El potencial de membrana en reposo del músculo liso gastrointestinal constituye una propiedad electrofisiológica dinámica que determina el grado de excitabilidad de la fibra muscular y, por tanto, la probabilidad de que se desencadenen contracciones. A diferencia de lo que ocurre en muchos otros tejidos excitables, donde el potencial de membrana en reposo permanece relativamente estable, las células del músculo liso gastrointestinal presentan un potencial basal que puede modificarse continuamente por estímulos mecánicos, nerviosos, hormonales, paracrinos y metabólicos. Estas modificaciones alteran la cercanía del potencial de membrana al umbral de activación de los canales de calcio dependientes de voltaje, regulando así la intensidad de la actividad motora gastrointestinal. Esta propiedad representa uno de los principales mecanismos mediante los cuales el aparato digestivo adapta su motilidad a las necesidades fisiológicas de la digestión, absorción y propulsión del contenido intestinal. Esta organización funcional ha sido demostrada mediante registros electrofisiológicos intracelulares, estudios de canales iónicos y análisis de la fisiología integradora del músculo liso gastrointestinal.
En condiciones fisiológicas, el potencial de membrana en reposo del músculo liso gastrointestinal suele situarse alrededor de −50 a −60 mV, con un valor promedio cercano a −56 mV, aunque este varía entre las distintas regiones del tubo digestivo y entre diferentes especies. Dicho potencial resulta del equilibrio existente entre las concentraciones intra y extracelulares de sodio, potasio, calcio y cloro, junto con la permeabilidad relativa de la membrana para cada uno de estos iones. La elevada permeabilidad basal al potasio favorece la salida continua de este ion desde el interior celular hacia el espacio extracelular, mientras que la acción permanente de la adenosina trifosfatasa sodio-potasio mantiene los gradientes electroquímicos necesarios para conservar el estado de polarización. Al mismo tiempo, diversos canales de fuga para sodio, calcio y cloro contribuyen a establecer el potencial eléctrico definitivo de la membrana.
Sin embargo, este potencial no permanece fijo. Sobre él se superponen variaciones eléctricas lentas generadas por las células intersticiales de Cajal, las cuales producen las ondas lentas que coordinan la actividad eléctrica del músculo liso. Además de estas oscilaciones rítmicas, numerosos estímulos modifican directamente el potencial basal, desplazándolo hacia valores menos negativos o más negativos. Estas modificaciones determinan cambios profundos en la excitabilidad del tejido.
Cuando el potencial de membrana se vuelve menos negativo, fenómeno denominado despolarización, la diferencia de potencial entre el interior y el exterior celular disminuye. En consecuencia, la membrana se aproxima al umbral necesario para abrir los canales de calcio dependientes de voltaje, principalmente los canales de tipo L y otros canales de calcio presentes en el músculo liso gastrointestinal. Como resultado, basta un estímulo mucho menor para desencadenar potenciales en espiga y permitir la entrada masiva de calcio hacia el interior celular. El aumento del calcio intracelular activa la calmodulina, la cinasa de la cadena ligera de miosina y todo el aparato contráctil responsable del acortamiento de las fibras musculares. De esta manera, una pequeña despolarización incrementa notablemente la probabilidad de que aparezcan contracciones intensas y coordinadas.
Por el contrario, cuando el potencial de membrana se hace más negativo, proceso denominado hiperpolarización, aumenta la distancia eléctrica que separa al potencial basal del umbral de activación de los canales de calcio. En estas condiciones, incluso la presencia de ondas lentas puede resultar insuficiente para alcanzar el umbral necesario para producir potenciales en espiga. La entrada de calcio disminuye considerablemente, el aparato contráctil permanece inactivo y la fibra muscular reduce su capacidad para contraerse. La hiperpolarización constituye, por tanto, un mecanismo fisiológico fundamental para disminuir la motilidad gastrointestinal cuando la actividad digestiva debe reducirse.
