CAP 5: Potencial de membrana y potencial de acción l Fisiología de Guyton

Potencial de Membrana y Potencial de Acción

Introducción al Potencial de Membrana

• Se discute la importancia del potencial de membrana y su relación con el potencial de acción, conceptos fundamentales en diversas materias.

• Cada célula tiene un potencial de membrana que se refiere a la energía eléctrica presente en su membrana, influenciada por iones como potasio y sodio.

Iones y su Influencia en el Potencial de Membrana

• Los iones son cruciales para establecer el potencial de membrana; tanto las células nerviosas como las musculares dependen de ellos.

• La difusión pasiva permite que los iones de potasio salgan del interior celular hacia el exterior, lo que genera un cambio en el potencial a un estado negativo.

Cambios en el Potencial por Difusión

• La salida del potasio provoca un potencial interno negativo, mientras que la entrada del sodio (que es más abundante fuera de la célula) contrarresta este efecto.

• El equilibrio entre estos dos iones ajusta el potencial a aproximadamente -86 mV, aunque otros factores también influyen.

Bomba Sodio-Potasio

• La bomba sodio-potasio juega un papel esencial al intercambiar tres iones de sodio por dos iones de potasio, manteniendo así el potencial en reposo alrededor de -90 mV.

• Este valor puede variar según diferentes condiciones celulares, pero -90 mV es generalmente aceptado como estándar.

Comprendiendo el Potencial de Acción

• El potencial de acción implica cambios rápidos en el potencial de membrana que se propagan a lo largo de la fibra nerviosa.

• Incluye fases como despolarización y repolarización, donde inicialmente se supera una barrera positiva antes del retorno al estado normal.

Estímulos para Activar el Potencial

• Existen diversos estímulos (mecánicos, químicos o eléctricos) que pueden activar un potencial de acción. Por ejemplo:

• Estímulos mecánicos: presión sobre un nervio.

• Estímulos químicos: neurotransmisores.

Conceptos Clave sobre el Potencial de Acción

Electricidad y Potencial de Acción

• La electricidad negativa es fundamental para generar el potencial de acción, a diferencia de la positiva. Este concepto se relaciona con la actividad eléctrica en las membranas celulares.

• El umbral para que se produzca un potencial de acción es menos 65 milivoltios. Si no se alcanza este nivel, no se generará el potencial.

Umbral y Punto de No Retorno

• El umbral mencionado actúa como un "punto de no retorno"; si se alcanza, el potencial de acción ocurrirá; si no, los estímulos serán insuficientes.

• Los potenciales que no alcanzan menos 65 milivoltios son clasificados como "potenciales subliminales agudos".

Canales Iónicos y Despolarización

• Existen canales de sodio activados por voltaje que juegan un papel crucial en la despolarización durante el potencial de acción.

• Al alcanzar el umbral, los canales de sodio se abren rápidamente, provocando una despolarización rápida en la membrana celular.

Repolarización y Función del Potasio

• Después de la despolarización inicial, los canales de potasio también se abren pero más lentamente, ayudando a restablecer el estado eléctrico hacia un potencial en reposo.

• La repolarización es mediada principalmente por los canales de potasio, mientras que la despolarización depende del flujo iónico a través del canal de sodio.

Período Refractario y Estimulación Celular

• Durante el período refractario, una célula no puede ser estimulada nuevamente hasta que regrese a su estado cercano al reposo.

• Este período es esencial para evitar estimulación continua e incontrolada en las fibras nerviosas.

Importancia del Calcio en Células Especializadas

• El calcio también juega un papel importante; su difusión hacia adentro contribuye a procesos eléctricos dentro de las células nerviosas.

• En músculos lisos y cardíacos, los canales activados por voltaje permiten que el calcio asuma funciones similares a las del sodio durante la despolarización.

Importancia del Calcio y Canales Iónicos en la Despolarización Muscular

Función del Calcio en la Despolarización

• El calcio es crucial para entender cómo se produce la despolarización en músculos lisos y cardíacos, afectando su funcionamiento.

• Una baja concentración de calcio (hipocalcemia) hace que los canales de sodio sean más sensibles, lo que provoca una excitación más rápida con estímulos eléctricos menores.

Consecuencias de la Hipocalcemia

• La hipocalcemia puede llevar a espasmos musculares dolorosos intermitentes debido a la inestabilidad de los canales de sodio, que responden a estímulos más débiles.

