FISIOLOGIA I
TEMA NUMERO 8
Potencial de Acción Celular
PROFESOR: Gregorio Tiskow, Ph.Sc.
E-mail: [email protected]
U.C.L.A. Barquisimeto, Venezuela
Potencial de Acción
 Las
señales nerviosas se
transmiten
mediante
potenciales de acción, que
son cambios rápidos del
potencial de membrana que
se propagan a lo largo de la
membrana de las células
excitables.
¿y para qué?...
Técnica de medida o
parámetro
Rango de la
medida
Rango de frec. de la Transductor o método
señal (Hz)
Electrocardiografía
(ECG)
0.5–4 mV
0.01 – 250
Electrodos superficiales
Electroencefalografía
(EEG)
5–300 m V
Dc – 150
Electrodos de cuero cabelludo
Electrocorticografia
10–5000 m V
Dc – 150
Electrodos de profundidad
Electrogastrografia
10-1000 m V
0.5–80 mV
Dc – 1
Electrodos superficiales
Electromiografia
(EMG)
0.1–5 mV
Dc – 10000
Electrodos de aguja
Potenciales de ojo
(EOG)
(ERG)
50–3500 m V
0–900 m V
Dc – 50
Dc – 50
Electrodos de contacto
Potencial de Acción Celular

Los cambios del potencial de
membrana son señales importantes
para las células excitables:
Neurona
Músculo
Las células excitables tienen en su
membrana canales de sodio (Na+)
operados por voltaje
Potencial de Acción Celular
Potencial de Acción Celular
Potencial de Acción Celular
Potencial de Acción Celular
Potencial de Acción
 El
Potencial de Acción no
es más que un cambio
brusco en la polaridad de la
membrana que está en
reposo.
Potencial de Acción
Potencial de Acción

Génesis del Potencial de Acción:
Cualquier acontecimiento que cambie y
aumente RÁPIDAMENTE el potencial de
membrana y sobrepase el UMBRAL alrededor
de los – 65 mV, provocará que se abran los
canales de Na+ (voltaje dependientes) en
forma PROGRESIVA y RECLUTANTE.
Potencial de Acción

Cualquier fenómeno que aumente la
permeabilidad al Na+ producirá la apertura
de los canales de Na+ automáticamente:

Pueden ser:
*Estímulos físicos
*Estímulos químicos
*Estímulos eléctricos
Potencial de Acción

El cambio de permeabilidad en el
punto de excitación permite el
movimiento de iones de un lado a
otro de la membrana, provocando
una variación en el potencial de
reposo, lo que genera una nueva
diferencia de potencial que da inicio a
un potencial de acción celular.
Potencial de Acción
Potencial de Acción
Potencial de Acción
Potencial de Acción
Potencial de Acción
Potencial de Acción
POTENCIAL ELÉCTRICO
POTENCIAL LOCAL (ELECTROTÓNICO)
1 ms
0 mV
-70 mV
Potencial local o Potenciales graduados (electrotónico)
• Variable
• Pasivo
• No se propaga (se extingue
rápidamente)
TIEMPO
Potencial Local
Fases del Potencial de Acción

Un potencial de acción es un cambio
muy rápido en la polaridad de la
membrana de negativo a positivo y
vuelta a negativo, en un ciclo que
dura unos milisegundos. Cada ciclo
comprende una fase ascendente, una
fase descendente y por último una
fase hiperpolarizada.
Fases del Potencial de
Acción

Fase de Reposo Celular:
Es el potencial de membrana en reposo,
antes del comienzo del potencial de acción.


