Potenciales de Membrana y Potenciales de Acción1

8/20/2019 Potenciales de Membrana y Potenciales de Acción1

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UNIVERSIDAD DE DURANGO

CAMPUS CHIHUHAHUA

ESCUELA DE MEDICINA

FISIOLOGÍA I

DR. FEDERICO GARCÍA DORANTES

Seminario de Fisiología

Potenciales de Membrana y Potenciales de Acción

MAJIREL VÁZQUEZ PARRA

MARIO IVÁN COLUNGA ORTEGA

STEPHANIE GALLARDO GUTIÉRREZ

ÁLVARO DE SANTIAGO TAPIA

JULIETA PEREA-HENZE

3B

Lunes 27 de febrero de 2016


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INTRODUCCIÓN:

Los miembros del equipo, para la elaboración del presente documento, realizamos la actividad en el

salón de clase de lectura colectiva e investigamos en otras fuentes acerca de los potenciales de acción y

de los potenciales de membrana; encontrando toda la información posible para lograr entender el

fenómeno desde diferentes puntos de vista y bajo la premisa de ser un equipo integrado por estudiantes

de tercer semestre de Medicina que tienen la idea firme de obtener el conocimiento de las diversas

actividades de potencial en la membrana.

En esta ocasión tuvimos el tiempo necesario para darnos a la tarea de la investigación del tema y

creemos que conocemos lo suficiente para desarrollar la exposición adecuada.

Nos fue mucho más fácil identificar los puntos focales una vez que nos repartimos el trabajo sobre el cual

hablaremos.

Hemos agregado escritos provenientes de libros de biología molecular, fisiología y química; así comoaccedimos a fuentes de varios temas en el internet.

Creemos que este documento puede ser una gran ayuda para facilitar el estudio y conocimiento profundo

del tema de potenciales de membrana y potenciales de acción previos al estudio de la acción de éstos en

los diferentes tipos de músculo.


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POTENCIALES DE MEMBRANA Y POTENCIALES DE ACCIÓN

Existen potenciales eléctricos a través de las membranas de prácticamente todas las células del cuerpo.

Gran parte de estas células son capaces de generar impulsos electroquímicos, y estos impulsos se

utilizan para transmitir señales a través de las membranas de los nervios y de los músculos.

Física Básica de los Potenciales de Membrana

Potenciales de Membrana Provocados por difusión

Potencial de Difusión: es producido por una diferente concentración iónica a los dos lados de la

membrana.

Relación del Potencial De Difusión con la Diferencia de Concentración: Potencial de Nernst

El nivel de potencial de difusión a través de una membrana que se opone exactamente a la difusión neta

de un ion particular a través de la membrana se denomina Potencial De Nernst. La magnitud de este

potencial viene determinada por el cociente de las concentraciones de este ion específico en los dos

lados de la membrana. Se puede utilizar la ecuación de Nernst para calcular el potencial de Nernst:

(Temperatura corporal normal 37º)

FEM: Fuerza Electromotriz

Si el signo del potencial es positivo (+) el ion que difunde desde el interior hacia el exterior es un ion

negativo, y si es negativo (-) el ion es positivo.

Cálculo del potencial de difusión cuando la membrana es permeable a varios iones diferentes

Cuando una membrana es permeable a varios iones diferentes, el potencial de difusión que se genera

depende de tres factores:

1. La polaridad de la carga eléctrica de cada uno de los iones2. La permeabilidad de la membrana (P) a cada uno de los iones

3. Las concentraciones (C) de los respectivos iones en el interior (i) y en el exterior (e) de la

membrana

Potencial de membrana en reposo de los nervios


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El potencial de membrana en reposo de las fibras nerviosas grandes cuando no transmiten señales es de

aproximadamente -90 mV.

Los potenciales de difusión aislados que produce la difusión del sodio y del potasio darían un potencial de

membrana de -86 mV, casi todo determinado por la difusión del potasio. Aparte se genera -4 mV

adicionales al potencial de membrana por la acción continua de la bomba de sodio – potasio

Potencial de acción nervioso

Las señales nerviosas se transmiten mediante potenciales de acción que son cambios rápidos del

potencial de membrana que se extienden rápidamente a lo largo de la membrana de la fibra nerviosa.

