipos más espectaculares de potencia-
les de acción se desarrolla en los cuerpos
celulares de las neuronas de Purkinje del
cerebelo (Fig. E). Estos potenciales tienen 
varias fases complejas que son resultado 
de la suma de múltiples potenciales de ac-
ción separados.
La variedad de las formas de las ondas 
de los potenciales de acción podría indicar
que cada tipo de neurona tiene un mecanis-
mo diferente de producción del potencial 
de acción. Sin embargo, por fortuna todas 
estas formas de ondas diversas son resul-
tado de variaciones relativamente menores
en el esquema utilizado por el axón gigante 
del calamar. Por ejemplo, las mesetas en la
fase de repolarización son el resultado de
la presencia de canales iónicos permeables 
al Ca y de repolarizaciones exageradas2+ 
prolongadas resultado de la presencia de 
tipos extra de canales de K . El potencial +
de acción complejo de la célula de Purkin-
je es consecuencia de estas características
extra, a lo que se suma que los diferentes
tipos de potenciales de acción se generan
en distintas partes de la neurona de Purkin-
je (cuerpo celular, dendritas y axones) y se 
suman en los registros del cuerpo celular.
Entonces, las lecciones que aprendimos
del axón del calamar son aplicables al co-
nocimiento de la generación del potencial
de acción en todas las neuronas y en reali-
dad son esenciales para ello.
Bibliografía
Barrett, E. F. and J. N. Barrett (1976) Separation 
of two voltage-sensitive potassium currents, and 
demonstration of a tetrodotoxin-resistant calcium 
current in frog motoneurones. J. Physiol. (Lond.) 
255: 737-774.
Dodge, F. A. and B. Frankenhaeuser (1958) 
Membrane currents in isolated frog nerve fibre 
under voltage clamp conditions. J. Physiol. 
(Lond.) 143: 76-90.
Hodgkin, A. L. and A. F. Huxley (1939) Action 
potentials recorded from inside a nerve fibre. 
Nature 144: 710-711.
Llinás, R. and M. Sugimori (1980) 
Electrophysiological properties of in vitro 
Purkinje cell dendrites in mammalian cerebellar 
slices. J. Physiol. (Lond.) 305: 197-213.
Llinás, R. and Y. Yarom (1981) Electrophysiology 
of mammalian inferior olivary neurones in 
vitro. Different types of voltage-dependent ionic 
conductances. J. Physiol. (Lond.) 315: 549-567.
43210
0
<40
<80
40
Fase de caída
Fase de exceso 
( )overshoot
(A) (B) (C) (D) (E) 
0 2 4 6 8
P
o
te
n
ci
al
 d
e
m
em
br
an
a 
(m
V
)
4 6 82 2010 30 400 0 0 50 100 150
Tiempo (ms)
Fase de repolarización 
exagerada ( )undershoot
Fase de
elevación
(A) Fases de un potencial de acción del axón del calamar gigante. (B) Potencial de acción regis-
trado de un axón mielínico de una neurona motora de la rana. (C) Potencial de acción registrado 
desde el cuerpo celular de la neurona motora de la rana. El potencial de acción es más pequeño 
y la repolarización exagerada es prolongada en comparación con el potencial de acción registrado 
desde el axón de esta misma neurona (B). (D) Potencial de acción registrado desde el cuerpo 
celular de una neurona de Purkinje en el cerebelo de un cobayo (A, de Hodgkin y Huxley, 1939; 
B, de Dodge y Frankenhauser, 1958; C, de Barrett y Barrett, 1976; D, de Llinás y Yarom, 1981; E, 
de Llinás y Sugimori, 1980.)
40 CAPÍTULO 2
sas son permeables a una o más especies de iones sometidos a 
un gradiente electroquímico. Más específicamente, un potencial
de membrana negativo en reposo es resultado de la salida neta
de K a través de las membranas neuronales que son en ma-+
yor medida permeables al K . Por el contrario, un potencial de +
acción se desarrolla cuando un aumento transitorio en la per-
meabilidad al Na permite un flujo neto de Na en la dirección + +
opuesta a través de la membrana que es ahora predominante-
mente permeable al Na+. La elevación breve en la permeabilidad 
de la membrana al Na es seguida por una elevación transitoria+
secundaria en la permeabilidad de la membrana al K , que repo-+
lariza la membrana neuronal y produce una repolarización exa-
gerada breve del potencial de acción. Como resultado de estos 
procesos, la membrana se despolariza al estilo de todo o nada
durante un potencial de acción. Cuando estos cambios activos 
de la permeabilidad ceden, el potencial de membrana retorna a 
su nivel de reposo debido a la permeabilidad elevada de la mem-
brana en reposo al K .+
Lecturas adicionales
Revisiones
Hodgkin, A. L. (1951) The ionic basis of electrical activity in nerve and 
muscle. Biol. Rev. 26: 339-409.
