CAP 2 Señales eléctricas de las neuronas PDF

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CAP. 2 SEÑALES ELÉCTRICAS DE LAS CÉLULAS NERVIOSAS 1. ASPECTOS GENERALES: Las células nerviosas producen señales eléctricas que transmiten información. Si bien las neuronas no son por sí solas buenas conductoras de la electricidad, desarrollaron mecanismos elaborados para generar señales basadas en el flujo de iones a través de sus membranas plasmáticas (así surgen todos los tipos de señales). En general, las neuronas originan un potencial negativo, los potenciales de acción se propagan a lo largo de los axones y constituyen la señal fundamental que transmite información de un lugar a otro en el sistema nervioso.

Las señales eléctricas producidas por este sistema de refuerzo se llaman Potenciales de acción. Los potenciales del receptor se deben a la activación de neuronas sensitivas por estímulos externos, como luz, sonido o calor. Otro tipo de señal eléctrica se asocia con la comunicación entre las neuronas en los contactos sinápticos. La activación de estas sinapsis genera potenciales sinápticos, que permiten intercambiar información en circuitos neurales complejos de los sistemas nervioso central y periférico. Si un segundo microelectrodo ingresa a neurona y se aplica una carga negativa (hiperpolarización), al no producir ningún cambio se denomina respuesta eléctrica pasiva, por el contrario si la membrana se despolariza y alcanza el potencial umbral (ley del todo o nada) se desarrolla un potencial de acción.

2. Señales eléctricas de las células nerviosas Para medir el potencial de membrana en reposo (PMR) se utiliza un microelectrodo intracelular, que al ser introducido marca un valor negativo lo que indica que las neuronas tienen un medio para producir potenciales de acción. El PMR depende de la neurona (-40 a -90 mV).

TRANSMISIÓN A LARGA DISTRANCIA DE LAS SEÑALES ELÉCTRICAS Hace referencia a que el potencial inducido va disminuyendo su amplitud al atravesar la membrana axónica sobre todo en axones largos, pero que los potenciales de acción sirven como sistemas de refuerzo que permiten mantener el impulso en todo el recorrido, a esto se le denomina conducción activa (cuando actúan los potenciales de acción para prevenir la pérdida).

¿De qué modo los movimientos iónicos producen señales eléctricas? Los 4 tipos de potenciales (de membrana, de acción, sinápticos y de receptor) son originados por la interacción de los canales iónicos y las proteínas transportadoras ya que estas funcionan básicamente una en contra de otra.

Por ejemplo, tómese el caso de una membrana que es permeable solo a iones potasio (K+). Si la concentración de K+ a cada lado de esta membrana es igual, entonces no se medirá potencial eléctrico alguno a través de ella (fig. 2-4A). No obstante, si la concentración de K+ no es igual a ambos lados, se generará un potencial eléctrico. Por ejemplo, si la concentración de K + a un lado de la membrana (compartimiento 1) es 1 O veces mayor que la concentración de K+ del otro lado (compartimiento 2), entonces el potencial eléctrico del compartimiento 1 será negativo con respecto al compartimiento 2 (fig. 2-4B).

El movimiento (o flujo) neto de K+ se detendrá cuando alcance el equilibrio electroquímico, donde hay un balance exacto entre dos fuerzas opuestas: 1) el gradiente de concentración que provoca el movimiento de K+ desde el compartimiento 1 hasta el 2, tomando consigo la carga positiva, y 2) un gradiente eléctrico opuesto que tiende a detener cada vez más el movimiento de K+ a través de la membrana. La cantidad de iones que deben fluir para generar este potencial eléctrico es muy pequeña (alrededor de −1 2 moles de K+ por cm2 de membrana o 101 2 iones de K+). 10 Esto último es doblemente importante. Primero, indica que las concentraciones de iones permeables a cada lado de la membrana siguen siendo esencialmente constantes, aun después de que el flujo de iones generó el potencial. Segundo, los pequeños flujos de iones necesarios para establecer el potencial de membrana no interrumpen la electroneutralidad química porque cada ion tiene otro contrario de carga opuesta (iones cloruro en el ejemplo de fig. 2-4) para mantener la neutralidad de las soluciones a cada lado de la membrana. La concentración de K+ sigue siendo igual a la de Clen las soluciones de los compartimientos 1 y 2, de modo que la separación de la carga que crea la diferencia de potencial está limitada a la cercanía inmediata de la membrana.

Fuerzas que crean los Potenciales de Membrana

1) Ecuación de NERNST para determinar E. Electroquímico: Donde: Z = valencia X2 =exterior y X1 = interior

Base iónica del potencial de membrana de reposo.

Equilibrio electroquímico en un medio con más de un ion permeable:

La interacción de transportadores y canales iónicos crean los diferentes gradientes químicos transmembranales.

Si la membrana fuera permeable solo a K+, el potencial de membrana sería-58 mV; si la membrana fuera permeable solo a Na+, el potencial de membrana sería +58 mV. No obstante, ¿cuál sería el potencial si la membrana fuera permeable tanto a K+ como a Na+? En este caso el potencial dependería de la permeabilidad relativa de la membrana a K+ y Na+. Si es más permeable al K+, el potencial se aproxima a -58 mV y si es más permeable al Na+, el potencial es más cercano a +58 m V. En la ecuación de Goldman no se utiliza “z” porque las cargas de ambos lados de la membrana se anularían entre sí.

En la siguiente imagen se muestra un experimento para ver cómo cambia el potencial de reposo frente al aumento de concentración extracelular de K++, ya que la neurona en reposo SOLO es permeable al K.

Como se observa si la concentración extracelular de K aumenta, el potencial se hace menos negativo. Lo que destaca la influencia directa de la permeabilidad de K sobre el potencial de membrana en reposo.

Base iónica de los potenciales de acción La hipótesis de Hodgkin y Katz dice que el potencial de acción surge porque la membrana neuronal se vuelve transitoriamente permeable al Na+. Además analizaron el papel del Na+ en la generación del potencial de acción, al preguntarse qué le sucede al potencial de acción cuando se elimina Na+ del medio externo .

Se observa que si la concentración de sodio extracelular desciende también lo hace la amplitud y el ritmo de elevación del potencial de acción. Se demostró que la membrana neuronal se hace muy permeable al Na+ en la fase de ascenso y exceso del potencial de acción (overshoot)....