FÍSICA MÉDICA 1

Alumno: Juan Diego Rodríguez Montengro.

Docente:M. Sc., Lic. Fís. Juan Pedro Rivera Vásquez.

UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO DE LAMBAYEQUE

Potencial Neuronal

Introducción:

Las neuronas son células excitables porque responden a un estímulo produciendo cambios en su potencial de membrana, este estímulo puede ser mecánico, químico o eléctrico. Para este informe utilizaremos los estímulos eléctricos.

Buena parte de lo que sabemos sobre el trabajo de las neuronas proviene de experimentos realizados con el gigante axón del calamar; el cual se extiende desde la cabeza del calamar hasta su cola y sirve precisamente para mover esta última. ¿Qué tan grande es este axón? Puede tener hasta 1 mm de diámetro (se puede ver a simple vista).

Las neuronas envían mensajes mediante un proceso electroquímico. Esto significa que las sustancias químicas se convierten en señales eléctricas. Las sustancias químicas del cuerpo están "eléctricamente cargadas", y por ello son llamadas "iones". Los iones más importantes para el sistema nervioso son sodio y potasio (ambos con 1 carga positiva, +), calcio (2 cargas positivas, ++) y cloro (1 carga negativa, -). También hay algunas moléculas proteicas cargadas negativamente. Es importante recordar que las neuronas están rodeadas por una membrana que permite el paso de algunos iones, a la vez que impide el paso de otros. Este tipo de membrana es llamada semi-permeable.

Concepto:

El potencial de acción es una onda de descarga eléctrica que viaja a lo largo de la membrana celular, son causadas por un intercambio de iones a través de la membrana de la neurona. Son utilizados en nuestro organismo para llevar información entre tejidos, se pueden generar por varias células, pero las más activas son las células del sistema nervioso para mandarse mensajes entre células nerviosas, o de células nerviosas a tejidos corporales, son la vía fundamental de transmisión de códigos neuronales y son causadas por un intercambio de iones a través de la membrana de la neurona. Un primer estímulo hace que los canales de sodio se abran. Debido a que hay muchos más iones de sodio en el exterior y el interior de la neurona es negativo en relación al exterior, los iones de sodio precipitarse en la neurona. Siempre hay una diferencia de potencial de acción entre la parte interna y externa de la célula. Cuando la célula esta inactiva se mantiene en valores negativos (-70mV) a comparación del medio externo, y cuando está activa sus valores son positivos (30mV), durante este cambio se abren y cierran canales especifico de Na (sodio) y K (potasio) produciendo un intercambio de estos dos elementos.

Potencial de la Membrana en Reposo:

Mientras una neurona no esté enviando una señal, se dice que está en "reposo". Al estar en reposo, su interior es negativo con relación al exterior. Aunque las concentraciones de los diferentes iones tratan de balancearse a ambos lados de la membrana, no lo logran debido a que la membrana celular sólo deja pasar algunos iones a través de sus canales (canales iónicos). En el estado de reposo, los iones de potasio (K+) pueden atravesar fácilmente la membrana, mientras que para los iones de cloro (Cl-) y de sodio (Na+) es más difícil pasar. Las moléculas proteicas, cargadas negativamente (A-), en el interior de la neurona no pueden atravesar la membrana. Además de estos canales selectivos, existe una bomba que utiliza energía para sacar 3 iones de sodio por cada 2 iones de potasio que bombea al interior de la neurona. Finalmente, cuando estas fuerzas se balancean, y se mide la diferencia entre el voltaje del interior y el del exterior de la célula, se obtiene el potencial de reposo. El potencial de la membrana en reposo de una neurona es de aproximadamente -70 mV (mV = mili voltio), es decir que el interior de la neurona tiene 70 mV menos que el exterior. En el estado de reposo hay relativamente más iones de sodio en el exterior de la neurona, y más iones de potasio en su interior.

Potencial de Acción:

Si el potencial en reposo indica lo que sucede con la neurona en reposo, el potencial de acción señala lo que pasa cuando la neurona transmite información por el axón, lejos del soma (cuerpo celular). Los neurocientíficos emplean otras palabras, como "espiga" o "impulso" para describir el potencial de acción. El potencial de acción es una explosión de actividad eléctrica creado por una corriente despolarizadora. Esto significa que un evento (estímulo) hace que el potencial de reposo llegue a 0 mV. Cuando la despolarización alcanza cerca de -55 mV la neurona lanza un potencial de acción. Este es el umbral. Si la neurona no alcanza este umbral crítico, no se producirá el potencial de acción. De igual forma, cuando se alcanza el umbral siempre se produce un potencial de acción estándar, para cualquier neurona dada el potencial de acción es siempre el mismo. No existen potenciales grandes o pequeños en una neurona, todos los potenciales son iguales. Por lo tanto, la neurona o no alcanza el umbral o se produce un potencial de acción completo; este es el principio del "TODO O NADA".

Principio del "TODO O NADA":

El potencial de acción responde a la ley de todo o nada, el potencial para que tenga lugar necesita de un estímulo liminal que llegue al punto crítico de disparo de esa célula.

a. Despolarización lenta: -70 mv hasta -55 mvb. Despolarización rápida: - 55 mV hasta +35 mV.c. Repolarización rápida: + 35 mv 2/3 del descensod. Repolarización lenta (hasta - 70 mV)e. Hiperpolarización: -70 mV hasta - 75 mV.

