Electrofisiología de las Membranas Excitables y el Origen del Potencial de Acción

Question 1

Los iones más importantes en la fisiología de las membranas excitables son:

Answer 1

Sodio (Na⁺), Potasio (K⁺), Cloro (Cl⁻), Aniones orgánicos (A⁻)

Question 2

Un ion con carga positiva que es mucho más concentrado en el exterior de la neurona.

Answer 2

Sodio (Na⁺)

Question 3

Otro ion con carga positiva, pero mucho más concentrado en el interior de la neurona.

Answer 3

Potasio (K⁺)

Question 4

Un ion con carga negativa que también es más abundante en el exterior.

Answer 4

Cloro (Cl⁻)

Question 5

Moléculas grandes con carga negativa (como proteínas y ácidos nucleicos) que se encuentran principalmente en el interior de la neurona y no pueden atravesar la membrana fácilmente.

Answer 5

Aniones orgánicos (A⁻)

Question 6

Gradiente de concentración (químico)

Answer 6

Los iones tienden a moverse desde un área de alta concentración hacia un área de baja concentración, buscando equilibrar la distribución.

Question 7

Gradiente eléctrico

Answer 7

Las cargas eléctricas iguales se repelen y las cargas opuestas se atraen. Si el interior de la neurona tiene una carga negativa en comparación con el exterior, los iones positivos (como el Na⁺ y el K⁺) serán atraídos hacia el interior, y los iones negativos (como el Cl⁻) serán repelidos.

Question 8

La combinación de estos dos gradientes (químico y eléctrico) crea lo que se conoce como la

Answer 8

fuerza motriz electroquímica

Question 9

Cuando la membrana de una célula nerviosa es permeable (permite el paso) a un ion específico, la diferencia de concentración de ese ion entre el interior y el exterior de la célula puede generar una

Answer 9

diferencia de potencial eléctrico a través de la membrana.

Question 10

diferencia de potencial eléctrico a través de la membrana. Este voltaje a través de la membrana se mide en

Answer 10

milivoltios (mV)

Question 11

diferencia de potencial eléctrico a través de la membrana. Este voltaje a través de la membrana se mide en milivoltios (mV) y es lo que conocemos como

Answer 11

potencial de membrana.

Question 12

La acumulación de cargas positivas o negativas en un lado de la membrana en relación con el otro crea una

Answer 12

diferencia de potencial eléctrico, es decir, un voltaje a través de la membrana.

Question 13

En la mayoría de las neuronas en reposo, la membrana es mucho más permeable al ____ que al ____

Answer 13

potasio (K⁺) que al sodio (Na⁺) o al cloro (Cl⁻).

Question 14

la concentración de K⁺ es mucho mayor…

Answer 14

dentro que fuera

Question 15

Debido a este gran gradiente de concentración, y a la alta permeabilidad de la membrana al K⁺ (gracias a los canales de fuga de potasio, que veremos más adelante), los iones K⁺ tenderán a

Answer 15

salir de la neurona.

Question 16

A medida que los iones K⁺ positivos salen de la célula, dejan un exceso de cargas negativas en el interior (principalmente debido a los aniones orgánicos A⁻ que no pueden salir). Al mismo tiempo, se acumula una pequeña cantidad de cargas positivas en el exterior. Esta separación de cargas eléctricas a través de la membrana es lo que crea el

Answer 16

potencial de membrana.

Question 17

La ecuación de Nernst describe

Answer 17

relación del potencial de difusión con la diferencia de concentración de iones a través de una membrana

Question 18

Eventualmente, se alcanza un punto de equilibrio donde la fuerza del gradiente de concentración que impulsa al K⁺ a salir es exactamente igual y opuesta a la fuerza del gradiente eléctrico que lo impulsa a entrar (porque el interior es ahora negativo). En este punto, aunque los canales de potasio sigan abiertos, no habrá un flujo neto de iones K⁺ a través de la membrana.

El potencial de membrana que se establece en este punto de equilibrio para un ion específico se conoce como el

Answer 18

potencial de equilibrio de Nernst

Question 19

La ecuación de Goldman se utiliza para

Answer 19

calcular el potencial de difusión cuando la membrana es permeable a varios iones diferentes

Question 20

En la vida real, la membrana de una neurona en reposo es permeable a varios iones, aunque en diferentes grados. Principalmente es mucho más permeable al potasio (K⁺), pero también tiene cierta permeabilidad al sodio (Na⁺) y al cloro (Cl⁻). La ecuación de Nernst solo nos da el potencial de equilibrio para cada ion individualmente, asumiendo que la membrana solo es permeable a ese ion. Sin embargo, el potencial de membrana real será un promedio ponderado de los potenciales de equilibrio de todos los iones a los que la membrana es permeable, teniendo en cuenta la permeabilidad relativa de la membrana a cada ion.

