Potencial de accion cc

Potenciales de Membrana y potenciales de

acción

Potenciales de Membrana

POTENCIAL DE

MEMBRANA

POTENCIALES ELECTROQUÍMICOS

Células nerviosas y musculares

También macrófagos, céls. Glandulares y

céls,. ciliadas

POTENCIALES ELECTRICOS

La mayoría de las células

POTENCIAL DE DIFUSIÓN

Diferencia de concentración

iónica

a los dos lados de la membrana

Concentración alta de K dentro de la membrana

+ + + + + k ++ + + +

Membrana permeable solo a iones de K

K+ K+

K+ K+

K+ K+ K+ K+ K+ K+

K+ K+

K+ K+

K+ K+

K+ K+ K+ K+ K+ K+

Debido al gran gradiente de concentración de K del interior al exterior

Los iones de K con carga positiva difunden al exterior

- - - - - iones - - negativos

-- - - -

K+ K+ K+ K+ K+ K+

K+ K+

K+ K+

K+ K+

K+ K+ K+ K+ K+ K+

Se produce electropositividad fuera de la membrana

Los aniones negativos que no difunden hacia afuera producen electronegatividad dentro de la membrana

En 1ms

El potencial de difusión es lo

suficientemente grande

E bloquea la difusión de potasio al exterior pese al

elevado gradiente de concentración

En una fibra nerviosa normal del mamífero

La diferencia de potencial necesaria es

de 94 mV (-94)

Con electronegatividadEn el interior de la

membrana

Concentración alta de Na fuera de la membrana

+ + Na + ++ ++ ++ + + ++ + + + + +

Membrana permeable solo a iones de Na

Debido al gran gradiente de concentración de Na del exterior al interior.

Los iones de Na con carga positiva difunden al interior

+ + + + + Na + + + + + + +

- iones negativos - - - - - - - - - - - - - - - - -

Se produce electropositividad dentro de la membrana

Los aniones negativos que no difunden hacia adentro producen electronegatividad fuera de la membrana

+ + ++ Na ++ + +

En 1ms

El potencial de difusión es lo

suficientemente elevado

bloquea la difusión de sodio al interior pese al

elevado gradiente de concentración

En una fibra nerviosa normal del mamífero

La diferencia de potencial necesaria es

de 61 mV

Con electropositividadEn el interior de la

membrana

RELACIÓN DEL POTENCIAL DE DIFUSIÓN CON LA DIFERENCIA DE CONCENTRACIÓN. POTENCIAL DE NERNST

• Potencial de Nernst = El nivel de potencial de potencial de difusión (diferencia de concentración iónica a los dos lados de la membrana) que se opone a la difusión neta de un ion en particular es decir cuando la membrana es permeable solo a un solo ion.

• Determinada por el cociente (diferencia) de las concentraciones de ese ion específico a los dos lados de la membrana

• Se aplica a cualquier ion univalente a la temperatura corporal normal (37°C)

Fórmula

• FEM (mV) = ± 61 x log concentración interior concentración exterior

FEM: fuerza automotrizAl usar la formula se asume que el potencial externo es

cero y el P. de Nernst es el interno.El signo del potencial es positivo (+) si el ion que pasa del

interior al exterior es un ion negativo y es negativo (-) si es positivo

mayor concentración De un ion positivo+ + + + + + + + + + + + + + A electropositividad

El gradiente de concentración provoca un movimiento del ión positivo desde el compartimento más concentrado hacia el menos

+ + + + + ++ ++ ++ A + ++ + + + + +electropositividad

llevándose consigo su carga eléctrica creando una diferencia de potencial.

B

B

Se alcanza el equilibrio electroquímico cuando la carga + del compartimento B aumenta de tal modo que repele más iones positivos.Se bloque la difusión adicional.

