Potencial de membrana y potencial de acción – Fisiología humana (página 2)

2. Transporte Activo Secundario o Cotransporte (Simport):

Es el transporte de sustancias muy concentradas en el interior celular como los aminoácidos y la glucosa, cuya energía requerida para el transporte deriva del gradiente de concentración de los iones sodio de la membrana celular.

Bomba de Calcio: Es una proteína de la membrana celular de todas las células . Su función consiste en transportar calcio iónico (Ca2+) hacia el exterior de la célula, gracias a la energía proporcionada por la hidrólisis de ATP, con la finalidad de mantener la baja concentración de Ca2+ en el citoplasma que es unas diez mil veces menos que en el medio externo, necesaria para el normal funcionamiento celular. Se sabe que las variaciones en la concentración intracelular del Ca2+ se producen como respuesta a diversos estímulos y están involucradas en procesos como la contracción muscular, la expresión genética, la diferenciación celular, la secreción y varias funciones de las neuronas. Dada la variedad de procesos metabólicos regulados por el Ca2+, un aumento de la concentración de Ca2+ en el citoplasma puede provocar un funcionamiento anormal de los mismos. Si el aumento de la concentración de Ca2+ en la fase acuosa del citoplasma se aproxima a un décimo de la del medio externo, el trastorno metabólico producido conduce a la muerte celular.

TEMA II

POTENCIAL DE MEMBRANA O POTENCIAL DE ACCIÓN

1.- POTENCIALES DE MEMBRANA

Normalmente hay potenciales eléctricos a través de las membranas en todas las células. De las cuales:

• Las células nerviosas y musculares son AUTOEXCITABLES
• Es decir, son capaces de autogenerar impulsos electroquímicos
• En sus membranas, y en muchos casos, de transmitir señales a
• Lo largo de las mismas.

1.1.-POTENCIALES DE MEMBRANA CREADAS POR DIFUSIÓN

[ Na +] intracelular > [ Na ] intracelular = difunde = > cargas + intracel = pero, luego la difusion se frena por esas cargas (+) = POTENCIAL DE NERNST

1.2.-CONCEPTOS

Cuando el potencial de membrana es generado por la por difusión de diferentes iones (por diferente permeabilidad a la membrana)

Depende de:

* polaridad de la carga eléctrica de cada ión.

* permeabilidad de la membrana para cada ión.

* [ ] de cada uno de los iones en el int-ext celular.

Esos iones son:

Na+ K+ Cl-

= desarrollan potenciales de membrana en membranas de células neuronales, musculares y nervios de conducción.

= el gradiente de [ ] de cada uno a través de la membrana determina el VOLTAJE del potencial de membrana

La permeabilidad de los canales de Na y K sufren cambios durante la conducción del impulso nervioso. Mientras que los canales de Cl. no cambian, por lo tanto los cambios de

permeabilidad para Na y K son importantes para la: TRANSMISIÓN DE LA SEÑAL A LOS NERVIOS.

Potencial de reposo en la membrana de la célula nerviosa

• De reposo: cuando no están transmitiendo señales = – 90 Mv
• Es producido por:

• DIFUSIÓN PASIVA DEL K: a través de un canal proteico = – 94 Mv
• DIFUSIÓN PASIVA DEL Na: a través de canales proteicos pero con menos permeabilidad que el K = + 61 Mv

La combinación de ambos genera un POTENCIAL NETO de – 86 Mv. Donde la bomba de sodio y potasio es:

BOMBA Na-K: Saca 3 Na+ y mete 2 K = – 90 Mv

2.-El potencial de acción

• Permite transmitir señales nerviosas en las células nerviosas que Son cambios rápidos del potencial de membrana = y que se desplaza a lo largo de la fibra nerviosa.

• ETAPAS:

• REPOSO: la membrana está POLARIZADA con – 90 MV
• DESPOLARIZACIÓN: > permeab Na – entra Na a la cel – se positiviza el interior de la celula (porque el potencial de membrana disminuye a -50-70 Mv y se abren canales de Na por VOLTAJE)
• REPOLARIZACION: < permeab K = sale K al ext = se negativiza el interior celular nuevamente.

2.1.-Inicio del potencial de accion

• Cualquier acontecimiento que aumente RÁPIDAMENTE el potencial
• De membrana y sobrepase el UMBRAL alrededor de los – 65 Mv
• Provocará que se abran los canales de Na (por voltaje) en forma PROGRESIVA y RECLUTANTE.

