Células excitables
Las células excitables son aquellos que pueden ser estimulados para crear una corriente eléctrica pequeña.
- Las fibras musculares y
- las células nerviosas (neuronas) son excitable.
La corriente eléctrica
- en las neuronas se utiliza para transmitir rápidamente señales a través del animal.
- en los músculos se utiliza para iniciar la contracción. [ Enlace ]
El reposo Potencial
Todas las células (no sólo las células excitables) tienen un potencial de reposo: una carga eléctrica a través de la membrana plasmática , con el interior de la célula negativa con respecto al exterior. El tamaño del potencial de reposo varía, pero en las células excitables se ejecuta sobre -70 milivoltios (mV).El potencial de reposo se plantea a partir de dos actividades:
- La ATPasa de sodio / potasio . Esta bomba empuja sólo dos iones de potasio (K + ) en la célula por cada tres iones de sodio (Na + ) que bombea fuera de la célula por lo que sus resultados de la actividad en una pérdida neta de cargas positivas dentro de la célula.
- Algunos canales de potasio en la membrana plasmática son "fugas" que permite una lenta difusión facilitada de K + fuera de la célula (flecha roja).
Relaciones iónicos en la célula
La ATPasa de sodio / potasio produce
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Despolarización
Ciertos estímulos externos reducen la carga a través de la membrana plasmática.- estímulos mecánicos (por ejemplo, el estiramiento, las ondas sonoras) Activar los canales de sodio cerrada mecánicamente
- ciertos neurotransmisores (por ejemplo, acetilcolina ) abiertos los canales de sodio activados por ligando .
Si el potencial se reduce al umbral de tensión (aproximadamente -50 mV en las neuronas de mamífero), un potencial de acción se genera en la célula.
Acción Potenciales
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| El impulso nervioso. En la neurona de reposo, el interior de la membrana del axón está cargado negativamente con respecto al exterior ( A ). A medida que pasa el potencial de acción ( B ), se invierte la polaridad. A continuación, el flujo de salida de K + iones restaura rápidamente polaridad normal ( C ). En el instante representado en el diagrama, el punto móvil, que se ha trazado estos cambios en el osciloscopio como el impulso barrió pasado el electrodo intracelular, está en la posición C . |
El refractario período
Un segundo estímulo aplicado a una (o fibra muscular) neurona menos de 0,001 segundos después de que el primero no se disparará otro impulso. La membrana se despolariza (posición B ), y la neurona está en su período refractario . No hasta que se restablezca la polaridad mv -70 (posición C ) será la neurona estar listo para disparar de nuevo.La repolarización se establece primero por la difusión facilitada de iones potasio hacia fuera de la célula. Sólo cuando la neurona es finalmente descansó son los iones de sodio que llegaron a cada impulso transportado activamente de nuevo fuera de la célula.
En algunas neuronas humanas, el período refractario dura sólo desde 0,001 hasta 0,002 segundos. Esto significa que la neurona puede transmitir 500-1000 impulsos por segundo.
El potencial de acción es todo o nada
La fuerza del potencial de acción es una propiedad intrínseca de la célula. Mientras que pueden alcanzar el umbral de la célula, los estímulos fuertes no producen potenciales de acción más fuerte que los débiles. Sin embargo, la fuerza del estímulo se codifica en la frecuencia de los potenciales de acción que genera.Mielinizadas Neuronas
Los axones de muchas neuronas están encerradas en una vaina grasa llamada la vaina de mielina . Es la membrana plasmática ampliado en gran medida de una célula accesorio llamado la célula de Schwann.Cuando la vaina de una célula de Schwann se encuentra con el siguiente, el axón es sin protección. Los canales de sodio dependientes de voltaje de neuronas mielinizadas se limitan a estos puntos (llamadosnodos de Ranvier ).
