3. potenciales de membrana y potenciales de acción
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Potenciales de membrana y potenciales de acción
Dra. Karina Soto Ortiz
Cirujana OftalmólogaCórnea y Cirugía Refractiva
Imagenología Corneal
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Potencial de difusión
• Membrana de una fibra nerviosa• Mayor concentración de K+ dentro• Al salir el K + genera
• Electronegatividad en el interior• Electropositividad en el exterior
• Potencial de difusión• Diferencia de potencial entre el interior y exterior
suficiente para bloquear la difusión adicional neta de potasio hacia el exterior (94mV negativos dentro de la fibra nerviosa)
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Potencial de difusión
• Concentración elevada de Na+ fuera de la membrana• La difusión hacia dentro de la membrana
• Electronegatividad en el exterior• Electropositividad en el interior
• Potencial de difusión – 61mV positivos dentro de la fibra nerviosa bloquean la difusión de Na+ hacia el interior.
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A. El Potasio sale de la célula – electronegatividad en el interior B. El Sodio entra a la célula - electropositividad en el interior
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Potencial de difusión
• La membrana es permeable a varios iones, entonces el potencial de difusión depende de:
1. Polaridad de la carga eléctrica de cada ion
2. Permeabilidad de la membrana a cada ion
3. Concentraciones de los iones en el interior y en el exterior.
• Los iones más importantes son Sodio, Potasio y Cloruro; el gradiente de concentración de cada uno determina el voltaje del potencial de membrana.
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Potencial de difusión
• La permeabilidad de los canales de sodio y potasio experimenta cambios rápidos durante la transmisión de un impulso nervioso.
• La permeabilidad de los canales de cloruro no se modifica mucho.
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Potencial de membrana en reposo de los nervios
• Cuando una fibra nerviosa NO transmite señales nerviosas tiene una potencial de -90mV en el interior.
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Distribución de los iones en el líquido extracelular que rodea una fibra nerviosa y en el líquido del interior de la fibra.Observe la alineación de las cargas negativas en la superficie interna de la membrana y las cargas positivas en la superficie externa.
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Potencial de membrana en reposo
• Bomba Na+-K+
• Bombea Na hacia el exterior y K al interior• Se bombean más cargas positivas hacia el exterior,
generando un potencial negativo en el interior.• Genera gradientes de concentración para Na y K.
Interior Exterior
Na 14 mEq/l 142 mEq/l
K 140 mE1/l 4 mEq/l
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Potencial de membrana en reposo
• Además de la bomba Na-K, existen• Canales de Fuga K-Na
• 100 veces más permeables al K• Esta diferencia también determina el nivel de
potencial de membrana en reposo.
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Bomba Na-K y Canales de fuga K-Na
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Origen del potencial de membrana en reposo
• Potencial de difusión de potasio • Difusión de sodio • Contribución de la Bomba Na-K
• Difusión Sodio y Potasio -86mv• Bomba Na-K -4mV
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Potencial de membrana en reposo
Difusión de Na, K y Bomba Na-K
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Potencial de acción nervioso
• Las señales nerviosas se transmiten mediante potenciales de acción.
• Potencial de acción• Cambio rápido del potencial de membrana, que se
extienden a lo largo de la membrana de la fibra nerviosa.
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Potencial de acción nervioso
• Comienza con un cambio súbito del potencial de membrana
1. De negativo (reposo) a positivo• Entran cargas positivas
2. De positivo a negativo• Salen cargas positivas
3. Se desplaza a lo largo de la fibra nerviosa.
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Potencial de acción
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Fases del potencial de acción
• Fase de reposo• Membrana polarizada -90mV
• Fase de despolarización• Aumenta súbitamente la permeabilidad al Na hacia el
interior del axón, las cargas positivas elevan el potencial a cero o más allá (sobreexcitación)
• Fase de repolarización• Se cierran los canales de Sodio, se abren los de
Potasio más de lo normal, salen cargas positivas.
