Potencial de accion

Potenciales de acción

En 2010, Ian Burkhart quedó cuadriplégico como resultado de un accidente [1]. En 2014, los científicos le colocaron un pequeño implante en la corteza motora del cerebro y lo conectaron a electrodos que estaban alrededor del brazo. Cuando pensaba en hacer un movimiento, el implante decodificaba la actividad neuronal en su cerebro y enviaba dicha señal a los electrodos ubicados en el brazo. Dos años más tarde, Ian puede pellizcar y agarrar objetos. ¿Cómo se compara el implante con el sistema nervioso del cuerpo? ¿Cuáles son las similitudes y las diferencias?

Potencial de la membrana en reposo

¿De qué manera surge el potencial de la membrana en reposo?

Todas las células (incluso las células musculares y las neuronas) tienen una diferencia de potencial de membranas. Esto es resultado de una distribución desigual de los cationes a través de la membrana, con iones de potasio (K+) que está mayormente concentrado en el medio intracelular e iones de sodio (Na+) que está mayormente concentrado en el medio extracelular. La célula utiliza energía de adenosina 5'-trifosfato (ATP) para abastecer a las bombas de Na+/K+-ATPasa de la membrana celular. Con cada ciclo, las bombas movilizan tres Na+ hacia fuera de la célula y dos K+ hacia dentro de la célula manteniendo una distribución desigual para cada uno de estos iones.

La membrana en reposo es mucho más permeable al K+ que al Na+, así que hay una mayor tendencia a que el K+ se difunda hacia fuera de la célula en lugar de que el Na+ se difunda hacia dentro de la célula. Esto hace que el interior de la célula pase a tener un potencial eléctrico negativo comparado con el exterior de la célula, y esa diferencia de potencial se conoce como potencial de membrana en reposo (PMR). El PMR de una neurona sana normalmente oscila entre –70 y –80 mV. Esta diferencia de potencial a través de la membrana puede medirse si se insertan electrodos en la célula.[pic 1]

En esencia, podemos considerar el PMR como un potencial de difusión dominado por el aporte de la difusión de K+.

¿Qué es un potencial de acción?

Un potencial de acción es un evento que es específico para células excitables que reciben estimulación, como son las neuronas o las fibras musculares. Supone el cambio rápido y de corta duración del potencial de membrana, seguido inmediatamente por un cambio más lento y en dirección opuesta (fase ascendente y descendente, respectivamente). Es resultado de la apertura y el cierre de los canales de iones de la membrana, que modifican precisamente la permeabilidad de la membrana frente a distintos iones. En las neuronas, los potenciales de acción comienzan en el cuello axónico (segmento inicial) y se propaga por todo el axón nervioso hasta el terminal axónico donde ocurre la transmisión. Por lo tanto, los potenciales de acción transfieren información a la distancia.

Eventos en un potencial de acción

[pic 2]

1. La despolarización inicial comienza cuando los canales se abren en respuesta a estímulos eléctricos, químicos o mecánicos. Eso permite que las corrientes locales fluyan. Para los fines de esta lección, los canales recibirán el nombre de canales de iones activados por estímulos.

A medida que los canales se abren, hay un aumento no específico de la permeabilidad de los iones (principalmente entrada de cationes). Sin embargo, los iones de sodio son los que están más lejos de su equilibrio electroquímico (ENa), de manera que hacen su mayor aporte al cambio de la corriente local. Como resultado, existe cierta despolarización local de la membrana (es decir, el potencial de la membrana es levemente más positivo). Si el potencial de la membrana alcanza el potencial umbral (aproximadamente –50mV), una población suficiente de canales de Na+ dependientes de potencial se activan y se inicia el potencial de acción.

DATO: ENa

[pic 3]

1. La apertura de los canales de Na+ dependientes de potencial aumenta la permeabilidad de la membrana frente al Na+. El potencial de la membrana pasa a ser más positivo y se mueve rápidamente hacia el potencial de equilibrio de Na+ (ENa). A esta etapa se la llama despolarización o fase ascendente.

Cabe destacar que el máximo del potencial de acción alcanza solamente unos +50 mV. Esto sucede porque los canales de K+ dependientes de potencial también se activan por la despolarización de la membrana durante ese mismo tiempo. Además, los canales de Na+ dependientes de potencial se inactivan, disminuyendo con esto la permeabilidad a Na+.

DATO: los canales de K+ dependientes de potencial[pic 4]

1. Los canales de Na+ dependientes de potencial se inactivan, pero los canales de K+ dependientes de potencial se mantienen abiertos. El potencial de la membrana vuelve a caer hasta el potencial de la membrana en reposo (pasa a ser más negativo). A esta etapa se la llama repolarización [+].

DATO: REPOLARIZACIÓN

¿La concentración de iones de sodio y potasio dentro de la célula se modifica mucho durante un potencial de acción?

Los cambios en el potencial de la membrana son resultado del aumento en la permeabilidad al Na+, seguido por un aumento en la permeabilidad al K+. Sin embargo, solamente una pequeña cantidad de esos iones llega a cruzar la membrana, de manera que las concentraciones intracelulares de Na+ y K+ no se ven alteradas en una medida mensurable.

La idea de que los iones entren y salgan rápidamente de las células es un error de interpretación muy frecuente acerca de los potenciales de acción.

1. El potencial de la membrana continúa bajando (aumentando) y pasa a ser más negativo que el potencial de membrana en reposo. A esta etapa se la llama hiperpolarización. Tanto la repolarización como la hiperpolarización son parte de la fase descendente.

1. Se cierran gradualmente los canales de K+ dependientes de potencial. Como consecuencia la permeabilidad al K+ vuelve a su estado de reposo, al igual que la permeabilidad al Na+. desde el máximo de la hiperpolarización hasta retornar al potencial de membrana a en reposo se denomina "fase después de la hiperpolarización".

La bomba de Na+/K+-ATPasa corrige rápidamente las pequeñas cantidades de Na+ que se obtuvieron y el K+ que se perdió por bombear Na+ hacia fuera de la célula y K+ hacia dentro de la célula, y además se restablece el PMR.

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