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POTENCIAL DE
MEMBRANA Y
POTENCIALES DE
ACCIÓN
Jaime A. Gutiérrez Quintero
M.D M.Sc
INTRODUCCIÓN
 Hay potenciales eléctricos a través de las
 membranas de prácticamente todas las
 células del cuerpo.

 Lascélulas nerviosas y musculares, son
 capaces      de     generar     impulsos
 electroquímicos            rápidamente
 cambiantes en sus membranas.
POTENCIAL DE DIFUSIÓN
FACTORES QUE AFECTAN LA
TASA NETA DE DIFUSION
PERMEABILIDAD DE MEMBRANA
 Espesor
 Liposolubilidad
 #De canales
 Temperatura
 Peso molecular


COEFICIENTE DE DIFUSION
 D=P*A( P: Permeabilidad, A: Área total de la
  membrana)
POTENCIALES ORIGINADOS
POR DIFUSIÓN
SALIDA DE K+

Crea     electropositividad   externa   y
electronegatividad interna

Hasta q se crea potencial q bloquea la
salida de K+ a pesar del gradiente.
-94mv
POTENCIALES ORIGINADOS
POR DIFUSIÓN
ENTRADA DE Na+

Crea    electronegatividad   externa   y
electropositividad interna

Hasta q se crea potencial q bloquea la
entrada de Na+ a pesar del gradiente.
+61mv
Calculo del potencial de
difusión
Potencial de membrana y potenciales de accion semana i
CÉLULAS EXCITABLES.
  TEJIDOS EXCITABLES.
1. Acumulan energía eléctrica
                 •   Potencial de Membrana (PM) mV.

2. Liberan Energía Eléctrica.
                 • Potencial de Acción (PA) mV
                 • Potenciales subumbrales mV

3. Conducen señales eléctricas

4. Se comunican entre sí
              •Sinápsis eléctrica
              •Sinápsis química

5. Integran señales y elaboran respuestas adecuadas
POTENCIAL DE MEMBRANA
•    Las células tienen una diferencia de potencial en
    sus membrana plasmáticas  potencial de
    membrana en reposo (PMR).

•    El citoplasma es eléctricamente negativo frente al
    fluído extracelular.

•   El PMR es necesario para la excitabilidad de
    neuronas, músculo esquelético, músculo liso y el
    corazón. También es importante en la función de
    otras células no excitables como epiteliales (
    órganos de los sentidos) o linfáticas.
POTENCIAL DE MEMBRANA EN
REPOSO DE LOS NERVIOS
             El potencial en el
             interior de la fibra
             nerviosa es 90 mV
             más negativo que el
             potencial del líquido
             extracelular que está
             en el exterior de la
             misma.
PMR
Diferencia del potencial (voltaje) entre el
lado interno y externo de la membrana
plasmática.


Procesos contribuyen a generar el PMR:

Difusión iónica ( crítico)
El efecto de la bomba Na+,K+-ATPasa
CONCENTRACIONES IONICAS
                     MMOL/L (MM)
  Intracelular               Extracelular   Dada una diferencia de
                                            concentración    y   una
  Na+ = 10                   Na+ = 145      membrana
  K+ = 155                    K+ = 4        semipermeable,        se
Ca++ = 0.0001                Ca++ = 2       genera una diferencia de
                                            potencial

   Cl - = 4                  Cl - = 100     El POTENCIAL DE
 Prot - = 60                Prot - = 15
 HCO3- = 8                  HCO3- = 27      EQUILIBRIO se opone o
                                            equilibra la tendencia de
                                            un ión a difundir según la
                 membrana                   diferencia de
                                            concentración.
           fosfolípido de membrana
POTENCIAL ELECTROQUIMICO DE LOS
                IONES
                                  Si no hay una diferencia de
                                  potencial entre ambos lados de la
                                  membrana, X+ tenderá a ir de A a
                                  B lo mismo que si se tratara de una
                                  partícula no cargada.

                                  Se    alcanza       el equilibrio
                                  electroquímico cuando la carga +
                                  del compartimento B aumenta de
                                  tal modo que repele más iones
Este equilibrio se debe a que:                 positivos.
         - el gradiente de concentración provoca un movimiento del ión X+
desde el compartimento más concentrado hacia el menos

         - el gradiente eléctrico de tendencia opuesta que tiende a detener la
entrada de más iones X+
ECUACIÓN DE NERNST
      Potencial de membrana que iguala el gradiente de
       difusión y previene el movimiento neto de un ión

                                      E= diferencia de potencial en el equilibrio
       E =    RT Ln (Ci)              R= constate de los gases
              zF     (Ce)             T= tª absoluta
                                      Z = carga del ión
                                      F= constante de Faraday
que simplificada para una temperatura fisiológica
y en logarítmos decimales se convierte en:


        E =    58 Log (Ci)
               z       (Ce)

 En el potencial de equilibrio, el
 flujo neto de iones a través de la
 membrana es cero.
Potencial de membrana
                 ¿Porqué es negativo?
Los iones que son transportados activamente no están en
equilibrio electroquímico a ambos lados de la membrana:
    Proteinas y fosfatos tienen carga negativa a un pH normal.