La irrupción de iones de sodio en un nodo crea suficiente despolarización para alcanzar el umbral de la siguiente. De esta manera, el potencial de acción salta de un nodo al siguiente. Esto se traduce en mucho más rápido de propagación del impulso nervioso que es posible en las neuronas amielínicas.
Esclerosis múltiple
Este trastorno autoinmune como resultado la destrucción gradual de las vainas de mielina. A pesar de ello, la transmisión de los impulsos nerviosos se prolonga durante un período como la célula inserta canales de sodio dependientes de voltaje adicionales en porciones de la membrana anteriormente protegidos por la mielina.Hiperpolarización
A pesar de su nombre, algunos neurotransmisores inhiben la transmisión de los impulsos nerviosos. Lo hacen mediante la apertura- los canales de cloruro y / o
- los canales de potasio en la membrana plasmática.
- dejando iones cloruro con carga negativa (Cl - ) IN y
- iones de potasio cargados positivamente (K + ) OUT
Ejemplo: Gamma amino ácido butírico ( GABA ). Este neurotransmisor se encuentra en el cerebro e inhibe la transmisión nerviosa por ambos mecanismos:
- la unión a GABA A receptores abre los canales de cloruro en la neurona.
- la unión a GABA B receptores abre los canales de potasio.
| Más |
La integración de las señales
Una sola neurona, especialmente uno en el sistema nervioso central (ver foto en color en la parte superior ), puede tener miles de otras neuronassinapsis en él. Algunos de estos activación de liberación (despolarización) neurotransmisores; otros liberan (hiperpolarización) neurotransmisores inhibitorios.
La célula receptora es capaz de integrar estas señales. El diagrama muestra cómo funciona esto en una neurona motora.
- El EPSP creado por una sola sinapsis excitatoria es insuficiente para alcanzar el umbral de la neurona.
- EPSPs creados en rápida sucesión, sin embargo, se suman (" sumatoria "). Si llegan umbral, se genera un potencial de acción.
- Los EPSPs creadas por separado las sinapsis excitadoras ( A + B ) también se pueden sumar para alcanzar el umbral.
- La activación de las sinapsis inhibitorias ( C ) hace que el potencial de reposo de la neurona más negativa. El resultado IPSP también puede prevenir lo que de otra manera hubiera sido EPSPs eficaces activen un potencial de acción.
Se podría esperar que la despolarización en un punto de la membrana plasmática que generaría un potencial de acción, independientemente de las señales inhibitorias en otros lugares. Sin embargo, esto se evita en muchas neuronas por el axón y el segmento inicial del axón (el AIS ). Esta es la región donde el axón emerge desde el cuerpo celular y es amielínicas. La porción de la membrana plasmática en esta región tiene
- pocos o ningún sinapsis de su propio y
- un umbral más bajo que en otras partes de la célula.
El potencial de acción por lo general se genera en el segmento inicial del axón. Tener sinapsis excitatorias ni tampoco inhibitorios de su propio, es capaz de evaluar el panorama total de EPSPs y IPSPs creadas en el cuerpo dendritas y células.
Sólo si, durante un breve intervalo, la suma de las señales de despolarizantes menos la suma de las señales de hiperpolarización supera el umbral del segmento inicial del axón se generará un potencial de acción.
Este método para la neurona para evaluar una mezcla de señales positivas y negativas se produce rápidamente.Resulta, sin embargo, que las neuronas también tienen una forma a largo plazo para integrar una mezcla de señales positivas y negativas que convergen en ellos. Esta respuesta a largo plazo implica cambios en la actividad de los genes que producen cambios en el número y la actividad de muchas sinapsis de las células.
