Potencial de membrana y potencial de acción – Fisiología humana (página 2)

2. Transporte Activo Secundario o Cotransporte
   (Simport):

Es el transporte
de sustancias muy concentradas en el interior celular como
los aminoácidos y la glucosa,
cuya energía requerida para el transporte deriva del
gradiente de concentración de los iones sodio de la
membrana celular.

Bomba de Calcio: Es una proteína de la
membrana celular de todas las células . Su función consiste en transportar
calcio
iónico (Ca2+) hacia el exterior de
la
célula, gracias a la energía proporcionada
por la hidrólisis de ATP, con la finalidad de mantener
la baja concentración de Ca2+ en el

citoplasma que es unas diez mil veces menos
que en el medio externo, necesaria para el normal
funcionamiento celular. Se sabe que las variaciones en la
concentración intracelular del Ca2+ se
producen como respuesta a diversos estímulos y
están involucradas en procesos
como la
contracción muscular, la

expresión genética,
la
diferenciación celular, la
secreción y varias funciones de
las neuronas.
Dada la variedad de procesos metabólicos regulados por
el Ca2+, un aumento de la concentración de
Ca2+ en el citoplasma puede provocar un
funcionamiento anormal de los mismos. Si el aumento de la
concentración de Ca2+ en la fase acuosa del citoplasma
se aproxima a un décimo de la del medio externo, el
trastorno metabólico producido conduce a la

muerte celular.

TEMA II

POTENCIAL DE MEMBRANA O POTENCIAL DE
ACCIÓN

1.- POTENCIALES DE MEMBRANA

Normalmente hay potenciales eléctricos a
través de las membranas en todas las células. De
las cuales:

• Las células nerviosas y musculares son
  AUTOEXCITABLES
• Es decir, son capaces de autogenerar impulsos
  electroquímicos
• En sus membranas, y en muchos casos, de transmitir
  señales a
• Lo largo de las mismas.

1.1.-POTENCIALES DE MEMBRANA CREADAS POR
DIFUSIÓN

[ Na +] intracelular > [ Na ] intracelular = difunde
= > cargas + intracel = pero, luego la difusion se frena por
esas cargas (+) = POTENCIAL DE NERNST

1.2.-CONCEPTOS

Cuando el potencial de membrana es generado por la por
difusión de diferentes iones (por diferente permeabilidad
a la membrana)

Depende de:

* polaridad de la carga eléctrica de cada
ión.

* permeabilidad de la membrana para cada
ión.

* [ ] de cada uno de los iones en el int-ext
celular.

Esos iones son:

Na+ K+ Cl-

= desarrollan potenciales de membrana en membranas de
células neuronales, musculares y nervios de
conducción.

= el gradiente de [ ] de cada uno a través de la
membrana determina el VOLTAJE del potencial de
membrana

La permeabilidad de los canales de Na y K sufren cambios
durante la conducción del impulso nervioso. Mientras que
los canales de Cl. no cambian, por lo tanto los cambios
de

permeabilidad para Na y K son importantes para la:
TRANSMISIÓN DE LA SEÑAL A LOS
NERVIOS.

Potencial de reposo en la membrana de la célula
nerviosa

• De reposo: cuando no están
  transmitiendo señales = – 90 Mv
• Es producido por:

• DIFUSIÓN PASIVA DEL K: a través de un
  canal proteico = – 94 Mv
• DIFUSIÓN PASIVA DEL Na: a través de
  canales proteicos pero con menos permeabilidad que el K = + 61
  Mv

La combinación de ambos genera un POTENCIAL NETO
de – 86 Mv. Donde la bomba de sodio y potasio
es:

BOMBA Na-K: Saca 3 Na+ y mete 2 K = – 90 Mv

2.-El potencial de acción

• Permite transmitir señales nerviosas en las
  células nerviosas que Son cambios rápidos del
  potencial de membrana = y que se desplaza a lo largo de la
  fibra nerviosa.

• ETAPAS:

• REPOSO: la membrana está POLARIZADA con
  – 90 MV
• DESPOLARIZACIÓN: > permeab Na – entra Na
  a la cel – se positiviza el interior de la celula (porque el
  potencial de membrana disminuye a -50-70 Mv y se abren
  canales de Na por VOLTAJE)
• REPOLARIZACION: < permeab K = sale K al ext = se
  negativiza el interior celular nuevamente.

2.1.-Inicio del potencial de accion

• Cualquier acontecimiento que aumente
  RÁPIDAMENTE el potencial
• De membrana y sobrepase el UMBRAL alrededor de los
  – 65 Mv
• Provocará que se abran los canales de Na (por
  voltaje) en forma PROGRESIVA y RECLUTANTE.

