fisiologia i tema numero 8 potencial de acción celular profesor: gregorio tiskow, ph.sc. e-mail:...
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FISIOLOGIA IFISIOLOGIA I
TEMA NUMERO 8TEMA NUMERO 8
Potencial de Acción CelularPotencial de Acción Celular
PROFESORPROFESOR: Gregorio Tiskow, : Gregorio Tiskow, Ph.Sc.Ph.Sc.
E-mail: [email protected]: [email protected]
U.C.L.A. Barquisimeto, VenezuelaU.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.
Técnica de medida o parámetro
Rango de la medida
Rango de frec. de la señal (Hz)
Transductor o método
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 V0.5–80 mV
Dc – 1 Electrodos superficiales
Electromiografia (EMG)
0.1–5 mV Dc – 10000 Electrodos de aguja
Potenciales de ojo (EOG)(ERG)
50–3500 m V0–900 m V
Dc – 50Dc – 50
Electrodos de contacto
¿y para qué?...¿y para qué?...
Potencial de Acción Celular
Los cambios del potencial de Los cambios del potencial de membrana son señales membrana son señales importantes para las células importantes para las células excitables:excitables:
NeuronaNeurona
MúsculoMúsculo
Las células excitables tienen en Las células excitables tienen en su membrana canales de sodio su membrana canales de sodio (Na+) operados por voltaje(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 yaumente RÁPIDAMENTE el potencial demembrana y sobrepase el UMBRAL
alrededorde los – 65 mV, provocará que se abran loscanales de Na+ (voltaje dependientes) enforma 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
PO
TEN
CIA
L ELÉ
CTR
ICO
-70 mV
0 mV
TIEMPO
1 msPOTENCIAL LOCAL (ELECTROTÓNICO)
Potencial local o Potenciales graduados (electrotónico)• Variable
• Pasivo• No se propaga (se extingue
rápidamente)
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 CLAVEEVENTO CLAVE::
ACTIVACION DEL CANAL DE Na+ACTIVACION DEL CANAL DE Na+
Pregunta interesante…Pregunta interesante…
¿Por qué se activan los ¿Por qué se activan los canales de Na+ antes canales de Na+ antes que los de K+ en que los de K+ en respuesta al estímulo respuesta al estímulo de la depolarización?de la depolarización?
Respuesta interesante…Respuesta interesante…
Porque los canales de Porque los canales de Na+ son más Na+ son más sensibles al cambio sensibles al cambio de voltaje que los de voltaje que los canales de K+canales de K+
Fase de Despolarización
Cuando el potencial de Cuando el potencial de membrana alcanza un voltaje membrana alcanza un voltaje entre -70 a – 50 mV, se va a entre -70 a – 50 mV, se va a producir un cambio producir un cambio conformacional en el canal de conformacional en el canal de Na+, con activación de la Na+, con activación de la compuerta de entrada: se compuerta de entrada: se pasa al pasa al ESTADO ACTIVADO ESTADO ACTIVADO DEL CANALDEL CANAL..
Potencial Umbral
El valor de potencial de El valor de potencial de membrana en el que los membrana en el que los canales de Na+ se abren canales de Na+ se abren masivamente (produciendo la masivamente (produciendo la despolarización) se despolarización) se denomina:denomina:
POTENCIAL UMBRALPOTENCIAL UMBRAL
Fase de Despolarización
La conductancia a los La conductancia a los iones Na+ aumenta iones Na+ aumenta cerca de 5000 veces cerca de 5000 veces por encima de lo por encima de lo normal en esta fase.normal en esta fase.Canales Na+ abiertos/Canales K+ abiertos Canales Na+ abiertos/Canales K+ abiertos
(20:1)(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 El cambio brusco del potencial de potencial de membrana, hace que se membrana, hace que se acerque al acerque al potencial de potencial de equilibrio del ion Na+ equilibrio del ion Na+ (ENa+) (unos +50 a (ENa+) (unos +50 a +55 mV)+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, En la fase de Repolarización, el potencial de membrana el potencial de membrana vuelve a repolarizarse en vuelve a repolarizarse en dirección al valor del dirección al valor del potencial de membrana en potencial de membrana en reposo, esto es, muy cercano reposo, esto es, muy cercano al al potencial de equilibrio del potencial de equilibrio del ion K+ion K+ (EK+) (EK+)
Fase de Repolarización
Despolarización
Fase de Repolarización
En REPOSO Final del potencial acción
Fase de Repolarización
Cuando el potencial de membrana Cuando el potencial de membrana aumenta desde -90 mV hasta cero aumenta desde -90 mV hasta cero mV, se produce apertura mV, se produce apertura conformacional de la compuerta conformacional de la compuerta del canal de K+ permitiendo la del canal de K+ permitiendo la salida de iones K+ hacia el salida de iones K+ hacia el exterior celular. exterior celular.