Hodgkin, A. L. (1958) The Croonian Lecture: Ionic movements and electrical 
activity in giant nerve fibres. Proc. R. Soc. Lond. (B) 148: 1-37.
Artículos originales importantes
Baker, P. F., A. L. Hodgkin and T. I. Shaw (1962) Replacement of the axoplasm 
of giant nerve fibres with artificial solutions. J. Physiol. (London) 164: 330-
354.
Cole, K. S. and H. J. Curtis (1939) Electric impedence of the squid giant axon 
during activity. J. Gen. Physiol. 22: 649-670.
Goldman, D. E. (1943) Potential, impedence, and rectification in membranes.
J. Gen. Physiol. 27: 37-60.
Hodgkin, A. L. and P. Horowicz (1959) The influence of potassium and 
chloride ions on the membrane potential of single muscle fibres. J. Physiol. 
(London) 148: 127-160.
Hodgkin, A. L. and B. Katz (1949) The effect of sodium ions on the electrical 
activity of the giant axon of the squid. J. Physiol. (London) 108: 37-77.
Hodgkin, A. L. and R. D. Keynes (1953) The mobility and diffusion coefficient 
of potassium in giant axons from Sepia. J. Physiol. (London) 119: 513-528.
Hodgkin, A. L. and W. A. H. Rushton (1938) The electrical constants of a 
crustacean nerve fibre. Proc. R. Soc. Lond. 133: 444-479.
Keynes, R. D. (1951) The ionic movements during nervous activity. J. Physiol. 
(London) 114: 119-150.
Libros
Hodgkin, A. L. (1967) The Conduction of the Nervous Impulse. Springfield, 
IL: Charles C. Thomas.
Hodgkin, A. L. (1992) Chance and Design. Cambridge: Cambridge University 
Press.
Junge, D. (1992) Nerve and Muscle Excitation, 3rd Ed. Sunderland, MA: 
Sinauer Associates.
Katz, B. (1966) Nerve, Muscle, and Synapse. New York: McGraw-Hill.
Aspectos generales
EL POTENCIAL DE ACCIÓN ES LA SEÑAL ELÉCTRICA primaria genera-
da por las células nerviosas y se origina por cambios en la permeabilidad de membrana a iones 
específicos. El conocimiento actual de estos cambios en la permeabilidad iónica se basa en las 
pruebas obtenidas por la técnica de pinzamiento de voltaje, que permiten una caracterización 
detallada de los cambios de permeabilidad en función del potencial de membrana y del tiempo.
En la mayoría de los tipos de axones, estos cambios implican una elevación rápida y transitoria 
en la permeabilidad al sodio (Na ), seguida por una elevación más lenta pero más sostenida en +
la permeabilidad al potasio (K ). Ambas permeabilidades son dependientes del voltaje, y au-+
mentan a medida que el potencial de membrana se despolariza. La cinética y la dependencia del 
voltaje de las permeabilidades al Na y al K brindan una explicación completa de la generación+ +
del potencial de acción. La despolarización del potencial de membrana hasta el nivel umbral 
produce un aumento rápido y autosostenido en la permeabilidad al Na que produce la fase de+
elevación del potencial de acción; sin embargo, el aumento de la permeabilidad al Na+ es breve 
y es seguido por un incremento más lento de la permeabilidad al K que restablece el potencial+
de membrana hasta su nivel de reposo negativo habitual. Un modelo matemático que describe 
el comportamiento de estas permeabilidades iónicas predice casi todas las propiedades obser-
vadas de los potenciales de acción. Es importante destacar que este mismo mecanismo iónico 
permite la propagación de los potenciales de acción a lo largo de los axones neuronales, lo que
explica cómo se transmiten las señales eléctricas en todo el sistema nervioso.