Cada potencial de acción comienza con un cambio súbito desde el potencial de membrana negativo en

reposo normal hasta un potencial positivo y después termina con un cambio casi igual de rápido de nuevo

hacia el potencial negativo

Fases del potencial de acción:

1. Fase de reposo

2. Fase de despolarización

3. Fase de repolarización

Canales de sodio y potasio activados por el voltaje: Activación e inactivación del canal

El actor necesario en la producción tanto de la despolarización como la repolarización de la membrana

nerviosa durante el potencial de acción es el canal de sodio activado por el voltaje. Un canal de potasio

activado por el voltaje también tiene una función importante en el aumento de la rapidez de la

repolarización de la membrana.

Funciones de otros iones durante el potencial de acción

Iones con carga negativa (aniones) no difusibles en el interior del axón nervioso

En el interior del axón existen muchos iones con caga negativa que no pueden atravesar los canales de

la membrana. Como estos iones no pueden salir del interior del axón, cualquier déficit de iones positivos

en el interior de la membrana deja un exceso de estos aniones negativos no difusibles. Por tanto estos

iones negativos no difusibles son responsables de la carga negativa en el interior de la fibra cuando hay

déficit neto de iones de potasio de carga positiva y de otros iones positivos

Iones de calcio

El calcio coopera con el sodio o en algunos casos este actúa en su lugar para producir la mayor parte del

potencial de acción. La bomba de potasio bombea iones de calcio desde el interior hacia el exterior de la

membrana.


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Existen canales de calcio activados por el voltaje, los cuales son ligeramente permeables a los iones de

sodio. Existen abundantes canales de calcio tanto en el musculo cardiaco como el musculo liso.

Aumento de la permeabilidad de los canales de sodio cuando hay déficit de iones de calcio

Cuando hay déficit de iones de calcio los canales de sodio se abren por un pequeño aumento delpotencial de membrana desde su nivel normal, muy negativo; gracias a esto la fibra nerviosa se hace

muy excitable.

Inicio del potencial de acción

Un círculo vicioso de retroalimentación positiva abre los canales de sodio.

Siempre que no haya alteraciones de la membrana de la fibra nerviosa, no se produce ningún potencial

de acción en el nervio normal. Si algún estimulo provoca la elevación del potencial de membrana de -90

mV hasta 0, provoca que se abran los canales de sodio activados por el voltaje. Esto permite una entradarápida de iones de sodio. Posteriormente el aumento del potencial de membrana produce cierre de los

canales de sodio, así como la apertura de los canales de potasio, y pronto finaliza el potencial de acción.

Umbral para el inicio del potencial de acción

No se producirá un potencial de acción hasta que el aumento inicial del potencial de membrana sea lo

suficientemente grande como para dar origen al círculo vicioso. Se dice que -65 mV es el umbral para la

estimulación.

Propagación del potencial de acción

Un potencial de acción que se desencadena en cualquier punto de una membrana excitable

habitualmente éxito porciones adyacentes de la membrana, dando lugar a la propagación del potencial de

acción a lo largo de la membrana.

Dirección de propagación

Una membrana excitable no tiene una dirección de propagación única, es decir que el potencial de acción

viaja en todas direcciones alejándose del estimulo

Principio del todo o nada

Originado el potencial de acción en cualquier punto de la membrana, el proceso de despolarización viaja

por toda la membrana si las condiciones son adecuadas, pero si las condiciones no son adecuadas no

viaja en absoluto.

Ritmicidad de algunos tejidos excitables: descarga repetitiva


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Las descargas repetitivas auto inducidas aparecen con normalidad en distintos órganos del cuerpo. Estas

descargas rítmicas producen:

1. El latido rítmico del corazón

2. El peristaltismo rítmico de los intestinos

3. Fenómenos neuronales, como el control rítmico de la respiración

Casi todos los tejidos excitables pueden descargar de manera repetitiva si se reduce lo suficiente el

umbral de estimulación de las células del tejido.

Proceso de re-excitación necesario para la ritmicidad espontanea

Para que se produzca la ritmicidad espontanea la membrana debe ser lo suficientemente permeable a los

iones de sodio como para permitir la despolarización automática de la membrana. Para que sea posible

la ritmicidad es necesaria el siguiente proceso:

1. Algunos iones de sodio y calcio fluyen hacia el interior

2. Esto produce un aumento del voltaje de la membrana en dirección positiva, que aumenta más la

permeabilidad de la membrana

3. Se produce flujo de entrada de aun más iones

4. Aumenta más la permeabilidad de manera progresiva hasta que se genera un gran potencial de

acción

5. Después al final de la potencia, se repolariza la membrana

Excitación: el proceso de generación del potencial de acción

Cualquier factor que haga que los iones de sodio comiencen a difundir hacia el interior a través de la

membrana en un número suficiente puede desencadenar la apertura regenerativa automática de los

canales de sodio. Esto se puede deber a un trastorno mecánico de la membrana, o a los efectos

químicos sobre la membrana o al paso de electricidad a través de la membrana.