La ecuación de Goldman-Hodgkin-Katz (GHK), a menudo simplificada como la ecuación de Goldman, toma en cuenta estos factores y nos permite calcular el

Answer 20

potencial de difusión a través de una membrana que es permeable a múltiples iones.

Question 21

es una proteína integral de membrana que utiliza la energía liberada por la hidrólisis del ATP (adenosín trifosfato) para bombear iones en contra de sus gradientes de concentración.

Answer 21

La bomba sodio-potasio

Question 22

Funcionamiento de la bomba Na⁺-K⁺ (según el Guyton)

Answer 22

La bomba se une a tres iones de sodio (Na⁺) en el interior de la célula.
Una molécula de ATP se une a la bomba y se hidroliza (se rompe), liberando energía y un grupo fosfato que se une a la bomba. Esta fosforilación causa un cambio en la forma de la bomba.
El cambio de forma hace que la bomba libere los tres iones de sodio al exterior de la célula.
Ahora, la bomba tiene una forma que le permite unirse a dos iones de potasio (K⁺) del exterior de la célula.
La unión de los iones de potasio provoca la liberación del grupo fosfato de la bomba, lo que hace que la bomba vuelva a su forma original.
Este cambio de forma libera los dos iones de potasio al interior de la célula.
La bomba ahora está lista para unirse a más iones de sodio y repetir el ciclo.

Question 23

Resultado neto: Por cada molécula de ATP que se hidroliza, la bomba sodio-potasio expulsa

Answer 23

tres iones de sodio (Na⁺) fuera de la célula e introduce dos iones de potasio (K⁺) dentro de la célula.

Question 24

demás de mantener los gradientes de concentración, la bomba también contribuye ligeramente a la negatividad del interior de la célula, ya que saca más cargas positivas de las que introduce. Esto se conoce como su efecto

Answer 24

electrogénico

Question 25

El Guyton enfatiza que la bomba sodio-potasio es crucial para:

Answer 25

Mantener los gradientes de concentración de Na⁺ y K⁺ Controlar el volumen celular Establecer parcialmente el potencial de membrana en reposo

Question 26

es el voltaje que existe a través de la membrana celular cuando la célula no está excitada o transmitiendo una señal. Este potencial no es el mismo en todos los tipos de células; varía dependiendo de la permeabilidad de la membrana a diferentes iones y de la actividad de bombas como la Na⁺-K⁺.

Answer 26

El potencial de membrana en reposo

Question 27

En las neuronas, como hemos estado discutiendo, el potencial de membrana en reposo típico es de alrededor de

Answer 27

-70 mV. Este valor negativo indica que el interior de la neurona es eléctricamente negativo con respecto al exterior.

Question 28

Este valor negativo indica que el interior de la neurona es eléctricamente negativo con respecto al exterior. Este potencial se establece principalmente por:

Answer 28

La alta permeabilidad de la membrana en reposo a los iones potasio (K⁺), que tienden a salir de la célula, haciendo el interior más negativo (contribución principal). Una menor permeabilidad a los iones sodio (Na⁺), que tienden a entrar en la célula, haciendo el interior ligeramente menos negativo (contribución menor). La acción electrogénica de la bomba Na⁺-K⁺, que bombea 3 Na⁺ fuera por cada 2 K⁺ dentro, contribuyendo también a la negatividad del interior. La presencia de aniones orgánicos (A⁻) dentro de la célula que no pueden atravesar la membrana.

Question 29

En las células musculares esqueléticas, el potencial de membrana en reposo es también negativo, generalmente alrededor de

Answer 29

-90 mV Esta diferencia se debe a una permeabilidad aún mayor al potasio en reposo en comparación con las neuronas.

Question 30

el potencial de membrana en reposo es un estado de no equilibrio, mantenido activamente por

Answer 30

la bomba Na⁺-K⁺ y las permeabilidades iónicas selectivas.

