POTENCIALES DE ACCIONPOTENCIALES DE MEMBRANA

A travs de las membranas de casi todas las clulas del organismo se producen potenciales elctricos.

Algunas clulas, como las nerviosas y musculares, son excitables, es decir, capaces de auto generar impulsos electroqumicos rpidamente cambiantes en sus membranas, y estos impulsos se utilizan para transmitir seales a travs de las membranas de los nervios y de los msculos

interior de la membrana, mientras

BASES FISICAS DE LOS POTENCIALES DE MEMBRANA POTENCIALES DE MEMBRANA ORIGINADOS POR DIFUSIN Consideramos que en el interior de la membrana la concentracin de potasio es mayor que en el exterior.

Supongamos que la membrana es nicamente permeable a los iones potasio.

Debido al elevado gradiente de concentracin de potasio desde el interior al exterior, existe una fuerte tendencia de los iones potasio a difundir hacia el exterior, transportando cargas elctricas con l y dejando electronegatividad en el interior

En aproximadamente 1 mseg. la diferencia de concentracin entre el interior y el exterior denominada potencial de difusin es tan grande como para bloquear la difusin adicional neta de potasio hacia el exterior ( -94 mV).Una situacin similar ocurre con el sodio. La difusin de iones sodio de carga positiva hacia el interior crea un potencial de membrana con negatividad en el exterior y positividad en el interior. Una vez ms el potencial de membrana se hace los suficientemente elevado como para la difusin adicional neta de sodio hacia el interior ( 61 mV).

RELACION DEL POTENCIAL DE DIFUSION CON LA DIFERENCIA DE CONCENTRACION : POTENCIAL DE NERNST El potencial de membrana que impide la difusin final de un in en cualquier direccin a travs de la membrana se denomina potencial de Nernst para ese in. La magnitud de este potencial est determinado por el cociente de concentracin de ese in en los dos lados de la membrana.

Cuanto mayor es el cociente, mayor es la tendencia del in a difundir en una direccin y por tanto, mayor ser el potencial de Nernst necesario para impedir la difusin neta adicional.

ECUACION DE NERNST

FEM (mV) = + 61 Log Concentracin interior Concentracin exterior Se asume que:El potencial del LEC es ceroEl potencial de Nernst est en el interiorEl signo del potencial es positivo si el in que difunde desde el interior hacia el exterior es negativo, y viceversa

DETERMINACIN DEL POTENCIAL DE MEMBRANA Mientras el electrodo est fuera de la membrana del nervio, el potencial que se registra es cero, que es el potencial del lquido extracelular. Despus, cuando el electrodo de registro atraviesa el rea con carga de voltaje de la membrana celular (denominada capa de dipolo elctrico), el potencial desciende bruscamente hasta -90 milivoltios.

Para crear un potencial negativo en el interior de la membrana, slo se deben transportar suficientes iones positivos al exterior para desarrollar la capa de dipolo elctrico en la propia membrana. Un nmero igualmente pequeo de iones positivos que pase del exterior al interior de la fibra puede invertir el potencial desde -90 milivoltios hasta +35 milivoltios en tan solo 1/10000 de segundo.

POTENCIAL DE MEMBRANA DE REPOSO DE LOS NERVIOS El potencial de membrana de reposo de las grandes fibras nerviosas grandes cuando no estn transmitiendo seales nerviosas es de alrededor de -90 mV decir, el potencial en el interior de la fibra es 90 mV. ms negativo que el potencial del lquido extracelular que est fuera de la fibra

TRANSPORTE ACTIVO DE Na Y K A TRAVES DE LA MEMBRANA: BOMBA SODIO-POTASIO. Las membranas celulares del organismo poseen una poderosa bomba de sodio-potasio que continuamente bombea sodio al exterior de la fibra y potasio al interior. Se trata de una bomba electrgena, porque se bombean ms cargas positivas hacia el exterior que hacia el interior (tres iones Na+ hacia el exterior por cada dos iones K+ hacia el interior), lo que deja un dficit neto de iones positivos en el interior; ello produce una carga negativa en el interior de la membrana celular.

GRADIENTES DE CONCENTRACION PARA EL SODIO Y POTASIO

Na+ (exterior) 142 mEq/lNa+ (interior) 14 mEq/lK+ (exterior) 4 mEq/lK+ (interior) 140 mEq/l

Los cocientes de estos dos iones en el interior y exterior son:Na+ interior/Na+ exterior = 0,1K+ interior/K+ exterior = 35

ESCAPE DE POTASIO Y DE SODIO A TRAVES DE LA MEMBRANA DEL NERVIO.

Los iones sodio y potasio pueden escapar a travs de la membrana nerviosa mediante una protena de canal, denominada canal de escape o fuga de potasio-sodio.