BASES IÓNICAS:

En 1954, dos investigadores llamados Hodgkin y Huuxley midieron las corrientes iónicas que suceden durante el potencial de acción.Las bases iónicas son:

Permeabilidad al sodio y al potasio Despolarización al sodio y al potasio Repolarización al sodio y al potasio

Se observan cambios de conductancia para el Na y el K durante el potencial de acción. Durante la despolarización y repolarización midieron la conductancia.El potencial de acción en su fase de despolarización existe un aumento de la permeabilidad del Na (hay más Na fuera por eso entra), es básicamente en la neurona, fibra muscular. En el caso de la producción de insulina aumentará la permeabilidad del calcio.

La repolarización es debida a un aumento del pk, siempre debido a la conductancia al K (salida del K). Además pueden aparecer otros iones que estudian morfologías un poco distintas.El potencial de equilibrio para el sodio se puede calcular utilizando la ecuación de Golman, para la medida exacta lo mejor es el registro intracelular.La bomba sodiopotásica electrogénica también participa porque tiene la capacidad de devolver a su sitio los iones.

SINAPSIS:

La sinapsis es la una unión (funcional) intercelular especializada entre neuronas2 o entre una neurona y una célula efectora (casi siempre glandular o muscular). En estos contactos se lleva a cabo la transmisión del impulso nervioso. Éste se inicia con una descarga química que origina una corriente eléctrica en la membrana de la célula presináptica (célula emisora); una vez que este impulso nervioso alcanza el extremo del axón (la conexión con la otra célula), la propia neurona segrega un tipo de compuestos químicos (neurotransmisores) que se depositan en el espacio sináptico (espacio intermedio entre esta neurona transmisora y la neurona postsináptica o receptora). Estas sustancias segregadas o neurotransmisores (noradrenalina y acetilcolina entre otros) son los encargados de excitar o inhibir la acción de la otra célula llamada célula post sináptica.

En los siguientes cuadros gráficos se estudiara el comportamiento permeable del Sodio y el Potasio para un potencial en reposo:

Potasio (K):

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

Permeabilidad vs Potencial del Potasio (K)

Permeabilidad de fuga del Potasio (K)

Pote

ncia

l del

Pot

asio

[mV]

Sodio (Na):

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

Permeabilida vs Potencial del Sodio (Na)

Permeabilidad de fuga del Sodio (Na)

Pote

ncia

l del

Sod

io [m

V]

Ahora analizaremos el comportamiento del potencial para diferentes cantidades en [mM] del Potasio (K), Sodio (Na) y Cloro (Cl) en el exterior e interior de la membrana:

Potasio (K):

0 1 2 3 4 5 6 7

-60

-58

-56

-54

-52

-50

-48

-46

-44

Potencial vs Cantidad de Potasio (Exterior)

Cantidad de Potasio en [mM]

Pote

ncia

l del

Pot

asio

[mV]

0 50 100 150 200 250

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

Potencial vs Cantidad de Potasio (Interior)

Cantidad de Potasio [mM]

Pote

ncia

l del

Pot

asio

[mV]

Sodio (Na):

0 50 100 150 200 250

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

Potencial vs Cantidad de Sodio (Exterior)

Cantidad de Sodio [mM]

Pote

ncia

l del

Sod

io [m

V]

0 50 100 150 200 250

-58.5

-58

-57.5

-57

-56.5

-56

-55.5

-55

-54.5

-54

-53.5

Potencial vs Cantidad de Sodio (Interior)

Cantidad de Sodio [mM]

Pote

ncia

l del

Sod

io [m

V]

Cloro (Cl):

0 50 100 150 200 250

-57.5

-57

-56.5

-56

-55.5

-55

-54.5

-54

Potencial vs Cantidad de Cloro (Exterior)

Cantidad de Cloro [mM]

Pote

ncia

l del

Clo

ro [m

V]

0 50 100 150 200 250

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

Potencial vs Cantidad de Cloro (Interior)

Cantidad de Cloro [mM]

Pote

ncia

l del

Clo

ro [m

V]

Preguntas frecuentes:

1. ¿Cómo transmiten las neuronas una señal o estimulo?

Las señales nerviosas se transmiten mediante potenciales de acción, que son cambios rápidos del potencial de membrana que se propagan a lo largo de la membrana de las células excitables.

2. ¿Cómo ocurre un cambio de potencial de membrana?

Los cambios del potencial de membrana son señales importantes para las células excitables:

Neurona

Músculo

Las células excitables tienen en su membrana canales de sodio (Na+) operados por voltaje.

3. ¿En qué consiste la señal eléctrica que llega a una neurona?

Las señales eléctricas en las neuronas son de 2 tipos:

Potenciales Degradados: Locales, proporcionales al estímulo.

Potenciales de Acción: Viajan muy rápidamente a grandes distancias, todo o nada.

4. ¿Cómo ocurren los cambios en el potencial de la membrana de la neurona?

Los canales Iónicos controlan la permeabilidad de la Neurona a los Iones.

Los canales Iónicos alternan entre abierto y cerrado para cambiar la permeabilidad a los iones. Los 4 tipos de canales son:

Canales de Na+

Canales de K+

Canales de Ca2+

Canales de Cl-

Páginas Web de referencia:

http://talyzycer.blogspot.com/2010/04/potencial-de-accion-neuronal.html

http://canal-h.net/webs/sgonzalez002/Fisiologia/POTACCIO.htm

http://neurociencias.udea.edu.co/neurokids/potencial%20accion.htm

http://www.monografias.com/trabajos41/potencial-membrana/potencial-membrana2.shtml

http://es.wikipedia.org/wiki/Sinapsis