    Estos aniones atraen cationes cargados positivamente que pueden
    difundir a través de los canales celulares.

    La membrana es más permeable al K+ que al Na+. 20 a 100 veces más
    permeable al K+ Gradientes de concentración para Na+ y K+.

   La bomba Na+/ K+ATPasa bombea 3 Na+ fuera por cada 2 K+ dentro. La
    bomba de Na+/K+ genera negatividad adicional (5 a 20%).


    Diferencia de carga a ambos lados de la membrana
Potencial de membrana y potenciales de accion semana i
Potenciales de membrana en
reposo en las fibras nerviosas
              Log 35 = 1.54
           1.54 Cuando el potencial
           a) veces -61 = -94
                 de membrana es
                 producido totalmente
                 por K+
                  -86              -4
            b)   Cuando el potencial
                                NakATPasa
                 de mebrana está
                 producido por la
                 difusion de K+ y Na+
            c)   Difusion de K+ y
                 Na+, mas bomba de
                 Na+K+ATPasa
                        -90
-90

POTENCIAL DE ACCION
NERVIOSO
   Son cambios rapidos del potencial de
    membrana que se extienden rapidamente a
    lo largo de la membrana de la fibra nerviosa.

   Comienza con un cambio súbito desde el
    potencial     de    membrana         negativo
    (reposo), hasta un potencial positivo y luego
    termina en un cambio rapido otra vez hacia
    potencial de membrana negativo.
-90




FASE DE REPOSO
 Es
   el potencial de membrana en reposo
 antes del comienzo del potencial de
 acción.

 Sedice que la membrana está
 polarizada

 -90
FASE DE DESPOLARIZACIÓN
   Cuando la membrana se hace súbitamente
    muy permeable a los iones de SODIO, lo que
    permite un paso muy grande de iones
    Na+, hacia el interior del axon.

   Aumenta el potencial (-90) y se neutraliza por
    la entrada de Na+

   Esto se denomina DESPOLARIZACIóN
FASE DE REPOLARIZACIÓN
 Loscanales de sodio empiezan a cerrarse
 y los canales de potasio se abren más de
 lo normal.

 De esta manera, la rapida difusión de los
 iones potasio hacia el exterior restablece
 el potencial de membrana en reposo
 negativo normal
http://www.mhhe.com/sem/Spanish_Anim
ations/sp_action_potential.swf

http://www.mhhe.com/sem/Spanish_Anim
ations/sp_voltage_gated_channels.swf

http://estaticos.elmundo.es/elmundosalud/
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Potencial de membrana y potenciales de accion semana i
Potencial de membrana y potenciales de accion semana i
Potencial de membrana y potenciales de accion semana i
N
a
+
    K
    +
Potencial de acción
   +50
 mV
           umbral
      0
Depolarización      Repolarización
-90 mV hacia 0 mV   (0 mV hacia -90 mV)
    -50
                         Hiperpolarización
                         (potencial se vuelve más negativo que PMR)

    -100
               0     1                2    msec
POTENCIAL DE ACCIÓN
                        1. Potencial de membrana en reposo
                        2. Estimulo   depolarizante         umbral:
                           apertura  canales    Na+         Voltaje-
                           Dependientes
                        3. Entrada      rápida        de      Na+:
                           depolarización
                        4. Cierre canales Na+, apertura Canales
                           K+
                        5. Salida de iones K+: hiperpolarización
                        6. Canales de K+ siguen abiertos, iones
                           K+     siguen     saliendo       (periodo
                           refractario absoluto y relativo)
                        7. Vuelta a potencial en reposo

POTENCIAL DE MEMBRANA
Potencial de membrana y potenciales de accion semana i
Propagación del potencial
Potencial de membrana y potenciales de accion semana i
Potencial de membrana y potenciales de accion semana i
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VARIACIONES DE LA EXCITABILIDAD ANTE CAMBIOS DE LOS
                  ELECTROLITOS DEL LEC
Trastorno       Valor    Valor del EU   Umbral de      Excitabilidad   Signos y Síntomas
                del ES                  Excitabilida   celular
                                        d (ES - EU )
Hipokalemia     ↑        =              ↑              ↓               Parálisis, Debilidad,
                                                                       Ileo paralítico.
Hiperkalemia    ↓        =              ↓              ↑               Reflejos
                                                                       aumentados,
                                                                       parestesias
Hipocalcemia    =        ↑              ↓              ↑               Chovstek,
                                                                       Trousseau, (tetania).
Hipercalcemia   =        ↓              ↑              ↓               Debilidad muscular,
                                                                       hiporreflexia.
Alcalemia       =        ↑              ↓              ↑               Hiperreflexia.