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Canal de Na activado por voltaje
• Compuerta de activación (externa)• Compuerta de inactivacion (interna)
• Tres fases• Reposo• Activación• Inactivación
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Canal de Na activado por voltaje
• Fase de reposo• -90mV• Compuerta de activación cerrada
• Activación• -70 a -50mV• Compuerta de activación abierta• Aumenta la permeabilidad del sodio 500-5000
veces (Entra sodio)
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Canal de Na activado por voltaje
• Inactivación
• El mismo voltaje que abre la compuerta, la cierra, pero el cambio conformacional toma más tiempo.
• La compuerta de inactivación no se abre hasta que el potencial de membrana llega a -90mV.
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Canal de K activado por voltaje
• Reposo• Potencial -90mV• Compuerta cerrada
• Activación• Potencial hacia Cero• Compuerta abierta• Sale Potasio, al tiempo en que se cierran los canales
de Sodio.
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Canales de Sodio y Potasio- activación por voltaje
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¿Qué sucede en 2 milisegundos?
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Otros iones en el potencial de acción
• Aniones no difusibles• Proteínas, compuestos de fosfato orgánicos,
compuestos de sulfato, etc.
• Estos iones permanecen en el interior del axón• Son responsables de la carga negativa, cuando hay un
déficit neto de iones potasio (+) y otros iones positivos.
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Otros iones en el potencial de acción
• El calcio coopera con el Sodio para producir el potencial de acción.
• La bomba de Calcio• Saca Calcio de la célula• Mete Calcio al retículo endoplásmico• Crea un gradiente de 10 000 veces.
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Bomba de Calcio
• Canales de Ca++ - Na+, activados por voltaje• Canales lentos
• Al abrirse entra Sodio y Calcio a la fibra nerviosa.
• En el músculo cardíaco y músculo liso hay abundantes canales de calcio.
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Relación Ca++ - Na+
• Concentración de Calcio en el líquido extracelular• Cuando hay déficit
• Los canales de sodio se abren con un aumento muy pequeño de potencial de membrana
• La fibra nerviosa se vuelve muy excitable, y a veces descarga de manera repetitiva sin razón.
• Aparentemente el Calcio se pega a la proteína del canal de Sodio alterando su voltaje hacia positivo.
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Inicio del potencial de acción
• UMBRAL de estimulación• La entrada de Na supera la salida de K, generando un
aumento súbito de potencial de membrana a -65mV.• El aumento de voltaje abre muchos canales de Na
(retroalimentación positiva)• Entra Na y aumenta más el voltaje
• Se abren más canales de Na• Entra más Na, se abren todos los canales Na
• Se cierran los canales de Na y se abren los canales de K
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Propagación del potencial de acción
• Un potencial de acción que se desencadena en cualquier punto de una membrana excitable, excita porciones adyacentes de la membrana.
• Las cargas eléctricas positivas son desplazadas a lo largo de la fibra nerviosa mielinizada y abren más canales de Na en nuevas zonas.
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Propagación del potencial de acción en una fibra nerviosa
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Propagación del potencial de acción
• Dirección de la propagación • El potencial viaja en todas direcciones alejándose del
estímulo
• “Todo o nada”• Las condiciones deben ser adecuadas (voltaje) para la
propagación del potencial o no se propagará.
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Equilibrio Na y K
• Después de varios impulsos nerviosos, pueden desequilibrarse las cantidades de Na y K dentro de la fibra nerviosa
• La bomba Na-K-ATPasa restablece el equilibrio (potencial de reposo)
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Meseta en algunos potenciales de acción
• La membrana no se repolariza inmediatamente• Músculo cardíaco – contracción del músculo por 0.2 – 0.3
segundos, luego repolarización de la membrana.