Células excitables y Potencial de Acción
Células excitables: aquellas capaces de producir un potencial de acción
•Al recibir un estímulo, las células excitables “disparan” un potencial de acción
• Tipos de estímulo: eléctrico, químico, mecánico, fotónico (luz)
•Potencial de acción: cambio rápido en el potencial de membrana en respuesta a un estímulo, seguido de un retorno al potencial de reposo
• El perfil del potencial de acción difiere en función del tipo de canales voltaje-dependientes de cada célula excitable
Si el estímulo es de suficiente intensidad puede sobrepasar un umbral de despolarización que dispara el potencial de acción
ETAPAS DEL POTENCIAL DE ACCIÓN:
a.El estímulo induce la apertura de canales Na+. Su difusión al citoplasma despolariza la membrana celular.
b.Al alcanzarse el potencial umbral se abren más canales Na+. El aumento en la entrada de Na+ despolariza aún más la membrana.
c.Cuando el potencial alcanza su máximo (valores positivos) se cierran los canales Na+.
d.La apertura de los canales K+ permite la salida del catión y la repolarización de la membrana
e.Tras un breve periodo de hiperpolarización, la bomba Na+/K+ restablece el potencial de reposo.
Características del Potencial de Acción:
1.El potencial de acción o se produce o no (ley de todo o nada).
2.Una vez generado se automantiene y propaga por retroalimentación positiva: la apertura de canales de Na+ provoca la apertura de otros.
3.El tiempo que los canales dependientes de voltaje permanecen abiertos es independiente de la intensidad del estímulo.
4.Un estímulo supraumbral no aumenta la despolarización celular (la amplitud del pico).
TIPOS DE POTENCIAL DE ACCIÓN:
Potenciales en espiga: son típicos del sistema nervioso. Su duración es aproximadamente de 0.4mseg y lo denominamos impulso nervioso.
Potenciales en meseta: la membrana no se repolariza inmediatamente tras la despolarización. Es típico de las células cardíacas, donde la meseta llega a durar entre 3 y 4 décimas de segundo, produciendo la contracción del corazón durante todo este periodo.
Potenciales rítmicos: descargas repetitivas de potencial de acción sin necesidad de estímulo que generan el latido cardíaco, los movimientos peristálticos o el ritmo respiratorio.
El potencial de membrana es muy importante en la transmisión del impulso nervioso. Se trata de la diferencia de carga eléctrica que encontramos entre el interior y el exterior de la célula.
La mayoría de las células mantienen una diferencia de potencial eléctrico a través de su membrana plasmática y, en estado de reposo, el interior es negativo con relación al exterior.
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En las células excitables, como las neuronas y las fibras musculares, la diferencia de potencial eléctrico es de –70 a –90 mV.
En las células no excitables es de –10 a –30 mV. El término potencial de membrana (Vm) se refiere al potencial en cualquier momento.
En las células excitables la mayoría de las señales implican cambios en el potencial de membrana:
- hiperpolarización: aumenta el potencial de membrana.
- despolarización: disminuye el potencial de membrana.
En las células excitables ese potencial de reposo negativo muestra intensos cambios transitorios durante la actividad: potencial de acción. Estos potenciales se originan como consecuencia de la desigual distribución de iones a través de la membrana junto con las características de permeabilidad para cada uno de los iones.
La hiperpolarización disminuye la habilidad de las células para generar potenciales de acción (es una señal inhibidora), mientras que la despolarización aumenta la posibilidad de generación de un potencial de acción (señal excitadora).
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Potencial de reposo: VR
El potencial de membrana en reposo se determina por el flujo de iones a través de los canales iónicos pasivos (canales que están siempre abiertos, no dependen de la unión de un ligando o de cambios de voltaje).
Las concentraciones de los iones dentro y fuera de la célula se mantienen gracias al equilibrio entre dos fuerzas:
- una química: el gradiente de concentración.
- una eléctrica: la diferencia de potencial eléctrico.
De tal manera que existe un potencial que engloba a ambas fuerzas denominado potencial electroquímico.
Existe una ecuación que permite calcular el potencial de equilibrio para cualquier ión, que es la Ecuación de Nernst:
o
R: constante de los gases= 1,98 cal/mol.
T: temperatura Kelvin.
Z: valencia.
