Las células musculares y las células nerviosas son capaces de generar impulsos nerviosos a través de sus membranas por lo que se les conoce como excitables.
FISICA BASICA DE LOS POTENCIALES DE MEMBRANA
La cantidad de potasio es grande dentro de la membrana de una fibra nerviosa y muy baja fuera de esta. Por ello la concentración de iones a través de una membrana que es permeable y selectiva puede producir un potencial de membrana:
Potencial de difusión del potasio: la membrana celular neuronal es mas permeable a los iones de potasio, dando lugar a la liberación de iones de potasio hacia el exterior debido a la gran concentración en el interior, debido a la perdida de estos iones la parte interna de la membrana queda negativo ya que el potasio tiene una carga positiva.
Cuando existe demasiada perdida de potasio está perdida hace que se cierren los canales evitando la salida de estos iones a un habiendo grandes cantidades de potasio en el interior.
En una fibra nerviosa de mamífero el potencial necesario para interrumpir la difusión neta de potasio es de -94 mV aproximadamente
Potencial de difusión del sodio: en este caso se utiliza una membrana con mayor permeabilidad de iones de sodio en comparación con otros iones. Estos iones se difunden hacia el interior de la célula crean un potencial de acción positivo y en unos milisegundos este potencial de membrana a aumenta lo suficiente como para bloquear la difusión de iones de sodio, este potencial se alcanza en +61 mv en fibras de mamíferos.
Ecuación de Nerst:
Esta ecuación describe la relación del potencial de difusión con la diferencia de concentración.
El potencial de membrana que se opone a la difusión de neta de un ion a través de la membrana se le denomina potencial de Nerst.
Donde FEM es: fuerza electromotriz en milivoltios
Z: carga eléctrica del ion
El signo del potencial dependerá del signo del ion, si el ion es negativo el signo del potencial será positivo y si el signo del ion es positivo el signo del potencial será negativo.
Ecuación de Golman:
Esta ecuación se utiliza para calcular el potencial de difusión cuando la membrana es permeable a varios iones diferentes.
Factores necesarios:
- Polaridad de la carga eléctrica de cada ion
- La permeabilidad de la membrana a cada ion
- La concentración de estos iones tanto en el interior como en el exterior.
Características e implicaciones de la ecuación de Goldman:
- Los iones de sodio, potasio y cloruro son los más impórtate en la generación de potenciales de membrana en fibras nerviosas y musculares y células neuronales del snc.
- La importancia del voltaje de cada ion para definir la permeabilidad de la membrana de ese ion.
- Un gradiente de concentración positivo del ion desde el interior de la membrana hacia la exterior causa electronegatividad dentro de la membrana.
POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO DE LAS NEURONAS:
- Potencial de difusión del potasio: Desde el interior de la membrana hacia el exterior, 35:1 produce un potencial de Nerst de -94 mv.
- Potencial de difusión del sodio: la relación ente el interior y el exterior es de 0,1 y por ello un potencial de Nerst de +61 mv.
- Permeabilidad de la membrana: En una membrana de la fibra nerviosa el potasio es 100 veces mayor que el sodio, este valor de permeabilidad en la ecuación de Goldman nos permite obtener un potencial de membrana interna de -86 mv, que se acerca al potencial de difusión de potasio de – 94 mv.
- Naturaleza electrógena de la bomba sodio- potasio: esta bomba transporta tres iones sodio al exterior de la célula por cada dos iones potasio bombeados hacia el interior, provocando una perdida continua de cargas positivas en el interior de la célula, por lo que esta e genera un decir de unos -4 mv en el interior de la membrana celular.
POTENCIAL DE ACCION DE LAS NEURONAS
Las señales neuronales son transmitidas por medio de potenciales de acción los cuales son cambios rápidos del potencial de membrana que va de por toldo lo largo de la membrana de la fibra nerviosa Los potenciales de acción comienzan desde un pequeño un súbito cambio en el potencial de membrana e negativo en reposo normal hasta llegar a un potencial positivo y después hay un regreso casi igual de rápido al potencial negativo.
FASE DE REPOSO: Es el potencial de membrana en reposo antes del comienzo del potencial de acción.
FASE DE DESPOLARIZACION: La membrana se hace muy permeable a los iones de sodio por lo que se permite que un gran número de iones de sodio con carga positiva se mueven al exterior del axón, lo cual hace que el potencial de acción se convierta rápidamente en positivo.
FASE DE REPOLARIZACION: Hay una variación de varias diezmilésimas de segundos después de que la membrana se haya hecho permeable a los iones de sodio entonces los canales comienzan a cerrarse y los canales de potasio que estaban cerrados comienzan a abrirse y a salir los iones de potasio restableciendo el potencial de membrana en reposo.
En este proceso los canales de sodio y potasio son abiertos y cerrados.
- Canal de sodio: es necesario tanto para la despolarización como para la repolarización
- Canal de potasio: es necesario para la repolarización
Además, se servir como parte de la bomba sodio potasio estos canales establecen la permeabilidad en reposo de la membrana.
Fenómenos ocurridos durante el potencial de membrana:
- Estado de reposo: En este tiempo la conductancia de los iones de sodio es 100 veces mayor que la de sodio. Debido a la fuga mayor de iones potasio que de sodio.
- Inicio del potencial de acción: se activan los canales de sodio por voltaje y hay una conductibilidad de 5.000 veces mayor de sodio, después el proceso de inactivación cierra los canales de sodio en otra mili facción de segundos, este proceso también crea a la activación de los canales de potasio.
- Final del potencial de acción: Es el cierre de los canales de potasio a su estado original.
Cuando hay un aumento de -90 mv a cero, se crea una retroalimentación positiva debido a que se abren a un más los canales de sodio hasta que todos están completamente abiertos.
Cuando hay un aumento de -90 mv a -65 mv es decir el potencial de umbral, se tiene la aparición explosiva de un potencial de acción.
Después de haberse presentado un potencial de acción se inactivan los canales de sodio por lo que ninguna señal excitadora podrá abrir de nuevo las compuertas, el único método es que el potencial de membrana regrese a su nivel original en membrana en reposo.
PERIODO REFRACTARIO ABSOLUTO: En este periodo un potencial de acción no puede llevarse a cabo ni siquiera con un estímulo potente. En fibras mielinizadas este periodo es de aproximadamente 1/2500 s
PERIODO REFRACTARIO RELATIVO: Ocurre después de periodo absoluto, en este se requiere de un estímulo más fuerte de lo normal para excitar la fibra nerviosa e iniciar un potencial de acción.
PROPAGACION DEL POTENCIAL DE ACCION
Cuando ocurre un potencial de acción en cualquier parte de la membrana esta se excita y todos los lugares adyacentes a esta, logrando la propagación del potencial de acción, a este proceso se le llama impulso neuronal o muscular.
La propagación de este estimulo va en cualquier dirección.
Existe el principio de todo o nada, es decir una vez originado un potencial de acción este viaja a cualquier lado o no viaja en absoluto.
CARACTERISTICAS ESPECIALES DE LA TRANSMISION DE SEÑALES EN LOS TRONCOS NERVIOSOS
Las fibras grandes son mielinizadas y las pequeñas no lo son.
En la fibra el núcleo es el axón y su membrana es el lugar de transporte del potencial de acción.
Las encargadas de agregar la vaina a de mielina a la membrana del axón son las células de Schwann, esta vaina está formada por varias capas de membrana las cuales contiene una sustancia lipídica llamada esfingomielina, el cual es un gran aislante.
En la unión de dos células de Schwann existe una zona de 2 a 3 micrómetros, en donde los iones pueden seguir fluyendo con facilidad en la membrana del axón entre el líquido extracelular y el interior del axón, llamado nódulo de Ranvier.
Los iones apenas y pueden desplazarse de vaina en vaina, pero lo hacen muy fácil en los nódulos de Ranvier por lo que crea una apariencia saltatoria, este tipo de conducción de tipo saltatoria es útil por:
Aumento de la velocidad
Conservación de la energía
La velocidad de conducción es mayor en las grandes fibras nerviosas mielinizadas:
Esto se demuestra ya que en las pequeñas fibras no mielinizadas la velocidad oscila entre 0.25 m/s y en las grandes mielinizadas entre 100 m/s
Blog de Fabiola Gómez 