¿Por qué el potasio (K) es importante para la neurología y el cerebro?

La célula principal del cerebro es la neurona. La neurona tiene una membrana semipermeable que, en determinadas circunstancias, deja pasar el potasio. Otra célula común es la célula glial, que solo tiene canales de potasio. El potasio, K+, tiene carga positiva y puede atravesar la membrana por canales específicos, dependiendo de su estado (abierto/cerrado). Los canales son específicos de iones ya que los aminoácidos que componen los canales (proteínas) tienen diferentes cargas y configuraciones.

Los diferentes canales iónicos de membrana tienen diferentes funciones. El K+ se encuentra principalmente en el citoplasma durante el estado de reposo con un potencial de equilibrio de -75 mV. En el modelo típico de neurona, este potencial es mayor que el de Na+ o Cl-.

Los iones buscan un equilibrio donde no tienen que moverse porque las cargas positivas y negativas se repelen. Sin embargo, la célula está decidida a manejar esta pereza y para evitar un estancamiento, tiene un potencial negativo.

Cuando el K+ sale de la célula, la relación entre los iones positivos y negativos cambia, lo que lleva a una diferencia de voltaje creciente entre los iones citoplasmáticos internos y los extracelulares externos. La negatividad en la celda aumenta y suceden dos cosas: una fuerza impulsora química de K+ y una fuerza impulsora eléctrica, que resulta de la diferencia de voltaje. A medida que el K+ sale de la célula, los canales vecinos adoptan cada vez más el mismo patrón y esto da lugar a un efecto dominó a lo largo de la membrana celular, que viaja a través del axón. Como este cambio de -/+ a +/- ocurre cuando K+ pasa la membrana, las cargas externas ++++ cambian a ----. Esto da como resultado un voltaje +- que crece a lo largo del eje ++--, +++---, ++++----, pero esto está mediado por Cl-, lo que resulta en un ciclo del potencial - y se mueve:

------, +-----, ++----, +++---, +++++-, -+++++, --++++, - --+++, ----+, ------

(Kandel et al., Principios de la ciencia neuronal, 5ª ed., p.126-129, p.144)

El potasio impulsa el potencial de acción y es por eso que las neuronas pueden "hablar entre sí" y las señales pueden llegar a su destino. Por eso el potasio es importante para el sistema nervioso.

Arriba, +++--- implica la carga externa y, por lo tanto, la membrana celular tiene el voltaje:

+ + + - - - 
- - - + + +

Sin potasio (K), ningún producto químico se mueve.

El Sistema Nervioso Central se compone de una variedad de sustancias químicas, señales eléctricas y neurotransmisores para enviar una variedad de señales a través del cerebro y una variedad de receptores del sistema nervioso. Si desea enviar una señal de neurotransmisores (medicamentos u otros productos químicos que se encuentran en su lista), debe haber un voltaje adecuado para mover los productos químicos.

El potasio (K) y el sodio (Na) interactúan con sus respectivos canales iónicos para despolarizar la célula desde -70 mV (reposo teórico) hasta alrededor de +55 mV (cuando ocurre el movimiento de los neurotransmisores). Las células intentan crear un equilibrio, pero se encuentran en un ciclo de retroalimentación de interacciones químicas y eléctricas.

Principios de neurobiología de Luo (2015) es una buena referencia, y hay una variedad de otros textos de biología humana que también podrían ilustrar los ejemplos de cómo interactúan estos químicos. El http://www.mindcreators.com/neuronbasics.htm también parece ser una buena fuente de imágenes.