“Periodo refractario” tras un potencial de acción, durante el cual no se puede generar un nuevo

estimulo

No se puede producir un nuevo potencial de acción en una fibra excitable mientras la membrana siga

despolarizada por el potencial de acción precedente. El periodo durante el cual no se puede generar unsegundo potencial de acción, incluso con un estímulo intenso se denomina: periodo refractario absoluto.


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CONTRACCIÓN DEL MUSCULO ESQUELETICO

El cuerpo humano está formado por un 40% de musculo esquelético y un 10% de musculo liso y

cardiaco.

Anatomía fisiológica del musculo esquelético Fibras del musculo esquelético

Todos los músculos esqueléticos están formados por numerosas fibras que se extienden a lo largo de

toda la longitud del musculo. Las fibras musculares están formadas principalmente por:

1. Sarcolema

2. Miofibrillas: Filamentos de actina y miosina

3. Sarcoplasma

4. Retículo Sarcoplasmático

Mecanismo general de la contracción muscular

1. Un potencial de acción viaja a lo largo de la fibra motora hasta sus terminales sobre las fibras

musculares

2. En cada terminal, el nervio secreta una pequeña cantidad de la sustancia transmisora:

acetilcolina

3. La acetilcolina actúa en una zona local de la membrana de la fibra muscular para abrir múltiples

canales a través de moléculas proteicas que flotan en la membrana

4. La apertura de los canales activados por acetilcolina permite que grandes cantidades de iones de

sodio difundan hacia el interior de la membrana de la fibra muscular. Esto inicia el potencial de

acción en la membrana

5. El potencial de acción viaja a lo largo de la membrana de la fibra muscular

6. El potencial de acción despolariza la membrana muscular y buena parte de la electricidad del

potencial de acción fluye a través del centro de la fibra muscular, donde hace que el retículo

sarcoplasmático libere grandes cantidades de iones de calcio

7. Los iones de calcio inician fuerzas de atracción entre los filamentos de actina y miosina haciendo

que se deslicen uno sobre otros en sentido longitudinal, lo que constituye el proceso contráctil

8. Después de una fracción de segundo los iones de calcio son bombeados de nuevo al retículo

sarcoplasmático por una bomba de calcio de la membrana


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Energía de la contracción muscular

Generación de trabajo durante la contracción muscular

Cuando un musculo se contrae contra una carga realiza un trabajo (transfiere energía del musculo hasta

la carga externa)

El trabajo se define mediante la siguiente ecuación:

=

T: Trabajo generado

C: Carga

D: Distancia del movimiento que se opone a la carga

Fuentes de energía para la contracción muscular

El ATP es una fuente muy importante para la contracción muscular y al mismo tiempo es la fuente deenergía necesaria para que se provoque la contracción muscular

Características de la contracción de todo el músculo

Muchas características de la contracción muscular se pueden demostrar desencadenación de espasmos

musculares únicos. Esto se puede conseguir con la excitación eléctrica instantánea del nervio que inerva

un musculo o haciendo pasar un estímulo eléctrico breve a través del propio musculo dando lugar a una

única contracción súbita que dura una fracción de segundo

Contracción isométrica frente a la isotónica

La contracción muscular es isométrica cuando el musculo no se acorta durante la contracción e isotónica

cuando se acorta, pero la tensión permanece constante durante toda la contracción.

En la isotónica el musculo se carota contra una carga fija

Fibras musculares rápidas frente a lentas

1. Fibras rápidas: fibras grandes para obtener una gran fuerza de contracción; retículo

sarcoplasmático extenso; grandes cantidades de enzimas glucolíticas; vascularización menos

extensa; menos mitocondrias

2. Fibras lentas: fibras más pequeñas; inervadas por fibras nerviosas más pequeñas;

vascularización i capilares más extensos; número elevado de mitocondrias; grandes cantidades

de mioglobina


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EXCITACIÓN DEL MÚSCULO ESQUELÉTICO: TRANSMICIÓN NEUROMUSCULAR Y

ACOPLAMIENTO EXCITACIÓN – CONTRACCIÓN

Transmisión de impulsos desde las terminaciones nerviosas a las fibras del musculo esquelético: la

unión neuromuscular

El musculo esquelético se encuentra inervada nivel de sus fibras por fibras nerviosas mielinizadas que se

originan en las motoneuronas grandes de las astas anteriores de la medula espinal. Cada terminación

nerviosa junto con la fibra muscular forma una unión denominada Unión Neuromuscular

Anatomía fisiológica de la unión neuromuscular

En las terminaciones axónicas hay muchas mitocondrias, las mismas q proporcionan ATP, en el espacio

sináptico hay grandes cantidades de la enzima acetilcolinesterasa, que destruye al acetilcolina algunos

milisegundos después de que la hayan liberado las vesículas sinápticas. La fibra nerviosa forma un

complejo de terminaciones nerviosas ramificadas que se invaginan en la superficie de la fibra muscular,pero que permanecen fuera de la membrana plasmática de la misma. Toda la estructura se denomina

Placa Motora Terminal.

