Potenciales de membrana y potenciales de acción

Dra. Karina Soto Ortiz

Cirujana OftalmólogaCórnea y Cirugía Refractiva

Imagenología Corneal

Potencial de difusión

• Membrana de una fibra nerviosa• Mayor concentración de K+ dentro• Al salir el K + genera

• Electronegatividad en el interior• Electropositividad en el exterior

• Potencial de difusión• Diferencia de potencial entre el interior y exterior

suficiente para bloquear la difusión adicional neta de potasio hacia el exterior (94mV negativos dentro de la fibra nerviosa)

Potencial de difusión

• Concentración elevada de Na+ fuera de la membrana• La difusión hacia dentro de la membrana

• Electronegatividad en el exterior• Electropositividad en el interior

• Potencial de difusión – 61mV positivos dentro de la fibra nerviosa bloquean la difusión de Na+ hacia el interior.

A. El Potasio sale de la célula – electronegatividad en el interior B. El Sodio entra a la célula - electropositividad en el interior

Potencial de difusión

• La membrana es permeable a varios iones, entonces el potencial de difusión depende de:

1. Polaridad de la carga eléctrica de cada ion

2. Permeabilidad de la membrana a cada ion

3. Concentraciones de los iones en el interior y en el exterior.

• Los iones más importantes son Sodio, Potasio y Cloruro; el gradiente de concentración de cada uno determina el voltaje del potencial de membrana.

Potencial de difusión

• La permeabilidad de los canales de sodio y potasio experimenta cambios rápidos durante la transmisión de un impulso nervioso.

• La permeabilidad de los canales de cloruro no se modifica mucho.

Potencial de membrana en reposo de los nervios

• Cuando una fibra nerviosa NO transmite señales nerviosas tiene una potencial de -90mV en el interior.

Distribución de los iones en el líquido extracelular que rodea una fibra nerviosa y en el líquido del interior de la fibra.Observe la alineación de las cargas negativas en la superficie interna de la membrana y las cargas positivas en la superficie externa.

Potencial de membrana en reposo

• Bomba Na+-K+

• Bombea Na hacia el exterior y K al interior• Se bombean más cargas positivas hacia el exterior,

generando un potencial negativo en el interior.• Genera gradientes de concentración para Na y K.

Interior Exterior

Na 14 mEq/l 142 mEq/l

K 140 mE1/l 4 mEq/l

Potencial de membrana en reposo

• Además de la bomba Na-K, existen• Canales de Fuga K-Na

• 100 veces más permeables al K• Esta diferencia también determina el nivel de

potencial de membrana en reposo.

Bomba Na-K y Canales de fuga K-Na

Origen del potencial de membrana en reposo

• Potencial de difusión de potasio • Difusión de sodio • Contribución de la Bomba Na-K

• Difusión Sodio y Potasio -86mv• Bomba Na-K -4mV

Potencial de membrana en reposo

Difusión de Na, K y Bomba Na-K

Potencial de acción nervioso

• Las señales nerviosas se transmiten mediante potenciales de acción.

• Potencial de acción• Cambio rápido del potencial de membrana, que se

extienden a lo largo de la membrana de la fibra nerviosa.

Potencial de acción nervioso

• Comienza con un cambio súbito del potencial de membrana

1. De negativo (reposo) a positivo• Entran cargas positivas

2. De positivo a negativo• Salen cargas positivas

3. Se desplaza a lo largo de la fibra nerviosa.

Potencial de acción

Fases del potencial de acción

• Fase de reposo• Membrana polarizada -90mV

• Fase de despolarización• Aumenta súbitamente la permeabilidad al Na hacia el

interior del axón, las cargas positivas elevan el potencial a cero o más allá (sobreexcitación)

• Fase de repolarización• Se cierran los canales de Sodio, se abren los de

Potasio más de lo normal, salen cargas positivas.

Canal de Na activado por voltaje

• Compuerta de activación (externa)• Compuerta de inactivacion (interna)

• Tres fases• Reposo• Activación• Inactivación

Canal de Na activado por voltaje

• Fase de reposo• -90mV• Compuerta de activación cerrada

• Activación• -70 a -50mV• Compuerta de activación abierta• Aumenta la permeabilidad del sodio 500-5000

veces (Entra sodio)

Canal de Na activado por voltaje

• Inactivación

• El mismo voltaje que abre la compuerta, la cierra, pero el cambio conformacional toma más tiempo.

• La compuerta de inactivación no se abre hasta que el potencial de membrana llega a -90mV.

Canal de K activado por voltaje

• Reposo• Potencial -90mV• Compuerta cerrada

• Activación• Potencial hacia Cero• Compuerta abierta• Sale Potasio, al tiempo en que se cierran los canales

de Sodio.

Canales de Sodio y Potasio- activación por voltaje

¿Qué sucede en 2 milisegundos?

Otros iones en el potencial de acción

• Aniones no difusibles• Proteínas, compuestos de fosfato orgánicos,

compuestos de sulfato, etc.

• Estos iones permanecen en el interior del axón• Son responsables de la carga negativa, cuando hay un

déficit neto de iones potasio (+) y otros iones positivos.

Otros iones en el potencial de acción

• El calcio coopera con el Sodio para producir el potencial de acción.

• La bomba de Calcio• Saca Calcio de la célula• Mete Calcio al retículo endoplásmico• Crea un gradiente de 10 000 veces.

Bomba de Calcio

• Canales de Ca++ - Na+, activados por voltaje• Canales lentos

• Al abrirse entra Sodio y Calcio a la fibra nerviosa.