Aquí la membrana esta POLARIZADA,
debido al potencial de membrana negativo
de -90 mV (Interior celular negativo)
Fases del Potencial de
Acción

Fase de Despolarización:
En este instante, la membrana se hace muy
permeable a los iones Na+ (por apertura
masiva de canales de sodio voltaje
dependientes)
Esto genera entrada de cargas (+) al interior
celular en cantidad importante (Corriente
Interna de iones)
Se comienza a invertir la polaridad celular de
reposo.
Fase de Despolarización
EVENTO CLAVE:

ACTIVACION DEL CANAL DE Na+
Pregunta interesante…
 ¿Por
qué se activan los
canales de Na+ antes que
los de K+ en respuesta al
estímulo de la
depolarización?
Respuesta interesante…
Porque
los canales de
Na+ son más sensibles al
cambio de voltaje que
los canales de K+
Fase de Despolarización
 Cuando
el
potencial
de
membrana alcanza un voltaje
entre -70 a – 50 mV, se va a
producir
un
cambio
conformacional en el canal de
Na+, con activación de la
compuerta de entrada: se pasa al
ESTADO ACTIVADO DEL CANAL.
Potencial Umbral
 El
valor de potencial de
membrana en el que los
canales de Na+ se abren
masivamente (produciendo la
despolarización) se denomina:
POTENCIAL UMBRAL
Fase de Despolarización
La
conductancia a los
iones
Na+
aumenta
cerca de 5000 veces por
encima de lo normal en
esta fase.
Canales Na+ abiertos/Canales K+ abiertos (20:1)
Fase de Despolarización
Canal de Na+
Canal Iónico
Ciclo de Hodgkin
Círculo de retroalimentación positiva
Capa de solvatación
Fase de Despolarización
 El
movimiento de iones Na+
hacia el interior hace que el
potencial de membrana ahora se
sobre-excite, más allá del valor o
nivel cero y se haga positivo. Ese
pico del potencial de acción
alcanza un valor de casi 35 mV
(positivos)
Fase de Despolarización
El
cambio brusco del
potencial de membrana,
hace que se acerque al
potencial de equilibrio
del ion Na+ (ENa+)
(unos +50 a +55 mV)
Fase de Despolarización
Despolarización
Fase de Despolarización
Inicio de la Repolarización


El mismo aumento de voltaje que abre la
compuerta de activación, cierra también la
compuerta de inactivación. Esta compuerta
se cierra diezmilésimas de segundo
después que se abrió la compuerta de
activación. El cerrar la compuerta de
inactivación es un proceso un poco más
lento.
Los iones Na+ no pueden entrar más.
Comienza la Repolarización.
Fase de Despolarización
Fase de Repolarización



En unas diezmilésimas de segundo de
haberse abierto los canales de Na+
comienzan a cerrarse, y los de K+ (voltaje
dependientes) a abrirse.
Así, hay salida de iones K+ hacia el exterior
(Corriente externa de iones) celular
restableciéndose poco a poco el potencial
de membrana en reposo normal.
Es la fase de Repolarización de la
membrana
Fase de Repolarización
 En
la fase de Repolarización, el
potencial de membrana vuelve a
repolarizarse en dirección al valor
del potencial de membrana en
reposo, esto es, muy cercano al
potencial de equilibrio del ion K+
(EK+)
Fase de Repolarización
Despolarización
Fase de Repolarización
En REPOSO
Final del
potencial acción
Fase de Repolarización
Cuando el potencial de membrana
aumenta desde -90 mV hasta cero
mV,
se
produce
apertura
conformacional de la compuerta del
canal de K+ permitiendo la salida de
iones K+ hacia el exterior celular.
 Se abren casi al mismo tiempo que se
van cerrando los canales de Na+

Fase de Repolarización
Fase de Hiperpolarización

En esta fase continua la salida iones
K+ hacia el exterior, pero en forma
más lenta, ya que los canales tardan
más en cerrarse, y los de Na+ se
recuperan
lentamente
de
la
inactivación.
El
potencial
de
membrana se vuelve más negativo de
los normal (la membrana se
hiperpolariza)
Fase de Hiperpolarización
ATPasa Na-K

La bomba de Na-K termina el
proceso, al restablecer los gradientes
iónicos a sus valores normales.
Gráfico del potencial de acción
Es tan rápido, que en un osciloscopio se llama ESPIGA
Resumen
Fases del potencial de acción:
Depolarización: 0,2 a 0,5 ms. Se alcanza
un voltaje de hasta +35 mV.
 Repolarización: 0,5 ms. El voltaje vuelve
al valor de potencial de reposo.
 Hiperpolarización: El voltaje desciende
por debajo del potencial de reposo.

