5. POTENCIAL DE MEMBRANA DRA. S. ANTEZANA

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Dra. Shirley Antezana Martínez
Fisiología Humana I – UNITEPC
2014
POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO Y POTENCIAL DE ACCIÓN
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POTENCIALES ELÉCTRICOS
Hay PE a través de las MB de todas las células del cuerpo.
Algunas como © Nerviosas y musculares generan impulsos electroquímicos en sus MB.
Impulso sirve para transmitir señales a través de las MB de los Nervios y músculos.
© Glandulares, macrófagos, © ciliadas, los cambios de PM activan muchas funciones. 
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FíSICA BÁSICA DE LOS POTENCIALES DE MEMBRANA
Una diferencia de concentración de iones a través de una membrana selectivamente permeable puede producir un potencial de membrana.
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Célula
Sodio: Na+
Cloro:Cl–
Potasio: K+
Calcio: Ca++
 K+
 Aniones
 Na+
 Cl–
 Ca++
Medio extracelular
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POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO
Ocurre cuando la MB esta polarizada.
Tiene cargas positivas en la parte externa y cargas negativas en su interior.
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Simplest Case Scenario:
Interior
Exterior
K+
K+
POTENCIAL DE DIFUSIÓN DEL POTASIO
Membrana solo permeable a K+.
K+ tiende a difundir hacia el exterior por elevada © de K+ en el interior de célula.
Crea potencial negativo al interior.
En 1ms la diferencia del potencial entre el interior y exterior (POTENCIAL DE DIFUSIÓN) Se hace grande y bloquea la difusión adicional neta de iones de K+ hacia el exterior.
Cambio de potencial bloquea difusión de K+.
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POTENCIAL DE DIFUSIÓN DEL POTASIO
Si la Mb fuera permeable solo al K+ el PM sería de -94 mV (milivoltios), 
Negatividad en el interior de la membrana de la fibra.
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Simplest Case Scenario:
Na+
Na+
INTERIOR
EXTERIOR
Tenemos una concentración elevada de Na+ al exterior de la Mb y baja en el interior.
Membrana solo permeable a Na+.
Tendencia de difusión de iones de Na+ hacia el interior.
Na+ difunde a interior célula por alta ¢ de Na+ extracelular.
Crea potencial (+) al interior de la célula y negativo en el exterior.
Potencial de Mb aumenta- bloquea la difusión neta de Na+.
Potencial es de +61 mV positivo en el interior de la fibra.
POTENCIAL DE DIFUSIÓN DE SODIO
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RELACIÓN DEL POTENCIAL DE DIFUSIÓN 
Y LA DIFERENCIA DE CONCENTRACIÓN
El potencial de difusión se opone a la difusión neta de un ion se denomina Potencial de Nernst para este ion.
La cual esta determinada por el cociente de las concentraciones de ese ion en los dos lados 
	de la membrana.
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RELACIÓN DEL POTENCIAL DE DIFUSIÓN Y LA DIFERENCIA DE CONCENTRACIÓN
Cuanto mayor cociente, mayor tendencia del ion a difundir en una dirección, mayor será el potencial de Nernst necesario 	para impedir la difusión neta 
	adicional.
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ECUACIÓN DE NERNST
Describe la relación del potencial de difusión con la diferencia de ¢.
POTENCIAL DE NERNST
Es el potencial de Mb que se opone a la difusión neta de un ión a través de la Mb.
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ECUACIÓN DE NERNST
Para calcular el potencial de Nernst a Tº 37 ºC
Se asume que el potencial del LEC se mantiene cero y el Potencial de Nernst esta en el interior de la membrana.
FEM: Fuerza electromotriz.
Signo del potencial es:
(+) si el ión que se valora es Negativo.
(-) si es un ión positivo.
