TRATADO DE FISIOLOGIA MEDICA-GUYTONCAPITULO 5POTENCIALES DE MEMBRANA Y POTENCIALES DE ACCIONLa diferencia de potencial entre el exterior y el interior se le denomina potencial de difusin.RELACION DEL POTENCIAL DE DIFUSION CON LA DIFERENCIA DE CONCENTRACION: POTENCIAL DE NERNST.Se le denomina as al nivel de potencial de difusin a travs de una membrana que se opone exactamente a la difusin neta de un ion particular a travs de la membrana.La magnitud de este potencial viene determinada por el cociente de las concentraciones de este ion especficos en los dos lados de la membrana.Ecuacin de NERNSTDonde FEM es la fuerza electromotriz.Al utilizar esta formula se asume que el potencial liquido extracelular que esta fuera de la membrana se mantiene a un nivel de potencial cero y el potencial de NERNST es el que esta dentro de la membrana, adems el signo del potencial es positivo si el ion que se difunde es negativo y el signo de potencial es negativo si el ion es positivo.CALCULO DEL POTENCIAL DE DIFUSION CUANDO LA MEMBRANA ES PERMEABLE A IONES DIFERENTESEl potencial de difusin que se genera depende de tres factores:1.La polaridad de la carga elctrica de cada uno de los iones 2. La permeabilidad de la membrana (P) a cada uno de los iones. 3. Las concentraciones (C) de los respectivos iones en el interior (i) y en elexterior (e) en la membrana.La formula se denomina ecuacin de Gooldman o ecuacin de Goldman-Hodgkin- Katz , la cual da el potencial de membrana, calculado en el interior de laFISIOLOGIA RESUEMEN CAPITULO 5DIAZ RODRIGUEZ IVETTE VIRIDIANA 201membrana cuando participan dos iones positivos univalentes, sodio y potasio y un ion negativo univalente de cloruro, representada de la siguiente manera:Los iones de sodio, potasio y cloruro son los mas importantes que participan en la generacin de potenciales de membrana en las fibras nerviosas, el gradiente de concentracin de estos iones ayuda a determinar el voltaje de potencial de membrana.El grado de importancia de cada uno de los iones en la determinacin del voltaje es proporcional a la permeabilidad de la membrana del ion.Un gradiente positivo de concentracin ionica desde el interior de la membrana hacia el exterior produce electronegatividad en el interior de la membrana, se produce lo contrario cuando cuando hay un gradiente de ion negativo.Los cambios de la permeabilidad al sodio y el potasio son los principales responsables de la transicin de seales en los nervios.MEDICION DEL POTENCIAL DE MEMBRANAEn este proceso se utiliza un voltmetro, que es aparato electrnico que mide voltajes muy pequeos a pesar dela resistencia muy elevada al flujo elctrico.Para generar un potencial negativo en el interior de la membrana solo se debe transportar hacia afuera un nmero suficiente de iones positivos para generar la capa del dipolo elctrico en la propia membrana.POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO DE LOS NERVIOSEl potencial de membrana en reposo de las fibras nerviosas grandes cuando no transmiten seales nerviosas es de -90Mv.TRANSPORTE ACTIVO DE LOS IONES SODIO Y POTASIO A TRAVEZ DE LA MEMBRANA: BOMBA SODIO-POTASIO.Se tata de una bomba electrgena porque se bombean mas cargas positivas hacia el exterior que hacia el anterior (tres iones de Na por cada dos iones de K hacia el interior), dejando dficit neto de iones en el interior, lo cual genera un potencialFISIOLOGIA RESUEMEN CAPITULO 5DIAZ RODRIGUEZ IVETTE VIRIDIANA 201negativo en el interior de la membrana celular, a la vez tambin genera grandes gradientes de concentracin de sodio y potasio a travs de la membrana en reposo, son los siguientes. Y los cocientes de estos iones desde el interior al exterior son los siguientes:FUGA DEL POTASIO Y DEL SODIO A TRAVES DE LA MEMBRANA NERVIOSA.Proteina de canal en la membrana nerviosa a traves de la que pueden escapar iones de potasio y de sodioFACTORES IMPORTANTES QUE ESTABLECEN EL POTENCIAL DE MEMBRANA.1. Cuando el potencial de membrana esta producido totalmente solo por la difusion del potasio2. Cuando el potencial de membrana esta producido por la difusion de los iones sodio y potasio.3. Cuandoelpotencialdemembranaestaproducidoporladifusiondelosions sodio y potasio mas el bombeo mas el bombeo de estos dos iones a traves de la bomba