Uno de los estímulos despolarizantes más importantes es la distensión de la pared gastrointestinal. Cuando el alimento, los líquidos o los gases incrementan el volumen del lumen digestivo, las fibras musculares son sometidas a estiramiento mecánico. Este fenómeno activa canales iónicos mecanosensibles presentes en la membrana celular, permitiendo la entrada de cationes, especialmente sodio y calcio. Como consecuencia, el potencial de membrana se desplaza hacia valores menos negativos.
La distensión también activa múltiples mecanismos neurales intrínsecos pertenecientes al sistema nervioso entérico. Los plexos mientérico y submucoso detectan el incremento de tensión mediante neuronas mecanorreceptoras, desencadenando reflejos locales que aumentan la liberación de neurotransmisores excitadores. Simultáneamente, las células intersticiales de Cajal modifican la propagación de las ondas lentas, favoreciendo la aparición de potenciales en espiga sobre dichas ondas. Todo ello incrementa la fuerza de las contracciones peristálticas que impulsan el contenido digestivo hacia segmentos más distales.
La distensión también puede estimular la liberación local de sustancias paracrinas como prostaglandinas, serotonina y otros mediadores que aumentan adicionalmente la excitabilidad del músculo liso. Así, un estímulo puramente mecánico termina produciendo una respuesta eléctrica, química y motora altamente integrada.
Otro importante mecanismo de despolarización corresponde a la acción de la acetilcolina liberada por las terminaciones parasimpáticas y por numerosas neuronas excitadoras del sistema nervioso entérico. La acetilcolina constituye el principal neurotransmisor excitador del aparato digestivo.
La unión de la acetilcolina con receptores muscarínicos, principalmente del subtipo M3, activa proteínas G que estimulan la fosfolipasa C. Esta enzima genera inositol trifosfato y diacilglicerol, produciendo liberación de calcio desde el retículo sarcoplásmico y facilitando simultáneamente la apertura de canales catiónicos de membrana. Además, disminuye la conductancia para el potasio, reduciendo su salida desde la célula. Ambos mecanismos desplazan el potencial de membrana hacia valores menos negativos.
El resultado funcional consiste en un aumento de la frecuencia de los potenciales en espiga, una mayor entrada de calcio extracelular y un incremento significativo de la intensidad de las contracciones gastrointestinales. Este mecanismo explica por qué la estimulación parasimpática aumenta el tono muscular, favorece el peristaltismo y acelera el vaciamiento de numerosos segmentos del tubo digestivo.
Diversas hormonas gastrointestinales también poseen efectos despolarizantes sobre el músculo liso. Entre ellas destacan la gastrina, la motilina y, en determinadas circunstancias fisiológicas, la colecistoquinina. Estas hormonas actúan mediante receptores específicos acoplados a proteínas G, activando vías de señalización intracelular que modifican la permeabilidad de múltiples canales iónicos.
La gastrina aumenta la excitabilidad del músculo liso gástrico, favoreciendo las contracciones antrales necesarias para mezclar el alimento y regular el vaciamiento hacia el duodeno. La motilina estimula intensamente los complejos motores migratorios durante el ayuno, incrementando la frecuencia de potenciales en espiga mediante despolarización del músculo liso. La colecistoquinina, además de estimular la contracción de la vesícula biliar, modula la actividad motora intestinal mediante mecanismos directos e indirectos sobre neuronas entéricas y fibras musculares.
Estas hormonas no generan siempre potenciales de acción por sí mismas, pero desplazan el potencial de membrana hacia valores cercanos al umbral, facilitando que las ondas lentas desencadenen potenciales en espiga con mayor frecuencia.
En contraste con los mecanismos excitadores, la noradrenalina y la adrenalina producen hiperpolarización de la membrana del músculo liso gastrointestinal. Estos neurotransmisores y hormonas representan los principales mediadores de la respuesta simpática sobre el aparato digestivo.
La activación de receptores adrenérgicos α2 y β2 modifica profundamente la conductancia iónica de la membrana. En muchas regiones gastrointestinales aumenta la apertura de canales de potasio, favoreciendo la salida de este ion desde el interior celular. Simultáneamente disminuye la entrada de calcio mediante inhibición de canales dependientes de voltaje y reducción de la producción de segundos mensajeros intracelulares.