Cuando un impulso nervioso llega a la unión neuromuscular, se libera aproximadamente 125 vesículas de

acetilcolina desde las terminaciones hacia el espacio sináptico. La acetilcolina activa los canales iónicos

que se encuentran localizados casi totalmente cerca de las aberturas de las hendiduras subneurales. Una

vez se ha liberado hacia el espacio sináptico, la acetilcolina sigue activando los receptores de acetilcolina

mientras persista en este espacio, sin embargo esta enzima puede ser destruida por dos métodos: 1) es

destruida en su mayor parte por la enzima acetilcolinesterasa 2) una pequeña cantidad de acetilcolinadifunde hacia el exterior del espacio sináptico

La rápida entrada de iones de sodio en la fibra muscular cuando se abren los canales de acetilcolina

hace que el potencial eléctrico en el interior de la fibra en la zona local de la palca terminal aumente en

dirección positiva hasta 50 a 75 mV, generando un potencial local denominado potencial de la placa

terminal

Factor de seguridad para la transmisión en la unión neuromuscular; fatiga de la unión

Cada impulso que llega a la unión neuromuscular produce un potencial de la placa terminalaproximadamente tres veces mayor que el necesario para estimular la fibra nerviosa. Por tanto se dice

que la unión neuromuscular normal tiene un elevado factor de seguridad. La fatiga de la unión muscular

es cuando la estimulación de la fibra nerviosa a frecuencias mayores 100 veces por segundo durante

varios minutos con frecuencia disminuye tanto el número de vesículas de acetilcolina que los impulsos no

pueden pasar a la fibra nerviosa.


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Fármacos que potencian o bloquean la transmisión en la unión neuromuscular

1. Fármacos que estimulan la fibra muscular por su acción similar a la acetilcolina

Algunos compuestos tienen el mismo efecto sobre la fibra muscular que la acetilcolina. La diferencia

consiste en que los fármacos no son destruidos por la colinesterasa tales como: metacolina, carbacol y

nicotina

2. Fármacos que estimulan la unión neuromuscular mediante la inactivación de la

acetilcolinesterasa

Existen tres fármacos que pueden inactivar la acetilcolinesterasa de la sinapsis de modo que ya no pueda

hidrolizar a la acetilcolina, estos fármacos son: neostigmina, fisostigmina y fluorofosfato de diisopropilo.

3. Fármacos que bloquean la transmisión en la unión neuromuscular

Un grupo de fármacos conocidos como fármacos curariformes puede impedir el paso de los impulsos

desde la terminación nerviosa hacia el musculo

Potencial de acción muscular

Algunos puntos importantes del potencial de acción son los siguientes:

1. Potencial de membrana en reposo: aproximadamente -80 a -90 mV en las fibras esqueléticas, el

mismo que en las fibras nerviosas mielinizadas grandes

2. Duración del potencial de acción: 1 5 ms en el musculo esquelético, aproximadamente cinco veces

mayor en los nervios mielinizados grandes

3. Velocidad de conducción: 3 a 5 ms, aproximadamente 1/13 de la velocidad de conducción de las fibras

nerviosas mielinizadas grandes que excitan al musculo esquelético.

Pulso excitador de los iones de calcio

La concentración de los iones en el citosol que baña alas miofibrillas es demasiado pequeño como para

producir una contracción, por lo que el complejo troponina – tropomiosina mantiene inhibidos los

filamentos de actina por lo que mantiene relajado al musculo.


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CONDUCCIÓN DEL IMPULSO NERVIOSO O ASPECTOS ESPECILAES DE TRAMSMISIÓN DE

SEÑALES EN LOS TRONCOS NERVIOSOS.

PERÍODOS REFRACTARIOS

Supone una situación de inescitabilidad de la membrana cuando una célula acaba de ser estimulada y

acaba de generar un potencial de acción, el potencial de acción inmediatamente no puede generar otro.

Absoluto: período de tiempo inmediatamente después de un potencial de acción en donde no hay

respuesta independientemente de la intensidad del estímulo que se le aplique.

