T3 -P1-Propagacion del Potencial de Acción - BCM - Profesor Biofísica Dr. Gonzalo Ferreira de Mattos

Propagación del Potencial de Acción

Introducción a la Propagación

• En esta clase se estudia la propagación del potencial de acción, comenzando con el axón y el cono de arranque donde se genera este potencial.

• El cambio de polaridad en el cono de arranque hace que el interior celular se vuelva positivo respecto al exterior, generando circuitos de corrientes locales.

Generación y Auto-regeneración del Potencial

• Al alcanzar el umbral, las zonas en reposo comienzan a generar un nuevo potencial de acción, permitiendo su auto-regeneración hasta la terminal axónica presináptica.

• La excitabilidad depende de la permeabilidad selectiva para iones como potasio y sodio, que tienen diferentes potenciales electroquímicos.

Corrientes Iónicas y Conductancia

• Las corrientes de potasio son lentas y positivas al final del pulso; mientras que las corrientes rápidas inactivan rápidamente.

• La conductancia para sodio y potasio varía según su permeabilidad; los canales iónicos pueden abrirse o cerrarse, afectando la conducta eléctrica de la membrana.

Gráfica de Conductancia

• La relación entre corriente y voltaje para sodio muestra un pico máximo en conductancia cuando todos los canales están abiertos.

• Durante la repolarización, aumenta la conductancia al sodio mientras se abren más canales por un tiempo determinado.

Fases del Potencial de Acción

• Si hay una despolarización que supera el umbral, la conductancia al sodio predomina sobre otras conductancias, lo que lleva a una fase de polarización.

• Los canales de sodio tienen un proceso intrínseco de inactivación; otros canales de potasio se abren lentamente durante esta fase.

Interacción entre Canales Iónicos

• Cuando las conductancias cruzan sus valores máximos, se alcanza el pico del potencial; si predominan los canales de potasio, el potencial tiende a bajar hacia su equilibrio químico.

• En fases tardías post-potenciales, hay mayor apertura en los canales de potasio debido a cambios en las condiciones eléctricas.

Conclusión sobre Excitabilidad

• Se concluye cómo se genera el potencial de acción y su relación con características centrales como la excitabilidad y propagación rápida.

¿Cómo se genera y propaga un potencial de acción?

Mecanismos de despolarización y propagación

• La capacitancia de membrana y la conductancia del sodio son cruciales en el estado de reposo. Cuando se activa, comienza a circular una corriente entrante de sodio que provoca la despolarización.

• En una célula cilíndrica, la acción del sodio se propaga entre elementos adyacentes, permitiendo que la corriente influya en el siguiente elemento.

• La corriente entrante de sodio polariza el elemento adyacente; si alcanza el umbral, se genera un nuevo potencial de acción, creando un proceso auto-regenerativo.

• Este proceso requiere que el interior celular sea positivo respecto al exterior, lo cual es fundamental para invertir la polaridad durante el potencial de acción.

• En reposo, no hay circulación efectiva de corriente debido a que las fuerzas electromotrices son iguales y opuestas entre los elementos adyacentes.

Cambios durante el potencial de acción

• Al generar un potencial de acción en uno de los elementos, se establece una fuerza electromotriz que tiende a hacer circular la corriente hacia dentro del elemento excitado.

• Esta nueva circulación contrasta con la situación en reposo donde las corrientes circulan en sentido opuesto debido a las diferencias en polaridad.

• Cuando hay un potencial de acción entre dos membranas adyacentes, surge una circulación local que permite activar corrientes iónicas tras alcanzar el umbral necesario.

• Inicialmente, casi toda la corriente es capacitiva; al alcanzar el umbral, comienzan a activarse las corrientes iónicas generando así un nuevo potencial.

• Se diferencia entre "potencial de acción" (en un punto específico) y "potencial de acción propagado", donde diferentes sectores pueden estar activos o en reposo simultáneamente.

Propagación y registro del potencial

• El estudio del potencial de acción propagado implica entender múltiples circuitos locales que permiten registrar cambios eléctricos mediante electrodos extracelulares.

• Estos registros son útiles clínicamente para detectar oscilaciones cerebrales y posibles convulsiones al posicionar electrodos estratégicamente en distintas áreas del cerebro.