• En el músculo cardíaco y músculo liso hay abundantes canales de calcio.

Relación Ca++ - Na+

• Concentración de Calcio en el líquido extracelular• Cuando hay déficit

• Los canales de sodio se abren con un aumento muy pequeño de potencial de membrana

• La fibra nerviosa se vuelve muy excitable, y a veces descarga de manera repetitiva sin razón.

• Aparentemente el Calcio se pega a la proteína del canal de Sodio alterando su voltaje hacia positivo.

Inicio del potencial de acción

• UMBRAL de estimulación• La entrada de Na supera la salida de K, generando un

aumento súbito de potencial de membrana a -65mV.• El aumento de voltaje abre muchos canales de Na

(retroalimentación positiva)• Entra Na y aumenta más el voltaje

• Se abren más canales de Na• Entra más Na, se abren todos los canales Na

• Se cierran los canales de Na y se abren los canales de K

Propagación del potencial de acción

• Un potencial de acción que se desencadena en cualquier punto de una membrana excitable, excita porciones adyacentes de la membrana.

• Las cargas eléctricas positivas son desplazadas a lo largo de la fibra nerviosa mielinizada y abren más canales de Na en nuevas zonas.

Propagación del potencial de acción en una fibra nerviosa

Propagación del potencial de acción

• Dirección de la propagación • El potencial viaja en todas direcciones alejándose del

estímulo

• “Todo o nada”• Las condiciones deben ser adecuadas (voltaje) para la

propagación del potencial o no se propagará.

Equilibrio Na y K

• Después de varios impulsos nerviosos, pueden desequilibrarse las cantidades de Na y K dentro de la fibra nerviosa

• La bomba Na-K-ATPasa restablece el equilibrio (potencial de reposo)

Meseta en algunos potenciales de acción

• La membrana no se repolariza inmediatamente• Músculo cardíaco – contracción del músculo por 0.2 – 0.3

segundos, luego repolarización de la membrana.

• El músculo cardíaco tiene también canales lentos (Sodio – calcio)

• Los canales de potasio se abren más lentamente

Potencial de acción en una fibra de Purkinje

Descarga repetitiva

• Las descargas repetitivas autoinducidas aparecen en• Corazón• Músculo liso• Neuronas

• Generando• Latido rítmico del corazón• Peristaltismo rítmico del intestino• Control rítmico de la respiración.

Ritmicidad espontánea

• Debe haber permeabilidad suficiente al Na (o Na – Ca) para permitir la despolarización automática.

• En el corazón, el potencial de membrana en reposo es de -60 a -70mV

• El voltaje no es suficiente para cerrar todos los canales de Sodio y Calcio.

Ritmicidad espontánea

• Potencial en reposo -60 a -70mv• Entra Na y Ca a la fibra

• Aumenta más el voltaje• Entra más Na y Ca

• Aumenta más el voltaje• Se genera un potencial de acción

• Se repolariza la membrana• Vuelve a despolarizarse, no entra

en reposo.

Ritmicidad espontánea

• En el corazón hay un retraso entre repolarización y despolarización (inicio del siguiente potencial de acción)• Al final del potencial de acción la fibra se hace mucho

más permeable al potasio• Al salir más potasio, queda más negativo dentro.

• Este estado se llama hiperpolarización• Da tiempo entre un potencial y otro.

Potenciales de acción rítmicos

Características especiales

• Un tronco nervioso medio tiene el doble de fibras no mielinizadas.

Fibra mielinizada

• Axón• Dentro tiene el Axoplasma• Por fuera Vaina de Mielina, depositada por las células

de Schwann• La mielina es un aislante eléctrico

• Cada 1-3 mm hay un nódulo de Ranvier• Zona no aislada, por donde fluye el impulso

nervioso.

La membrana de una célula de Schwann “se enrolla” alrededor del axón para formar la vaina de mielina.

Recubrimiento parcial de la membrana y citoplasma de una célula de Schwann alrededor de múltiples fibras nerviosas no mielinizadas.

Conducción “saltatoria”

• Los iones casi no fluyen a través de las vainas de mielina, pero si a través de los nódulos de Ranvier.

• Los potenciales de acción se producen sólo en los nódulos de Ranvier.• La corriente eléctrica fluye

• Por el líquido extracelular• Por el axoplasma del axón

• Excitando el siguiente nódulo de Ranvier.

Conducción saltatoria – axón mielinizado

Conducción saltatoria

• Aumenta la velocidad de transmisión nerviosa en las fibras mielinizadas de 5 a 50 veces. (0.25m/s a 100m/s)

• Conserva la energía para el axón porque sólo se despolarizan los nódulos• Se utiliza menos energía para restablecer las

diferencias de concentración Na-K

Excitación

• Cualquier factor que haga que el Na empiece a difundir hacia el interior de la membrana

• Trastorno mecánico sobre la membrana• Efecto químico• Paso de electricidad

Período refractario

• No se puede producir un nuevo potencial de acción mientras la membrana siga despolarizada, incluso con un estímulo intenso.• Poco después del inicio del potencial de acción los

canales de sodio y potasio se inactivan• Sólo al volver al potencial de reposo se podrán abrir

las compuertas

Inhibición de la excitabilidad

• Factores estabilizadores de membrana

• Concentración elevada de calcio extracelular• Disminuye la permeabilidad de membrana a Na

• Anestésicos locales• Procaína, Tetracaína

• Actúan directamente en las compuertas

La mayoría de los hombres no carecen de fuerza, sino de constancia.

Victor Hugo