La pérdida de cargas positivas desde la célula hace que el interior se vuelva aún más negativo, produciendo hiperpolarización. Al alejarse el potencial de membrana del umbral eléctrico, disminuye notablemente la posibilidad de generar potenciales en espiga, incluso cuando las ondas lentas continúan presentes.
Como consecuencia fisiológica, disminuyen el tono muscular, la intensidad de las contracciones, la frecuencia del peristaltismo y la velocidad del tránsito gastrointestinal. Este mecanismo permite que, durante situaciones de estrés, ejercicio intenso o respuesta de lucha o huida, el organismo redistribuya recursos energéticos hacia órganos prioritarios como el corazón, los pulmones y los músculos esqueléticos, reduciendo temporalmente la actividad digestiva.
La estimulación de los nervios simpáticos produce efectos semejantes debido a que sus terminaciones liberan principalmente noradrenalina. Además de actuar directamente sobre las fibras musculares, la noradrenalina inhibe la liberación de acetilcolina por las neuronas colinérgicas del sistema nervioso entérico mediante receptores presinápticos α2. Esta inhibición reduce aún más la actividad excitadora parasimpática.
De forma simultánea, la estimulación simpática incrementa la actividad de neuronas inhibitorias entéricas que liberan óxido nítrico, péptido intestinal vasoactivo y adenosina trifosfato, potenciando adicionalmente la relajación del músculo liso. El resultado final consiste en una marcada reducción de la motilidad gastrointestinal, del tono muscular y de la actividad secretora.
Es importante destacar que la despolarización y la hiperpolarización no constituyen simplemente fenómenos eléctricos aislados, sino mecanismos reguladores esenciales que permiten adaptar continuamente la función motora del aparato digestivo a las condiciones fisiológicas. Después de una comida predominan los estímulos despolarizantes mediados por la distensión, la actividad parasimpática y diversas hormonas digestivas, facilitando la mezcla, trituración y propulsión del contenido alimentario. Durante el ayuno, el estrés, la hemorragia, el ejercicio intenso o la activación simpática predominan los mecanismos hiperpolarizantes que disminuyen la actividad digestiva y conservan energía para otros sistemas orgánicos.
La interacción permanente entre células intersticiales de Cajal, neuronas entéricas, fibras musculares lisas, hormonas gastrointestinales y sistemas nerviosos autónomos convierte al potencial de membrana en reposo en un parámetro extraordinariamente dinámico. Las pequeñas modificaciones de apenas algunos milivoltios alrededor del valor basal determinan profundas diferencias en la excitabilidad celular, la generación de potenciales en espiga, la entrada de calcio, la intensidad de la contracción y, en última instancia, el patrón completo de motilidad gastrointestinal.
Fuente y lecturas recomendadas:
- Daniel, E. E., & Posey-Daniel, V. (1984). Neuromuscular structures in relation to gastrointestinal motility. American Journal of Physiology, 246(3), G305–G315.
- Furness, J. B. (2012). The Enteric Nervous System. Wiley-Blackwell.
- Huizinga, J. D., & Lammers, W. J. E. P. (2009). Gut peristalsis is governed by a multitude of cooperating mechanisms. American Journal of Physiology-Gastrointestinal and Liver Physiology, 296(1), G1–G8.
- Kraichely, R. E., Farrugia, G., & Ordog, T. (2010). Ion channels and signaling in gastrointestinal smooth muscle. Current Opinion in Pharmacology, 10(6), 687–694.
- Sanders, K. M., Koh, S. D., & Ward, S. M. (2006). Interstitial cells of Cajal as pacemakers in the gastrointestinal tract. Annual Review of Physiology, 68, 307–343.
- Sanders, K. M., Ward, S. M., & Koh, S. D. (2014). Interstitial cells: Regulators of smooth muscle function. Physiological Reviews, 94(3), 859–907.
- Wood, J. D. (2016). Physiology of the Gastrointestinal Tract (6.ª ed.). Academic Press.
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