Question 31

Como mencionamos anteriormente, el movimiento de los iones a través de la membrana está gobernado por dos fuerzas principales:

Answer 31

el gradiente de concentración (químico) y el gradiente eléctrico.

Question 32

es la fuerza neta que actúa sobre un ion y determina la dirección y la magnitud de su flujo a través de la membrana. Es la combinación de la fuerza química (tendencia a moverse de alta a baja concentración) y la fuerza eléctrica (atracción o repulsión por cargas eléctricas).

Answer 32

La fuerza motriz electroquímica

Question 33

el factor determinante del flujo iónico a través de los canales abiertos. Cuanto mayor sea esta fuerza, mayor será la corriente iónica. Esta corriente iónica es la base de las señales eléctricas en las células excitables.

Answer 33

fuerza motriz electroquímica

Question 34

Como mencionamos antes, en una neurona en reposo, la membrana es mucho más permeable al potasio (K⁺) que al sodio (Na⁺). Esta alta permeabilidad se debe a la presencia de canales iónicos específicos para el potasio que están siempre

Answer 34

abiertos en la membrana en reposo. Estos se conocen como canales de fuga de potasio.

Question 35

Debido a la alta concentración de K⁺ en el interior de la neurona y la baja concentración en el exterior, y gracias a estos canales de fuga siempre abiertos, los iones K⁺ tienden a

Answer 35

salir de la célula impulsados por su gradiente de concentración. A medida que los iones K⁺ positivos salen de la célula, el interior de la neurona se vuelve más negativo.

Question 36

es el factor principal que determina la negatividad del potencial de membrana en reposo en muchas células nerviosas. La membrana en reposo es mucho más permeable al K⁺ (unas 50 a 100 veces más) que al Na⁺.

Answer 36

fuga constante de iones potasio

Question 37

El potencial de membrana en reposo de una neurona (-70 mV aproximadamente) no es el resultado de un solo factor, sino la suma de las contribuciones de varios procesos iónicos a través de la membrana. Tal como lo describe el Guyton, los principales contribuyentes son:

Answer 37

Contribución del potencial de difusión de potasio Contribución de la difusión de sodio a través de la membrana nerviosa Contribución de la bomba Na⁺-K⁺

Question 38

la membrana en reposo es mucho más permeable al K⁺ debido a los canales de fuga de potasio. El gradiente de concentración de K⁺ impulsa su salida de la célula, lo que tiende a hacer el interior negativo, acercando el potencial de membrana al potencial de equilibrio del potasio (aproximadamente -90 mV). Esta es la contribución más significativa.

Answer 38

potencial de difusión de potasio

Question 39

Aunque la permeabilidad de la membrana en reposo al sodio (Na⁺) es mucho menor que la del potasio, existen algunos canales de fuga de sodio que permiten una pequeña entrada de Na⁺ a la célula, impulsada por su gran gradiente electroquímico (alta concentración exterior y el interior negativo). La entrada de Na⁺, al ser un ion positivo, tiende a hacer el interior de la célula menos negativo, "jalando" el potencial de membrana desde el potencial de equilibrio del potasio hacia un valor más positivo.

Answer 39

difusión de sodio a través de la membrana nerviosa

Question 40

genera una pequeña corriente neta hacia el exterior de la célula. Esto significa que por cada ciclo de la bomba, se saca una carga positiva neta de la célula, lo que contribuye a la negatividad del potencial de membrana en reposo en unos pocos milivoltios (generalmente se estima entre -4 a -10 mV de contribución directa). Además, su función principal de mantener los gradientes de concentración de Na⁺ y K⁺ es indirectamente esencial para el potencial de difusión de estos iones.

Answer 40

La bomba sodio-potasio, al bombear 3 Na⁺ fuera por cada 2 K⁺ dentro

Question 41

es un cambio rápido y transitorio en el potencial de membrana de una célula excitable (como una neurona o una célula muscular) que se propaga a lo largo de la membrana celular. Es la señal eléctrica básica del sistema nervioso, utilizada para transmitir información a largas distancias.

Answer 41

potencial de acción

Question 42

El potencial de acción tiene varias fases características, tal como se describe en el Guyton:

Answer 42

Fase de Reposo, Fase de Despolarización, Fase de Repolarización, Fase de Hiperpolarización (o postpotencial hiperpolarizante), retorno al reposo

Question 43

Fase de Reposo:

Answer 43

potencial de membrana en reposo antes de que llegue un estímulo (-70 mV aproximadamente). La membrana está polarizada (hay una diferencia de potencial a través de ella).

