Potenciales de membrana

Las clulas nerviosas y musculares tienen la propiedad de ser clulas excitables, o sea que pueden:

Generar potenciales elctricos y en muchos casos Transmitirlos como seales a lo largo de sus membranas.

Cmo se genera un potencial de membrana?

Los potenciales de membrana bsicamente se generan con la participacin de 2 iones principales:

Na+

K+

Estos iones difunden a travs de la MEMBRANA CELULAR SEMIPERMEABLE de estas clulas (nerviosas y musculares), siguiendo las reglas de la difusin:

CARGA ELCTRICA: Los iones de cargas opuestas se atraen y los de carga similares se repelen.

CONCENTRACIN: Las partculas separadas por una membrana permeable difunden a travs de la membrana siguiendo su gradiente de concentracin, siempre tendiendo a igualar la concentracin a ambos lado de la membrana.

O sea que:

El Sodio tiene carga positiva y se encuentra en mayor concentracin fuera de las clulas, por lo tanto ambas fuerzas crean una tendencia al sodio de entrar en las clulas.

El Potasio tiene carga positiva, por lo que tiende a entrar hacia la clula (con carga negativa), sin embargo su gradiente de concentracin es mayor dentro de las clulas por lo tanto tambin tiene una tendencia a salir.

Sin embargo al sumar las fuerzas que tienden a hacer entrar estos iones y hacerlos salir obtenemos que (OJO, ac solo hablamos de tendencias):

Cmo se distribuyen las cargas elctricas dentro de una clula?

EL POTENCIAL DE REPOSO

El potencial de membrana de las fibras nerviosas en reposo (cuando no transmiten seales) es aproximadamente 90 mV, y este voltaje es generado por:

BOMBA DE Na+/K+: Produce gradientes de concentracin de estos iones en la membrana nerviosa en reposo.

CANALES DE FUGA DE K+/Na+: Son unas 100 veces ms permeables para el K+ que para el Na+.

As, en reposo, se acumula potasio en el interior de la clula y el sodio en el espacio extracelular.

Como se forma el potencial de reposo

1. El potencial de difusin del potasio genera: - 94 mV2. El potencial de difusin de sodio genera: + 61 mVQue segn la ECUACIN DE GOLDMAN al combinarlos genera un potencial en el interior de la membrana de:

- 86 mV3. El potencial de difusin que genera la Bomba de sodio potasio es de: - 4mVTODO ESTO DA UN POTENCIAL NETO DE 90 mV

POTENCIAL DE ACCIN

Es la forma en que se transmiten las seales nerviosas. Son cambios rpidos (1/100 de segundo) del potencial de membrana.

Etapas

1. Etapa de Reposo: La membrana est polarizada y su potencial tiene un fuerte valor negativo.

2. Etapa de Despolarizacin: La membrana se hace muy permeable al Na+ los cuales pasan al interior del axn. El potencial se vuelve ms positivo (por entrar un in positivo).

3. Etapa de Reposo: Despus de 1/100 segundos tras el aumento de la permeabilidad de la membrana al sodio, los canales para estos comienzan a cerrarse y los de potasio se abren ms de lo normal, lo que genera:

El cese de la entrada de SODIO.

Aumento de la salida de POTASIO.

El aumento de la salida de potasio hace que cargas positivas salgan de la clula, volvindola ms negativa en su interior lo que reestablece la polarizacin de la membrana celular.

Canales de Sodio con compuerta Operados por Voltaje

ACTIVACIN: Estos canales son operados por voltaje, o sea, cuando el interior de la clula se vuelve ms negativo (- 70 a 50 mV) estos canales son activados. Esto permeabiliza la membrana al sodio entre 500 y 5000 veces.

INACTIVACIN: El mismo aumento de voltaje que abre las compuertas de activacin tambin cierra la de inactivacin, lo que sucede luego de 1/100 segundos despus de la apertura de la compuerta de activacin

La compuerta de inactivacin no se vuelve a abrir hasta que el potencial de membrana se recupere hasta aproximadamente el valor normal.

Canales de Potasio con compuerta Operados por Voltaje

ACTIVACIN: Se da por el aumento del voltaje desde 90 hacia 0, lo que causa un cambio de conformacin lento que abre la compuerta y permite la liberacin de Potasio.

Se abre cuando las compuertas de Na+ comienzan a cerrarse.

INACTIVACIN: Se cierran cuando el potencial de membrana desciende a un valor muy negativo.

Comienzo del potencial de accin

Para que un potencial de accin se genere, primero debe existir un estmulo, este puede ser cualquier factor que haga que entre sodio en cantidad suficiente para activar la apertura automtica de los canales de Na+.

Ejemplos:

Alteracin mecnica de la membrana.

Paso de electricidad a travs de la membrana.

