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BASES BIOFÍSICAS DE
LA EXCITABILIDAD
Depto. Biofísica
Facultad de Medicina
ESFUNO
Escuelas
UTI: Biología Celular y Tisular
Importancia del estudio de la membrana celular
Funciones de la membrana:
-Barrera al paso de iones y solutos polares (azúcares, aminoácidos,
proteínas, fosfatos)
-Compartimentación: Medio interno: solución salina baña una trama de
proteínas estructurales aniónicas
Medio externo: solución acuosa con iones
Concentración de los principales iones
Na+
K+
Cl-
[ ]ext
(mmol/l)
120
2.5
110
[ ]int
(mmol/l)
15
140
3
Potencial de
equilibrio
(mV)
+50
-100
-90
Fibra muscular esquelética de rana
Esquema con la representación de las
principales especies iónicas
Por convención se asume que el potencial fuera de la
célula vale cero. Por lo tanto podemos definir la diferencia:
Vint-Vext
como Potencial de membrana o Potencial
de membrana en reposo (Em o Vm)
Potencial de membrana
Todas las células presentan un potencial de membrana. Su valor depende del
tipo celular y se encuentra entre los -40 y los -90 mV. Este valor se mantiene
constante.
Potencial de acción
Pero existen algunos tipos celulares (neuronas y músculo) que pueden
modificar su valor de potencial de membrana de forma rápida y transitoria
en respuesta a un estímulo (químico, eléctrico, mecánico), de intensidad
adecuada, y que dicho cambio se transmita en forma de una onda de
amplitud constante, a lo largo de la fibra muscular o nerviosa. Es por esto
que a estos tipos de células se las denomina excitables.
Objetivos: Estudio de los fenómenos
electrotónicos (pasivos) y fenómenos activos
Para estudiarlos primero construiremos un circuito equivalente y definiremos
los sentidos de la corriente.
rm
Circuito equivalente de una fibra
ri: resistencia del medio intracelular
re: resistencia del medio extracelular
I entrante, hiperpolariza la membrana
I : movimiento de cargas positivas
I saliente, despolariza la membrana
Fenómenos electrotónicos
Fenómenos que se refieren a la propagación pasiva producida
por la inyección de corriente a través de la membrana.
fuente externa por la que circula corriente eléctrica, de
intensidad inferior al umbral, ésta va a circular una parte por
el exterior y el resto por el citoplasma atravesando la
membrana.
Respuestas caracterizadas por:
τ
Cuantifica la lentitud con que una membrana responde
ante un estímulo dado
λ
Cuantifica la distancia a la que se propaga una alteración en el
voltaje, frente a un estímulo dado. Está relacionada con la velocidad
de conducción
Papel de los iones en el Em y sus posibles cambios
Ecuación de
G-H-K
Ley de Nerst
Ley de Ohm
I = ∆V
R
Potencial de acción
B
B
C
A
C
Mecanismos de generación del PA (axón gigante de calamar)
Mecanismo molecular del potencial de acción
Propiedades de un potencial de acción
-Umbral de excitación: intensidad del estímulo para provocar un PA
-Ley de todo o nada: estímulo umbral o supraumbral genera potencial de
acción de igual amplitud, independientemente de la
intensidad del estímulo
-Conducción sin decremento: propagación de PA con amplitud constante.
La velocidad de propagación depende del
tamaño de la fibra, presencia o ausencia de
mielina
-Período refractario: Absoluto: es el tiempo, inmediatamente después de
producirse un PA durante el cual la célula
no responde a otros estímulos
Implicancia del
Relativo: período durante el cual la intensidad de los
canal de sodio
estímulos aplicados, ha de ser mayor de lo
normal para provocar un PA en las células
Preguntas
1- Dibuje un circuito equivalente de un elemento de
membrana y explique su utilidad en el estudio del potencial
de membrana. ¿Qué entiende por potencial de reposo?
2- Defina las constantes de tiempo y espacio, discuta de
qué dependen las mismas y cómo hallarlas.
3- Discuta como puede variar el potencial de membrana de
una célula cuando cambian: a) la concentración de los
principales iones permeantes en el medio extracelular; b) la
temperatura; c) la permeabilidad a los principales iones.
4- Sobre un circuito equivalente que incluya las principales
conductancias iónicas explique la generación de un
potencial de acción.