Question 44

Fase de Despolarización

Answer 44

estímulo excita la neurona y el potencial de membrana alcanza un cierto umbral (generalmente alrededor de -55 mV), se abren canales de sodio rapido activados por voltaje, entra sodio, lo positiviza

Question 45

Fase de Repolarización:

Answer 45

Poco después de que los canales de sodio se abren, comienzan a inactivarse (la compuerta de inactivación se cierra), se abren los lentos de potasio activados por voltaje, potasio sale y hace positivo el exterior para volver al reposo

Question 46

Estos canales se abren más lentamente que los de sodio y no tienen una compuerta de inactivación rápida como los de sodio.

Answer 46

Activación de los canales de potasio

Question 47

Estos canales tienen dos "compuertas": una de activación que se abre rápidamente en respuesta a la despolarización, y una de inactivación que se cierra más lentamente.

Answer 47

Activación de los canales de sodio

Question 48

Fase de Repolarización

Answer 48

canals de sodio se inactivan, abren canales lentos de potasio, se va afuéralos por gradiente y se regresa al valor normal

Question 49

Estos canales se abren más lentamente que los de sodio y no tienen una compuerta de inactivación rápida como los de sodio.

Answer 49

Activación de los canales de potasio

Question 50

Fase de Hiperpolarización (o postpotencial hiperpolarizante)

Answer 50

canales de potasio se quedan abiertos tantito, sale mucho potasio y el potencial se hace mas negativo que el potencial de reposo

Question 51

Retorno al potencial de reposo

Answer 51

Finalmente, la permeabilidad al potasio vuelve a su nivel de reposo, y el potencial de membrana regresa a su valor de reposo normal (-70 mV), gracias a la acción continua de la bomba Na⁺-K⁺ que restablece los gradientes iónicos.

Question 52

que causa un PA

Answer 52

Neurotransmisores, estimulos sensoriales, o artificial en lab

Question 53

establece que un potencial de acción ocurre con máxima amplitud si el estímulo alcanza o supera el umbral de excitación, y no ocurre en absoluto si el estímulo es subumbral. Una vez desencadenado, la magnitud del potencial de acción es siempre la misma para una neurona dada, independientemente de la intensidad del estímulo que lo inició (siempre y cuando este estímulo haya alcanzado el umbral).

Answer 53

principio del todo o nada

Question 54

meseta se debe típicamente a dos factores principales

Answer 54

Apertura más lenta de canales de calcio (Ca²⁺) activados por voltaje Reducción de la permeabilidad al potasio

Question 55

Después de que una neurona ha disparado un potencial de acción, existe un breve período de tiempo durante el cual es más difícil o incluso imposible que genere otro potencial de acción en respuesta a un nuevo estímulo. Este período se conoce como el

Answer 55

período refractario

Question 56

Este es un intervalo de tiempo muy corto (aproximadamente 1 milisegundo) inmediatamente después del inicio del potencial de acción, durante el cual ningún estímulo, sin importar cuán fuerte sea, puede desencadenar un nuevo potencial de acción. Esto se debe principalmente a la inactivación de la mayoría de los canales de sodio activados por voltaje. Estos canales necesitan volver a su estado de "reposo cerrado" antes de poder abrirse nuevamente en respuesta a otro estímulo. Es como si las puertas de entrada estuvieran bloqueadas y no pudieran abrirse hasta que se reinicien.

Answer 56

Período refractario absoluto

Question 57

Este período sigue al período refractario absoluto y dura varios milisegundos. Durante el período refractario relativo, es posible desencadenar un nuevo potencial de acción, pero solo con un estímulo que sea significativamente más fuerte de lo normal. Esto se debe a que: Algunos canales de sodio activados por voltaje aún están inactivados. Los canales de potasio activados por voltaje están abiertos, lo que hace que la membrana sea más permeable al K⁺ y tienda a hiperpolarizarse, o al menos a oponerse a la despolarización. Se necesita un estímulo más grande para superar esta hiperpolarización o la mayor conductancia al potasio y alcanzar el umbral. Es como si las puertas de entrada estuvieran parcialmente bloqueadas y hubiera una fuerte corriente de aire saliendo (análoga al flujo de K⁺), por lo que necesitas empujar con mucha más fuerza para abrir las puertas.

Answer 57

Período refractario relativo