Los canales son mucho ms permeable al potasio que al sodio, aproximadamente 100 veces ms permeables

ORIGEN DEL POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO NORMALContribucin del potencial de difusin de potasioContribucin de la difusin de sodio a travs de la membrana nerviosaContribucin de la bomba sodio-potasio

CONTRIBUCION DEL POTENCIAL DE DIFUSION DEL POTASIO Si consideramos que el nico movimiento de iones a travs de la membrana es la difusin de iones potasio; debido al elevado cociente de los iones potasio entre el interior y el exterior de la membrana, 35:1, el potencial de Nernst correspondiente a esta proporcin es de -94mV, porque el logaritmo de 35 es 1.54 que multiplicado por -61mV, es igual a -94 milivoltios. Por tanto, si los iones potasio fueran el nico factor que genera el potencial en reposo, el potencial de reposo en el interior de la fibra sera igual a -94 mV

CONTRIBUCIN DE LA DIFUSIN DE SODIO A TRAVS DE LA MEMBRANA DEL NERVIO. La adicin de una ligera permeabilidad de la membrana del nervio a los iones sodio, causada por la difusin mnima de dichos iones a travs de los canales de escape de Na+- K+ proporciona un clculo del potencial de Nernst para el interior de la membrana de +61 milivoltios.

CONTRIBUCIN DE LA BOMBA SODIO - POTASIO El bombeo continuo de tres iones sodio hacia el exterior por cada dos iones potasio bombeados hacia el interior de la membrana produce una prdida contina de cargas positivas en el interior de la membrana, esto crea un grado adicional de negatividad en el interior, sumada a la que se puede alcanzar solo mediante difusin. El potencial de membrana neto es de -90 milivoltios.

POTENCIAL DE ACCION DEL NERVIO

Las seales nerviosas se transmiten mediante potenciales de accin, que son cambios rpidos en el potencial de membrana que se extienden con celeridad por la membrana de la fibra nerviosa. Cada potencial de accin se inicia en un potencial negativo en reposo normal, seguido de un potencial positivo y termina con un potencial negativo

FASES DEL POTENCIAL DE ACCIN

Fase de reposoFase de despolarizacinFase de repolarizacin

FASE DE REPOSO Durante esta fase, se dice que la membrana esta polarizada, debido al potencial de membrana negativo de -90 milivoltios que existe. +++++++ Na+

FASE DE REPOSO.-----------------------90 mV.K

FASE DE DESPOLARIZACIN La membrana se vuelve sbitamente permeable a los iones sodio, lo que permite el flujo hacia el interior del axn de enormes cantidades de iones sodio cargados positivamente. El estado polarizado normal de -90 mV se neutraliza y el potencial aumenta rpidamente en direccin positiva. Esto se denomina despolarizacin Na+++++ 35 mV

FASE DE REPOLARIZACIN Unas diezmilsimas de segundo despus de que la membrana se haga muy permeable a los iones sodio, los canales de sodio comienzan a cerrarse y los canales de potasio se abren ms de lo habitual. De esta manera, la rpida difusin de los iones potasio al exterior restablece el potencial de membrana en reposo negativo normal. K ------------------------

CANALES DE SODIO Y POTASIO CON APERTURAS DE VOLTAJE

El actor imprescindible para la despolarizacin y la repolarizacin de la membrana del nervio durante el potencial de accin es el canal de sodio con apertura de voltaje. El canal de potasio con apertura de voltaje tambin desempea una funcin importante en el aumento de la rapidez de repolarizacin de la membrana. Estos dos canales con apertura de voltaje se aaden a la bomba de Na+ - K+ y a los canales de escape de Na+- K+.

IONES IMPERMEABLES CARGADOS NEGATIVAMENTE

Dentro del axn existen numerosos iones cargados negativamente que no pueden atravesar los canales de la membrana. Incluyen los aniones de las molculas proteicas, compuestos orgnicos de fosfato, compuestos de sulfato y otros. Por tanto, cuando hay una salida de potasio, son estos aniones los responsables de la negatividad en el interior del axn.

IONES CALCIOUna funcin importante de los canales de calcio activados por voltaje es su contribucin a la fase de despolarizacin. No obstante esta activacin es lenta y precisa de hasta 10 a 20 veces ms para su activacin que los iones sodio, de ah que su denominacin sea de canales lentos, en contraposicin con los canales rpidos de sodio. Este hecho ayuda a mantener la despolarizacin por ms tiempo

Tanto el msculo cardaco como el msculo liso disponen de abundantes canales de calcio.

AUMENTO DE LA PERMEABILIDAD DE LOS CANALES DE SODIO CUANDO EXISTE UN DEFICIT DE IONES CALCIO.