Corrientes iónicas a través de las membranas de las 
células nerviosas 
El capítulo anteriorintrodujo la idea de que las células nerviosas generan señales eléctricas 
en virtud de una membrana que es diferencialmente permeable a distintas especies de iones. En 
particular, un incremento transitorio en la permeabilidad de la membrana neuronal al Na inicia+
el potencial de acción. En este capítulo se considera con exactitud cómo se desarrolla este au-
mento en la permeabilidad al Na . Una clave para comprender este fenómeno es la observación+
de que los potenciales de acción se inician cuando el potencial de membrana neuronal se vuelvesolo 
más positivo que cierto nivel umbral. Esta observación sugiere que el mecanismo responsable del
3
Permeabilidad de la 
membrana dePendiente 
de voltaje
42 CAPÍTULO 3
incremento en la permeabilidad al Na+ es sensible al potencial de
membrana. Por lo tanto, si pudiera comprenderse cómo un cambio
en el potencial de membrana activa la permeabilidad al Na+, debería
ser posible explicar cómo se generan los potenciales de acción.
El hecho de que la permeabilidad al Na que genera el cambio +
en el potencial de membrana es en sí misma sensible al poten-
cial de membrana presenta obstáculos tanto conceptuales como 
prácticos para estudiar el mecanismo del potencial de acción. Un
problema práctico es la dificultad para variar en forma sistemáti-
ca el potencial de membrana para estudiar el cambio de permea-
bilidad, porque estas alteraciones en el potencial de membrana 
producen el potencial de acción, que genera cambios nuevos no 
controlados. Históricamente, no fue posible comprender enton-
ces los potenciales de acción hasta que se desarrolló una téc-
nica que permitió que los investigadores controlen el potencial 
de membrana midan de manera simultánea los cambios de y
permeabilidad subyacentes. Esta técnica, el método de pinza-
miento de voltaje (Recuadro 3A), brinda toda la información 
necesaria para definir la permeabilidad iónica de la membrana 
en cualquier nivel del potencial de membrana.
A fines de la década de 1940, Alan Hodgkin y Andrew Huxley
utilizaron la técnica de pinzamiento de voltaje para investigar los
cambios de permeabilidad subyacentes al potencial de acción. Una
vez más, estos autores decidieron utilizar la neurona gigante del
RECUADRO 3A Método de pinzamiento de voltaje
Los descubrimientos en la investigación
científica a menudo se basan en el desa-
rrollo de tecnologías nuevas. En el caso 
del potencial de acción, solo se obtuvo un 
conocimiento detallado después de que
Kenneth Cole, en la década de 1940, in-
ventó la técnica de pinzamiento de voltaje.
Este dispositivo se denomina así porque
controla o pinza el potencial de membra-
na (o voltaje) en cualquier nivel que el 
experimentador desee. El método mide el 
potencial de membrana con un microelec-
trodo (u otro tipo de electrodo) colocado 
en el interior de la célula (1), y compara
electrónicamente este voltaje con el que se 
desea mantener (denominado voltaje co-
mando) (2). A continuación, el circuito de 
pinzamiento pasa una corriente retrógrada 
a la célula a través de otro electrodo in-
tracelular (3). Este circuito electrónico de 
retroalimentación mantiene el potencial de
membrana en el nivel deseado, aun frente 
a cambios en la permeabilidad que en con-
diciones normales alterarían el potencial 
de membrana (como los generados durante 
el potencial de acción). Lo que es más im-
portante, el dispositivo permite la medición
simultánea de la corriente necesaria para 
mantener la célula en un voltaje dado (4) .
Esta corriente es exactamente igual a la
cantidad de corriente que fluye a través
de la membrana neuronal, lo que permite 
la medición directa de estas corrientes de 
membrana. Por lo tanto, la técnica de pin-
zamiento de voltaje puede indicar cómo
fluye el potencial de membrana en el flujo 
de corrientes iónicas a través de la mem-
brana. Esta información brindó a Hodgkin
y a Huxley los conocimientos clave que
condujeron a su modelo para la generar el
potencial de acción.