Osciloscopio digital
Imagen de osciloscopio
Conductancias iónicas
• Canales de sodio:
– Muy rápidos en su activación
– Provocan despolarización
– Se inactivan
• Canales de potasio:
– Menos rápidos en su activación
– Revierten la despolarización.
Conductancias iónicas
Conductancias iónicas
Conductancias iónicas
Ecuación de Goldman
Período Refractario



Al cerrarse los canales de Na+, entran en
una fase de muy poca capacidad de
respuesta: están INACTIVOS.
Se requerirá de cierto tiempo para que
puedan volver a activarse.
Así, durante la fase de repolarización del
potencial de acción, no podrá generarse
otro
potencial
de
acción:
Período
Refractario.
Período Refractario

Periodo refractario absoluto:
Es aquella fracción de tiempo, después de iniciarse un
potencial de acción, durante la cual ningún estimulo (por
muy elevada que sea su magnitud) puede excitar esa
porción de fibra. Su duración es variable, dependiendo del
tipo de fibra de que se trate.

Periodo refractario relativo:
Es aquella fracción de tiempo, después de iniciarse un
potencial de acción, durante la cual para que se genere un
nuevo potencial de acción se requiere que el estimulo
aplicado sea de una intensidad elevada.
Período Refractario
Periodo refractario absoluto
– Asegura que cada potencial de acción esté
Separado uno del otro.
– Origina la transmisión del impulso nervioso
en una única dirección (hacia delante)
Período Refractario Absoluto
Período Refractario
Y, ¿Los otros iones qué? …
Iones Calcio



En algunas células como las cardíacas y las
musculares lisas, el Ca++ actúa (o coopera
con el ion Na+) para producir la mayor
parte del potencial de acción.
Existencia de canales de Ca++ activados
por voltaje. También son ligeramente
permeables al Na+
Su activación es muy lenta comparada a
los canales de Na+ (son canales lentos)
Dato de interés



La alta concentración de Ca++ en líquido
extracelular tiene un efecto importante sobre el
nivel de voltaje en que se activan los canales de
Na+
Al existir déficit de iones Ca++, los canales de
Na+ se abren por un aumento muy pequeño del
potencial de membrana.
Así, la fibra nerviosa se vuelve muy excitable, y
descarga repetitivamente (aún sin estímulos),
hecho conocido como tetania muscular.
Ley del Todo o Nada


Es una característica del potencial de acción.
Se aplica a todos los tejidos excitables.
Otras Características del
Potencial de Acción






Viaja a grandes distancias
No pierde intensidad durante su
desplazamiento
Son todos idénticos. Es continuo
Unidireccionales gracias al período
refractario
Principal forma de comunicación entre las
neuronas
Un potencial de acción es un impulso
nervioso
Generación de potenciales de acción
Los mismos se generan en regiones
celulares donde existen elevadas
concentraciones de canales de Na+
(más de 12.000 x µ2)
 En una neurona clásica éste tipo de
región es el cono axónico o segmento
inicial del axón.

Bloqueantes de canales de Na+



Un número de toxinas y químicos pueden
bloquear o modular la función de los
canales de Na+ en la membrana celular.
Existen diversas clasificaciones según su
modo de acción o sitio de binding o
modificación de los mecanismos cinéticos
de cierre o apertura del canal.
Muchas de esas toxinas existen en
organismos inferiores vivos.
Bloqueantes de canales de Na+











Saxitoxina (STX) (en dinoflagelados)
Tetroidotoxina (TTX) (aislado de peces)
µ-Conotoxina
Batracotoxina
Veratridina
Aconitina
Toxina de anemona marina
-Escorpio-toxina
Brevetoxina
Toxina de alacranes
Fármacos moduladores
Bloqueantes Canales K+