Cuando existe un dficit de iones calcio, los canales de sodio se activan con un aumento muy pequeo del potencial de membrana desde su nivel de reposo muy negativo, por tanto la fibra nerviosa se hace muy excitable

La disminucin de un 50% de calcio por debajo de su concentracin normal produce tetania muscular, lo cual resulta mortal sobre todo por la contraccin tetnica de los msculos respiratorios

UMBRAL PARA EL INICIO DEL POTENCIAL DE ACCION

No se producir un potencial de accin hasta que el aumento inicial del potencial de membrana sea lo suficientemente grande como para dar origen a una retroalimentacin positiva de entrada de sodio. Esto se produce cuando el sodio que entra es mayor que el potasio que sale. Habitualmente es necesario un aumento sbito de potencial de membrana de 15 a 30 mV. En una fibra nerviosa grande el aumento desde -90mV hasta -65 mV da lugar a la aparicin de un potencial de accin. Se dice que, este nivel de -65 mV es el umbral para la estimulacin

PROPAGACION DEL POTENCIAL DE ACCIONEl proceso de despolarizacin viaja a lo largo de toda la fibra y cuando lo hace a lo largo de una fibra nerviosa muscular se denomina impulso nervioso o muscular Una membrana excitable no tiene una direccin de propagacin nica, sino que el potencial de accin viaja en todas las direcciones alejndose del estmulo hasta que se despolarizado toda la membrana

PRINCIPIO DEL TODO O NADA

Una vez que se ha originado un potencial de accin en cualquier punto de la membrana de una fibra normal, el proceso de despolarizacin viaja por toda la membrana si las condiciones son las adecuadas, o no viaja si no lo son

MESETA EN ALGUNOS POTENCIALES DE ACCIONEn algunos casos la membrana excitada no se repolariza inmediatamente despus de la despolarizacin, sino que permanece en una meseta cerca del mximo del potencial de espiga durante muchos milisegundos y slo despus comienza la repolarizacin

Este tipo de potencial de accin en meseta se produce en las fibras musculares cardacas en las que la meseta dura hasta 0,2 a 0,3 seg. CAUSAS: Combinacin de canales rpidos de sodio y canales lentos de calcio-sodioApertura lenta de los canales de potasio

RITMICIDAD DE ALGUNOS TEJIDOS EXCITABLES: DESCARGA REPETITIVA

Normalmente se producen descargas autoinducidas repetitivas en: el corazn, en la mayor parte del msculo liso y en muchas de las neuronas del sistema nervioso central, provocando:1) Latido rtmico del corazn, 2) Peristaltismo rtmico intestinal, y 3) Fenmenos neuronales como el control rtmico de la respiracin.

ASPECTOS ESPECIALESDE LA TRANSMISION DE SEALESEN LOS TRONCOS NERVIOSOSUn nervio tpico contiene fibras nerviosas grandes mielinizadas, y muchas fibras pequeas amielnicas situadas entre las grandes. Como promedio, un tronco nervioso contiene aproximadamente el doble de fibras amielnicas que de mielnicas.

CONDUCCION SALTATORIA EN LAS FIBRAS MIELINIZADASLa corriente elctrica fluye por el LEC circundante que est fuera de la vaina de mielina , as como por el axoplasma que est en el interior del axn de un ndulo de Ranvier a otro, excitando ndulos sucesivos.As, el impulso nervioso recorre a saltos la fibra

UTILIDAD DE LA CONDUCCION SALTATORIAAumenta la velocidad de la transmisin nerviosa (5 a 50 veces)

Conserva la energa para el axn y por tanto precisa poco metabolismo

La repolarizacin se produce con muy poca transferencia de iones

VELOCIDAD DE CONDUCCION EN LAS FIBRAS NERVIOSAS

La velocidad de conduccin del potencial de accin en las fibras nerviosas vara de 0.25/ m seg en las fibras no mielinizadas pequeas hasta 100 m /seg en las fibras mielinizadas grandes

EXCITACION: EL PROCESODE PRODUCCION DEL POTENCIALDE ACCION

Cualquier factor que haga que los iones sodio comiencen a difundir en nmero suficiente hacia el interior a travs de la membrana har desencadenar la apertura automtica regeneradora de canales de sodio. Esto puede ser consecuencia de: Una simple alteracin mecnica de la membrana, De efectos qumicos sobre la misma Del paso de electricidad a travs de ella.

PERIODO REFRACTARIOEl perodo durante el cual no se puede generar un segundo potencial de accin, incluso con un estmulo intenso, se denomina perodo refractario absoluto

INHIBICION DE LA EXCITABILIDAD

ESTABILIZADORES.-Una concentracin elevada de calcio en el LEC reduce la permeabilidad de la membrana a los iones sodio y reduce simultneamente la excitabilidad. Por tanto se dice que el in calcio es un estabilizador

ANESTESICOS LOCALES.-La mayor parte de estos compuestos actan directamente sobre las compuertas de activacin de los canales de sodio haciendo que sea mucho ms difcil abrir estas compuertas , reduciendo de esta manera la excitabilidad de la membrana. Tal es el caso de los anestsicos locales procana y tetracana

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