Na-K.CONTRIBUCION DE LA BOMBA Na-KLos potenciales de difusion aislados que produce la difusion del sodio y del potasio darian un potencial de membrana de aproximadamente de -86 mV, mayormente determinado por la difusion del potasio, por la accion continua de la bomba Na-K se generan 4 mV produciendo un potencial neto de membrana de -90 mVPOTENCIAL DE ACCION NERVIOSOSon cambios rpidos del potencial de membrana que se extienden rpidamente a lo largo de la membrana de la fibra nerviosa.FISIOLOGIA RESUEMEN CAPITULO 5DIAZ RODRIGUEZ IVETTE VIRIDIANA 201Para conducir una seal nerviosa el potencial de accin se desplaza a lo largo de la fibra nerviosa hasta que llega al extremo.Las fases del potencial de accin son las siguientes:Fase de reposo:Es el potencial de membrana en reposo antes del potencial.Fase de despolarizacin:Es el momento en que la membrana se hace rpidamente muy permeable a los iones de sodio con carga positiva difunda hacia el interior del axn y el estado polarizado se neutraliza de inmediato por la entrada de iones de sodio cargados positivamente y el potencial aumenta rpidamente en direccin positiva.Fase de repolarizacion:Despus de que la membrana se hace muy permeable al sodio, los canales de sodio comienzan a cerrarse y los canales de potasio se abren ms de lo normal, de esta manera la rpida difusin de iones de potasio hacia el exterior restablece el potencial de membrana en reposo negativo normal.CANALES DE SODIO Y DE POTASIO ACTIVADOS POR EL VOLTAJE.El canal de sodio activado por el voltaje, es un factor importante en la produccin de despolarizacin como de repolarizacion de la membrana nerviosa durante el potencial de accin.CANAL DE SODIO ACTIVADO POR EL VOLTAJE: Activacin e Inactivacin generadas por el canal.Este canal tiene dos compuertas, una cerca del exterior, denominada compuerta de activacin, cuando el potencial de membrana es de -90 mV en este estado la compuerta de activacin esta cerrada lo que impide la entrada de iones de sodio hacia el interior de la fibra a travs de los canales de sodio.ACTIVACION DEL CANAL DE SODIO.En este estado los iones sodio pueden atravesar el canal aumentando la permeabilidad de la membrana al sodio desde 500 hasta 5000 veces.INACTIVACION DEL CANAL DE SODIO.FISIOLOGIA RESUEMEN CAPITULO 5DIAZ RODRIGUEZ IVETTE VIRIDIANA 201El mismo voltaje que abre la compuerta de activacin tambin la cierra, despus de que el canal de sodio a permanecido abierto se cierra la puerta de inactivacin y los iones de sodio ya no pueden pasar hacia el interior de la membrana.CANAL DE POTASIO ACTIVADO POR EL VOLTAJE Y SU ACTIVACIONDurante el estado de reposo la compuerta del canal de potasio esta cerrada, lo que impide que los iones potasio pasen a travs de este canal hacia el exterior.Cuando el potencial de membrana aumenta a -90mV hacia cero, este voltaje produce una apertura de la compuerta y permite el aumento de difusin de potasio hacia afuera a travs del canal.FUNCIONES DE OTROS IONES DURANTE EL POTENCIAL DE ACCION.IONES CALCIOAl igual que la bomba de sodio, la bomba de potasio bombea iones de calcio desde el interior hacia el exterior de la membrana celular, creando un gradiente de ion calcio de aproximadamente, 10,000 veces.AUMENTO DE LA PERMEABILIDAD DE LOS CANALES DE SODIO CUANDO HAY DEFICIT DE IONES CALCIO.Cuando hay dficit de iones calcio, los canales de sodio se activan, sea se abren por un aumento muy pequeo de potencial de membrana desde su nivel normal.INICIO DEL POTENCIAL DE ACCIONUN CIRCULO VICIOSO DE RETROALIMENTACION POSITIVA ABRE LOS CANALESUna vez que la retroalimentacin es lo suficientemente intensa, continua hasta que se han abierto todos los canales de sodio activados por el voltaje, despus el aumento del potencial de membrana cierra los canales de sodio, abre los canales de potasio y finaliza el potencial de accin.PROPAGACION DEL POTENCIAL DE ACCIONLas cargas elctricas positivas son desplazadas por la difusin hacia dentro de iones de sodio a travs de la membrana despolarizada y posteriormente a lo largo del ncleo del axn.DIRECCION DE LA PROPAGACION.FISIOLOGIA RESUEMEN CAPITULO 5DIAZ RODRIGUEZ IVETTE VIRIDIANA 201El potencial de accin viaja en todas las direcciones acercndose del estimulo hasta que se ha despolarizado toda la membrana.PRINCIPIO DEL