2.2.-Propagación del potencial de
acción

Es decir, un potencial de acción
de un SEGMENTO EXCITABLE de la membrana puede excitar segmentos
adyacentes = la PROPAGACIÓN DE LA DESPOLARIZACIÓN a
lo largo de :

* la fibra nerviosa = impulso nervioso = POT ACC (
>1 para que la fibra muscular = impulso muscular =
UMBRAL se de la propagacion) como un "FACTOR DE SEGURIDAD"

2.3.-Potencial de acción en
meseta

• A: DESPOLARIZACIÓN. por canales rápidos
  de Na abiertos por volt.
• B: MESETA. Prolongación del Tiempo de
  despolarización = T de contracción muscular
  cardiaca. Es por canales lentos de Ca por voltaje
• C: REPOLARIZACIÓN. Por entrada de K (abertura
  de canales de K) y termina entrada de Na (se cierran los
  canales)

3.-La ritmicidad de ciertos tejidos
excitables

En base a la alta permeabilidad a los Na (y Tb. CA) para
permitir la DESPOLARIZACIÓN AUTOMÁTICA.

El potencial de membrana en reposo es de – 60 a
– 70 Mv

Estas descargas repetitivas se dan en neuronas,
músculo liso y cardiaco. En donde se manifiestan como
ritmo cardiaco, peristalsis y ritmo respiratorio. Tb hay una
HIPERPOLARIZACIÓN al final del potencial de acción,
debido a canales de K = una excesiva permeabilidad al K y eso
retrasa. La siguiente despolarización.

4.-El fenómeno de
excitación

Cualquier fenómeno que aumente la permeabilidad
al Na producirá la apertura de los canales de Na
automáticamente.

Pueden ser:

• fenómenos físicos
• fenómenos químicos
• fenómenos eléctricos

y Los ESTABILIZADORES DE LA MAMBRANA Inhiben la
excitabilidad (hipercalcemia, hipocalemia, procaína,
Tetracína, por disminución de activación de
canales de Na)

1. Aquí se describe la llamada Teoría
   de Singer y Nicolson (1972) o Teoría del mosaico fluido.

   La membrana está formada por una bicapa
   lipídica, por proteínas periféricas en la
   parte interna y externa y por proteínas integrales
   que atraviesan de punta a punta la membrana, son los llamados
   canales por donde pasan los iones. Esos canales pueden estar
   en estados diferentes, abiertos o cerrados.

   Se ha medido la composición que tiene el
   líquido extracelular e intracelular y se ha averiguado
   que es diferente.

2. CONCEPTO DE POTENCIAL DE MEMBRANA O DE
   ACCIÓN
3. BASES IÓNICAS DEL POTENCIAL DE
   REPOSO

CONCENTRACIONES PARA DIRENENTES IONES

Cuando una célula está en reposo (no
estimulada ni excitada) los canales de potasio están
abiertos, el potasio tenderá a salir hacia el exterior
(iones de K), son cargas positivas por tanto el interior celular
será negativo respecto al exterior celular

POTENCIAL DE REPOSO. BASES
IÓNICAS

Todas las células tienen potencial de reposo
(hepatocito) en base a una diferencia iónica dentro y
fuera de la célula, pero no todas tienen capacidad de
desarrollar potenciales de acción.

Las células excitables (neuronas) poseen u
potencial de reposo muy estable (entre -60 y -100 mV). En las
células no excitables, el potencial de reposo es menos
estable, pueden haber oscilaciones entre (-40 y -60 mV),
está más despolarizado.

También se puede medir mediante la
Ecuación de Goldman

Ecuación de Nernst. Ecuación de
Golman reducida a un solo ión.

R = Constante general de los gases

T = Temperatura
es grados kelvin

Z = valencia

F = constante de FaradaE = poder de
equilibrio
(calculado el potencial de Nerst es más aproximado el
reposo de esa célula).

El potencial de reposo se debe principalmente a la
permeabilidad a otros iones.

La contracción sincronizada de todas las
células que están acopladas eléctricamente
constituyendo el tejido cardíaco, genera la
contracción sincrónica de cada una de las
cámaras del corazón.

La contracción de cada célula está
asociada a un potencial de acción.

