Excitabilidad
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Tema 4
UNIDAD TEMÁTICA: II. FISIOLOGÍA CELULAR
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Asignatura: Fisiologia Celular y Humana, Profesor: , Carrera: Farmacia, Universidad: UGR
Tipo: Apuntes
2012/2013
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Excitabilidad
Tema 4
UNIDAD TEMÁTICA: II. FISIOLOGÍA CELULAR
Contenidos
4.1. Potenciales de membrana y equilibrios iónicos. Potencial de Nernst
4.5. Medición del potencial de membrana
4.3. Equilibrio de Gibbs-Donnan
4.2. Potencial de membrana en reposo: Ecuación de Goldman o de la
conductancia armonizada
4.4. Resumen de los factores que contribuyen al potencial de membrana en
reposo
4.6. excitabilidad
4.7. Canales iónicos.
4.8. Potenciales graduados o potenciales locales.
4.9. Potenciales de acción. Fases del potencial de acción.
4.10. Propagación de los impulsos nerviosos.
4.11. Velocidad de propagación de los impulsos nerviosos y Codificación de la
intensidad de los estímulos.
4.12. Comparación de las señales eléctricas que producen las células excitables.
4.13. Los potenciales de acción tienen formas diferentes en cada tejido.
Introducción
Hay potenciales eléctricos a través de las membranas de prácticamente todas las
células del cuerpo.
Las células nerviosas y musculares, son capaces de
generar impulsos electroquímicos, rápidamente
cambiantes en sus membranas, y estos impulsos se
utilizan para transmitir señales a través de las
membranas de los nervios y de los músculos.
Células glandulares, macrófagos y células
ciliadas utilizan los cambios locales de los
potenciales de membrana para activar muchas
de las funciones de las células.
4.1. Potenciales de membrana y
equilibrios iónicos. Potencial de Nernst
Los sistemas de transporte activo y pasivo actúan de forma coordinada
manteniendo un estado estacionario entre el líquido extracelular e
intracelular.
El movimiento de moléculas por estos sistemas de transporte
implica en muchos casos el movimiento de cargas eléctricas, lo que
da lugar a la aparición del denominado potencial o gradiente
eléctrico. En general, el lado de la membrana intracelular es
negativo con respecto al lado de la membrana extracelular.
Esta diferencia de potencial eléctrico a través de la membrana es lo que determina
el denominado potencial de membrana.
(150 mEq/L)
(15 mEq/L)
Membrana hipotética, sin transporte activo y solo permeable
al sodio (entra y sale por difusión).
En estos ejemplos se muestra como la diferencia de concentraciones de iones a
través de una membrana de permeabilidad selectiva se puede en condiciones
apropiadas crear un potencial de membrana.
El gradiente de concentración hace que los iones Na+
tienden a entrar en la célula , entonces, movimiento
de cargas positivas al interior. Exterior
electronegativo e interior electropositivo.
La diferencia de potencial provoca un movimiento
hacia el exterior.
4.1. Potenciales de membrana y equilibrios iónicos. Potencial
de Nernst
Potencial de Nernst para un ión sería el valor de potencial de membrana necesario para
prevenir la difusión neta de un ión con diferentes concentraciones en ambos lados de la
membrana en cualquier dirección. Ecuación de Nernst.
¿CÓMO PODEMOS CALCULAR EL POTENCIAL DE EQUILIBRIO PARA UN ION?
La magnitud del potencial de Nernst va a venir determinada por el cociente entre las
concentraciones del ión a ambos lados de la membrana.
Ecuación de Nernst indica que el equilibrio iónico = ± 61 log ([intracelular]/[extracelular]).
El potencial de Nernst calculado es el del interior de la célula y el signo será positivo cuando
el ión calculado sea negativo y negativo cuando el ión calculado es positivo.
4.1. Potenciales de membrana y equilibrios iónicos. Potencial
de Nernst
4.2. Potencial de membrana en reposo: Ecuación de Goldman
o de la conductancia armonizada
Potencial de membrana en reposo: diferencia de potencial eléctrico que existe a
través de las membranas de las células vivas normales en condiciones de no
estimulación o reposo. La mayoría de las células corporales están polarizadas con
voltajes de membrana que varían de +5 mV a -100 mV.
El potencial de difusión en una membrana permeable a varios iones depende:
a) Polaridad de la carga de cada ión.
b) De las concentraciones de los respectivos iones en el lado interior (i) y en el lado exterior
(e) de la membrana.
c) Permeabilidad de la membrana a cada ion (P).
Ecuación de Goldman o Ecuación de la Conductancia Armonizada.
CNa+ i PNa+^ + CK+i PK+^ + CCl - i PCL-
CNa+e PNa+^ + CK+e PK+^ + CCl - e PCL-
= -61.^ log
Equilibrio (milivoltios)
La contribución de cualquier ión al potencial de membrana está determinada por
la permeabilidad de la membrana a dicho ión, siendo en la mayoría de las células
vivas el K+^ el más permeable.