1. Despolarizacin: Los canales de sodio se abren por retroalimentacin positiva (por un aumento inicial del potencial de membrana) lo que provoca la apertura de ms canales de sodio (este proceso es un circulo vicioso)...

Luego de unos milisegundos el potencial de membrana en aumento genera:

Inactivacin de los canales de Na+ (Ya que eran los activado por voltajes)

Activacin de los canales de K+ activados por voltaje.

Desde aqu podemos obtener un UMBRAL o la ACOMODACIN DE LA MEMBRANA.

2. Umbral: Es el punto en que un estmulo es capaz de producir un efecto, en este caso, el COMIENZO DEL POTENCIAL DE ACCIN.

Se da cuando el potencial de membrana aumenta lo suficiente como para crear el circulo vicioso, lo que necesita un aumento de 15 a 30 mV.

3. Acomodacin de la membrana (Cuando no se llega al umbral, fracasa la descarga de un potencial de membrana).

Si el potencial de la membrana aumenta lentamente dar lugar a que se cierren las compuertas lentas de inactivacin de los canales de iones Na+ a la vez que otros de estos se abren, por lo que no se descarga el potencial.

Propagacin del potencial de accin

La despolarizacin viaja por toda la longitud de la fibra, ya que el punto excitado de la membrana suele excitar las porciones adyacentes de la misma y provoca la propagacin del potencial de accin.

Direccin de la propagacin: Puede viajar en ambas direcciones desde el punto del estmulo e incluso por todas las ramas de la fibra nerviosa.

TODO O NADA (Ley): Una vez que aparece un potencial de accin, el proceso de despolarizacin viajar por toda la membrana (si es que esta est en buen estado)...

Mesetas de algunos potenciales de accin

La causa de esta meseta se da por:

1. Canales de Na+ operados por voltaje (canales rpidos).

2. Canales de Ca+ operados por voltaje (canales lentos). Responsables de la meseta.

3. Los canales de K+ operados por voltaje presentan una activacin lenta y a menudo no se abren hasta el final de la meseta.

El Perodo refractario

Es el perodo durante el cual NO pueden generarse nuevos potenciales de accin.

Esto sucede debido a que despus del comienzo de un potencial de accin, los canales de Na+, (de Ca2+, o ambos) se inactivan, y las compuertas de inactivacin no se abrirn, sea cual fuere la seal excitadora hasta que se aproxime el potencial de membrana al potencial de reposo.

Perodo refractario absoluto: Tiempo en que no puede desencadenarse un 2 potencial de accin, incluso aplicando estmulos mximos. (Tiempo 1/2500 segundo)

Perodo refractario relativo: Dura la cuarta parte del anterior y es cuando solo los estmulos ms fuertes pueden excitar la fibra.

TODO ESTO SE DEBE A:

Los canales de Na+ no se han recuperado de la inactivacin. Los canales de K+ estn muy abiertos en este perodo, lo que produce hiperpolarizacin.Tejidos que generan descargas repetitivas de potenciales de accin

Esto se dan en tejidos como:

Msculo liso.

Msculo cardaco.

Neuronas del SNC (muchas de ellas)

Para que esto suceda... el potencial de reposo es solo de 60 a 70 mV. Este valor no alcanza para que los canales de Na+ y Ca2+ se hallen cerrados, o sea...

1. El Na+ y el Ca2+ fluyen al interior.

2. Lo que aumenta la permeabilidad de la membrana.

3. Fluyen an ms iones Na+ y Ca2+ al interior celular.

4. Y as sucesivamente, la permeabilidad aumenta ms, de modo que se crea un proceso regenerativo de abertura de canales Na+ y K+ que culmina en un potencial de accin.

Las clulas de Schwann en la transmisin del impulso nervioso

Las clulas de Schwann se hallan envueltas alrededor de las fibras nerviosas, dejando pequeas constricciones en la sustancia blanca a intervalos ms o menos regulares. Estas constricciones son llamadas Nodos de Ranviers y permiten la transmisin del impulso nervioso de modo saltatorio...

Conduccin saltatoria de nodo a nodo: Los iones pueden fluir con facilidad en los nodos de Ranviers, por lo que los potenciales de accin, solo pueden suceder en los nodos, a lo que se llama CONDUCCIN SALTATORIA.

IMPORTANCIA:

1. Aumenta la velocidad de conduccin entre 5 y 50 veces.

2. Conserva la energa del axn, porque solo se despolariza en los nodos.

Velocidad de conduccin:

Fibras amielnicas ( 0,5 m/seg.

Fibras mielnicas ( 100 m/seg.

Las cargas positivas y negativas son exactamente iguales en cualquier sitio de la clula, excepto en la superficie de la propia membrana celular.

Este es el llamado PRINCIPIO DE NEUTRALIDAD ELCTRICA.

Este es un potencial de accin de una Fibra de Purkinje cardaca en la que se ve una meseta.