Hay que tener en cuenta:

• Colocar un electrodo en el interior de la
  célula y otro en el exterior
• El potencial de reposo siempre es negativo. –
  80 mv.
• El interior celular siempre es negativo
• La permeabilidad más importante durante el
  potencial de reposo en la de potasio
• También participan pero con muchísima
  menor permeabilidad otros iones como el sodio,
• También participan la bomba
  sodiopotásica electrogénica, intercambia
  iones,

3 moléculas de Na, por 2 moléculas de K,
por cada molécula de ATP hidrolizada. De esta manera ese
poquito sodio que se había perdido es devuelto al
interior de la célula.

1. CONCEPTO DE POTENCIAL DE ACCIÓN BASES
   IÓNICAS

Todas las células poseen potencial de reposo pero
no todas son capaces de generar un potencial de acción.
Las células excitables que generan potenciales de
acción son:

• Neuronas. Células nerviosas
• Células musculares. Músculo liso
  (vísceras internas, útero, uréteres e
  intestino), músculo estriado (músculo
  esquelético y del corazón)
• Célelas sensoriales. Preceptores de la
  vista y del oído
• Células secretoras. Glándulas
  salivares, parotida
• Células relacionadas con el sistema
  Endocrino. Adenohipófisis, islote de Langerhans
  (insulina)

El hepatocito no requiere un potencial de acción.
Las células las podemos estimular de forma:

• Mecánica. Punzón
• Química. Con un
  neurotransmisor
• Eléctrica. Es la más parecida a
  la fisiología y mide exactamente la
  intensidad del estímulo que estamos aplicando a esa
  célula.

El potencial de acción de la fibra nerviosa dura
de alrededor de unos 2 msg, en la fibra muscular
esquelética también son excitables, es similar al
potencial reacción pero tienen mayor amplitud 5
msg.

El potencial de acción en la fibra muscular
cardiaca tiene características distintas, posee una gran
meseta y su amplitud es mucho mayor 200 msg.

El potencial de acción se caracteriza porque
existe una inversión de la polaridad, el interior
celular negativo pasa a positivo en el momento en que el
potencial de acción pasa por ahí. El potencial de
acción no es decremencial, no disminuye durante su
traslado, es mantenido.

1. PROPAGACIÓN DEL POTENCIAL DE
   ACCIÓN:

LEY DEL TODO O NADA

El potencial de acción responde a la ley de todo o
nada, el potencial para que tenga lugar necesita de un
estímulo liminal que llegue al punto crítico de
dispara de esa célula.

1. Despolarización lenta. -70 mv hasta -55
   mv
2. Despolarización rápida. – 55 mV hasta
   +35 mV.
3. Repolarización rápida. + 35 mv 2/3 del
   descenso
4. Repolarización lenta (hasta – 70
   mV)
5. Hiperpolarización. -70 mV hasta – 75
   mV.

El potencial de acción se produce o no siendo
igual. No se produce si el estímulo no alcanza el punto
crítico de la célula, y si se supera si que hay
potencial. La ley se cumple para fibras aisladas, para una fibra
única, pero no se cumple cuando existen múltiples
fibras nerviosas (axones)

E. BASES IÓNICAS

En 1954, dos investigadores llamados Hodgkin y Huuxley
midieron las corrientes iónicas que suceden durante el
potencial de acción.

Las bases iónicas son:

• Permeabilidad al sodio y al potasio
• Despolarización al sodio y al
  potasio
• Repolarización al sodio y al
  potasio

Se observan cambios de conductancia para el Na y el K
durante el potencial de acción. Durante la
despolarización y repolarización midieron la
conductancia.

El potencial de acción en su fase de
despolarización existe un aumento de la
permeabilidad del Na (hay más Na fuera por eso entra), es
básicamente en la neurona, fibra
muscular. En el caso de la producción de insulina aumentará la
permeabilidad del calcio.

La repolarización es debida a un aumento
del pk, siempre debido a la conductancia al K (salida del K).
Además pueden aparecer otros iones que estudian
morfologías un poco distintas.

El potencial de equilibrio para el sodio se puede
calcular utilizando la ecuación de Golman, para la medida
exacta lo mejor es el registro
intracelular.

La bomba sodiopotásica electrogénica
también participa porque tiene la capacidad de devolver a
su sitio los iones

1. CONDUCCIÓN DEL IMPULSO NERVIOSO O ASPECTOS
   ESPECILAES DE TRAMSMISIÓN DE SEÑALES EN LOS
   TRONCOS NERVIOSOS.

• PERÍODOS REFRACTARIOS

Supone una situación de inescitabilidad de la
membrana cuando una célula acaba de ser estimulada y acaba
de generar un potencial de acción, el potencial de
acción inmediatamente no puede generar otro.