En la actualidad, el método del pinza-
miento de voltaje se utiliza ampliamente
para estudiar las corrientes iónicas en las 
neuronas y otras células. La versión con-
temporánea más popular de este enfoque es 
la técnica de pinzamiento en parche, méto-
do que puede aplicarse casi a cualquier cé-
lula y tiene una resolución suficientemente
alta como para medir corrientes eléctricas 
diminutas que fluyen a través de canales
iónicos aislados (véase Recuadro 4A).
Bibliografía
Cole, K. S. (1968) Membranes, Ions and 
Impulses: A Chapter of Classical Biophysics. 
Berkeley, CA: University of California Press.
Un electrodo interno mide el 
potencial de membrana (Vm) y está 
co nectado al amplificador de 
pinzamiento de voltaje.
1 El amplificador de pinzamiento 
de voltaje mpara el potencial co
de membrana n el potencial co
deseado (comando).
2 Cuando el Vm es diferente del potencial 
co mando, el amplificador de pinzamiento 
inyecta co rriente en el axón a través de un 
segundo electrodo. Este sistema de
retroalimentación ha que el potencial ce 
de membrana se vuelva igual al potencial 
co mando.
3
La iente flco rr uye
hacia atrás en el axón,
y por lo tanto a través 
de su membrana 
puede medirse aquí.
4
Medidor
Vm
Amplificador 
de pinzamiento 
de voltaje
Medidor 
de corriente
Voltaje 
co mando
Electrodo 
de transmisión 
de corrienteElectrodo 
de registro
Axón 
del calamar
Solución 
salina
Electrodo 
de referencia
Técnica de pinzamiento de voltaje para estudiar las 
corrientes de membrana del axón de un calamar.
PERMEABILIDAD DE LA MEMBRANA DEPENDIENTE DE VOLTAJE 43
calamar, dado que su gran tamaño (hasta 1 mm de diámetro; véa-
se Recuadro 2B) permitía la inserción de los electrodos necesarios
para el pinzamiento de voltaje. Estos investigadores fueron los pri-
meros en evaluar directamente la hipótesis de que los cambios de
permeabilidad al Na+ y al K+ sensibles al potencial son tanto nece-
sarios como suficientes para la producción de potenciales de acción.
El primer objetivo de Hodgkin y Huxley fue determinar si, de
hecho, la membrana neuronal tiene permeabilidad dependiente
de voltaje. Para encarar esta cuestión, estos investigadores se pre-
guntaron si las corrientes iónicas fluyen a través de la membrana
cuando su potencial se modifica. En la Figura 3.1 se muestra el re-
sultado de uno de estos experimentos. En la Figura 3.1A se exhiben
las corrientes producidas por el axón de un calamar cuando su po-
tencial de membrana, V
m
, se hiperpolariza desde el nivel de reposo
de −65 mV a −130 mV. La respuesta inicial del axón es resultado
de la redistribución de la carga a través de la membrana axóni-
ca. Esta corriente de capacitancia es casi instantánea, y termina 
dentro de una fracción de un milisegundo. Además de este acon-
tecimiento breve, fluye muy poca corriente cuando la membrana 
está hiperpolarizada. Sin embargo, si el potencial de membrana se
despolariza desde −65 hasta 0 mV, la respuesta es muy diferente
(Figura 3.1B). Tras la corriente de capacitancia, el axón produce
una corriente iónica hacia el interior que crece rápidamente (hacia 
el interior se refiere a una carga positiva que ingresa en la célula, 
o sea, cationes dentro o aniones fuera), lo que deja el paso a una
corriente tardía hacia el exterior y de crecimiento más lento. La
generación de estas corrientes iónicas por la despolarización de la
membrana establece que la permeabilidad de la membrana de los
axones es, en efecto, dependiente de voltaje.
Dos tipos de corriente iónica
dependientes de voltaje
Los resultados que aparecen en la Figura 3.1 demuestran que 
la permeabilidad iónica de la membrana neuronal es sensible al
voltaje, pero los experimentos no identifican cuántos tipos de 
permeabilidad hay o cuáles son los iones involucrados. Como se
explicó en el Capítulo 2 (véase Figura 2.6), la variación del poten-
cial a través de una membrana hace posible deducir el potencial
de equilibrio para los flujos iónicos a través de la membrana y,
por lo tanto, identificar los iones que fluyen. Dado