Potenciales Bioelectricos

oducción a Potenciales bioeléctricos y excitabilidad celular

Todas las células presentan un potencial eléctrico a través de su membrana y en neurofisiología los cambios de este potencial provocados por estímulos, se convierten en señales portadoras de mensajes. La neurona es una célula especializada en captar estímulos y posee las siguientes zonas con sus funciones respectivas que son:

Dendritas, zona receptora o que capta el estímulo

Soma, su función es mantener viva a la neurona

El axón, conductor de energía o por donde se propaga la energía eléctrica.

Terminaciones nerviosas, donde se libera el neurotransmisor.

En las neuronas los fenómenos eléctricos son rápidos, se miden en milisegundos (mseg), y los cambios en el potencial son pequeños, se miden en milivoltios (mV). Además, del desarrollo de microelectrodos con un diámetro menor de 1 m en la punta, los principales avances que permitieron el estudio detallado de la actividad eléctrica en los nervios fueron el desarrollo de amplificadores electrónicos y el osciloscopio de rayos catódicos. Los amplificadores modernos aumentan 1000 veces o más los cambios en el potencial, y el osciloscopio de rayos catódicos (ORC) se utiliza para medir fenómenos eléctricos en tejido vivo.

Excitación y conducción

Las células nerviosas tienen un umbral de excitación bajo; el estímulo puede ser eléctrico, químico o mecánico. Las neuronas cuando responden a este mensaje (estímulo) se originan un tipo de energía bioeléctrica llamada potencial. Existen diferentes tipos de potenciales que son:

Potencial de membrana o de reposo

Potenciales locales o no propagados a distancia

potenciales electrotónicos

potenciales sinápticos

Potenciales de receptor

Potenciales generadores

Potenciales de acción o potenciales propagados

Impulso nervioso

Potenciales de acción de células musculares

1.- Potencial de membrana en reposo

Sabemos que, aunque no existe un equilibrio exacto entre los medio intracelular y extracelular (referido a un mismo tipo de partícula ej: 142 mEq/L o mOsm/L de Na+ al interior celular comparado con los 10 mEq/L ó mOsm/L de sodio), se mantiene un estado estacionario entre ambos compartimentos. ¿Qué significa este estado estacionario?

Independiente de cuanto Na+ salga de la célula y cuanto entre, la velocidad de entrada de Na+ es la misma que su salida por transporte activo mediante la bomba Na+/K+ (Fig nº 1). El resultado neto es que la concentración intracelular de sodio se mantiene a niveles bajos aunque el sodio entre y salga continuamente de la célula. Lo opuesto ocurre con los iones potasio, los cuales al interior celular se encuentran a una concentración muy alta con respecto al exterior. La salida pasiva de potasio se contrarresta por su entrada mediante la bomba (Ver Fig nº 1). El mantenimiento de esta situación estacionaria con concentraciones iónicas intracelulares y extracelulares diferentes (distribución asimétrica) permite que exista una diferencia de potencial eléctrico a través de la membrana, que se denomina potencial de membrana en reposo. En otras palabras, es la medición de cargas dentro y fuera de la célula. Es una diferencia de potencial eléctrico. Para poder medirlo se utiliza un osciloscopio más microelectrodos con solución electrolítica inyectadas a la célula y otro microelectrodo de referencia y se procede a registrar la diferencia obteniéndose una mayor electronegatividad de la membrana celular o una polaridad negativa de 70 mv. Este potencial de reposo puede oscilar entre -40 y -80 mv en diferentes células nerviosas. En células musculares el potencial de reposos es aún mayor, alrededor de -90 mv.

El movimiento de iones a través de la membrana depende del potencial electroquímico

En condiciones constantes (sin variación o influencia de t º ó presión hidrostática) existen 2 fuerzas que determinan el movimiento de iones y otros solutos a través de ella. Una de estas fuerzas se debe a la diferencia de concentración de solutos entre el interior y el exterior de las células y se origina por la tendencia de cada sustancia a moverse desde la zona de mayor concentración a la de menor concentración. La otra fuerza que actúa sólo sobre los iones y otros solutos cargados eléctricamente, se debe a la diferencia de potencial eléctrico entre los dos lados de la membrana.

Fig nº 1. Situación de estado estacionario en sistemas de transporte de iones. La velocidad de entrada pasiva de Na+ en la célula, a favor de su gradiente electroquímico es igual a la velocidad de salida de Na+ activamente por la ATPasa Na+/K+. La concentración intracelular de sodio permanece baja y constante. De modo similar, la velocidad de salida pasiva de K+ es igual a su transporte activo hacia el interior por la bomba. Durante cada ciclo, la ATPasa intercambia 2 iones de K+ por 3 iones de Na+ y se hidroliza una molécula de ATP a ADP. Las letras grandes y pequeñas indican concentraciones altas y bajas, respectivamente.

Los iones positivos tienden a moverse hacia el lado cargado más negativamente (ánodo), mientras que los iones negativos tienden a moverse hacia el lado positivo (cátodo). La suma de las fuerzas referidas anteriormente se denomina gradiente (diferencia) de potencial electroquímico a través de la membrana para un soluto determinado. Este gradiente mide la tendencia del soluto a travesar la membrana.

En potencial de equilibrio, el movimiento neto de iones es cero

El movimiento neto de un ión determinado hacia el interior o exterior de la célula se mantiene mientras exista diferencia neta de gradientes. Cuando el potencial electroquímico es cero, se alcanza el estado de equilibrio y se interrumpe el flujo neto de iones. Para cualquier ión permeable, la condición de equilibrio se alcanza cuando la diferencia de potencial electroquímico entre los dos lados de la membrana es igual a cero. A esto último fenómeno, se le conoce como potencial de equilibrio de Nernst o potencial de Nernst. Existe un valor de

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