CÁLCULO DEL POTENCIAL DE DIFUSIÓN CUANDO LA MEMBRANA ES PERMEABLE A VARIOS IONES

Ecuación de Goldman/ Goldman-Hodgkin-Katz

La polaridad de la carga eléctrica de cada uno de los

iones

Permeabilidad de la membrana (P) a cada uno de los iones

Concentraciones © de los respectivos iones en el interior

(i) y exterior (e) de la membrana.

Da el Potencial de membrana del interior cuando participan dos iones positivos (Na y K) y uno negativo (Cl-), depende de 3 factores:

IMPORTANCIA DE LA ECUACIÓNo Los iones sodio, potasio y cloruro son los iones más importantes que participan en la

generación del potencial de membrana en las fibras nerviosas y musculares. El gradiente de concentración de cada uno de los iones a través de la membrana ayuda a determinar el voltaje del potencial de membrana.

o La permeabilidad de la membrana a cada uno de los iones, si la membrana solo es permeable por ejemplo al sodio el potencial de membrana será igual al Potencial de Nerst para el sodio.

o Un gradiente de concentración positivo en el interior de la membrana causa electronegatividad en el interior de la misma; esto explica que si hay por ejemplo una mayor concentración de iones sodio en el interior de la membrana, habrá por lo tanto mayor difusión del mismo, desde el interior hasta el exterior de la membrana, generando un déficit de cargas positivas en el interior de la membrana, lo cual dotará a dicho medio, de carga negativa.

o Los cambios rápidos de concentración de los iones sodio y potasio son los principales responsables de la transmisión nerviosa.

MEDICIÓN DEL POTENCIAL DE MEMBRANA

• Se coloca una pipeta en la membrana hasta el interior

• Se coloca un- electrodo indiferente- en el líquido extracelular

• Se mide la diferencia de potencial entre el interior y el exterior utilizando un voltímetro adecuado.

• Para registrar los cambios rápidos del potencial de membrana se conecta el microelectrodo a un osciloscopio

• Siempre que el electrodo este fuera de la membrana el potencial del líquido extracelular es cero.

• Pero al penetrar la capa de dipolo eléctrico el potencial disminuye bruscamente hasta -90mV que permanece constante al moverse a través de interior de la fibra.

• Generamos un potencial de membrana negativo en el interior al transferir al exterior entre 1/3.000.000 a 1/1.000.000.000 del número total de cargas positivas en el interior así se mantiene el potencial de reposo normal de -90mV

• Solo se transfiere entre 1/3.000.000 a 1/1.000.000.000 del numero total de cargas positivas en el interior. un pequeño número de iones positivos que se mueven de exterior al interior pueden invertir el potencial de -90mV a 35mV

POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO

• -potencial de membrana en reposo en el interior de la fibra es 90mV más negativo que el potencial del líquido extracelular

• La bomba Na-K es electrógena; se bombean 3 iones de Na+ al exterior por cada 2 iones de K+ al interior Se generan grandes gradientes de concentración de la memb. En reposo:

• Na+ (ext): 142 mEq/l Na 14/142= 0.1 • Na-(int): 14 mEq/l K 140/4= 35• K+(ext): 4 mEq/l• K-( int): 140 mEq/l

• Fuga de K y Na a través de la membrana: en los canales de fuga de K+ se pueden escapar también iones de Na+ con una relación de 100:1 respectivamente

• Debido a que la concentración de iones de K+ entre el inerior y el exterior es de 35:1 el potencial de Nernts nos da -94mV

FEM (mV) = ± 61 x log concentración interior =140 concentración exterior= 5 = -61 x log 35 = -94mV Ec. de NernstLa ligera permeabilidad a iones de Na da un

potencial de Nerst de -61mV Ec. de Nernts.

• La interacción entre ambos potenciales se obtiene utilizando la ecuación de Golman

• Tomando en cuenta que la permeabilidad del K es 100 veces mayor que la del Na el resultado en el interior de la membrana es de -86 mV

• Ademas se generan -4mV adicionales debido a la pérdida continua de cargas positivas desde el interior de la membrana 3:2 con respecto al exterior.