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POTENCIAL DE DIFUSIÓN DE K+
¢EXT:4mEq/L – INT: 140 mEq/L
FEM (Mv) = - 61 log (140/4)
- 61 x log (35)
-61 x 1.54
- 93.94
-94 mV
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ECUACIÓN DE NERNST de Na+
¢EXT: 140mEq/L – INT: 14 mEq/L
FEM (Mv) = - 61 log (14/142)
61 x log (0,1)
61
61 mV
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0 mV
Porque el Potencial de membrana es más cercano a el potencial en equilibrio del potasio?
La membrana es más permeable al K+ que al Na+.
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ECUACIÓN DE GOLDMAN
Se usa para calcular el potencial de difusión cuando la Mb es permeable a varios iones diferentes.
Potencial de difusión depende de 3 factores.
Polaridad de la carga eléctrica de c/ión.
Permeabilidad de la Mb(p) a c/ión.
Las ¢ (C) de los iones respectivos en el interior (i) y exterior (o) de la Mb.
(p)=Permeabilidad.
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ECUACIÓN DE GOLDMAN
Na+, K+, Cl- participan en generación de Potenciales de Mb Fibras Nerviosas y Musculares.
Graso de importancia de c/ión es proporcional a su grado de permeabilidad en Mb.
Gradiente de ¢ (+) del ión desde el interior de la Mb hacia el exterior causa electronegatividad dentro de la Mb.
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ECUACIÓN DE GOLDMAN
Que según la ECUACIÓN DE GOLDMAN al combinarlos genera un potencial en el interior de la membrana de: - 86 mV
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ECUACIÓN DE GOLDMAN
El potencial de membrana en reposo es más cercano al potencial de equilibrio para el ión con mayor permeabilidad!!!
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RESUMEN PMR
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CALCULO DEL POTENCIAL DE DIFUSIÓN
Las permeabilidades de los canales de Na+ y K+ cambian durante la conducción de un impulso nervioso, mientras que la permeabilidad de los canales de Cl- NO sufre cambios.
Transmisión de la señal nerviosa (implicados el Na+ y K+).
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POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO
El potencial de membrana en reposo de las fibras nerviosas grandes cuando NO transmiten señales nerviosas es de –90 mV.
En el interior de la fibra es -90 mV más negativo que el potencial del liquido extracelular.
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POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO DE LOS NERVIOS
PMR se establece en función de los:
 Potenciales de difusión, 
La permeabilidad de la Mb y 
La naturaleza electrógena de la bomba de Na+/K+
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POTENCIAL DE DIFUSIÓN DE POTASIO
Flujo de K+ desde el interior al exterior de la célula (35:1)
También existen canales de fuga de iones de K+ a través de la membrana nerviosa, que pueden dejar que se pierdan algunos iones de Na+.
Produce un potencial de Nernst de – 94 mV.
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POTENCIAL DE DIFUSIÓN DE SODIO
La relación de los iones de Na+ entre el (i) y (o) es de 0,1
Potencial de Nernst = + 61 mV.
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PERMEABILIDAD DE LA MEMBRANA
(p) DE Mb al K+ es 100 veces > Na+
Permite obtener PM interna de -86 Mv.
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NATURALEZA ELECTRÓGENA DE LA BOMBA NA+/K+
Bomba transporta 3 Na+ hacia el exterior y 2 K+ al interior.
Pérdida de cargas positivas desde el interior de la Mb.
Crea una carga negativa de – 4 mV en el interior de la membrana.
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ORIGEN DEL POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO
-86mV + -4mV
El potencial de membrana en reposo es -90mV.
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POTENCIAL DE ACCIÓN NERVIOSO
Las señales nerviosas se transmiten mediante potenciales de acción que son cambios rápidos del PM que se extienden rápidamente a lo largo de la Mb de la fibra nerviosa.
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POTENCIAL DE ACCIÓN NERVIOSO
Inicio: Cambio súbito desde el PMR (negativo) hasta un potencial positivo.
Termina: Regreso rápido hacia un potencial negativo.
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FASES DEL POTENCIAL DE ACCIÓN
FASE DE REPOSO (-90 mV):
Es PMR antes del inicio del PA.
FASE DE DESPOLARIZACIÓN (+35mV):
Mb se hace súbitamente permeable al Na+.