• La propagación del potencial crea ondas auto-regenerativas sin decremento; esto permite observar cómo se generan circuitos locales conforme avanza por los axones neuronales.

Registro de Actividad Eléctrica en Neuronas y Corazón

Electroencefalograma y Electrodos Extracelulares

• Se describe el electroencefalograma como una crónica de la actividad eléctrica de múltiples neuronas simultáneamente, utilizando electrodos extracelulares para registrar corrientes locales sin penetrar en las células.

Registro de la Actividad Cardíaca

• Se menciona el triángulo de Einthoven como método para obtener derivaciones en el plano frontal del corazón, utilizando electrodos colocados estratégicamente.

• La lectura del electrocardiograma se obtiene a partir de las corrientes locales generadas por la polarización del miocardio, registradas con electrodos extracelulares.

Propagación del Potencial de Acción

• Al estudiar un axón, se explica cómo se registra la propagación del potencial de acción, donde hay una carga positiva afuera y negativa adentro durante el reposo.

• En el frente de activación del potencial de acción, se observa un dipolo con cargas positivas delante y negativas detrás; esto afecta los registros eléctricos obtenidos.

Registros Extracelulares y Monofásicos

• Se detalla que al realizar un registro extracelular no se penetran los axones; se obtienen registros monofásicos cuando hay compresión en troncos nerviosos que impide la propagación normal.

• Aumentar el estímulo puede incrementar la amplitud de la onda positiva registrada, fenómeno conocido como reclutamiento.

Generación y Propagación del Potencial

• Se explica cómo las corrientes locales regeneran el potencial de acción a medida que avanza hacia los electrodos; diferentes momentos muestran variaciones en el potencial registrado.

• La naturaleza tiene mecanismos para aumentar la velocidad de propagación del potencial, destacando las vainas de mielina como un factor clave en este proceso.

Vainas de Mielina y Nodos de Ranvier

• Las vainas de mielina son formadas por células Schwann en el sistema nervioso periférico; su estructura permite una conducción más eficiente del impulso eléctrico.

Mecanismos de Conducción Nerviosa

Efectos de la Resistencia y Capacitancia en la Membrana

• La resistencia equivalente de las membranas se incrementa al tener múltiples capas lipídicas conectadas en serie, lo que afecta significativamente la resistencia total.

• La capacitancia equivalente también disminuye debido a la configuración en serie de las capas, lo que reduce la capacidad de la membrana para almacenar carga eléctrica.

• Un aumento en la resistencia de membrana (rm) provoca un incremento en lambda (λ), que es crucial para entender cómo se propaga el potencial de acción a través del nervio.

Propagación del Potencial de Acción

• En los nervios mielínicos, el potencial de acción se regenera a distancias más largas, aumentando así su velocidad de propagación comparado con los nervios amielínicos.

• Experimentos realizados por Huxley en 1957 demostraron que el potencial de acción salta entre nodos (nodos de Ranvier), lo cual es fundamental para una conducción eficiente.

Conducción Saltatoria

• La idea central es que el potencial salta entre nodos debido a alta resistencia en las membranas celulares y vaina de mielina, evitando fugas eléctricas.

• Este mecanismo permite una velocidad mucho mayor en comparación con otros tipos de conducción nerviosa.

Comparaciones Evolutivas

• Se compara la evolución del nervio gigante del calamar con los nervios mielínicos; ambos han desarrollado adaptaciones para mejorar la velocidad conductiva sin aumentar excesivamente su tamaño.

Velocidad y Diámetro Fibra

• La velocidad de conducción está relacionada con el diámetro de la fibra; para fibras mielínicas, esta relación sigue una curva parabólica.

• En contraste, las fibras amielínicas muestran un aumento lineal significativo en velocidad conforme aumenta su diámetro.

• En el sistema nervioso periférico, existe un límite mínimo para el diámetro necesario para formar vainas mielínicas efectivas.

Consideraciones Fisiológicas

• El sistema nervioso periférico presenta un punto crítico donde se requiere un diámetro mínimo para permitir que las células Schwann formen adecuadamente vainas mielínicas.