V. RESOLVIENDO EL PROBLEMA
2. La hipótesis del sodio (Hodgkin, Huxley y Katz
En julio de 1939 Hodgkin y Huxley viajaron a Plymouth, donde empezaron a estudiar la viscosidad del axoplasma en axones gigantes de calamar en posición vertical, midiendo que tan rápido caían pequeñas gotas de mercurio. Encontraron que en axones en buenas condiciones las gotas de mercurio no caían o lo hacía muy lentamente, por lo que dedujeron que el axoplasma era casi sólido; sin embargo, en la proximidad de la región cortada del axón o donde éste había sido dañado, las gotas caían rápidamente, sugiriendo que en esas zonas el axoplasma se liquificaba. Estos resultadods sugirieron la posibilidad de introducir un electrodo axial y cuando esto fue hecho, registraron un potencial de reposo de 50 mV negativo en el interior, mientras el potencial de acción era de 100 mV en amplitud. Animados con esos resultados empezaron a probar el efecto de iones potasio, pero la II Guerra Mundial los hizo detener el trabajo y sólo tuvieron oportunidad de publicar una nota en Nature (1939).
Para 1944 la posición de Inglaterra en la guerra había mejorado sustancialmente y eso, más la lectura de los trabajos que Curtis y Cole (1940, 1942) publicaron en esa época, los animaron a terminar el trabajo sobre los potenciales de reposo y de acción que habían empezado en 1939 (Hodgkin y Huxley, 1945). Es interesante notar que en ese tiempo la hipótesis del sodio para explicar el potencial de acción se había debilitado enormemente, debido en parte a un trabajo, que posteriormente se demostró equivocado, en el que se decía que el potencial de acción del axón gigante de Loligo pealii podía exceder los 110 mV (Curtis y Cole, 1942). En ese mismo trabajo también se dice que ni el potencial de reposo ni el de acción se afectan cuando todos los iones del espacio extracelular se sustituyen con dextrosa isosmótica y había tenido un gran impacto porque era congruente con las observaciones de que el nervio ciático de rana sobrevivía bien y por muchas horas en soluciones isotónicas de sacarosa, sin iones, un resultado que ahora se atribuye a la impermeabiidad del perineuro.
Fue quizá el contacto con los nuevos científicos que se incorporaron a Cambridge después de la Guerra (Richard Keynes, David Hill y Peter Lewis), todos ellos con extensos conocimientos químicos, que influyó sobre Hodgkin y Huxley para hacerlos diseñar un sistema químico como base para explicar el potencial de acción. Así, su hipótesis inicial fue que los iones sodio eran transportados a través de la membrana por un portador cargado negativamente, fijo en el estado de reposo debido a cargas electrostáticas, pero que se movería debido a la depolarización pasiva, un efecto que aumentaría y se haría asimétrico por la combinación con iones de calcio externo. En 1947 Huxley incluso calculó el potencial de acción resultante de esas características y en él incluyó un aumento rápido de la permeabilidad al sodio y uno lento para la del potasio.
Resultados obtenidos por Katz (1947) y por Hodgkin mismo (Webb y Young, 1940) les hicieron pensar que aquellos de Cole sobre la inexcitabilidad del axón gigante en soluciones sin sodio externo estaban equivocados y en enero de 1947 decidieron estudiar el problema más cuidadosamente. Sus resultados mostraron que bajando la concentración de sodio externo en axones aislados de cangrejo se reducía la amplitud del potencial de acción por una cantidad semejante a la calculada con la ecuación de Nernst; esto es, bajando la concentración de sodio por 1/5 el potencial de acción se reducía de 120 a 72 mV (40%). Con estos resultados Hodgkin y Huxley confirmaron la teoría del sodio del potencial de acción.
Para 1947 Cole y Marmont habían tenido éxito en implementar el control de voltaje del axón gigante del calamar, lo que comunicaron a Hodgkin por carta. Así, cuando en julio de 1948 Hodgkin y Huxley fallaron en sus primeros intentos para perfundir axones gigantes de calamar, decidieron en cambio hacer otros experimentos, en los que usarían la técnica de control de voltaje para probar su hipótesis del portador de sodio. Para esto diseñaron un electrodo con dos alambres de plata, uno para el voltaje y otro para la corriente, trenzados alrededor de una delgada varilla de vidrio y junto con Katz publicaron sus primeros resultados en 1949; sin embargo, todavía no tenían buenos electrodos de guarda, mantenían la hipótesis del portador y no tenían evidencias claras de la inactivación del sodio.
Todos esos problemas fueron resueltos en julio de 1949, cuando el equipo fue mejorado, de manera que los experimentos publicados en 1952 fueron hechos durante ese verano. Hodgkin (1992) dice que pudieron resolver los problemas tan rápidamente porque durante mucho tiempo ya habían estado pensando en el tipo de sistema que podría producir un potencial de acción como el registrado en el axón gigante del calamar y también sabían lo que tenían que medir para reconstruirlo.
Hodgkin, Huxley y Katz todavía pasaron dos años analizando los resultados, parcialmente debido a su frustación al tener que dejar el modelo del portador en el que habían estado pensando durante tanto tiempo y que reemplazaron por una compuerta dependiente de voltaje. Los resultados experimentales fueron publicados en un solo número del Journal of Physiology (1952) y las ecuaciones que las describen en el siguiente número de la misma revista. Para este último trabajo las ecuaciones diferenciales fueron resueltas por Huxley usando una calculadora manual, por lo que los potenciales de membrana (no propagados) tomaban ocho horas, mientras los propagados hasta 3 semanas.
Varios años después, el comentario de Hodgkin (1977) sobre el trabajo que les valió el Premio Nobel en Fisiología en 1962, fue el siguiente: "As soon as we began to think about molecular mechanisms it became clear that the electrical data would by themselves yield only very general information about the class of system likely to be involved. So we settled for the more pedestrian aim of finding a simple set of mathematical equations which might plausible represent the movement of electrically charged gating particles." Por su parte, Huxley empezó a trabajar en músculo esquelético, un campo al que hizo contribuciones espectaculares y también en 1977 comentó que hizo el cambio porque, "... I felt that it was time to move into another branch of Physiology: for one thing, I had never worked on anything but nerve, and for another, there was at that time (and indeed for a good many years after) no obvious way of pushing the analysis of excitation to a deeper level."
