Tema 4: Excitabilidad neuronal. Potencial de acción. IV

Las bases iónicas del potencial de acción son la permeabilidad que es la capacidad de un material de lo atraviese el fluido sin que se altere su estructura. Tenemos dos canales, uno de entrada que es el del sodio y otro de salida que es el de potasio. En el potencial de reposo tenemos la bomba de sodio-potasio con un potencial de -70 mV, la despolarización lenta en el que entra el sodio a través de los canales de sodio, ya que aumenta la permeabilidad de esté llegando a un potencial de -55 mV, en la despolarización rápida es la etapa en la que se produce el nivel máximo de descarga del sodio llegando a un potencial de +35 mV, en la repolarizacion rápida se produce la expulsión de potasio a través de los canales, cerrando la permeabilidad del sodio y aumentando la del potasio en expulsión llegando al potencial de -55 mV, en la repolarizacion lenta se disminuye la permeabilidad del potasio que esta siendo expulsado llegando a un potencial de -70 mV y en la hiperpolarizacion se sigue sacando potasio hasta llegar a un potencial que esta entre el intervalo de -75 y 90 mV. En este ultimo paso conseguimos el periodo refractario relativo, ya que se hay abierto de nuevo los canales de sodio.

El conducto del sodio esta compuesto de dos compuertas, una en el interior y otra en el exterior. La compuesta exterior es la de activación y la interior es la compuerta de desactivación. En reposo, cuando el potencial es de -70 mV esta cerrada la compuerta externa y la interna esta abierta. Cuando llega el estimulo se abre la compuesta externa o de activación  para que entre el sodio aumentando al permeabilidad, lo que genera el cambio de potencial de -70 a +35 mV. Ahora de forma lenta se va cerrando la compuerta interna o de desactivación. Se vuelve a abrir cuando se termina la repolarizacion.

El conducto del potasio se caracteriza por una sola compuerta. Tiene dos estados que son el abierto y cerrado. Esta cerrado cuando esta en potencial de reposo y esta abierto cuando tenemos el potencial de potasio. El potasio solo sale cuando esta abierta la compuerta interna del canal de potasio.

Los canales de calcio y sodio son lentos. Aparece el músculo liso y estriado o cardiaco. Originan los potenciales en meseta. Esto se consigue teniendo canales mas lentos. Estos son los que originan el potencial y la despolarización se consigue con el canal de potasio.

La transmisión del impulso nervioso se caracteriza por la propagación de los potenciales de acción en ambas direcciones.

En el potencial de reposo tenemos las cargas positivas en el exterior y negativas en el interior. En la segunda etapa generamos un estimulo. Cambiamos el voltaje en el exterior. En el exterior tenemos la compuerta de activación que se abre gracias al cambio de voltaje. Posteriormente comienza la entrada de cargas positivas, por el canal de sodio. Con esta entrada conseguimos generar el potencial de acción. Aparece un sumidero de corriente, ya que aparecen cargas positivas a derecha e izquierda. Con lo que vamos abriendo canales de sodio, a medida que cambia el voltaje por los extremos.

La cuarta etapa se produce en el axon en el que hay una despolarización en ambos sentidos. Pero la transmisión del impulso nervioso debe de ser en un solo sentido y no en ambos. Si generamos el potencial artificialmente se produce en ambas direcciones, pero si se origina en una neurona o en una célula muscular se transmite en una sola dirección que es soma-axon.

En la célula se puede producir la transmisión del impulso nervioso de tres formas que son: el ortodrómico que es el que se produce la transmisión en un único sentido. Las células implicadas son células musculares o neuronas. Las ortodrómicas el sentido es soma-axon. En el antidromica se produce en ambos sentidos, que no es lo normal. La saltatoria es el tercer tipo y se produce dando saltos de nódulo de Ranvier en nódulo, este nódulo es el espacio que queda entre cada fragmento de mielina en las neuronas mielinicas. Es el de mayor velocidad. Con este sistema se ahorra mucha energía, pero solo se produce en neuronas mielinicas. Se aumenta la velocidad entre 5 y 7 veces en neuronas mielinicas que en amielinicas. 

Tema 4: Excitabilidad neuronal. Potencial de acción. III

Las propiedades electrofisiológicas son: si nos guiamos por el estudio de la curva de intensidad-duración, la intensidad para iniciarlo es muy alta, pero luego disminuye manteniéndose constante. Hay tres variables que son:

      Reobase: es la minima intensidad suficiente para excitar un nervio o músculo y para mantenerla.

      Tiempo de utilización: es el tiempo necesario para alcanzar la reobase.

      Cronasia: es el tiempo necesario para alcanzar el doble de la reobase.

La acomodación es la otra propiedad. Cuando un electrodo origina una despolarización se amplia de forma repetitiva, no origina efecto en la fibra. No hay tiempo de repolarizacion. Tenemos la ley del todo o nada dice que es el estimulo umbral que produce el potencial de acción es constante y se reparte por toda la fibra nerviosa. Se produce el potencial de acción o no se produce.

Los periodos refractarios son la cuarta propiedad y se define como el periodo en el que no se puede transmitir el potencial. En una fibra excitable no se puede producir un segundo potencial mientras la membrana esta despolarizada por un estimulo que genero el primer potencial de acción. Los tipos de periodos refractarios son:

     Periodo refractario absoluto: coincide co la despolarización lenta o rápida.

     Periodo refractario relativo: coincide con la hiperpolarizacion.

