BIOFÍSICA 11 Pot Acción Nervioso

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Lic. Bioq. Yoelys Gómez Rodríguez 
UNIDAD II: BIOFISICA DE LAS FIBRAS NERVIOSAS, MUSCULARES Y 
BIOMECANICA 
 
 POTENCIAL DE ACCIÓN (PA). 
 Acontecimientos durante la despolarización y la repolarización. 
 Excitabilidad. Definición. Células excitables y No excitables. Respuestas 
eléctricas subumbrales y Potencial de Acción (PA). Tipos de estímulos. 
 Causas del PA. Fases del potencial de acción nervioso. Eventos iónicos, 
moleculares y celulares de cada fase del Potencial de Acción: canales de Na, 
K, iones Na, K. Potencial Umbral. Ley del todo o nada. 
 Registro monofásico y bifásico del PA. Técnicas eletrofisiológicas: Voltage 
Clamp y Patch Clamp. 
 Propagación del impulso nervioso. Excitabilidad: concepto de umbral, 
periodo refractario, ley del todo o nada. Excitabilidad relativa: cronaxia y 
reobase. Registro monobásico y bifásico del potencial de acción. 
 
Bibliografía: 
 Física Médica y Biológica. Biofísica para Ciencias de la Salud. Micó, Guillermo A. (2014). Ed. 
Arandurã. Cap. 4 
 Temas de Biofísica. Parisi, Mario (2004). Ed. McGraw-Hill/Interamericana Editores. Cap. 5. 
“Bases Físicas de los fenómenos bioeléctricos” 
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Introducción 
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En el exterior existe un exceso de sustancias con cargas positivas en 
comparación en el interior celular. 
El exterior está cargado positivamente y el interior negativamente. 
Se dice entonces que la membrana citoplasmática está POLARIZADA. 
CLASIFICACIÓN de las CÉLULAS según su COMPORTAMIENTO ELÉCTRICO: 
 C. Excitables y C. No Excitables 
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 C. Excitables : Potencial de membrana sufre importantes 
variaciones periódicas asociadas a la función celular. La magnitud 
de la respuesta es mucho mayor que la magnitud del estímulo. 
 Neuronas y fibras musculares: Se producen cambios cíclicos y rápidos del 
Er (PMR) 
 
 
 
 
 
 
 En otros tipos de células (macrófagos, células glandulares, células 
ciliadas), los cambios locales (respuestas subumbrales) de los 
potenciales de membrana activan muchas de las funciones 
celulares. 
 
Fenómeno de Excitación Eléctrica 
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Caracterizado por: 
Cambio (aumento) en la conductancia (↑g) 
(permeabilidad) para alguno de los iones 
 implicados en el Er (Na+, K+, Cl-). 
 
Causa del ↑g: 
• Estímulo químico: AcetilColina (Ach) 
• Estímulo eléctrico: cambio en el Er 
• Estímulo mecánico: deformación mecánica 
 de la membrana citoplasmática 
 
 
 
La excitación consiste en que el Er cambia, 
se aleja del valor de PMR haciéndose menos 
negativo (más positivo). 
 
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2 tipos de respuestas eléctricas 
 
2. Potencial de Acción 
(PA) o impulso 
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1. Respuestas subumbrales 
(potenciales locales no 
propagados): 
Potencial Umbral 
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Respuestas subumbrales: 
1. Locales: disminuyen con 
el tiempo y la distancia. 
2. Graduadas: si ↑ Intensidad 
del estímulo: ↑ intensidad 
de la respuesta 
3. No cumple con la Ley 
(principio) del Todo o 
Nada 
Ejemplos: 
 Potenciales sinápticos 
(Excitatorios o 
Inhibitorios). 
 Potencial generador. 
 Potenciales 
electrotónicos: 
P.cataelectrotónicos, P. 
anaelectrotónicos. 
Potencial 
Umbral 
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Potencial Umbral 
Respuestas Subumbrales 
Potencial Generador 
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Estructura y Función de la Célula Nerviosa 
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Las señales nerviosas (impulsos 
nerviosos) se transmiten mediante 
Potenciales de Acción (PA) 
 
Potencial de Acción (PA): 
Es un cambio brusco 
(despolarización) en el potencial 
de membrana que se extienden 
rápidamente a lo largo de la 
membrana citoplasmática de la 
fibra nerviosa (axón). 
 