• El músculo cardíaco tiene también canales lentos (Sodio – calcio)
• Los canales de potasio se abren más lentamente
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Potencial de acción en una fibra de Purkinje
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Descarga repetitiva
• Las descargas repetitivas autoinducidas aparecen en• Corazón• Músculo liso• Neuronas
• Generando• Latido rítmico del corazón• Peristaltismo rítmico del intestino• Control rítmico de la respiración.
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Ritmicidad espontánea
• Debe haber permeabilidad suficiente al Na (o Na – Ca) para permitir la despolarización automática.
• En el corazón, el potencial de membrana en reposo es de -60 a -70mV
• El voltaje no es suficiente para cerrar todos los canales de Sodio y Calcio.
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Ritmicidad espontánea
• Potencial en reposo -60 a -70mv• Entra Na y Ca a la fibra
• Aumenta más el voltaje• Entra más Na y Ca
• Aumenta más el voltaje• Se genera un potencial de acción
• Se repolariza la membrana• Vuelve a despolarizarse, no entra
en reposo.
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Ritmicidad espontánea
• En el corazón hay un retraso entre repolarización y despolarización (inicio del siguiente potencial de acción)• Al final del potencial de acción la fibra se hace mucho
más permeable al potasio• Al salir más potasio, queda más negativo dentro.
• Este estado se llama hiperpolarización• Da tiempo entre un potencial y otro.
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Potenciales de acción rítmicos
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Características especiales
• Un tronco nervioso medio tiene el doble de fibras no mielinizadas.
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Fibra mielinizada
• Axón• Dentro tiene el Axoplasma• Por fuera Vaina de Mielina, depositada por las células
de Schwann• La mielina es un aislante eléctrico
• Cada 1-3 mm hay un nódulo de Ranvier• Zona no aislada, por donde fluye el impulso
nervioso.
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La membrana de una célula de Schwann “se enrolla” alrededor del axón para formar la vaina de mielina.
![Page 43: 3. potenciales de membrana y potenciales de acción](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/558636abd8b42a3c348b45c5/html5/thumbnails/43.jpg)
Recubrimiento parcial de la membrana y citoplasma de una célula de Schwann alrededor de múltiples fibras nerviosas no mielinizadas.
![Page 44: 3. potenciales de membrana y potenciales de acción](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/558636abd8b42a3c348b45c5/html5/thumbnails/44.jpg)
Conducción “saltatoria”
• Los iones casi no fluyen a través de las vainas de mielina, pero si a través de los nódulos de Ranvier.
• Los potenciales de acción se producen sólo en los nódulos de Ranvier.• La corriente eléctrica fluye
• Por el líquido extracelular• Por el axoplasma del axón
• Excitando el siguiente nódulo de Ranvier.
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Conducción saltatoria – axón mielinizado
![Page 46: 3. potenciales de membrana y potenciales de acción](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/558636abd8b42a3c348b45c5/html5/thumbnails/46.jpg)
Conducción saltatoria
• Aumenta la velocidad de transmisión nerviosa en las fibras mielinizadas de 5 a 50 veces. (0.25m/s a 100m/s)
• Conserva la energía para el axón porque sólo se despolarizan los nódulos• Se utiliza menos energía para restablecer las
diferencias de concentración Na-K
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Excitación
• Cualquier factor que haga que el Na empiece a difundir hacia el interior de la membrana
• Trastorno mecánico sobre la membrana• Efecto químico• Paso de electricidad
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Período refractario
• No se puede producir un nuevo potencial de acción mientras la membrana siga despolarizada, incluso con un estímulo intenso.• Poco después del inicio del potencial de acción los
canales de sodio y potasio se inactivan• Sólo al volver al potencial de reposo se podrán abrir
las compuertas
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Inhibición de la excitabilidad
• Factores estabilizadores de membrana
• Concentración elevada de calcio extracelular• Disminuye la permeabilidad de membrana a Na
• Anestésicos locales• Procaína, Tetracaína
• Actúan directamente en las compuertas
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La mayoría de los hombres no carecen de fuerza, sino de constancia.
Victor Hugo