2.2.-Propagación del potencial de acción

Es decir, un potencial de acción de un SEGMENTO EXCITABLE de la membrana puede excitar segmentos adyacentes = la PROPAGACIÓN DE LA DESPOLARIZACIÓN a lo largo de :

* la fibra nerviosa = impulso nervioso = POT ACC ( >1 para que la fibra muscular = impulso muscular = UMBRAL se de la propagacion) como un "FACTOR DE SEGURIDAD"

2.3.-Potencial de acción en meseta

• A: DESPOLARIZACIÓN. por canales rápidos de Na abiertos por volt.
• B: MESETA. Prolongación del Tiempo de despolarización = T de contracción muscular cardiaca. Es por canales lentos de Ca por voltaje
• C: REPOLARIZACIÓN. Por entrada de K (abertura de canales de K) y termina entrada de Na (se cierran los canales)

3.-La ritmicidad de ciertos tejidos excitables

En base a la alta permeabilidad a los Na (y Tb. CA) para permitir la DESPOLARIZACIÓN AUTOMÁTICA.

El potencial de membrana en reposo es de – 60 a – 70 Mv

Estas descargas repetitivas se dan en neuronas, músculo liso y cardiaco. En donde se manifiestan como ritmo cardiaco, peristalsis y ritmo respiratorio. Tb hay una HIPERPOLARIZACIÓN al final del potencial de acción, debido a canales de K = una excesiva permeabilidad al K y eso retrasa. La siguiente despolarización.

4.-El fenómeno de excitación

Cualquier fenómeno que aumente la permeabilidad al Na producirá la apertura de los canales de Na automáticamente.

Pueden ser:

• fenómenos físicos
• fenómenos químicos
• fenómenos eléctricos

y Los ESTABILIZADORES DE LA MAMBRANA Inhiben la excitabilidad (hipercalcemia, hipocalemia, procaína, Tetracína, por disminución de activación de canales de Na)

1. Aquí se describe la llamada Teoría de Singer y Nicolson (1972) o Teoría del mosaico fluido.

   La membrana está formada por una bicapa lipídica, por proteínas periféricas en la parte interna y externa y por proteínas integrales que atraviesan de punta a punta la membrana, son los llamados canales por donde pasan los iones. Esos canales pueden estar en estados diferentes, abiertos o cerrados.

   Se ha medido la composición que tiene el líquido extracelular e intracelular y se ha averiguado que es diferente.

2. CONCEPTO DE POTENCIAL DE MEMBRANA O DE ACCIÓN
3. BASES IÓNICAS DEL POTENCIAL DE REPOSO

CONCENTRACIONES PARA DIRENENTES IONES

Cuando una célula está en reposo (no estimulada ni excitada) los canales de potasio están abiertos, el potasio tenderá a salir hacia el exterior (iones de K), son cargas positivas por tanto el interior celular será negativo respecto al exterior celular

POTENCIAL DE REPOSO. BASES IÓNICAS

Todas las células tienen potencial de reposo (hepatocito) en base a una diferencia iónica dentro y fuera de la célula, pero no todas tienen capacidad de desarrollar potenciales de acción.

Las células excitables (neuronas) poseen u potencial de reposo muy estable (entre -60 y -100 mV). En las células no excitables, el potencial de reposo es menos estable, pueden haber oscilaciones entre (-40 y -60 mV), está más despolarizado.

También se puede medir mediante la Ecuación de Goldman

Ecuación de Nernst. Ecuación de Golman reducida a un solo ión.

R = Constante general de los gases

T = Temperatura es grados kelvin

Z = valencia

F = constante de FaradaE = poder de equilibrio (calculado el potencial de Nerst es más aproximado el reposo de esa célula).

El potencial de reposo se debe principalmente a la permeabilidad a otros iones.

La contracción sincronizada de todas las células que están acopladas eléctricamente constituyendo el tejido cardíaco, genera la contracción sincrónica de cada una de las cámaras del corazón.

La contracción de cada célula está asociada a un potencial de acción.

Hay que tener en cuenta:

• Colocar un electrodo en el interior de la célula y otro en el exterior
• El potencial de reposo siempre es negativo. – 80 mv.
• El interior celular siempre es negativo
• La permeabilidad más importante durante el potencial de reposo en la de potasio
• También participan pero con muchísima menor permeabilidad otros iones como el sodio,
• También participan la bomba sodiopotásica electrogénica, intercambia iones,

3 moléculas de Na, por 2 moléculas de K, por cada molécula de ATP hidrolizada. De esta manera ese poquito sodio que se había perdido es devuelto al interior de la célula.

