5 Regulación de las concentraciones intracelulares de aniones
La regulación de los cloruros depende de la coordinación de varios procesos (Fig. 2). Se ha sugerido que ciertos canales de fuga de cloruro reducen la concentración intracelular de cloruro actuando como válvulas unidireccionales. Esta idea surge de la observación de que los canales de cloruro como el ClC-2 (gen clcn2) son más permeables al cloruro que sale de la célula que al que entra en ella.35 Independientemente de esta permeabilidad diferencial, que se denomina rectificación, la dirección del flujo de cloruro sigue dependiendo de la fuerza impulsora del cloruro. Esto significa que el cloruro rara vez, o nunca, tendrá la oportunidad de salir de la célula a través del ClC-2 porque la fuerza impulsora del cloruro está casi siempre en la dirección opuesta. Debido a que la «válvula» es imperfecta, los canales de ClC-2 en realidad dejan que el cloruro se filtre en la célula.36
El fracaso de los canales para dejar que el cloruro salga de la célula pone de manifiesto la necesidad de diferentes mecanismos de transporte de iones que puedan mover el cloruro en contra de su gradiente.37 Los cotransportadores, o simportadores, mueven dos o más especies de iones en la misma dirección a través de la membrana de la célula; el cloruro puede moverse en contra de su gradiente al llevar a cuestas otro ion que se mueve hacia abajo en su gradiente. Los intercambiadores, o antiportadores, hacen efectivamente lo mismo pero acoplando el movimiento de especies iónicas que fluyen en direcciones opuestas a través de la membrana. El principal extrusor de cloruro en las neuronas es el cotransportador de potasio-cloruro 2 (KCC2) (gen slc12a5). El KCC2 permite que el cloruro vaya a remolque de los iones de potasio que fluyen por su gradiente y salen de la célula. El proceso es electroneutral debido a la estequiometría 1:1 del cloruro y el potasio. El proceso no es activo en la medida en que no implica directamente la hidrólisis del ATP (y, por tanto, no debería denominarse bombeo); en cambio, el proceso es secundariamente activo, ya que la KCC2 depende del gradiente de potasio que mantiene la ATPasa sodio-potasio, que bombea potasio al interior de la célula.
El cotransportador sodio-potasio-cloruro 1 o NKCC1 (gen slc12a2) es otro importante contribuyente a la homeostasis neuronal del cloruro. El NKCC1 aprovecha el gradiente de sodio para mover el potasio y el cloruro hacia el interior de la célula, lo que resulta en una alta concentración de cloruro intracelular. Esto es, por supuesto, lo contrario de cómo KCC2 afecta al cloruro. La expresión relativa de NKCC1 y KCC2 dicta, por tanto, la concentración intracelular de cloruro, a pesar de los efectos de la carga de cloruro a través de varios canales de cloruro, incluyendo los canales GABAA y de glicina activados. Cabe destacar varios puntos. En primer lugar, el NKCC1 se expresa fuertemente al principio del desarrollo, mientras que el KCC2 sólo se expresa débilmente, pero se produce un cambio en el desarrollo que conduce al patrón inverso en la edad adulta.38,39 En el asta dorsal de la rata, el Eanion parece alcanzar su valor maduro alrededor de las 2 semanas después del nacimiento,40 pero la capacidad plena de extrusión de cloruro no se alcanza hasta las 3-4 semanas después del nacimiento41; en otras palabras, las cargas de cloruro superan más fácilmente la extrusión de cloruro mediada por el KCC2 en las neuronas jóvenes. En segundo lugar, el cambio en el desarrollo no se produce en las neuronas aferentes primarias, lo que significa que los niveles de NKCC1 siguen siendo elevados, lo que da lugar a altas concentraciones intracelulares de cloruro en esas células.42,43 En tercer lugar, NKCC1 y KCC2 no se expresan uniformemente ni siquiera dentro de una sola neurona, lo que puede dar lugar a un alto nivel de cloruro intracelular en un compartimento (como el segmento inicial del axón) y un bajo nivel de cloruro intracelular en otros compartimentos (como el soma y las dendritas).44,45 Y por último, los niveles adultos normales de expresión de KCC2 pueden estar patológicamente alterados (Sección 8).
Hay que hacer alguna mención sobre cómo se realizan los registros electrofisiológicos ya que esto puede (deliberada o inadvertidamente) conducir a cambios en la concentración de cloruro intracelular. Con la técnica de pinza de parche de célula completa, la membrana celular se rompe para obtener acceso eléctrico a la célula después de sellar la pipeta de parche a la membrana celular; en consecuencia, el citosol se dializa con la solución de la pipeta. La solución de la pipeta suele estar diseñada para tener una concentración de cloruro que se aproxima al nivel intracelular natural, pero a veces tiene deliberadamente una alta concentración de cloruro para aumentar la fuerza motriz del cloruro (por ejemplo, para facilitar la detección de pequeñas corrientes postsinápticas inhibitorias). Cualquiera de los dos enfoques es aceptable dependiendo de la pregunta que se plantee. Pero, en ambos casos, la dialización de la célula significa que el cloruro intracelular se sujeta efectivamente al nivel de cloruro en la solución de la pipeta o cerca de él, lo que obviamente no es apropiado para medir el nivel natural de cloruro en la célula. Este problema puede resolverse utilizando la técnica del parche perforado.46 Dicho esto, la dialización de la célula puede utilizarse para probar la capacidad de extrusión, determinando si la concentración de cloruro intracelular se equilibra con la concentración de la pipeta o si la célula consigue mantener un nivel más bajo debido a sus mecanismos de extrusión.47,48 Además, en el pinzamiento de voltaje, el potencial de membrana se cambia bruscamente y se mantiene en valores elegidos arbitrariamente, lo que puede conducir a fuerzas impulsoras de cloruro muy poco naturales. Como explican Ratté y Prescott,36 estos detalles experimentales deben considerarse cuidadosamente para evitar interpretaciones erróneas.
Como ya se ha mencionado, el bicarbonato sale a través de los receptores GABAA y de glicina activados. La probabilidad de que el eflujo de bicarbonato provoque una acumulación extracelular es baja, dada la difusión relativamente sin restricciones del bicarbonato en el espacio extracelular, pero el eflujo de bicarbonato puede agotar los niveles de bicarbonato intracelular y provocar un descenso del pH.49 Sin embargo, esto no suele ocurrir en condiciones normales porque el bicarbonato intracelular se repone mediante la conversión de dióxido de carbono y agua en bicarbonato y protones por la enzima anhidrasa carbónica; como gas, el dióxido de carbono se difunde libremente a través de la membrana celular. El bicarbonato intracelular puede agotarse (y su eflujo, por tanto, reducirse) mediante el bloqueo de la anhidrasa carbónica por la acetazolamida32 , que de hecho puede tener efectos analgésicos (Sección 9). La regulación del pH implica otras reacciones químicas y mecanismos de transporte, y el propio bicarbonato puede ser transportado a través de la membrana celular a cambio de cloruro.50