Agitoxina
Aminopiridina
Charibdotoxina
Glibenclamida
Veneno de escorpión
Tetracaína
Dendrotoxina
Margatoxina
Minoxidilo
Propagación del Potencial de Acción
Corrientes Locales
Circuito de Corrientes Locales
Circuito de Corrientes Locales
Propagación del potencial de acción:
El Impulso Nervioso
Propagación del potencial de acción:
El Impulso Nervioso
Propagación del potencial de acción
El Impulso Nervioso
Conducción Nerviosa
Conductividad: Es la
capacidad de las células
de propagar un cambio
de potencial desde un
punto de estimulación a
todo lo largo de la
membrana celular.
Conducción Ortodrómica
 En
el ser humano la transmisión
de
la
señal
nerviosa
es
ORTODRÓMICA. Esto significa
que el flujo nervioso, de carácter
eléctrico, va siempre desde el
cuerpo celular de la neurona
hasta su axón, y de ahí al cuerpo
celular de la siguiente neurona.
Tipos neuronales
Conducción Antidrómica

En este caso, el impulso nervioso
puede desplazarse o viajar en ambos
sentidos a los largo de la fibra
nerviosa.

Es producido en forma patológica o
en condiciones experimentales.
Transmisión del impulso nervioso
Su Velocidad de Propagación depende de:
 Temperatura
de la fibra nerviosa
 Diámetro
del Axón
 Presencia
o no de Mielina
Transmisión del impulso nervioso
Influencia de la temperatura
Transmisión del impulso nervioso
Según diámetro del axón
Los axones más gruesos, conducen
mejor el impulso nervioso
Transmisión del impulso nervioso
Transmisión del impulso nervioso
Tipos neuronales
Presencia de Mielina
Transmisión del impulso nervioso
Fibra nerviosa
Célula de Schwann
Conducción Saltatoria
2 µm
Conducción Saltatoria
Conducción Saltatoria
Velocidad de Conducción
 La
velocidad de conducción en
las fibras nerviosas varía
desde 0,25 m/s (fibras no
milenizadas pequeñas), hasta
100
m/s
(en
fibras
mielinizadas grandes)
Bloqueo por anestésicos Locales





Es un estabilizador de la membrana.
Produce inhibición de la excitabilidad.
Ejemplos: procaína y tetracaína.
Actúan sobre las compuertas de activación
de los canales de Na+ (haciéndolos más
refractarios a su apertura)
Los impulsos nerviosos no pueden viajar a
lo largo de los nervios anestesiados.
Otros Estabilizadores de la
Membrana
Ion calcio
 Reduce
la excitabilidad de
membrana.
 Concentración elevada de Ca++ en
líquido
extracelular,
reduce
permeabilidad de la membrana
iones Na+
la
el
la
a
Voltaje de Reobase y Cronaxia
Voltaje de Reobase y Cronaxia

Reobase: Intensidad mínima de un
estímulo capaz de producir una
respuesta propagada y prolongada.

Cronaxia: Tiempo de respuesta
cuando la intensidad del estímulo es
el doble que la de reobase.
Técnica del Patch Clamp
 Técnica
del clampeo del voltaje o
pinzamiento de membrana o
pinzamiento zonal.
 Permite
estudiar los fenómenos
eléctricos a nivel de membrana
celular (sobre todo canales)
¿Más? …
Circuito eléctrico equivalente
Circuito equivalente de
una célula esférica.
Vm es el potencial de
reposo, rm y Cm las
resistencia y capacidad de
la célula.
Cm tiene un valor aproximado de 1 uF/cm²
Circuito eléctrico equivalente
Componentes
de
las
conductancias de Na+ y K+
con
sus
respectivos
potenciales de equilibrio.
Las flechas indican el
sentido de la corriente
cuando el potencial de
membrana es constante.
Para la práctica…
En los momentos de crisis, sólo la
imaginación es más importante
que el conocimiento –
Albert Einstein
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