Cada PA comienza con un cambio 
súbito desde el PMR negativo (-70 a 
-90mV) en el reposo normal hasta 
un potencial positivo y después 
termina con un cambio casi igual de 
rápido de nuevo hacia el potencial 
negativo. 
 
Para conducir una señal nerviosa, el 
PA se desplaza a lo largo de la fibra 
nerviosa hasta que llega al extremo 
de la misma. 
 
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OSCILOSCOPIO DE RAYOS CATÓDICOS 
POTENCIALES DE ACCIÓN DE LA FIBRA NERVIOSA 
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1. EXCITACIÓN (generación del PA en la fibra nerviosa) 
2. CONDUCCIÓN (propagación) del PA a lo largo de la fibra 
nerviosa 
3. TRANSMISIÓN (sinapsis) 
1. EXCITACIÓN: Generación del PA 
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Excitación: el proceso de Generación de un PA 
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Básicamente, cualquier factor que haga que los iones Na+ comiencen a difundir al 
interior de la fibra nerviosa, puede hacer que se abran automáticamente los 
CANALES DE Na+ (↑g Na+). 
TIPOS DE ESTÍMULOS: 
• Mecánico: Presión mecánica excita terminaciones sensitivas nerviosas en piel 
• Químico: Neurotransmisores químicos durante sinapsis neurona-neurona, etc. 
• Eléctrico: Paso de corriente eléctrica (iones) para transmitir señales entre fibras 
musculares sucesivas de CORAZÓN y MUSCULO LISO. 
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Excitación: el proceso de Generación de un PA 
Potencial Umbral: Potencial eléctrico de la 
membrana mínimo necesario para generar 
un PA. 
 
A este potencial se abren automáticamente 
TODOS los CANALES de Na+ activados por 
despolarización. 
Es posible que el estímulo sea débil y no sea 
capaz de excitar a la fibra nerviosa. 
Cuando el estímulo es más fuerte y provoca 
una despolarización necesaria para abrir 
automáticamente todos los canales de Na+ 
de la zona estimulada, se produce el PA 
Potencial de acción NERVIOSO 
 
La entrada de Na provoca 
despolarización , que provoca apertura 
de más canales de Na+ y con ello más 
entrada de iones Na+ (círculo vicioso de 
retroalimentación positiva) 
 
UMBRAL PARA EL INICIO DEL PA: 
No se producirá un PA hasta que el 
aumento del Potencial de Membrana sea 
lo suficientemente grande para que se 
produzca la apertura de todos los 
canales de Na+ de la zona estimulada y 
con ello el aumento súbito del potencial 
de membrana. 
 
 
 
FASES del PA nervioso 
 1. Fase de DESPOLARIZACIÓN 
 
2. FASE DE SOBREEXCITACIÓN 
(Sobredisparo): 
 
 
3. FASE DE REPOLARIZACIÓN: 
 
4. FASE DE HIPERPOLARIZACIÓN 
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Excitación: el proceso de Generación de un PA 
Potencial Umbral: 
 Potencial eléctrico de la 
membrana mínimo 
necesario para generar un 
PA. 
 
A este potencial se abren 
automáticamente TODOS los 
CANALES de Na+ activados 
por despolarización. 
 
Potencial Umbral de Fibras 
Nerviosas Grandes: -65mV 
La ley del todo o 
nada: 
Se refiere a que una 
vez alcanzado el 
umbral se genera el 
potencial de acción 
y se propaga por 
toda la membrana; o 
no se alcanza el 
umbral y no ocurre 
el potencial de 
acción. 
 
Potencial de acción NERVIOSO 
 
Cada PA comienza con un cambio súbito 
desde el PMR negativo (-90mV) en el 
reposo normal hasta un potencial 
positivo y después termina con un 
cambio casi igual de rápido de nuevo 
hacia el potencial negativo. 
 
Durante el PA, existen cambios 
eléctricos en el potencial de membrana, 
con transferencia de cargas positivas 
hacia el interior de la célula en el 
momento de su inicio; y el regreso de las 
cargas positivas al exterior al final del 
mismo. 
 