Academia        =        ↓              ↑              ↓               Debilidad muscular,
                                                                       hiporreflexia.
Hipomagnese     =        ↑              ↓              ↑               Chovstek,
mia                                                                    Trousseau, tetania.
Hipermagnese    =        ↓              ↑              ↓               Debilidad muscular,
mia                                                                    hiporreflexia
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Potencial de membrana y potenciales de accion semana i

  • 1. POTENCIAL DE MEMBRANA Y POTENCIALES DE ACCIÓN Jaime A. Gutiérrez Quintero M.D M.Sc
  • 2. INTRODUCCIÓN  Hay potenciales eléctricos a través de las membranas de prácticamente todas las células del cuerpo.  Lascélulas nerviosas y musculares, son capaces de generar impulsos electroquímicos rápidamente cambiantes en sus membranas.
  • 4. FACTORES QUE AFECTAN LA TASA NETA DE DIFUSION PERMEABILIDAD DE MEMBRANA  Espesor  Liposolubilidad  #De canales  Temperatura  Peso molecular COEFICIENTE DE DIFUSION  D=P*A( P: Permeabilidad, A: Área total de la membrana)
  • 5. POTENCIALES ORIGINADOS POR DIFUSIÓN SALIDA DE K+ Crea electropositividad externa y electronegatividad interna Hasta q se crea potencial q bloquea la salida de K+ a pesar del gradiente. -94mv
  • 6. POTENCIALES ORIGINADOS POR DIFUSIÓN ENTRADA DE Na+ Crea electronegatividad externa y electropositividad interna Hasta q se crea potencial q bloquea la entrada de Na+ a pesar del gradiente. +61mv
  • 7. Calculo del potencial de difusión
  • 9. CÉLULAS EXCITABLES. TEJIDOS EXCITABLES. 1. Acumulan energía eléctrica • Potencial de Membrana (PM) mV. 2. Liberan Energía Eléctrica. • Potencial de Acción (PA) mV • Potenciales subumbrales mV 3. Conducen señales eléctricas 4. Se comunican entre sí •Sinápsis eléctrica •Sinápsis química 5. Integran señales y elaboran respuestas adecuadas
  • 10. POTENCIAL DE MEMBRANA • Las células tienen una diferencia de potencial en sus membrana plasmáticas  potencial de membrana en reposo (PMR). • El citoplasma es eléctricamente negativo frente al fluído extracelular. • El PMR es necesario para la excitabilidad de neuronas, músculo esquelético, músculo liso y el corazón. También es importante en la función de otras células no excitables como epiteliales ( órganos de los sentidos) o linfáticas.
  • 11. POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO DE LOS NERVIOS El potencial en el interior de la fibra nerviosa es 90 mV más negativo que el potencial del líquido extracelular que está en el exterior de la misma.
  • 12. PMR Diferencia del potencial (voltaje) entre el lado interno y externo de la membrana plasmática. Procesos contribuyen a generar el PMR: Difusión iónica ( crítico) El efecto de la bomba Na+,K+-ATPasa
  • 13. CONCENTRACIONES IONICAS MMOL/L (MM) Intracelular Extracelular Dada una diferencia de concentración y una Na+ = 10 Na+ = 145 membrana K+ = 155 K+ = 4 semipermeable, se Ca++ = 0.0001 Ca++ = 2 genera una diferencia de potencial Cl - = 4 Cl - = 100 El POTENCIAL DE Prot - = 60 Prot - = 15 HCO3- = 8 HCO3- = 27 EQUILIBRIO se opone o equilibra la tendencia de un ión a difundir según la membrana diferencia de concentración. fosfolípido de membrana
  • 14. POTENCIAL ELECTROQUIMICO DE LOS IONES Si no hay una diferencia de potencial entre ambos lados de la membrana, X+ tenderá a ir de A a B lo mismo que si se tratara de una partícula no cargada. Se alcanza el equilibrio electroquímico cuando la carga + del compartimento B aumenta de tal modo que repele más iones Este equilibrio se debe a que: positivos. - el gradiente de concentración provoca un movimiento del ión X+ desde el compartimento más concentrado hacia el menos - el gradiente eléctrico de tendencia opuesta que tiende a detener la entrada de más iones X+