F: constante de Faraday: 23,061 cal/volt.
e: concentración en el exterior.
i: concentración en el interior.
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Potencial de acción
También llamado impulso eléctrico, es una onda de descarga eléctrica que viaja a lo largo de la membrana celular. Los potenciales de acción se utilizan en el cuerpo para llevar información entre unos tejidos y otros, lo que hace que sean una característica microscópica esencial para la vida de los animales. Pueden generarse por diversos tipos de células corporales, pero las más activas en su uso son las células del sistema nervioso para enviar mensajes entre células nerviosas o desde células nerviosas a otros tejidos corporales, como el músculo o las glándulas.
Se produce una despolarización transitoria de la membrana, de manera que el interior de la célula se hace + con respecto al exterior, que es -.
Hay dos procesos que repolarizan la membrana:
- apertura de canales de K+ voltaje- dependientes. Se abren con la despolarización, pero con un cierto retraso.
- Inactivación de los canales de Na+.
Existe un tiempo entre dos potenciales de acción en el que la célula es inexcitable: período refractario. Que puede ser absoluto (excitación imposible) o relativo (posible, pero se necesita una mayor despolarización, ya que la célula se encuentra ligeramente hiperpolarizada).
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Propagación del potencial de acción
La corriente se propaga desde la región ocupada por el potencial de acción a la membrana adyacente, en donde se produce un nuevo potencial de acción. El flujo de corriente en el interior y exterior de la célula causa una despolarización de los puntos próximos de la membrana y, cuando se alcanza el umbral, aparece un nuevo potencial de acción. En los axones no mielinizados y en las fibras musculares este mecanismo hace que el potencial de acción se propague en todas direcciones a lo largo de la membrana plasmática desde el punto de origen. La velocidad de propagación, denominada velocidad de conducción, está determinada, entre otras variables, por la resistencia del citoplasma (resistencia axial: ra). En las neuronas, los axones gruesos tienen un área de sección más grande y, por lo tanto, menos ra, por lo que la velocidad de conducción es mayor. Los axones gruesos de los mamíferos están cubiertos con mielina, que es una envoltura constituída por la membrana celular de células gliales, interrumpida cada pocos milímetros por regiones que carecen de ella: nodos de Ranvier. La mielina actúa como aislante, de manera que aumenta mucho la resistencia de la membrana celular (y disminuye su capacitancia), impidiendo la difusión de corriente: favorece la transmisión de la despolarización pasiva que viaja por el axón. El potencial de acción sólo se produce en estos nodos, en donde hay una alta densidad de canales de Na+ voltaje-dependientes, y se propaga de un nodo a otro de manera pasiva. A este tipo de conducción se le denomina conducción saltatoria.
En definitiva lo que se consigue es reforzar la amplitud del potencial de acción periódicamente. El axón mielinizado tiene dos ventajas respecto al que no lo está:
- aumenta mucho la velocidad de conducción (el proceso saltatorio se realiza a velocidades muy altas, mientras que el mecanismo del potencial de acción es relativamente lento).
- el impulso nervioso es menos costoso en términos de transferencia de iones. El intercambio iónico se realiza solamente en los nodos de Ranvier.
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Algunos conceptos:
Periodo de Latencia: tiempo transcurrido entre el momento de aplicar el estímulo y la respuesta de la célula a dicho estímulo.
Despolarización: es cambio del potencial de membrana inducido por un mensajero químico o un estímulo eléctrico.
Umbral: cantidad de estímulo necesario para provocar la actividad de una C.E
Repolarización: El potencial regresa con rapidez hacia el nivel de reposo.
Periodo Refractario: Periodo de tiempo mientras la membrana regresa a su estado de reposo, en el cual no se presenta respuesta a ningún estímulo.
Repolarización: El potencial regresa con rapidez hacia el nivel de reposo.
Hiperpolarización positiva: El potencial de membrana regresa a su valor de reposo. Condiciones iniciales.
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