 
Figura: cambios producidos en la membrana durante el PA 
FASES del PA nervioso 
 
 
1. FASE DE DESPOLARIZACIÓN 
 Estímulo despolarizante (mecánico, 
químico, eléctrico) provoca que ↑PNa+ 
(se abren algunos canales de Na+ 
activados por voltaje: ↑gNa+), por lo 
que entran a la célula cierta cantidad de 
iones Na+(cargas positivas) generando 
una corriente iónica de Na+: INa+, por lo 
que aumentarápidamente el Em a 
valores menos negativos (más 
positivos): “despolarización” 
 
 En Fibras Nerviosas Grandes: Exceso de 
iones Na+ que entran a la célula hacen que el 
potencial de membra se “sobreexcite” más 
allá del valor cero y se haga positivo (+35mV) 
 
 En Fibras Nerv. Pequeñas: potencial se 
acerca a cero pero NO se hace positivo. 
23 Conducto = canal 
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FASES del PA nervioso 
 
2. FASE DE SOBREEXCITACIÓN 
(sobredisparo): 
 existe Inversión de cargas a ambos 
lados de la membrana citoplasmática. 
 
 
3. FASE DE REPOLARIZACIÓN: 
 después de unas diezmilésimas de 
segundo, después que cierta cantidad 
de iones Na+, se cierran los canales 
de Na+ activados por voltaje 
(↓gNa+) y aumenta la conductancia 
al K+ (↑gK+) (canales lentos de K+ 
activados por voltaje (por 
despolarización) generando una 
corriente iónica de K+ con efecto 
hiperpolarizante (IK+) , por lo que 
salen de la célula iones K+ positivos, 
restableciéndose el Potencial de 
Membrana negativos en reposo (PMR) 
normal: “repolarización” de la 
membrana. 
 
4. FASE DE HIPERPOLARIZACIÓN 
Canales de K+ siguen abiertos por algún 
tiempo (↑gk+) hasta que se cierran 
 
 Canales rápidos de Na y Canales lentos de K activados por 
voltaje (despolarización). 
 
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Tipos de PA 
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 2. Conducción (Propagación ) del PA 
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Propiedades de cable de las neuronas 
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Propiedades de cable de las neuronas 
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Dirección Ortodrómica y Antidrómica del PA nervioso 
 
 
 Propagación (conducción) del PA 
 
 
La ley del todo o nada: 
Se refiere a que una vez 
alcanzado el umbral se genera el 
potencial de acción y se propaga 
por toda la membrana; o no se 
alcanza el umbral y no ocurre el 
potencial de acción. 
 
1. Dirección de la 
Propagación del PA: 
El PA viaja en todas direcciones a lo 
largo de la fibra nerviosa, 
alejándose el estímulo, hasta que se 
despolariza TODA la membrana 
La despolarización en la zona 
estimulada, despolariza las zonas 
adyacentes de la membrana, 
provocando la apertura de los canales 
de Na activados por despolarización 
que están presentes en las zonas 
adayacentes. 
 Propagación (conducción) del PA 
 
 
2. Velocidad de Conducción del 
PA: 
I.Diámetro (grosor) de la 
fibra nerviosa. 
II.Presencia de vainas de 
mielina 
La propagación (conducción) del PA Nervioso (impulso 
nervioso) puede ocurrir de varias formas y velocidades 
según el tipo de fibra nerviosa. Los factores que 
afectan la Velocidad de Conducción del PA Nervioso 
son: 
• Presencia o no de vainas de mielina 
• Diámetro (grosor) de la fibra nerviosa. 
I. Diámetro de la Fibra Nerviosa 
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Fibras Nerviosas Gruesas (de mayor diámetro) conducen el impulso nervioso 
de forma más rápida que las Fibras Nerviosas menos gruesas (de menor 
diámetro) 
 II. PRESENCIA O NO DE VAINAS DE MIELINA 
Fibras nerviosas AMIELÍNICAS y MIELÍNICAS . 
Fibra amielínica (no mielinizada): 
No tiene vainas de mielina. 
 