TODO O NADAEl proceso de despolarizacin viaja por toda la membrana si las condiciones son adecuadas, o no viaja en absoluto si no lo son.RESTABLECIMIENTO DE LOS GRADIENTES IONICOS DE SODIO Y POTASIO TRAS COMPLETARSE LOS POTENCIALES DE ACCION: LA IMPORTANCIA DEL METABOLISMO DE LA ENERGIA.La propagacin de cada potencial de accin reduce muy ligeramente las concentraciones de sodio y de potasio en el interior y en el exterior de la membrana, porque los iones de sodio difunden hacia el exterior durante la repolarizacion.MESETA EN ALGUNOS POTENCIALES DE ACCION.La causa de la meseta es una combinacin de varios factores, en primer lugar en el proceso de despolarizacin del musculo cardiaco participan dos tipos de canales:1. Canalesrapidos 2. CanaleslentosEn segundo factor que puede ser responsable en parte de la meseta es que los canales de potasio activados por el voltaje tienen una apertura mas lenta de lo habitual y con frecuencia no se abren mucho hasta el final de la meseta .PROCESO DE REEXCITACION NECESARIO PARA LA RITMICIDAD ESPONTANEA.Para que ocurra una ritmicidad espontanea en la membrana, debe ser lo suficientemente permeable a los iones de sodio como para permitir la despolarizacin automtica de la membrana, el voltaje que se produce no es lo suficientemente negativo como para mantener totalmente cerrados los canales de sodio y de calcio, y por lo tanto ocurre lo siguiente:1.Algunos canales de sodio y de calcio fluyen hacia el interior. 2. Aumento del voltaje de la membrana de direccin positiva, y aumenta masla permeabilidad de membrana. 3. Seproduceflujodeentrada 4. Aumenta la permeabilidad de la membrana de manera progresiva, hastaque se genera un potencial de accin.FISIOLOGIA RESUEMEN CAPITULO 5DIAZ RODRIGUEZ IVETTE VIRIDIANA 201Despus, al final del potencial de accin se repolariza la membrana.CARACTERISTICAS ESPECIALES DE LA TRANSMISION DE SEALES EN LOS TRONCOS NERVIOSOS.FIBRAS NERVIOSAS MIELINIZADAS Y NO MIELINIZADAS.Las fibras grandes son mielinizadas y las fibras pequeas son no mielinizadas.Un tronco nervioso medio contiene aproximadamente el doble de fibras no mielinizadas que mielinizadas.CONDUCCION SALTATORIA EN LAS FIBRAS MIELINIZADAS DE UN NODULO A OTRO.La corriente elctrica fluye por el liquido extracelular circundante que esta afuera de la vaina de mielina, as como por el axoplasma del interior del axn, de un ndulo a otro, excitando ndulos sucesivos uno despus del otro, as el impulso nervioso recorre a saltos la fibra, y por eso recibe el nombre de saltatoria.VELOCIDAD DE CONDUCCION EN LAS FIBRAS NERVIOSASVaria de tan solo 0.25 m/s en las fibras no mielinizadas muy pequeas hasta 100 m/s en las fibras mielinizadas muy grandes.EXCITACIN: EL PROCESO DE GENERACION DEL POTENCIAL DE ACCIONSe debe a un trastorno mecnico de la membrana, a los efectos qumicos sobre la membrana al paso de la electricidad a travs de la membrana.EXCITACIN DE UNA FIBRA NERVIOSA POR UN ELECTRODO METALICO CARGADO NEGATIVAMENTE.Este efecto es causado por lo siguiente, la corriente negativa desde el electrodo reduce el voltaje del exterior de la membrana hasta un valor negativo mas prximo al voltaje del potencial negativo del interior de la fibra, lo cual reduce el voltaje elctrico a travs de la membrana y permite que se abran los canales de sodio, lo que da lugar a un potencial de accin.UMBRAL DE EXCITACIN Y POTENCIALES LOCALES AGUDOS.Cuando aumenta el voltaje del estimulo se llega a un punto en el que se produce la excitabilidad.PERIODO REFRACTARIO TRAS UN POTENCIAL DE ACCION, DURANTE EL CUAL NO SE PUEDE GENERAR UN NUEVO ESTIMULOFISIOLOGIA RESUEMEN CAPITULO 5DIAZ RODRIGUEZ IVETTE VIRIDIANA 201No se puede producir un nuevo potencial de accin en una fibra excitable mientras la membrana siga despolarizada por el potencial de accin procedente.La nica situacin que permitir que se vuelva a abrir es que el potencial de accin de membrana vuelva al nivel del potencial de membrana en reposo original o cercano.El periodo durante el cual no se puede generar un segundo potencial de accin, incluso con un estimulo intenso, a esto se le denomina periodo refractario absoluto.INHIBICION DE LA EXCITABILIDAD: ESTABILIZADORES Y ANESTESICOS LOCALES.Los factores estabilizadores de la membrana, pueden reducir la