Se abren casi al mismo tiempo Se abren casi al mismo tiempo que se van cerrando los canales que se van cerrando los canales de Na+de Na+
Fase de Repolarización
Fase de Fase de HiperpolarizaciónHiperpolarización
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 Fase de HiperpolarizaciónHiperpolarización
ATPasa Na-KATPasa Na-K
La bomba de Na-K termina el La bomba de Na-K termina el proceso, al restablecer los proceso, al restablecer los gradientes iónicos a sus valores gradientes iónicos a sus valores normales.normales.
Gráfico del potencial de acción
Es tan rápido, que en un osciloscopio se llama ESPIGA
ResumenResumen
Fases del potencial de acción:Fases del potencial de acción: Depolarización: 0,2 a 0,5 ms. Se Depolarización: 0,2 a 0,5 ms. Se
alcanza un voltaje de hasta +35 alcanza un voltaje de hasta +35 mV.mV.
Repolarización: 0,5 ms. El voltaje Repolarización: 0,5 ms. El voltaje vuelve al valor de potencial de vuelve al valor de potencial de reposo.reposo.
Hiperpolarización: El voltaje Hiperpolarización: El voltaje desciende por debajo del potencial desciende por debajo del potencial de reposo.de reposo.
Osciloscopio digitalOsciloscopio digital
Imagen de osciloscopioImagen de osciloscopio
Conductancias iónicas
• • Canales de sodio:Canales de sodio:
– – Muy rápidos en su activaciónMuy rápidos en su activación
– – Provocan despolarizaciónProvocan despolarización
– – Se inactivanSe inactivan
• • Canales de potasio:Canales de potasio:
– – Menos rápidos en su activaciónMenos rápidos en su activación
– – Revierten la despolarización.Revierten la despolarización.
Conductancias iónicas
Conductancias iónicas
Conductancias iónicas
Ecuación de GoldmanEcuación 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? Y, ¿Los otros iones qué? ……
Iones CalcioIones 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 delPotencial 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 Generación de potenciales de acciónacción
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 Bloqueantes de canales de Na+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 Propagación del Potencial de AcciónAcción
Corrientes Locales
Circuito de Corrientes Locales
Circuito de Corrientes Locales
Propagación del potencial de Propagación del potencial de acción:acción:
El Impulso NerviosoEl 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 MielinaPresencia de Mielina
Transmisión del impulso nervioso
Fibra nerviosaFibra nerviosa
Célula de SchwannCélula de Schwann
Conducción Saltatoria
2 µm
Conducción SaltatoriaConducción Saltatoria
Conducción SaltatoriaConducción 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 Bloqueo por anestésicos LocalesLocales
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 calcioIon calcio Reduce la excitabilidad de la
membrana. Concentración elevada de Ca++
en el líquido extracelular, reduce la permeabilidad de la membrana a iones Na+
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 Tiempo de respuesta cuando la intensidad del cuando la intensidad del estímulo es el doble que la de estímulo es el doble que la de reobase.reobase.
Técnica del Patch Clamp
Técnica del clampeo del voltaje Técnica del clampeo del voltaje o pinzamiento de membrana o o pinzamiento de membrana o pinzamiento zonal.pinzamiento zonal.
Permite estudiar los Permite estudiar los fenómenos eléctricos a nivel fenómenos eléctricos a nivel de membrana celular (sobre de membrana celular (sobre todo canales)todo canales)
¿Más? …¿Más? …
Circuito eléctrico Circuito eléctrico equivalenteequivalente
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 Circuito eléctrico equivalenteequivalente
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…Para la práctica…
En los momentos de crisis, sólo la imaginación es más importante
que el conocimiento –Albert Einstein
Preguntas???
Preguntas???