Relativo: período de tiempo después del período absoluto en donde si que hay respuesta pero sólo si se

le aplica una intensidad de estímulo por encima del umbral de excitación de la célula

TEORÍA DE LOS CIRCUITOS LOCALES O TEORIA DEL POZO O FUENTE

Por el hecho de existir cargas positivas al lado de negativas se generan unas corrientes locales que van

desde el positivo al negativo, esa corriente va a ser la que va a ir desplazando la zona vecina. No se

puede volver hacia atrás porque está el período refractario absoluto.

Existen dos tipos de células nerviosas:

1. Neuronas mielínicas

2. Neuronas no mielínicas.

La conducción del impulso nervioso es diferente para cada una de ellas. La conducción nerviosa en

las fibras mielínicas es una transmisión rápida, por término medio tienen unas 20 um de diámetro con

una velocidad de conducción de unos 100 m/sg.

El potencial de acción es enviado mediante la Teoría saltatoria, lo que hace esa despolarización es que

va saltando de nodo de Ranvier en nodo.

La transmisión sin mielina es lenta por término medio de 0,5 um de diámetro y la velocidad de conducción

de alrededor de 0,5 m/sg, la transmisión se va produciendo en toda la zona de axón.

La transmisión del impulso nervioso saltatorio de las células con melina es más económica

energéticamente para el organismo. Una molécula de ATP intercambia 3 de Na y 2 de K.

La velocidad de conducción se mide conociendo 2 parámetros.

La distancia entre el estimulador y el registrador

Potencia (tiempo transcurrido entre en encendido de Eshm y el inicio del potencial de acción).

Factores que condicionan la velocidad de conducción

http://www.monografias.com/trabajos10/infoba/infoba.shtml#circuitohttp://www.monografias.com/trabajos13/cinemat/cinemat2.shtml#TEORICOhttp://www.monografias.com/trabajos13/cinemat/cinemat2.shtml#TEORICOhttp://www.monografias.com/trabajos10/infoba/infoba.shtml#circuito


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1. El diámetro de la fibra. A mayor diámetro, mayor velocidad de conducción. Existe una relación entre

el incremento del diámetro y en incremento de la velocidad de conducción.

2. La temperatura. La velocidad de conducción se eleva progresivamente al elevar la temperatura,

desde 5ºC hasta 40ºC, a partir de los 40ºC se estabiliza.

Si se superan los 45ºC hay un bloqueo de la conducción nerviosa y como consecuencia la muerte, por

eso es tan importante controlar la temperatura del organismo. Una fiebre que supere los 40ºC se debe

bajar porque podría causar daños irreversibles en el sistema nervioso.

3. La edad de la fibra. La velocidad de la fibra es mayor en función de la edad y se detiene manteniendo

una velocidad fija cuando se llega a la pubertad.

IONES DEL POTENCIAL DE REPOSO

Esquema que muestra los iones más importantes involucrados en el potencial de reposo celular. Se

observa alta concentración de sodio (150 mM ) y baja de potasio (4 mM potasio) en el extracelular. En el

intracelular la situación es inversa


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POTENCIAL DE REPOSO

Esquema que muestra el registro del potencial de reposo o de membrana de una célula


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CANALES IÓNICOS DEL AXÓN

Esquema de los canales iónicos presentes en el axón

Registro de las corrientes producidas por el flujo de iones en un canal único activado por acetilcolina


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GENERACIÓN DE UN POTENCIAL DE ACCIÓN EN UN AXÓN

El esquema muestra los canales iónicos involucrados en la generación de un potencial de acción en un

axón. El proceso se inicia cuando los canales de sodio activados por voltaje se abren y los iones sodio

ingresan al interior de la célula y esta se despolariza


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PROPAGACIÓN DEL IMPULSO NERVIOSO

Esquema que muestra la propagación del impulso nervioso en el axón. Se indica además la dirección en

que viaja el impulso dentro del axón


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DEPOLARIZACIÓN Y REPOLARIZACIÓN DEL AXÓN

Se compara la propagación del potencial de acción en una fibra sin mielina (a) y una fibra mielinizada (b).

Se conoce como conducción saltatoria al hecho que el potencial de acción ocurre en las zonas no

cubiertas con mielina o nodos de Ranvier


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CONCLUSIONES:

Que la vida depende de potenciales eléctricos producidos por las células.

El transporte a través de la membrana es muy importante para la vida de las células.

La membrana tiene una propiedad de ser anfipática lo cual es muy importante para el equilibrio

de las sustancias en nuestro organismo

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