  • 15. ECUACIÓN DE NERNST  Potencial de membrana que iguala el gradiente de difusión y previene el movimiento neto de un ión E= diferencia de potencial en el equilibrio E = RT Ln (Ci) R= constate de los gases zF (Ce) T= tª absoluta Z = carga del ión F= constante de Faraday que simplificada para una temperatura fisiológica y en logarítmos decimales se convierte en: E = 58 Log (Ci) z (Ce) En el potencial de equilibrio, el flujo neto de iones a través de la membrana es cero.
  • 16. Potencial de membrana ¿Porqué es negativo? Los iones que son transportados activamente no están en equilibrio electroquímico a ambos lados de la membrana: Proteinas y fosfatos tienen carga negativa a un pH normal. Estos aniones atraen cationes cargados positivamente que pueden difundir a través de los canales celulares. La membrana es más permeable al K+ que al Na+. 20 a 100 veces más permeable al K+ Gradientes de concentración para Na+ y K+.  La bomba Na+/ K+ATPasa bombea 3 Na+ fuera por cada 2 K+ dentro. La bomba de Na+/K+ genera negatividad adicional (5 a 20%). Diferencia de carga a ambos lados de la membrana
  • 18. Potenciales de membrana en reposo en las fibras nerviosas Log 35 = 1.54 1.54 Cuando el potencial a) veces -61 = -94 de membrana es producido totalmente por K+ -86 -4 b) Cuando el potencial NakATPasa de mebrana está producido por la difusion de K+ y Na+ c) Difusion de K+ y Na+, mas bomba de Na+K+ATPasa -90
  • 19. -90 POTENCIAL DE ACCION NERVIOSO  Son cambios rapidos del potencial de membrana que se extienden rapidamente a lo largo de la membrana de la fibra nerviosa.  Comienza con un cambio súbito desde el potencial de membrana negativo (reposo), hasta un potencial positivo y luego termina en un cambio rapido otra vez hacia potencial de membrana negativo.
  • 20. -90 FASE DE REPOSO  Es el potencial de membrana en reposo antes del comienzo del potencial de acción.  Sedice que la membrana está polarizada  -90
  • 21. FASE DE DESPOLARIZACIÓN  Cuando la membrana se hace súbitamente muy permeable a los iones de SODIO, lo que permite un paso muy grande de iones Na+, hacia el interior del axon.  Aumenta el potencial (-90) y se neutraliza por la entrada de Na+  Esto se denomina DESPOLARIZACIóN
  • 22. FASE DE REPOLARIZACIÓN  Loscanales de sodio empiezan a cerrarse y los canales de potasio se abren más de lo normal.  De esta manera, la rapida difusión de los iones potasio hacia el exterior restablece el potencial de membrana en reposo negativo normal
  • 27. N a + K +
  • 28. Potencial de acción +50 mV umbral 0 Depolarización Repolarización -90 mV hacia 0 mV (0 mV hacia -90 mV) -50 Hiperpolarización (potencial se vuelve más negativo que PMR) -100 0 1 2 msec
  • 29. POTENCIAL DE ACCIÓN 1. Potencial de membrana en reposo 2. Estimulo depolarizante umbral: apertura canales Na+ Voltaje- Dependientes 3. Entrada rápida de Na+: depolarización 4. Cierre canales Na+, apertura Canales K+ 5. Salida de iones K+: hiperpolarización 6. Canales de K+ siguen abiertos, iones K+ siguen saliendo (periodo refractario absoluto y relativo) 7. Vuelta a potencial en reposo POTENCIAL DE MEMBRANA
  • 35. VARIACIONES DE LA EXCITABILIDAD ANTE CAMBIOS DE LOS ELECTROLITOS DEL LEC Trastorno Valor Valor del EU Umbral de Excitabilidad Signos y Síntomas del ES Excitabilida celular d (ES - EU ) Hipokalemia ↑ = ↑ ↓ Parálisis, Debilidad, Ileo paralítico. Hiperkalemia ↓ = ↓ ↑ Reflejos aumentados, parestesias Hipocalcemia = ↑ ↓ ↑ Chovstek, Trousseau, (tetania). Hipercalcemia = ↓ ↑ ↓ Debilidad muscular, hiporreflexia. Alcalemia = ↑ ↓ ↑ Hiperreflexia. Academia = ↓ ↑ ↓ Debilidad muscular, hiporreflexia. Hipomagnese = ↑ ↓ ↑ Chovstek, mia Trousseau, tetania. Hipermagnese = ↓ ↑ ↓ Debilidad muscular, mia hiporreflexia