• Absoluto: período de tiempo
  inmediatamente después de un potencial de
  acción en donde no hay respuesta independientemente de
  la intensidad del estímulo que se le
  aplique.
• Relativo: período de tiempo
  después del período absoluto en donde si que
  hay respuesta pero sólo si se le aplica una intensidad
  de estímulo por encima del umbral de excitación
  de la célula

• TEORÍA DE LOS CIRCUITOS
  LOCALES O TEORIA DEL POZO O FUENTE

Por el hecho de existir cargas positivas al lado de
negativas se generan unas corrientes locales que van desde el
positivo al negativo, esa corriente va a ser la que va a ir
desplazando la zona vecina. No se puede volver hacia atrás
porque está el período refractario
absoluto.

Existen dos tipos de células
nerviosas:

• Neuronas mielínicas
• Neuronas no mielínicas.

La conducción del impulso nervioso es diferente
para cada una de ellas. La conducción nerviosa en las
fibras mielínicas es una transmisión
rápida, por término medio tienen unas 20 um de
diámetro con una velocidad de
conducción de unos 100 m/sg.

El potencial de acción es enviado mediante la
Teoría saltatoria, lo que hace esa
despolarización es que va saltando de nodo de Ranvier en
nodo.

La transmisión sin mielina es lenta por
término medio de 0,5 um de diámetro y la velocidad
de conducción de alrededor de 0,5 m/sg, la
transmisión se va produciendo en toda la zona de
axón.

La transmisión del impulso nervioso saltatorio de
las células con melina es más económica
energéticamente para el organismo. Una molécula de
ATP intercambia 3 de Na y 2 de K.

La velocidad de conducción se mide
conociendo 2 parámetros.

• La distancia entre el estimulador y el
  registrador

Potencia (tiempo transcurrido entre en encendido de
Eshm y el inicio del potencial de acción).

Factores que condicionan la velocidad de
conducción

• El diámetro de la fibra. A mayor
  diámetro, mayor velocidad de conducción. Existe
  una relación entre el incremento del diámetro y
  en incremento de la velocidad de conducción.
• La temperatura. La velocidad de
  conducción se eleva progresivamente al elevar la
  temperatura, desde 5ºC hasta 40ºC, a partir de los
  40ºC se estabiliza.

Si se superan los 45ºC hay un bloqueo de la
conducción nerviosa y como consecuencia la muerte, por
eso es tan importante controlar la temperatura del organismo. Una
fiebre que supere
los 40ºC se debe bajar porque podría causar
daños irreversibles en el sistema
nervioso.

• La edad de la fibra. La velocidad de la fibra
  es mayor en función de la edad y se detiene manteniendo
  una velocidad fija cuando se llega a la pubertad.

ANEXOS

1.-IONES DEL POTENCIAL DE
REPOSO

[Esquema que muestra los iones
más importantes involucrados en el potencial de reposo
celular. Se observa alta concentración de sodio (150 mM )
y baja de potasio (4 mM potasio) en el extracelular. En el
intracelular la situación es inversa]

2.- POTENCIAL DE REPOSO

[Esquema que muestra el registro del potencial de reposo
o de membrana de una célula]

3.- CANALES IÓNICOS DEL
AXÓN

[Esquema de los canales iónicos
presentes en el axón]

[Registro de las corrientes producidas
por el flujo de iones en un canal único activado por
acetilcolina]

5.- GENERACIÓN DE UN POTENCIAL DE ACCIÓN
EN UN AXÓN

[El esquema muestra los canales iónicos
involucrados en la generación de un potencial de
acción en un axón. El proceso se
inicia cuando los canales de sodio activados por voltaje se abren
y los iones sodio ingresan al interior de la célula y esta
se despolariza]

6.- PROPAGACIÓN DEL IMPULSO NERVIOSO

[Esquema que muestra la propagación del impulso
nervioso en el axón. Se indica además la dirección en que viaja el impulso dentro
del axón]

7.- DEPOLARIZACIÓN Y REPOLARIZACIÓN DEL
AXÓN

[Se compara la propagación del potencial de
acción en una fibra sin mielina (a) y una fibra
mielinizada (b). Se conoce como conducción saltatoria al
hecho que el potencial de acción ocurre en las zonas no
cubiertas con mielina o nodos de Ranvier]

CONCLUSIONES

• Que la vida depende de potenciales
  eléctricos producidos por las
  células.
• El transporte a través de la membrana es muy
  importante para la vida de las células.
• La membrana tiene una propiedad
  de ser anfipatica lo cual es muy importante para el
  equilibrio de las sustancias en nuestro organismo

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