excitabilidad.ANESTESICOSEntre los estabilizadores mas importantes de uso clnico estn la procaina y tetracraina, estos compuestos actan directamente sobre las compuertas de activacin de los canales de sodio, haciendo que sea mucho mas difcil abrir estas compuertas reduciendo la excitabilidad de la membrana.REGISTR DE POTENCIALES DE MEMBRANA Y POTENCIALES DE ACCIONOSCILOSCOPIO DE RAYOS CATODICOSSistema que se encarga de registrar los cambios de potencial de accin de la membrana, los componentes son los siguientes:Can de electrodos y una pantalla fluorescente, contra la que se disparan los electrones.8.3.3. Potencial de Accin CardiacoUn potencial de accin es el mecanismo bsico mediante el cual se logra la transmisin de la informacin entre un sistema nervioso y en todo tipo de msculo, en el caso del msculo cardiaco la activacin elctrica es el potencial de accin cardiaco, el cual normalmente se origina en el NSA. Los potenciales de accin que se originan en este se conducen a lo largo de todo el miocardio en una secuencia temporal especfica, posterior a la cual se presentaran los fenmenos fsicos, que tambin son desarrollados de una forma secuencial y nica.El desarrollo de esta actividad ordenada, va a permitir la activacin y por lo tanto contraccin posterior de las aurculas que van a permitir un flujo de sangre hacia los ventrculos que tambin han debido activarse gracias a la ejecucin del potencial de accin.Durante el reposo elctrico en el interior de las clulas cardiacas se registra un potencial negativo entre -50mV y -90mV, dado por el predominio en las cargas fijas de las protenas intracelulares. Sin embargo la permeabilidad selectiva a diversos iones lleva a encontrar concentraciones intra y extracelulares de estos iones que lleva a un potencial elctrico de reposo.Al evaluar las caractersticas del potencial de accin, podemos encontrar que hay algunas variaciones en sus caractersticas fsicas desde que inicia su ejecucin en el NSA, hasta que llega a los ventrculos. En el corazn se han identificado dos tipo de potenciales de accin uno de ellos llamado de RESPUESTA RAPIDA debido a la activacin de los canales rpidos de sodio y otro llamado de RESPUESTA LENTA, puesto que su activacin se da por la activacin de los canales lentos para el Calcio.Los potenciales de accin de respuesta rpida se encuentran en las clulas del miocardio auricular, ventrculos, haz de His y fibras de Purkinje, los de respuesta lenta en los NSA y NAV.8.3.3.1. Potencial de accin de respuesta rpidaEn las clulas que presentan este potencial de accin se identifican cinco fasesa. Fase cero: De ascenso rpido, debido al ingreso abrupto de sodio por la activacin de los canales rpidos.b. Fase uno: Repolarizacin temprana dada por la inactivacin de la corriente de sodio y a la activacin de corrientes transitorias de oitasio hacia fuera y cloro hacia adentro.c. Fase dos: Fase de meseta. El evento inico principal es la corriente lenta de ingreso de calcio. El ingreso de calcio activa la liberacin de calcio por el retculo sarcoplsmico, evento fundamental para el acoplamiento electromecnico.d. Fase tres: Fase de repolarizacin rpida debido a la activacin de canales de potasio, permitiendo corriente hacia fuera.e. Fase cuatro. Reposo elctrico, extrusin activa de sodio y recuperacin del potasio que sali de la clula gracias a la bomba sodio potasio.8.3.3.2. Potenciales de accin de respuesta lenta.Las clulas del NSA se encuentran en actividad elctrica continua por lo que el trmino potencial de reposo es muy relativo. En el potencial de respuesta lenta la fase cero posee ascenso lento (ingreso de calcio), no hay fase uno y la dos es la final de la fase cero. La fase tres es repolarizacin rpida (salida de potasio) y durante la fase cuatro el potencial se hace menor en forma progresiva hecho responsable del automatismo activo.En conclusin las clulas con potenciales de accin de respuesta rpida poseen un potencial de reposo entre -80 y -90mV, dependen del sodio para su activacin, velocidad de conduccin rpida u no poseen automatismo (excepto en el sistema de Purkinje), las clulas con potenciales de accin de respuesta lenta poseen un potencial de reposo entre -50 y -60mV, dependen del calcio para su activacin, su velocidad de conduccin es lenta y poseen automatismo.