CAP 5-POTENCIAL DE MEMBRANA Y POTENCIAL DE ACCIÓN-FISIOLOGÍA DE GUYTON Y HALL-RESUMEN-PODCAST

Introducción a los Potenciales de Membrana y Potencial de Acción

Conceptos Básicos

• En este capítulo se introducen los conceptos de potenciales de membrana y potenciales de acción, fundamentales en la fisiología celular.

• Se menciona que los potenciales eléctricos en células nerviosas y musculares se transforman en impulsos electroquímicos, permitiendo la transmisión de señales a otras células.

Física del Potencial de Membrana

• La diferencia de concentración iónica a través de una membrana permeable selectivamente genera un potencial de membrana.

• Cuando una fibra nerviosa es permeable al potasio, la difusión del potasio hacia el exterior crea una electropositividad fuera y electronegatividad dentro, resultando en un potencial aproximado de -94 mV.

Efecto del Sodio en el Potencial

• Si la membrana es permeable al sodio, este tiende a difundir hacia el interior, generando un potencial positivo interno (+61 mV).

• Se presentan dos ecuaciones importantes: la ecuación de Nernst y la ecuación de Goldman para calcular el potencial según diferentes iones.

Ecuaciones Clave

• La ecuación de Nernst relaciona el potencial con la diferencia de concentración iónica asumiendo que el líquido extracelular tiene un potencial cero.

• La ecuación de Goldman considera varios iones y su influencia sobre el potencial dependiendo de su carga, permeabilidad y concentraciones internas/externas.

Importancia Iónica en Potenciales

Rol Fundamental del Sodio y Potasio

• Los iones como sodio, potasio y cloruro son esenciales para generar tanto los potenciales de membrana como los potenciales de acción en fibras nerviosas.

• La permeabilidad iónica determina cómo cada ion influye en el potencial; un gradiente positivo genera negatividad interna mientras que uno negativo produce lo opuesto.

Cambios Durante Transmisión Nerviosa

• Durante la transmisión nerviosa, hay cambios rápidos en la permeabilidad a sodio y potasio que son cruciales para enviar señales efectivas entre neuronas.

Medición del Potencial de Membrana

Métodos Utilizados

• Se utilizan micropipetas con electrolitos insertadas en las fibras celulares junto con electrodos indiferentes para medir diferencias eléctricas mediante voltímetros sensibles.

Resultados Clave

Potencial de Membrana y Potencial de Acción en Neuronas

Estructura de la Membrana Celular

• El interior de la fibra tiene un potencial más negativo que el exterior, debido a la actividad de la bomba de sodio y potasio y a la permeabilidad diferencial de la membrana.

• La bomba de sodio y potasio transporta activamente iones: sodio hacia el exterior y potasio hacia el interior, creando un déficit neto de iones positivos en el interior.

• Los gradientes de concentración entre el interior y exterior celular son significativos, estableciendo diferencias que afectan al potencial eléctrico.

• Los canales de fuga de potasio permiten que los iones salgan del interior celular, contribuyendo al potencial negativo dentro de la membrana.

• La membrana es más permeable al potasio que al sodio, lo cual impacta significativamente en el potencial de membrana.

Cálculo del Potencial

• Según la ecuación de Nernst, el potencial para el potasio es -94 mV basado en su concentración; para sodio es +61 mV.

• La ecuación de Goldman combina los efectos de permeabilidad a diferentes iones para calcular el potencial en reposo, que se aproxima a -86 mV por alta permeabilidad al potasio.

Fases del Potencial de Acción

• El potencial de acción permite transmitir señales nerviosas mediante cambios rápidos en el potencial membranal.

• La fase inicial es la fase del reposo con un potencial aproximado a -90 mV; durante esta fase, la membrana está polarizada.

• En la fase dos (despolarización), aumenta la permeabilidad a los iones sodio, neutralizando así el potencial negativo e incluso volviéndolo positivo temporalmente.

• La tercera fase (repolarización), ocurre cuando se cierran los canales sódicos y se abren los canales potásicos, restaurando así el estado negativo del potencial.

Mecanismos Electrofisiológicos

• Los canales activados por voltaje permiten una rápida entrada/salida iónica; su apertura provoca un aumento drástico en la conductancia del sodio.

• El umbral para activar estos canales oscila entre -70 mV y -50 mV; esto permite una gran entrada iónica durante despolarización.

• Tras abrirse los canales sódicos, se inactivan rápidamente para mantener homeostasis mientras comienza repolarización con salida iónica por canales potásicos.

Métodos Experimentales

• Se menciona el método "pinza de voltaje" desarrollado por Hodgkin y Huxley para medir flujos iónicos ajustando voltajes en las membranas celulares.

• Este método utiliza electrodos para registrar cambios en corriente iónica mientras mantiene constante un voltaje específico.

¿Cómo se propaga el potencial de acción en las neuronas?

Función de los iones y canales iónicos

• Los iones de calcio, a diferencia del sodio, son activados por voltaje y tienen mayor permeabilidad, desempeñando un papel crucial en la despolarización celular.

• La concentración de calcio es significativamente mayor fuera de la célula que dentro, creando un gradiente que permite su entrada cuando los canales están abiertos.

• Se introduce el concepto del "efecto de déficit de calcio", donde una disminución en la concentración puede activar los canales de sodio con menor potencial, aumentando la excitabilidad.

Propagación del potencial de acción

• El potencial de acción se origina en un punto específico y excita áreas adyacentes debido a cambios en la permeabilidad al sodio.

• Este proceso genera un circuito local que despolariza zonas vecinas, iniciando nuevos potenciales de acción a lo largo de la fibra nerviosa.

• Se menciona el principio del "todo o nada", donde el potencial se propaga completamente o no ocurre si no se cumplen ciertas condiciones.

Restauración de gradientes iónicos

• Después del potencial de acción, es esencial restaurar los gradientes iónicos; el sodio entra y el potasio sale para restablecer el equilibrio.

• La bomba Na+/K+ ATPasa utiliza ATP para transportar sodio hacia afuera y potasio hacia adentro, siendo un proceso metabólico que consume energía.

Meseta en tejidos específicos

• En algunos tejidos como el músculo cardíaco, se observa una meseta durante la fase de despolarización debido a la apertura prolongada de canales lentos.

• Esta meseta estabiliza el potencial cerca del valor máximo antes de iniciar la repolarización.

Ritmicidad en tejidos excitables

• Algunos tejidos como el corazón presentan descargas rítmicas autoinducidas esenciales para funciones como el ritmo cardíaco.