Na+ difunde hacia interior axón.
Potencial de Mb aumenta en dirección positiva.
FASE DE REPOLARIZACIÓN:
Canales de Na+ se cierran.
Canales de K+ se abren
Rápida difusión de iones K+ hacia el exterior restablece el PMR negativo.
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POTENCIAL DE ACCIÓN
Canales de Na+ / K+ activados por voltaje se activan e inactivan durante el desarrollo de un PA.
Canales de Na+ activados por voltaje
Produce despolarización y repolarización de Mb.
Canales de K+ activados por voltaje
Aumenta la rapidez de la repolarización de la Mb.
Acción adicional a Bomba de Na+/K+ y canales de fuga de K+ que establecen el PMR.
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CANALES DE SODIO
Sí PM aumenta de -90 mV a 0mV
Abren canales de Na+ activados por voltaje.
Ingresa rápidamente Na+
Produce mayor incremento del PM abriendo más canales de Na+ activados por voltaje. (Retroalimentación negativa).
Hasta que todos los canales de Na+ activados por voltaje se hayan abierto.
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Activación o inactivación del canal de Na+:
Tiene dos compuertas, una cerca del exterior (compuertade activación) y otra cerca del interior (compuerta de inactivación).
Cuando el potencial de membrana en reposo de -90mV (compuerta de activación cerrada no entra Na+) va hacia -70mV , 
	-50mV se abre las compuertas 
	
POTENCIAL DE ACCIÓN NERVIOSO
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Activación o inactivación del canal de Na+:
La compuerta de inactivación se cierra diezmilésimas de segundo después se abra la compuerta de activación.
La compuerta de inactivación del Na+ No se abre de nuevo hasta que el potencial de membrana se normaliza.
POTENCIAL DE ACCIÓN NERVIOSO
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Activación o inactivación del canal de K+:
Durante el estado de reposo la compuerta del canal de K+ esta cerrada.
Cuando el potencial de membrana en reposo va de -90mV hacia cero se abre la compuerta del canal (difusión de K+ al exterior)
POTENCIAL DE ACCIÓN NERVIOSO
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Aniones:
En el interior del axón hay iones de carga negativa que NO pueden atravesar los canales de la membrana (responsables de la carga negativa en el interior de la fibra).
FUNCIONES DE OTROS IONES DURANTE EL POTENCIAL DE ACCIÓN
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Iones de Ca+:
Concentración interna de 10-7 molar de Ca+ y externa de 10-3 molar.
Función de los canales de Ca+ activados por voltaje contribuir a la fase de despolarización en el potencial de acción.
En el músculo liso hay abundantes 
	canales de Ca+ (canales lentos)
FUNCIONES DE OTROS IONES DURANTE EL POTENCIAL DE ACCIÓN
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Iones de Ca+:
Es necesario que la concentración del ion Ca+ disminuye solo un 50% por debajo de su concentración normal para que se produzca descarga espontanea en algunos nervios periféricos (tetania muscular)
FUNCIONES DE OTROS IONES DURANTE EL POTENCIAL DE ACCIÓN
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FENÓMENOS DEL PA
FASE DE REPOSO: 
Fuga K+ hacia exterior por canales de fuga.
FASE DE DESPOLARIZACIÓN:
Ingresa Na+ al interior por canales de Na+ voltaje.
Activa canales K+ voltaje abriéndose lentamente
FASE DE REPOLARIZACIÓN:
Cierren canales de K+ hasta su estado original.
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POTENCIAL UMBRAL
PA no ocurre hasta alcanzar el P umbral.
Ocurre cuando el número de iones Na+ que ingresa supera en número de iones de K+ que sale.
Aumento súbito del PM en fibra nerviosa de -90 mV a -65 mV da lugar a la aparición del PA.
-65 mV es el umbral de la Mb para la estimulación.
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Período refractario
No puede producirse un nuevo PA cuando la Mb esta aún despolarizada por el PA precedente.
