Bases biofBases biofíísicas de la excitabilidadsicas de la excitabilidad

ESFUNO Escuelas UTI: Biología Celular y Tisular

Gabriel Fábrica Fabiana Blanco

Depto. BiofísicaFacultad de Medicina

Ana G.Sánchez

- Importancia del estudio de la membrana celular

-Funciones de la membrana: - compartimentación

-Medio interno: solución salina baña una trama de proteínasestructurales aniónicas

-Medio externo: solución acuosa con iones

- barrera al paso de iones y solutos polares (azúcares, aa)

Concentración de los principales iones

Na+ K+ Cl-

[ ]ext

(mmol/l)120 2.5 110

[ ]int(mmol/l) 15 140 3

Potencial de equilibrio

(mV)+50 -100 -90

Objetivo: Estudiar la generación del Potencial de Acción (PA) y su propagación en células excitables

Fibra muscular esquelética de rana

Potenciales bioeléctricos

Potencial de lesión: diferencia de potencial entre interior y exterior de un músculo lesionado

V

Potencial de acción: variación de potencial que tiene lugar en cada punto de una membrana de célula excitable, cuando esta entra en actividad

Para que se de un PA, es necesario que exista un estímulo (factor fisicoquímico capaz de producir la respuesta. Mecánico, eléctrico, químico)Para que un estímulo provoque la excitación, es necesario que su intensidad sea tal que llegue a un determinado valor umbral (valor de potencial de membrana)

Para entender la excitabilidad, debemos estudiar las propiedadeseléctricas de la membrana y asociarlas con el movimiento de iones

Membrana en reposo

-diferencia de potencial (Em) está en el orden de –40 a –100 mV

Em = Vi – Ve

-Se puede medir con micropipetas y electrodos, verificándose que el interior es más negativo que el exterior

-La existencia de una diferencia de potencial implica que existe una resistencia en la membrana (rm) y una capacitancia (Cm)

En consecuencia, la membrana se puede esquematizar medianteun circuito equivalente que contemple los 3 elementos

- analogía estructural de los elementos del circuito

Serie de circuitos conectados por resistencias externas e internas (ambos medios son conductores)

rm

ri: resistencia del medio intracelularre: resistencia del medio extracelular

Circuito equivalente de una fibra

Valores para la membrana de la fibra de calamar

Resistencia a través de la membrana rm = 1000 Ωcm2

Resistencia específica del citoplasma

ri = 29 Ωcm

Resistencia específica del medio extracelular re = 20.5 Ωcm

Capacidad de membrana/cm2 Cm = 1 µF/cm2

El circuito equivalente de una fibra explica el Em de una célula y permite determinar matemáticamente cual sería la distribución de las corrientes y los potenciales en algunos casos (fenómenos electrotónicos)

Fenómenos electrotónicos

Fenómenos que se refieren a la propagación pasiva producidapor la inyección de corriente a través de la membrana

fuente externa por la que circula corriente eléctrica, de intensidad inferior al umbral, ésta va a circular una parte por el exterior y el resto por el citoplasma atravesando la membrana

Respuestas caracterizadas por:

τ Cuantifica la lentitud con que una membrana responde ante un estímulo dado

λCuantifica la distancia a la que se propaga una alteración en el voltaje, frente a un estímulo dado. Está relacionada con la velocidad de conducción

I saliente, despolariza la membrana

I entrante, hiperpolariza la membrana

++++-------

++++++++ +

+ ++

-------------

++++++++

+ +

+

I : movimiento de cargas positivas

Papel de los iones en el Em y sus posibles cambios

Ecuación deG-H-K

Ley de Nerst

I = ∆VR

Ley de Ohm

Potencial de acción

B

C

A

B

C

Mecanismos de generación del PA (axón gigante de calamar)

Preguntas

1- Dibuje un circuito equivalente de un elemento de membrana y explique su utilidad en el estudio del potencial de membrana. ¿Qué entiende por potencial de reposo?

2- Defina las constantes de tiempo y espacio, discuta de qué dependen las mismas y cómo hallarlas.

3- Discuta como puede variar el potencial de membrana de una célula cuando cambian: a) la concentración de los principales iones permeantes en el medio extracelular; b) la temperatura; c) la permeabilidad a los principales iones.

4- Sobre un circuito equivalente que incluya las principales conductancias iónicas explique la generación de un potencial de acción.