El periodo refractario absoluto no se puede producir un segundo potencial de acción, aunque el segundo sea mayor que el primero. En el periodo refractario relativo es más difícil estimular la fibra nerviosa, pero es posible si el potencial de acción es mayor que l primero. Las causas de esto es que se inactivan por completo los canales de sodio en el caso del periodo refractario absoluto y en el periodo refractario relativo se esta produciendo la apertura del canal de sodio. Pero es mas difícil, porque al tener también abierto el canal de potasio, se pierden cargas, y lo que gano por un lado, se pierde por el otro. 

Tema 4: Excitabilidad neuronal. Potencial de acción. II

La respuesta local es un cambio activo en el potencial de membrana produciéndose puntuales o intermedias despolarizaciones e hiperpolarizaciones. El potencial es de            -15 mV o -7 mV, estando el valor en el intervalo. Si es positivo es despolarizado y si es negativo es hiperpolarizado.

El potencial de acción, si un estimulo genera un cambio de potencial de membrana superando el +15 mV, se genera el potencial de acción o potencial en espiga. El proceso pasa de -70 hasta -15, consiguiendo la despolarización.

El potencial de acción se divide en seis fases que son:

     Comienza con la membrana en reposo con un potencial de -70 mV.

     Si aplicamos un estimulo, se produce la despolarización lenta en la que pasamos de un potencial de -70 hasta -55 mV. Se produce el nivel de descarga que se consigue con la entrada del sodio.

     En la despolarización rápida pasamos de un potencial de -55 a un potencial de +35 mV. Se produce la entrada máxima de sodio, que son las cargas positivas. Se produce la inversión o sobretiro. La célula quiere volver al inicio y comienza a expulsar potasio.

     La repolarizacion rápida se produce un descenso del potencial brusco pasando desde +35 hasta -55 mV. Los canales de sodio quedan bloqueados y no entra más sodio. Los canales de potasio aumentan su velocidad. Se aumentan el número de canales de potasio abiertos.

     La repolarizacion lenta pasamos de un potencial de -55 hasta -70 mV. disminuye la expulsión de potasio. A partir de aquí se puede producir de nuevo el ciclo.

     La hiperpolarizacion es el paso del potencial de -70 hasta -75 ó -90 mV. se produce una membrana hiperpolarizada. Se produce porque el canal de potasio no se ha cerrado, aunque sea más lento. 

Tema 4: Excitabilidad neuronal. Potencial de acción.

El potencial de reposo es  la distribución iónica asimétrica a ambos lados de la membrana en condición normal o de reposo. Esté potencial esta entre -60 y -100 mV, pero nosotros consideraremos el valor de -70 mV. La membrana ya célula están polarizada.

El potencial de acción o impulso nervioso es el fenómeno de carácter eléctrico que pueden transportar en tiempo y espacio, por el cual las células musculares y nerviosas son capaces de excitarse y realizar su función fisiológica.  En este caso la membrana y la célula están despolarizadas.

El estimulo es el factor externo o interno capaz de producir en una célula un potencial de acción. Según su magnitud lo dividimos en:

 Umbral: es el menor estimulo capaz de generar un potencial de acción que es el impulso nervioso.

 Subumbral: es un estimulo que tiene una intensidad que no es suficiente para generar el impulso nervioso.

 Superumbral: es un estimulo que tiene una intensidad que es capaz de generar la máxima excitabilidad.

El sistema de excitación se estudia con el osciloscopio de rayos catódicos que detecta el potencial de acción.  En fisiología se comenzó a estudiar en un calamar gigante. Se pincha en uno de los tentáculos poniendo una intensidad de 2 mA durante un nanosegundo, pasamos de un potencial de -70 mV a -50 mV y finalmente a -70 mV.

Hay dos acciones. El ion positivo va al interior disminuyendo el potencial negativo, pasando de un potencial de -70 mV a -50 mV. La membrana pierde dolarización, ya que el sodio entra y la membrana se despolariza. El segundo paso es que salen cargas positivas del interior, generando un aumento del potencial negativo, pasando de -50 a -70 mV. Con ello la membrana se repolariza. Si seguimos sacando cargas positivas obtenemos un potencial de -90 mV. En este caso tenemos una hiperpolarizacion.

Podemos llegar a una despolarización, que es generar un potencial positivo mediante la entrada pasiva del sodio. Este sodio entra a través de los canales de sodio. Cuando se produce la despolarización el sodio entra sin necesidad de aporte de ATP.

El canal de potasio saca las cargas positivas y se repolariza la membrana.

Los potenciales locales son potenciales subumbral  que no originan un potencial de acción, produciendo únicamente ligeras variaciones en la polaridad de la membrana plasmática. No se genera impulso nervioso.  Los tipos de potenciales son potencial eléctrico y respuestas locales. El potencial eléctrico es un cambio pasivo de polaridad produciendo mínimo o pequeñas despolarizaciones o hiperpolarizacion. Si el electrodo se coloca en el exterior se produce una minima despolarización. El valor es de 7 mV, se produce despolarización cuando es +7 mV y hiperpolarizacion cuando es -7 mV. Aparece en el músculo liso produciendo el tono. El tono es polarización o despolarización larga en el tiempo. 

Tema 3: La neurona y las células de la glia.

El potencial de membrana en célula muscular es de -120 mV. El potasio es el ion responsable del potencial de membrana. También podemos calcular la concentración a partir de la fuerza electromotriz.

Los potenciales dependen del gradiente de concentración, del gradiente eléctrico y además de la permeabilidad de la membrana a cada ion. La permeabilidad es característica de cada ion. La ecuación de Golman incorpora la permeabilidad, para determinar la fuerza electromotriz. Se expresa como: