Capitulo 5 fisiologia

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Capitulo 5 – Potenciales de membrana y potenciales de acción
· Potencial eléctrico = Capacidad de transmitir electricidad
· Algunas células nerviosas y musculares son capaces de generar impulsos electroquímicos rápidamente cambiantes en sus membranas, y estos transmiten señales a través de la membrana de los nervios y músculos.
· En las glándulas cambios en el potencial de membrana controlan muchas funciones celulares
Potencial de acción (bases físicas)
· la concentración de potasio es grande dentro de la membrana de una fibra nerviosa , pero muy baja fuera de la misma, debido a lo gradiente de concentración iones de potasio difunden hacia a fuera de la membrana, llevando junto cargas positivas hacia el exterior, generando electropositividad fuera y electronegatividad en el interior debido a los iones negativos que no se difinden hacia fuera junto con el potasio.
· La concentración elevada de iones sodio fuera de la membrana y baja dentro torna la membrana muy permeable al sodio que tiene carga positiva , pero ao entrar hacia en la membrana crea un potencial de membrana opuesto 
Por lo tanto la diferencia de concentración de los iones a través de una membrana puede, en condiciones adecuadas crear un potencial de membrana.
Relación del potencial de difusión con la diferencia de concentración = Potencial de Nernst
· El nivel del potencial de difusión a través de una membrana que se opone exactamente a la difusión neta de un ion particular a traves de la membrana se denomina potencial de nernst
La magnitud depende de la proporción de las concentraciones de eso ion en particular en los lados de la membrana. cuanto mayor cociente mayor será a tendencia de eso ion difundir y mayor será el potencial de nernst para impedir la difusión neta adicional. 
Calculo del potencial de acción cuando la membrana es permeable a varios iones diferentes
Depende de tres factores
1. polaridad de la carga eléctrica de cada ion
2. permeabilidad de la membrana
3. las concentraciones del ion no interior y exterior de la membrana
Para eso se usa la acuacion de Goldman que determina el potencial de membrana interno para los iones sodio, potasio y cloruro, que son los iones mas importantes en la generación de eso potencial en las fibras nerviosas, musculares y en células del sistema nervioso.
Los cambios rapidos en la permeabilidad del sodio y potasio son los principales responsables de la transmisión de las señales en las neuronas.
Determinacion del potencial de membrana
· Cuanto de electricidad ay en la fibra nerviosa 
· Se mide a través de una micropipeta introducida dentro de la fibra nerviosa
Potencial de membrana en reposo de los nervios
· El potencial de membrana en reposo de las fibras nerviosas grandes es de aproximadamente -90mv, o sea es 90mv mas negativo que el potencial del LEC.
Transporte activo de los iones de sodio y potasio a través de la membrana = la bomba de sodio y potasio
· Todas las membranas del cuerpo tienen una potente bomba de Na y K que transporta continuamente sodio hacia al exterior y potasio hacia al interior
Se trata de una bomba eletrogena porque se bombea mas cargas positivas hacia fuera que hacia dentro , son 3 sodios hacia exterior y 2 potasio hacia interior, dejando déficit de iones positivos en el interior, generando un potencial negativo en el interior de la membrana celular.
· Los canales son mucho mas permeables al potasio que al sodio, aproximadamente 100 veces mas – canales de fuga de K
Origen del potencial de membrana en reposo normal 
Tres factores contribuyen para mantener el potencial de reposo a -90mv
1. contribución del potencial de difusión del potasio – que genera un potencial de nernst de -94mv , ello es muy difusible en la membrana
2. contribucion de la difusión de sodio - levando en cuenta que el patasio es 100 veces más difusible que el sodio , el potencial resultante de esos iones és de -86mv
3. contribucion de la bomba Na – K - hace una contribución adicional al potencial de reposo , o trabajo continuo hace que se perca cargas positivas a bombear el sodio hacia fuera , generando asi un grado adicional de negatividad de -4mv 
Resumiendo los potenciales de acción aislados que produce la difusión del sodio y del potasio darían un potencial de membrana de aproximadamente -86mv, casi todo determinado por la difusión del potasio. Además se genera -4mv adicionales a eso potencial debido a la acción continua de la bomba de sodio – potasio, generando un potencial de reposo final de -90mv
Potencial de acción Nervioso
las señales nerviosas se transmiten mediante potenciales de acción que son cambios rapidos de potencial de membrana que se extienden rápidamente a lo largo de la fibra nerviosa.
Fases del potencial de acción 
1. fase de reposo - la membrana esta polarizada con potencial de -90mv
2. fase de despolarización – la membrana se hace súbitamente muy permeable a los iones sodio , permitiendo gran cuantidad de ion sodio fluir hacia el interior de la membrana, el estado polarizado de -90mv se cambia rápidamente debido a la entrada de carga positiva haciendo que el potencial aumente rápidamente en dirección positiva - eso llamamos de despolarización
3. fase de repolarización - en un plazo muy rápido, después que la membrana se haya hecho muy permeable a los iones sodio, los canales de sodio comienzan a cerrar y los de potasio se abren mas de lo normal, esa rápida difusión del potasio hacia el exterior restablece el potencial de reposo negativo normal – a eso llamamos repolarización
Otros tipos de canales
Canales de sodio activado por voltaje – activación e inactivación del canal
Activación – cuando el potencial se hace menos negativo que durante el reposo alcancando una voltaje de -70 a -50mv produce cambio conformacional y activación de la compuerta 
Inactivación – el mismo cambio de voltaje que abre la compuerta de activación también a inactiva, depois de la compuerta tener permanecido abierta por diezmilésimas de segundo se cierra la compuerta de inactivacion impedindo la pasaje de los iones sodio – ese punto comienza se recuperar el potencial de membrana en reposo, lo que es el proceso de repolarización.
Canal de potasio activado por voltaje y su activación
Cambios no potencial de reposo de -90mv hacia a cero produce la abertura de de la compuerta permitiendo la difusión del potasio hacia fuera a través del canal. Ellos demoran a se abrir y su mayor parte solo se abren cuando los canales de sodio comienzan a cerrarse debido a su inactivacion.
Obs- La disminución de la entrada de sodio hacia la celula y el aumento simultaneo de la salida del potasio se combinan para acelerar el proceso de repolarización, dando lugar a recuperación completa del potencial de membrana en reposo en otras pocas diezmilésimas de segundo.
Funciones de otros iones durante el potencial de acción 
Iones con cargas negativas no difusibles en el interior del axion nervioso- ellos no atraviesan los canales de la membrana, incluyen fosfatos organicos, compuestos de sulfatos y similares 
Estos iones negativos no difusibles son responsables de la carga negativa en el interior de la fibra cuando ay un déficit neto de iones potasio de carga positiva y de otros iones positivos.
Iones de calcio 
· bomba de calcio es similar a de sodio y el calcio coopera con sodio en algunas células para producir mayor parte del potencial de acción
· función importante canales de iones de calcio activados por voltaje contribuyen a la fase de despolarización del PA de acción de muchas células
activación de los canales de calcio es lenta y la del sodio es rápida. La despolarización proporcionada por los canales de calcio es mas sostenida, mientras que los canales de sodio son la clave para la iniciación de los PA
Hay abundantes canales de calcio no musculo cardiaco y liso
Obs: cuando hay un déficit de los iones calcio, los canales de sodio se activan por un pequeño aumento del potencial de membrana desde su nivel normal, muy negativo. La fibra se hace muy excitable e a veces descarga demanera repetitiva, de hecho es necesario que la concentración del calcio disminuya un 50% por debajo de su concentración normal, para que se produzca la descarga espontanea en algunos nervios periféricos , produciendo con frecuencia tetania muscular
Inicio del potencial de acción 
Un ciclo de retroalimentación positiva abre los canales de sodio – un estimulo produce elevación del potencial de membrana de -90mv hacia nivel cero, 
cambio en la voltaje hace la abertura de los canales de sodio que entran en la membrana y se abren cada vez mas canales 
círculo vicioso de retroalimentacion positiva que continua ate que se abran todos los canales de sodio activados por voltaje
posteriormente en un plazo de milisegundo el aumento del potencial de membrana produce cierre de los canales de sodio y apertura de los canales de potasio
finaliza el potencial de acción
Umbral para el inicio del potencial de acción
Nao se producirá un PA de acción hasta que el aumento inicial del potencial de membrana sea lo suficiente para dar origen al ciclo de retroalimentación positiva – e necesario un aumento súbito de 15 a 30mv, por tanto o aumento súbito do potencial de membrana de -90mv a -65mv da lugar a aparición explosiva de un PA. Se dice que este nivel de -65mv es el umbral para la estimulación.
Propagación del potencial de acción
Un PA que se desencadena en cualquier punto de una membrana excitable habitualmente excita porciones adyacentes de la membrana, el PA se propaga a lo largo de la membrana.
Dirección de la propagación
PA viaja en todas las direcciones alejándose del estimulo hasta que se ha despolarizado toda la membrana.
Principio do todo o nada
· Una ves originado el PA en cualquier punto de la membrana la despolarización viaja por toda la membrana si las condiciones son adecuadas o no viaja absoluto se no son.
· De manera ocasional el PA alcanza algún punto de la membrana en que no genera una voltaje suficiente para estimular la seginte zona de la membrana y entonces se interrumpe la despolarización . por tanto para que se produzca propagación continuada del impulso el cociente del PA tiene que ser mayor que1 que es el factor de seguridad
la importancia del metabolismo de la energía 
la propagación del PA reduce las concentraciones de sodio y potasio en ambos lados de la membrana, como se pueden transmitir de 100mil a 50 millones de impulsos por la fibras nerviosas grandes las diferencias de concentraciones alcanzan un punto que interrompa el PA
Necesita restablecer las concentraciones de sodio y potasio con acción de la bomba se gasta energía proveniente de la celula en la forma de ATP, La bomba trabaja mucho cuando hay exceso de sodio en el interior de la membrana celular, su actividad aumenta unas 8 veces.
Meceta en algunos potenciales de acción
· En algunos casos la membrana excitada no se repolariza inmediatamente después de la despolarización y el PA permenece en una meseta cerca del máximo del potencial de espiga durante muchos milisegundos y solo después comienza la repolarización
· Generalmente prolonga el periodo de despolarización. Ejemplo en las fibras musculares cardiacas en que la meseta dura hasta 0,2 a 0,3s y hace que la contracion del musculo cardiaco dure este mismo y prolongado periodo de tiempo.
Causas de la meseta – varios factores
1. despolarizacion del musculo cardiaco participan dos tipos de canales - canales rápidos de sodio(espiga) y canales de calcio- sodio que son canales lentos(meseta) ambos son activados por voltaje.
2. otro factor que puede ser responsable por la meseta e que los canales de potasio activados por voltaje tienen una apertura mas lenta de lo habitual y con frecuencia no se abren mucho hasta el final de la meseta, atrasando la normalización del potencial de membrana hacia su valor negativo de -80 a 90mv.
Ritmicidad de algunos tejidos excitables - descarga repetitiva 
Generalmente aparecen en el corazón y en la mayor parte de los musculos lisos y en neuronas del SNC. Ellas producen : latido rítmico del corazón, peristaltismo rítmico del intestino, fenómenos como el controle 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.
Porque la membrana no se repolariza inmediatamente después de repolarizarse?
En el final de cada potencial de acción y durante un breve periodo después del mismo , la membrana se hace mas permeable al potasio, y el flujo aumentado del potasio hace que se salí gran cuantidad de carga positiva junto con ello , dejando el interior de la fibra con una negatividad mucho mayor do que lo produciría otra manera. Esto continúa durante 1s después que termina el PA, acercando el potencial de membrana al potencial de nernst del potasio. Esto se denomina HIPERPOLARIZACION.
Siempre que existir eso estado no hay autoexcitación.
Características especiales de la transmisión de señales en los troncos nerviosos.
Fibras nerviosas mielinizadas y no mielinizadas
Mielinizada - fibras grandes - se encuentra alrededor del axón sendo mas gruesa que ello, presenta nódulos de ranvier una vez a cada 1 a 3mm. Las células de schwann depositan a vaina de mielina en el axón en varias capas y en esas capas hay esfingomielina que es un excelente aslante eléctrico, disminuye en fluxo ionico a través de la membrana unas 5 mil veces
Estimulo saltatorio en la fibras mielinicas - para que sirve?
Los potenciales de acción se producen solo en los nódulos de ranvier haciendo que ellos salten de nodulo en nodulo.
Dos motivos torna a condición saltatoria úti: 
1. aumenta la velocidad de la transmisión nerviosa de 5 a 50 veces
2. conserva la energía para el axón porque so se despolarizan los nódulos necesitando de poco metabolismo para restablecer las concentraciones normales de sodio y potasio
Velocidad de conducción en las fibras nerviosas: fibras no mielinizadas pequeñas de 0,25ms hasta 100ms en la mielinizadas grandes.
Excitación : el proceso de generación del potencial de acción
Factores como transtornos mecánicos, efectos químicos y el paso del electricidad en la membrana pueden generar potenciales de acción nerviosos o musculares.
Umbral de excitación - potenciales locales agudos se un estimulo eléctrico for débil no será capaz de excitar la fibra y se la voltaje aumenta produce la excitación.
Cuando los cambios locales no son suficientes para generar un PA pero alteran el potencial de la membrana se le denomina como potenciales locales agudos y cuando no pueden generar un PA de acción se denomina potenciales subliminales agudos.
Periodo refratario
No se puede producir un nuevo potencial de acción en una fibra excitable mientras que la membrana siga se despolarizando por el potencial de acción precedente. O motivo para eso e que después del inicio del PA se inactivan los canales de sodio y nada puede abrir esos canales no momento en que sus compuertas están inactivadas.
Periodo refractario relativo – puede acontecer otro PA antes que termine otro
El periodo en el cual no se puede generar un según PA mesmo con estimulo intenso se denomina periodo refractario absoluto. 
Inhibición de la excitabilidad
Estabilizadores de la membrana pueden reducir la excitabilidad , ejemplo concentración elevada de calcio extra celular reduce la permeabilidad de la membrana al sodio y reduce a excitabilidad
Anestésicos locales – procaina y tetracaina actúan directamente sobre la puertas de activación de los canales de sodio haciendo mucho mas difícil abrir.