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CAPITULO 5
POTENCIALES DE MEMBRA Y POTENCIALES DE ACCIÓN
Hay potenciales eléctricos a través de las membranas de prácticamente todas las células del cuerpo. Algunas células como las células nerviosas y musculares, son capaces de generar impulsos electroquímicos rápidamente cambiantes en sus membras y estos impulsos se utilizan para transmitir señales a través de las membranas de los nervios y de los músculos. Las diferencias de potencial entre el exterior y el interior se le denomina potencial de difusión. RELACION DEL POTENCIAL DE DIFUSION CON LA DIFERNCIA DE CONCENTRACION: POTENCIAL DE NERNST. Se le denomina así al nivel de potencial de difusión a través de una membrana que se opone exactamente a la difusión neta de un ion particular a través de la membrana. La magnitud de este potencial viene determinada por el cociente de las concentraciones de este ion específicos en los dos lados de la membrana. Ecuación de NERNST. Donde FEM es la fuerza electromotriz. Al utilizar esta fórmula se asume que el potencial liquido extracelular que está afuera de la membrana se mantiene a un nivel de potencial cero y el potencial NERNST es e l que esta dentro de la membrana, además el signo del potencial es positivo si el ión que se difunde es negativo y el signo del potencial es negativo si el ion es positivo. CÁLCULO DEL POTENCIAL DE DIFUSIÓN CUANDO LA MEMBRANA ES PERMEABLE A VARIOS IONES DIFERENTES. El potencial de difusión que se genera depende de tres factores: 1.- la polaridad de la carga eléctrica 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 el exterior (e) en la membrana. La fórmula se denomina ecuación de GOLDMAN-HODGKIN-KATZ, la cual da el potencial de membrana, calculado en el interior de la membrana cuando participan dos iones positivos
univalentes, sodio y potasio y un ion negativo univalente de uno, representada de la siguiente manera: Los iones de sodio, potasio y cloruro son los mas importantes que participan en regeneración de potenciales de membrana en las fibras nerviosas, el gradiente de concentración de estos iones ayuda a determinar el voltaje de potencial de membrana. El grado de importancia de cada uno de los iones en la determinación del voltaje es proporcional a la permeabilidad de la membrana del ion. Un gradiente positivo de concentración iónica 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 transición de señales en los nervios. MEDICION DEL POTENCIAL DE MEMBRANA En este proceso se utiliza un voltímetro, que es aparato electrónico que mide voltajes muy pequeños a pesar de la resistencia muy elevada al flujo eléctrico. Para generar un potencial negativo en el interior de la membrana solo se debe transportar hacia afuera un número suficiente de iones positivos para generar la capa del dipolo eléctrico en la propia membrana. POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO DE LOS NERVIOS El potencial de membrana en reposo de las fibras nerviosas grandes cuando no transmiten señales nerviosas es de -90Mv. TRANSPORTE ACTIVO DE LOS IONES SODIO Y POTASIO A TRAVEZ DE LA MEMBRANA: BOMBA SODIO-POTASIO. Se trata de una bomba electrógena porque se bombean más cargas positivas hacia el exterior que hacia el anterior (tres iones de Na por cada dos iones de K hacia el interior), dejando déficit neto de iones en el interior, lo cual genera un potencial negativo en el interior de la membrana celular, a la vez también genera grandes gradientes de concentración de sodio y potasio a través de la membrana en reposo, son los siguientes .
difusión 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 producción de despolarización como de repolarización de la membrana nerviosa durante el potencial de acción. CANAL DE SODIO ACTIVADO POR EL VOLTAJE: Activación e Inactivación generadas por el canal. Este canal tiene dos compuertas, una cerca del exterior, denominada compuerta de activación, cuando el potencial de membrana es de -90 mV en este estado la compuerta de activación esta cerrada lo que impide la entrada de iones de sodio hacia el interior de la fibra a través 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. El mismo voltaje que abre la compuerta de activación también la cierra, después de que el canal de sodio a permanecido abierto se cierra la puerta de inactivación y los iones de sodio ya no pueden pasar hacia el interior de la membrana. CANAL DE POTASIO ACTIVADO POR EL VOLTAJE Y SU ACTIVACION Durante el estado de reposo la compuerta del canal de potasio esta cerrada, lo que impide que los iones potasio pasen a través 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 difusión de potasio hacia afuera a través del canal. FUNCIONES DE OTROS IONES DURANTE EL POTENCIAL DE ACCION. IONES CALCIO Al 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 déficit de iones calcio, los canales de sodio se activan, ósea se abren por un aumento muy pequeño de potencial de membrana desde su nivel normal. INICIO DEL POTENCIAL DE ACCION UN CIRCULO VICIOSO DE RETROALIMENTACION POSITIVA ABRE LOS CANALES
Una vez que la retroalimentación es lo suficientemente intensa, continua hasta que se han abierto todos los canales de sodio activados por el voltaje, después el aumento del potencial de membrana cierra los canales de sodio, abre los canales de potasio y finaliza el potencial de acción. PROPAGACION DEL POTENCIAL DE ACCION Las cargas eléctricas positivas son desplazadas por la difusión hacia dentro de iones de sodio a través de la membrana despolarizada y posteriormente a lo largo del núcleo del axón. DIRECCION DE LA PROPAGACION. El potencial de acción viaja en todas las direcciones acercándose del estímulo hasta que se ha despolarizado toda la membrana. PRINCIPIO DEL TODO O NADA El proceso de despolarización 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 propagación de cada potencial de acción 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 repolarización. MESETA EN ALGUNOS POTENCIALES DE ACCION. La causa de la meseta es una combinación de varios factores, en primer lugar en el proceso de despolarización del musculo cardiaco participan dos tipos de canales:
1. Canales rápidos
2. Canales lentos
En 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 despolarización automática 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 dirección positiva, y aumenta mas la
permeabilidad de membrana.
3. Se produce flujo de entrada
El periodo durante el cual no se puede generar un segundo potencial de acción, incluso con un estímulo 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. ANESTESICOS Entre los estabilizadores más importantes de uso clínico están la procaína y tetracaína, estos compuestos actúan directamente sobre las compuertas de activación de los canales de sodio, haciendo que sea mucho más difícil abrir estas compuertas reduciendo la excitabilidad de la membrana. REGISTRÓ DE POTENCIALES DE MEMBRANA Y POTENCIALES DE ACCION OSCILOSCOPIO DE RAYOS CATODICOS Sistema que se encarga de registrar los cambios de potencial de acción de la membrana, los componentes son los siguientes: Cañón de electrodos y una pantalla fluorescente, contra la que se disparan los electrones.