• Los intercambios pasivos entre sodio y calcio son fundamentales para el funcionamiento adecuado de las fibras nerviosas.

Toxinas y su Efecto en los Canales Iónicos

• La toxina del pez globo inhibe los canales de sodio activados por voltaje, lo cual puede ser mortal al impedir la despolarización necesaria para funciones vitales.

• La lidocaína, un anestésico local, también actúa inhibiendo estos canales, evitando así que el paciente sienta dolor.

Inhibición de Canales Potásicos

• Fármacos como la glibenclamida pueden inhibir el canal de potasio en células beta pancreáticas, afectando la producción de insulina.

• A pesar de esta inhibición, otros mecanismos pasivos siguen funcionando y pueden activar el canal de calcio para permitir la secreción hormonal.

Implicaciones Clínicas y Ejemplos

• El verapamilo es un fármaco que inhibe el canal de calcio en el músculo cardíaco, reduciendo así su contracción.

• Algunos potenciales de acción presentan mesetas características; esto se debe a la apertura lenta del canal de calcio durante estas fases.

Características Especiales en Potenciales de Acción

• Los potenciales normales tienen una fase rápida (despolarización), seguida por una meseta donde interviene principalmente el calcio.

Potenciales de Acción en Fibras Nerviosas

Introducción a los Potenciales de Acción

• Se menciona la apertura del canal de potasio, permitiendo que el potasio salga de la célula y se produzca la repolarización. Se presenta una imagen del potencial de acción en fibras nerviosas de Purkinje del corazón.

Ritmicidad en los Potenciales de Acción

• Algunos potenciales de acción presentan ritmicidad, lo cual es característico en las fibras nerviosas del corazón, el peristaltismo intestinal y la respiración.

Umbral y Despolarización

• Los potenciales de acción con ritmicidad tienen un umbral más bajo para excitarse, facilitando su rápida despolarización. Esto es crucial para funciones como el peristaltismo.

• Un ejemplo dado es que el umbral puede ser menos 45 mV, lo que permite una excitación más rápida comparado con un umbral normal.

Transmisión de Señales Neurales

• Las neuronas están compuestas por dendritas y axones; estos últimos son responsables de llevar señales eléctricas desde el exterior hacia el interior.

• El axón está recubierto por vainas de mielina, formadas por lípidos que permiten la mielinización y facilitan la transmisión eficiente del potencial de acción.

Importancia de las Vainas de Mielina

• La mielina permite que el potencial de acción viaje grandes distancias al mantener su integridad durante la transmisión.

• La conducción nerviosa ocurre principalmente en los nódulos de Ranvier, donde se da la despolarización. Este proceso es esencial para evitar pérdidas en la señal eléctrica.

Velocidad y Eficiencia en Fibras Nerviosas

• Las fibras no mielinizadas tienen una velocidad promedio muy baja (0.25 m/s), mientras que las fibras grandes mielinizadas pueden alcanzar hasta 100 m/s, mostrando así una gran diferencia en eficiencia.

Preguntas sobre Potencial en Reposo

Ecuación de Goldman y Potencial de Membrana

Conceptos Clave sobre el Potencial de Membrana

• La ecuación de Goldman se utiliza para entender la permeabilidad de la membrana celular, que en reposo es principalmente al potasio. Esto resulta en un potencial de membrana negativo debido a las altas concentraciones intracelulares de potasio.

• Se presenta una figura que ilustra el potencial de acción en un axón del calamar gigante, destacando los cambios entre diferentes puntos del gráfico.

Mecanismos del Cambio en el Potencial

• En el cambio del punto B al punto D, se discuten varios mecanismos: inhibición de la bomba sodio-potasio, movimiento del potasio hacia adentro y afuera, y movimiento del sodio hacia adentro.

• En el punto B, los mini volts alcanzan el potencial umbral (-65 mV), lo que activa los canales de sodio dependientes del voltaje. La entrada rápida de sodio causa despolarización.

Fases del Potencial de Acción

• La apertura de los canales de sodio provoca una fase rápida y sostenida de despolarización. Este proceso es crucial para entender cómo se generan los potenciales de acción.

• Se repiten las opciones sobre mecanismos responsables entre puntos D y E. El movimiento hacia fuera del sodio es clave para la fase rápida de despolarización.

Repolarización y Cierre de Canales

• La despolarización termina con la inactividad progresiva de los canales de sodio activados por voltaje. Esto da paso a la apertura gradual de los canales de potasio, facilitando la repolarización.

Recursos Adicionales