1. CONCEPTO DE POTENCIAL DE ACCIÓN BASES IÓNICAS

Todas las células poseen potencial de reposo pero no todas son capaces de generar un potencial de acción. Las células excitables que generan potenciales de acción son:

• Neuronas. Células nerviosas
• Células musculares. Músculo liso (vísceras internas, útero, uréteres e intestino), músculo estriado (músculo esquelético y del corazón)
• Célelas sensoriales. Preceptores de la vista y del oído
• Células secretoras. Glándulas salivares, parotida
• Células relacionadas con el sistema Endocrino. Adenohipófisis, islote de Langerhans (insulina)

El hepatocito no requiere un potencial de acción. Las células las podemos estimular de forma:

• Mecánica. Punzón
• Química. Con un neurotransmisor
• Eléctrica. Es la más parecida a la fisiología y mide exactamente la intensidad del estímulo que estamos aplicando a esa célula.

El potencial de acción de la fibra nerviosa dura de alrededor de unos 2 msg, en la fibra muscular esquelética también son excitables, es similar al potencial reacción pero tienen mayor amplitud 5 msg.

El potencial de acción en la fibra muscular cardiaca tiene características distintas, posee una gran meseta y su amplitud es mucho mayor 200 msg.

El potencial de acción se caracteriza porque existe una inversión de la polaridad, el interior celular negativo pasa a positivo en el momento en que el potencial de acción pasa por ahí. El potencial de acción no es decremencial, no disminuye durante su traslado, es mantenido.

1. PROPAGACIÓN DEL POTENCIAL DE ACCIÓN:

LEY DEL TODO O NADA

El potencial de acción responde a la ley de todo o nada, el potencial para que tenga lugar necesita de un estímulo liminal que llegue al punto crítico de dispara de esa célula.

1. Despolarización lenta. -70 mv hasta -55 mv
2. Despolarización rápida. – 55 mV hasta +35 mV.
3. Repolarización rápida. + 35 mv 2/3 del descenso
4. Repolarización lenta (hasta – 70 mV)
5. Hiperpolarización. -70 mV hasta – 75 mV.

El potencial de acción se produce o no siendo igual. No se produce si el estímulo no alcanza el punto crítico de la célula, y si se supera si que hay potencial. La ley se cumple para fibras aisladas, para una fibra única, pero no se cumple cuando existen múltiples fibras nerviosas (axones)

E. BASES IÓNICAS

En 1954, dos investigadores llamados Hodgkin y Huuxley midieron las corrientes iónicas que suceden durante el potencial de acción.

Las bases iónicas son:

• Permeabilidad al sodio y al potasio
• Despolarización al sodio y al potasio
• Repolarización al sodio y al potasio

Se observan cambios de conductancia para el Na y el K durante el potencial de acción. Durante la despolarización y repolarización midieron la conductancia.

El potencial de acción en su fase de despolarización existe un aumento de la permeabilidad del Na (hay más Na fuera por eso entra), es básicamente en la neurona, fibra muscular. En el caso de la producción de insulina aumentará la permeabilidad del calcio.

La repolarización es debida a un aumento del pk, siempre debido a la conductancia al K (salida del K). Además pueden aparecer otros iones que estudian morfologías un poco distintas.

El potencial de equilibrio para el sodio se puede calcular utilizando la ecuación de Golman, para la medida exacta lo mejor es el registro intracelular.

La bomba sodiopotásica electrogénica también participa porque tiene la capacidad de devolver a su sitio los iones

1. CONDUCCIÓN DEL IMPULSO NERVIOSO O ASPECTOS ESPECILAES DE TRAMSMISIÓN DE SEÑALES EN LOS TRONCOS NERVIOSOS.

• PERÍODOS REFRACTARIOS

Supone una situación de inescitabilidad de la membrana cuando una célula acaba de ser estimulada y acaba de generar un potencial de acción, el potencial de acción inmediatamente no puede generar otro.