 
 
 Fibra mielínica (mielinizada): 
 Rodeando al axón se encuentra la vaina de mielina 
(esfingomielina) y a cada 1 a 3 mm, es interrumpida por un 
“nodo de Ranvier”. 
La vaina de mielina es depositada por las células de Schwann 
(en las neuronas del SNP) o por los oligodendrocitos (en 
las neuronas del SNC). 
Vainas de Mielina: Actúan como aislante eléctrico. 
 
SNC 
SNP 
Velocidad de Conducción del PA: 
II. Presencia de vainas de mielina 
En Fibras Nerviosas AMIELÍNICAS(no mielinizadas): 
 La velocidad de conducción del PA Nervioso es menor 
que en las Fibras nerviosas Mielinizadas: 
 Hay una Conducción Continua del PA. 
 
En Fibras Nerviosas MIELÍNICAS (mielinizadas): 
 La velocidad de conducción del PA Nervioso es mayor que 
en FIBRAS NERVIOSAS AMIELINIZADAS. 
 Hay una Conducción Saltatoria (por saltos) del PA, 
desde un Nodo de Ranvier a otro, los PA solo se producen 
en los Nodos de Ranvier. 
 Los Nodos de Ranvier son zonas con abundantes Canales 
de Na+. 
 
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Conducción saltatoria (a saltos ) de nódulo a nódulo en 
las fibras mielínicas. 
 Aunque los iones no pueden fluir a través de las gruesas vainas de 
mielina, pueden hacerlo con facilidad a través de los nódulos de 
Ranvier. Por tanto los PA tan solo se pueden producir en los 
nódulos. La conducción a saltos tiene valor por dos razones. 
 Aumenta entre 5 y 50 veces la velocidad de transmisión. 
 Conserva energía para el axón. 
Velocidad de conducción en las fibras nerviosas. 
 Variable: 
 0,25 m/s -------------------------------100 m/s 
(pequeñísimas fibras amielinicas)-----(enormes fibras mielinicas) 
 
 
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Estudio de Conducción Nerviosa 
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Cirugía Funcional Neurológica 
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Aplicación Clínica: Enfermedades Desmielinizantes: 
 ESCLEROSIS MÚLTIPLE 
 ESCLEROSIS MÚLTIPLE: 
Enfermedad autoinmunitaria incapacitante, se presenta una destrucción en 
las vainas de mielina en El SNC. 
La pérdida de la mielina se acompaña con retardo o bloqueo de la 
conducción en los axones desmielinizados. 
Aplicación Clínica: Enfermedades Desmielinizantes: 
 ESCLEROSIS MÚLTIPLE 
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Potencial de Acción Monofásico 
Es el que se registra con un electrodo dentro 
de la célula. Monofásico o que acontece 
principalmente en una dirección 
 
Registro de los potenciales de membrana y de los 
potenciales de acción. 
 
Osciloscopio de Rayos Catódicos 
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Técnicas Electrofisiológicas: 
Voltage Clamp 
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Estudio de una Población 
(grupo) de canales iónicos. 
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Técnicas Electrofisiológicas: 
 Patch Clamp 
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Patch Clamp: 
estudio de canales iónicos 
Individuales. 
 
Demostración del Principio de Todo 
o Nada. 
 
Canales iónicos: o están abiertos o 
están cerrados. 
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2 tipos de respuestas eléctricas 
 
2. Potencial de Acción (PA) 
 No es una respuesta local: Se 
propaga íntegramente por 
toda la membrana 
citoplasmática. 
 No es graduado. 
 Cumple la Ley del Todo o 
Nada. 
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1. Respuestas subumbrales: 
Locales: disminuyen con el 
tiempo y la distancia. 
Graduadas: si ↑ Intensidad del 
estímulo: ↑ intensidad de 
la respuesta 
No cumple con la Ley 
(principio) del Todo o 
Nada 
Ejemplos: 
 Potenciales sinápticos 
(Excitatorios o 
Inhibitorios). 
 Potencial generador. 
 Potenciales 
electrotónicos: 
P.cataelectrotónicos, P. 
anaelectrotónicos. 
ANEXOS 
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70 Potencial Umbral = Nivel de activación 
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