De la aplicación de la ecuación de Goldman se deducen dos puntos: a) En la
mayoría de las células el potencial de membrana en reposo está cerca del
potencial de equilibrio para el potasio y b) Esto es debido a que la membrana
celular es mucho más permeable a este ión que a cualquier otro.
4.2. Potencial de membrana en reposo: Ecuación de Goldman
o de la conductancia armonizada
4.3. Equilibrio de Gibbs-Donnan
Equilibrio de Gibbs-Donnan: Describe propiedades de equilibrio estacionario de mezclas
de iones permeantes y no permeantes.
Algunas propiedades de las células se deben a la presencia de aniones no permeantes en el
citoplasma. Estas sustancias afectan a la distribución de iones permeantes a través de la
membrana y por lo tanto en el potencial de membrana.
Membrana permeable al agua, al K+^ y al Cl-, pero impermeable al Y- .
Concentraciones iniciales
Ejemplo de equilibrio Gibbs-Donnan Concentraciones de equilibrio
Índice de Donnan o
ecuación de Gibbs-Donnan
[K+]A [Cl-]A = [K+]B [Cl-]B
FEM = -61 log (2) = - 18mV
La presencia de aniones Y-^ no permeantes origina un potencial
eléctrico negativo en la cámara que los contienes y una distribución
asimétrica de los iones permeantes a través de la membrana.
La concentración total de iones
osmóticamente activos es mayor en
el lado del anión no permeante.
Proceso de osmosis, el agua
se moverá del lado B al lado
A.
Bombas Na+/K+
4.4. Resumen de los factores que contribuyen al potencial de
membrana en reposo
Tres procesos contribuyen a generar el potencial de membrana en
reposo
La difusión iónica como se ha descrito (es la principal).
El efecto electrógeno de la Na+-K+-ATPasa (de importancia
variable).
El equilibrio de Gibbs-Donnan (menos importante en las células
excitables).
Bom ba
Excitabilidad: capacidad presentada por células Na + +/K
especializadas como nerviosas y musculares, las cuales
son capaces de responder a un estímulo mediante
modificaciones transitorias de las conductancias
iónicas y por tanto del potencial de sus membranas.
4.6. Excitabilidad
dos tipos de señales eléctricas:
Potenciales de acción (impulsos nerviosos)
Potenciales graduados o locales o subumbrales
(dan lugar a las respuestas locales o subumbral).
La producción de estas señales depende de: La existencia de un potencial de membrana en
reposo y la existencia de canales iónicos específicos.
Canales iónicos de filtración o pasivos: Alternan al azar el
estado abierto y cerrado y se consideran los responsables
de la entrada de Na+^ y salida de K+^ cuando una neurona
este reposo. Existe un mayor número de canales para el K+
que para el Na+.
4.7. Canales iónicos
Fluidoextracelular Membranaplasmática Citosol
Difusióna travésde la bicapalipídica Difusióna travéscanalesiónicosde facilitadaDifusión
concentración^ Gradiente de
FluidoextracelularFluidoextracelular MembranaplasmáticaMembranaplasmática CitosolCitosol
Difusióna travésde la bicapalipídica Difusióna travéscanalesiónicosde facilitadaDifusión
concentración^ Gradiente de
Canales iónicos de compuerta: Se abren o cierran en repuesta a algún estímulo. Su
presencia confiere la capacidad de excitabilidad eléctrica a neuronas y fibras musculares.
- Canales iónicos dependientes de
voltaje: Se usan en la generación y
conducción de potenciales de acción.
- Canales iónicos dependientes de
ligandos: El ligando puede abrir
directamente el canal (acetilcolína) o
indirectamente (algunas hormonas).
Realmente son simples cambios o desviaciones en la polarización de la membrana. Dan
lugar a las respuestas locales (señales eléctricas de corta distancia).
Membrana polarizada: Membranas cuya superficie exterior e interior tienen cantidades
diferentes de carga eléctrica y por lo tanto presentan una diferencia de potencial a través de
las mismas.
4.8. Potenciales graduados o potenciales locales.
Tiempo (ms)
Potencial de membrana (mV)
Potencial de membrana en reposo
Potencial graduado hiperpolarizante
Potencial de membrana (mV)^ Tiempo (ms)
Potencial de membrana en reposo
Potencial graduado despolarizante
Suelen estar asociados a canales iónicos de ligandos y mecánicos. Varían su amplitud
(magnitud) según la intensidad del estímulo. Se conducen en declive, es decir, las
dimensiones del cambio de potencial de membrana desciende exponencialmente con la
distancia.
Tipos: potencial postsináptico; potenciales receptores;
potenciales generadores.
Estos potenciales acercan o alejan el potencial de
membrana al valor umbral
4.8. Potenciales graduados o potenciales locales.