• Absoluto: período de tiempo inmediatamente después de un potencial de acción en donde no hay respuesta independientemente de la intensidad del estímulo que se le aplique.
• Relativo: período de tiempo después del período absoluto en donde si que hay respuesta pero sólo si se le aplica una intensidad de estímulo por encima del umbral de excitación de la célula

• TEORÍA DE LOS CIRCUITOS LOCALES O TEORIA DEL POZO O FUENTE

Por el hecho de existir cargas positivas al lado de negativas se generan unas corrientes locales que van desde el positivo al negativo, esa corriente va a ser la que va a ir desplazando la zona vecina. No se puede volver hacia atrás porque está el período refractario absoluto.

Existen dos tipos de células nerviosas:

• Neuronas mielínicas
• Neuronas no mielínicas.

La conducción del impulso nervioso es diferente para cada una de ellas. La conducción nerviosa en las fibras mielínicas es una transmisión rápida, por término medio tienen unas 20 um de diámetro con una velocidad de conducción de unos 100 m/sg.

El potencial de acción es enviado mediante la Teoría saltatoria, lo que hace esa despolarización es que va saltando de nodo de Ranvier en nodo.

La transmisión sin mielina es lenta por término medio de 0,5 um de diámetro y la velocidad de conducción de alrededor de 0,5 m/sg, la transmisión se va produciendo en toda la zona de axón.

La transmisión del impulso nervioso saltatorio de las células con melina es más económica energéticamente para el organismo. Una molécula de ATP intercambia 3 de Na y 2 de K.

La velocidad de conducción se mide conociendo 2 parámetros.

• La distancia entre el estimulador y el registrador

Potencia (tiempo transcurrido entre en encendido de Eshm y el inicio del potencial de acción).

Factores que condicionan la velocidad de conducción

• El diámetro de la fibra. A mayor diámetro, mayor velocidad de conducción. Existe una relación entre el incremento del diámetro y en incremento de la velocidad de conducción.
• La temperatura. La velocidad de conducción se eleva progresivamente al elevar la temperatura, desde 5ºC hasta 40ºC, a partir de los 40ºC se estabiliza.

Si se superan los 45ºC hay un bloqueo de la conducción nerviosa y como consecuencia la muerte, por eso es tan importante controlar la temperatura del organismo. Una fiebre que supere los 40ºC se debe bajar porque podría causar daños irreversibles en el sistema nervioso.

• La edad de la fibra. La velocidad de la fibra es mayor en función de la edad y se detiene manteniendo una velocidad fija cuando se llega a la pubertad.

ANEXOS

1.-IONES DEL POTENCIAL DE REPOSO

[Esquema que muestra los iones más importantes involucrados en el potencial de reposo celular. Se observa alta concentración de sodio (150 mM ) y baja de potasio (4 mM potasio) en el extracelular. En el intracelular la situación es inversa]

2.- POTENCIAL DE REPOSO

[Esquema que muestra el registro del potencial de reposo o de membrana de una célula]

3.- CANALES IÓNICOS DEL AXÓN

[Esquema de los canales iónicos presentes en el axón]

[Registro de las corrientes producidas por el flujo de iones en un canal único activado por acetilcolina]

5.- GENERACIÓN DE UN POTENCIAL DE ACCIÓN EN UN AXÓN

[El esquema muestra los canales iónicos involucrados en la generación de un potencial de acción en un axón. El proceso se inicia cuando los canales de sodio activados por voltaje se abren y los iones sodio ingresan al interior de la célula y esta se despolariza]

6.- PROPAGACIÓN DEL IMPULSO NERVIOSO

[Esquema que muestra la propagación del impulso nervioso en el axón. Se indica además la dirección en que viaja el impulso dentro del axón]

7.- DEPOLARIZACIÓN Y REPOLARIZACIÓN DEL AXÓN

[Se compara la propagación del potencial de acción en una fibra sin mielina (a) y una fibra mielinizada (b). Se conoce como conducción saltatoria al hecho que el potencial de acción ocurre en las zonas no cubiertas con mielina o nodos de Ranvier]

CONCLUSIONES

• Que la vida depende de potenciales eléctricos producidos por las células.
• El transporte a través de la membrana es muy importante para la vida de las células.
• La membrana tiene una propiedad de ser anfipatica lo cual es muy importante para el equilibrio de las sustancias en nuestro organismo

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• Biología"vida en la tierra",Teresa audesirk – Gerald audesirk, prentice hall, MEXICO-1997

Aranibar Regalado Nelson

Sigueñas Rosales Fabiola

HUARAZ – ANCASH