• Entonces el potencial neto de la membrana queda en -90 mV.

POTENCIAL DE ACCIÓN NERVIOSO

Potencial de acción: cambios rápidos de potencial de membrana q se extiende rápidamente a lo largo de la membrana de la fibra nerviosaInicia con un cambio súbito desde el potencial

de membrana negativo en reposo normal hasta un potencial positivo

Termina con un cambio casi igual de rápido al potencial negativo

• Para concluir una señal nerviosa el potencial de acción se desplaza a lo largo de la fibra nerviosa hasta alcanzar el extremo de la misma


Fases sucesivas del potencial de acción

– Fase de reposo– Membrana “polarizada” a – 90 milivoltios

– Fase de despolarización– La membrana súbitamente se vuelve permeable a grandes

cantidades de Na+– El potencial se eleva en dirección positiva

– Fase de re polarización– Unas diezmilésimas de segundo después los canales de sodio se

cierran, y los canales de potasio se abren mas de lo habitual.– Una rápida difusión de iones potasio hacia el exterior restablece el

potencial negativo normal de la membrana



Funciones de los iones durante EL POTENCIAL DE ACCION

• Canales de sodio• Canales de potasio• Iones de carga negativo (aniones) • Iones de calcio


CANALES DE SODIO ACTIVADOS– Posee 2 puertas• Una próxima al exterior del canal: puerta de activación• Otra próxima al interior: puerta de inactivación

– En reposo la puerta de activación permanece cerrada impidiendo la entrada de iones de sodio hacia el interior de la fibra

– Activación: Al elevarse el potencial de membrana entre -70 y - 50 mV, se abre la puerta de activación lo que permite la entrada de Na+ (aumentando la permeabilidad entre 1500 a 5000 veces). ESTADO ACTIVADO

– Inactivación: El aumento del voltaje también cierra la puerta de inactivación algunas diezmilésimas de segundo después y los iones de sodio ya no pueden pasar al interior de la membrana

– Comienza la repolarizacion

*La compuerta de inactivacion del canal de sodio se abre de nuevo asta que el potencial de membrana esta en reposo

POTENCIAL DE ACCIÓN NERVIOSOiones durante EL POTENCIAL DE ACCION


CANALES DE SODIO ACTIVADOS

iones durante EL POTENCIAL DE ACCION


Canal de potasio activado por el voltaje y su activación

• Durante el estado de reposo: la compuesta del canal permanece cerrada, lo que impide q los iones de potasio pases al exterior

• Cuando el potencial de membrana aumenta: se produce un apertura que permite la difusión de potasio hacia afuera al mismo tiempo que se están comenzando a cerrarse los canales de sodio

Disminución de entrada de sodioSalida de potasio Aceleran el proceso de re

polarización


Canal de potasio



Aniones no difusibles en el interior del axón nervioso

• No pueden atravesar los canales de la membrana

• Un déficit de iones positivos• Exceso de iones negativos no difusibles

Son Responsables de la carga negativa en el interior de la fibra


Iones de calcio• Bomba de Ca+ similar al Na+

• El calcio coopera con el sodio o actúa en su lugar para producir mayor potencial de acción

• Canales rápidos (Na+), canales lentos Ca+, numerosos en los músculos cardiaco y liso



COMO SE INICIA EL POTENCIAL DE ACCION???