P.R. Absoluto: 
PA no puede provocarse ni siquiera con un estímulo más potente.
2. P.R. Relativo: 
Se produce después de P.R.Absoluto.
Un estímulo más fuerte puede excitar la fibra nerviosa y se puede iniciar un nuevo PA.
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PERÍODO REFRACTARIO
Inicio del PA se inactivan canales de Na+ y ninguna magnitud de la señal excitadora que se les aplique abrirá las compuertas.
Única forma de abrir las compuertas es que el PM vuelva o se acerque al nivel original del PM en reposo
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PROPAGACIÓN DEL POTENCIAL DE ACCIÓN
PA se propaga por porciones adyacentes a punto de inicio.
Despolarización viaja por toda la longitud de la fibra.
Impulso Nervioso: Transmisión del proceso de despolarización a lo largo de una fibra nerviosa o muscular.
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PROPAGACIÓN DEL POTENCIAL DE ACCIÓN
DIRECCIÓN DE LA PROPAGACIÓN:
PA viaja en todas las direcciones alejándose del estímulo.
PRINCIPIO DEL TODO O NADA:
Originado el PA, la despolarización viaja por la MB si las condiciones son las adecuadas o NO viaja en absoluto si no lo son.
 ESTIMULO MAYOR A -65mV.
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RESTABLECIMIENTO DE LOS GRADIENTES IONICOS DE NA+ Y K+ posterior a PA
PA se propaga por la Mb de la fibra nerviosa.
Reduce diferencias de concentración de Na+y K+.
Na+ difunde hacia el exterior y K+ hacia el exterior durante la repolarización.
Con el tiempo es necesario restablecer las diferencias de las © antes que interrumpan la conducción del PA.
Esto se consigue gracias a bomba Na+/K+.
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RESTABLECIMIENTO DE LOS GRADIENTES IONICOS POSTERIOR A PA
Na+ interior y K+ exterior durante PA.
Bomba Na+/K+/ATPasa se estimula por aumento ¢ de Na+ en interior de Mb celular.
Bomba Na+/K+/ATPasa utilizando ATP saca 3 Na+ al exterior e ingresa 2 iones de K+ al interior.
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MESETA EN ALGUNOS PA
Algunas MB excitadas no se repolarizan inmediatamente después de la despolarización.
PA permanece en una Meseta cerca del máximo del potencial de espiga (durante varios ms) y luego comienza repolarización.
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NEURONA
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CARACTERÍSTICAS ESPECIALES DE LA TRANSMISIÓN DE SEÑALES EN LOS TRONCOS NERVIOSOS
Fibras grandes son mielinizadas.
Fibras pequeñas son NO mielinizadas.
Células de Schwann depositan vaina de mielina alrededor del axón.
Vaina de mielina contiene esfingomielina (aislante).
Entre 2 células de Schwann hay una zona no aislada, Nódulo de Ranvier, donde los iones pueden fluir a través de la MB del axón.
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CONDUCCIÓN SALTATORIA
Se produce en las fibras mielinizadas.
El impulso nervioso recorre a saltos la fibra (saltatoria).
Útil porque:
Aumenta la velocidad de 5 a 50 veces.
Conserva energía para el axón 
pq solo se despolarizan los nódulos , 
pierde 100 veces menos iones y por lo tanto 
necesita poca energía para restablecer las diferencias de concentración de Na+ y K+ a través de la MB.
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VELOCIDAD DE CONDUCCIÓN NERVIOSA
La velocidad de conducción del PA es mayor en las fibras nerviosas grandes mielinizadas.
VC fibras nerviosas pequeñas: 0,25 m/s.
VC fibras nerviosas muy grandes: 100 m/s.
La velocidad aumenta con el diámetro el las fibras mielinizadas.
La velocidad aumenta con la raíz cuadrada del diámetro en las fibras no mielinizadas.
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VELOCIDAD DE CONDUCCIÓN
NO MIELINIZADA
MIELINIZADA
- FIBRA MIELINIZADA Y NO MIELINIZADA -
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GRACIAS!!!
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