• Mediante un circulo vicioso de retroalimentacion positiva que abre los canales de sodio:

Esto es si un episodio produce una elevacion suficiente del potencial de membrana hacia 0 el propio aumento hace que empiecen a abrirse canales de sodio activados por el voltajeSUPERANDO EL NUMERO DE IONES DE KPORLO TANTO AUMENTO DE POTENCIAL DE MEMBRANA DESDES +90 HASTA APROXIMADAMENTE -65 “UMBRAL” para le estimulacion•En un plazo de fraccion de milisegundo el aumento del potencial de membrana produce cierre de los Cnales de sodio y apertura de canales de potasioFINALIZA EL POTENCIAL DE ACCION

INICIO DEL POTENCIAL DE ACCIÓN

• Un potencial de accion que se desencadena en cualquier punto de una membrana excitable habitualmente excita porciones adyacentes de la membrana, dando lugar a la propagacion del potencial de accion a lo largo de la membrana

• El impulso nervioso debe tener direccion• Principio del todo o nada: en todo momento el

cociente del potencial de accion respecto l umbral de exitacion debe ser mayor de 1 “ factor de seguridad para la propagacion”

PROPAGACION DEL POTENCIAL DE ACCIÓN NERVIOSO

A)La fibra nerviosa se encuentra en reposo

B) La fibra nerviosa a sido exitada en un ounto

C) Se abren los canales de sodio

D)Se produce una propagacion explosiva del

potencial de accion“IMPULSO NERVIOSO O

MUSCULAR”

Restablecimineto de los gradientes ionicos de sodio y potasio tras completarse los potenciales de accion: la importancia del metabolismo de la

energia


MesetaSucede cuando el mpotencial de accion se mantiene durante muchos milisegundos, y despues comienza la repolarizacion.Ejemplo: fibras musculares cardiacas, dura 0,2 a 0,3 segundosCAUSAS:• 1) participan 2 tipos de

canales, canales rapidos de sodio y lentos de calcio

• Los canales de potasio activados por el voltaje tiene apertura mas lenta


Ritmisidad de algunos tejidos excitables: descarga repetida

• Aparecen en el corazón, musculo liso y neuronas del SNC, producen: 1) el ritmo del corazón2)el peristaltismo rítmico de los intestinos3)control rítmico de la respiración

Proceso de re excitación para le ritmisidad espontanea

• Se necesita que la membrana sea lo bastante permeable a los iones de sodio ó sodio-calcio (reducción del potencial de acción de la membrana en reposo de - 60 a -70 mV)– Algunos iones de sodio y calcio fluyen hacia el interior provocando

aumento del voltaje de la membrana en dirección positiva, que aumenta mas la permeabilidad de la membrana

– Se produce flujo de entrada de aún mas iones– Aumenta mas la permeabilidad, de manera progresiva, hasta que se

genera un potencial de acción– la hiperpolarización debida a la conductancia del potasio, que retraza

casi un segundo el nuevo potencial de acción

Ritmisidad de algunos tejidos excitables

CARACTERÍSTICAS ESPECIALES DE LA TRANSMISIÓN DE SEÑALES EN LOS TRONCOS NERVIOSOS

• Fibras nerviosas mielinizadas y no mielinizadas

CARACTERÍSTICAS ESPECIALES DE LA TRANSMISIÓN DE SEÑALES EN LOS TRONCOS NERVIOSOS

• Conducción saltatoria en las fibras mielinizadas de un nódulo a otro

• Velocidad de conducción de las fibras nerviosas

Excitación: proceso de generación del potencial de acción

Cualquier factor que haga fluir los iones sodio comiencen a difundir al interior de la membrana en numero suficiente desencadena la apertura de los canales de sodio–Trastorno mecánico de la membrana –Efectos químicos sobre la membrana o paso de electricidad a través de la misma

•Excitación de una fibra nerviosa por un electrodo metálico cargado negativamente•Umbral de excitación y potenciales locales agudos

Periodo refractario tras un potencial de acción, durante el cual no se puede generar un nuevo estimulo

• Periodo durante el cual no se puede generar un segundo potencial de acción, incluso con un estimulo intenso

• Inhibición de la excitabilidad “estabilizadores” y anestésicos locales

Registro de potenciales de membrana y potenciales de acción.

• Osciloscopio de rayos catódicos

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