7. GENERACION POTENCIALES BIOELECTRICOS.pdf

Ing. Jorge E. Quintero Muñoz – jorgequintero@bioingenieros.com
6. GENERACION DE LOS POTENCIALES BIOELECTRICOS
6. GENERACION DE LOS POTENCIALES BIOELECTRICOS
•Se producen debido a la
actividad electroquímica
de las células conocidas
como excitables
pertenecientes al tejido
nervioso, muscular y
glandular.
•Se producen debido a la
actividad electroquímica
de las células conocidas
como excitables
pertenecientes al tejido
nervioso, muscular y
glandular.
•Célula en reposo: sin
excitación, es decir no
está estimulada por
ningún tipo de energía.
Existe una d.d.p entre
el interior y el exterior
= Potencial de Reposo.
•Célula en reposo: sin
excitación, es decir no
está estimulada por
ningún tipo de energía.
Existe una d.d.p entre
el interior y el exterior
= Potencial de Reposo.
•Célula excitada: estimulada por
energía química, lumínica, eléctrica,
magnética, mecánica, calórica, etc.
Se genera una variación dinámica en
el t de la d.d.p intercelular =
Potencial de Acción.
•Célula excitada: estimulada por
energía química, lumínica, eléctrica,
magnética, mecánica, calórica, etc.
Se genera una variación dinámica en
el t de la d.d.p intercelular =
Potencial de Acción.
1
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6.1 POTENCIAL DE REPOSO
6.1 POTENCIAL DE REPOSO -
- MEMBRANA SEMIPERMEABLE
MEMBRANA SEMIPERMEABLE
Toda célula, animal o vegetal,
se caracteriza por tener una
membrana semipermeable y
selectiva que demarca el límite
de separación entre su
estructura interna y el medio que
la rodea (siempre líquido).
Toda célula, animal o vegetal,
se caracteriza por tener una
membrana semipermeable y
selectiva que demarca el límite
de separación entre su
estructura interna y el medio que
la rodea (siempre líquido).
Tanto el interior de la célula,
como el medio ambiente que
la rodea, son soluciones
electrolíticas y el sistema se
caracteriza por el hecho de
que en el interior de la célula
se acumula potasio, mientras
en el medio externo, el ion
prevaleciente es el sodio.
Tanto el interior de la célula,
como el medio ambiente que
la rodea, son soluciones
electrolíticas y el sistema se
caracteriza por el hecho de
que en el interior de la célula
se acumula potasio, mientras
en el medio externo, el ion
prevaleciente es el sodio.
ION CONCENTRACION CONCENTRACION
INTERNA (m m ol/L) EXTERNA (m m ol/L)
Na+ 12 145
K+ 155 4
Cl- 4 120
A- 155
A :A niones orgánicos diversos
ION CONCENTRACION CONCENTRACION
INTERNA (m m ol/L) EXTERNA (m m ol/L)
Na+ 12 145
K+ 155 4
Cl- 4 120
A- 155
A :A niones orgánicos diversos
2
2

- ASIMETRIA IONICA
ASIMETRIA IONICA
• Si estas concentraciones se
igualaran, representaría la muerte
de la célula. (A)
• Ahora bien, esta asimetría iónica
da origen a un potencial
bioeléctrico, el denominado
“Potencial de Membrana” o de
reposo.
• En general, cuando dos
soluciones electrolíticas se
encuentran separadas por una
barrera semipermeable
(membrana, película, restricción,
etc.), se establece un potencial
electroquímico. (B)
• Si estas concentraciones se
igualaran, representaría la muerte
de la célula. (A)
• Ahora bien, esta asimetría iónica
da origen a un potencial
bioeléctrico, el denominado
“Potencial de Membrana” o de
reposo.
• En general, cuando dos
soluciones electrolíticas se
encuentran separadas por una
barrera semipermeable
(membrana, película, restricción,
etc.), se establece un potencial
electroquímico. (B)
Ing. Jorge E. Quintero Muñoz – jorgequintero@bioingenieros.com 3
3

- PARAMETROS DE PERMEABILIDAD
PARAMETROS DE PERMEABILIDAD
• La membrana celular es
semipermeable: permite el
flujo de algunos iones
mientras impide el paso de
otros. Es selectiva.
• La membrana celular es
semipermeable: permite el
flujo de algunos iones
mientras impide el paso de
otros. Es selectiva.
• Velocidades de los iones
permeables:
•Na+: 2 E- 8 cm/s (- permeable)
•K+ : 2 E - 6 cm/s
•Cl- : 4 E - 6 cm/s (+permeable)
•Resto sustancias: 0 cm/s
• Velocidades de los iones
permeables:
•Na+: 2 E- 8 cm/s (- permeable)
•K+ : 2 E - 6 cm/s
•Cl- : 4 E - 6 cm/s (+permeable)
•Resto sustancias: 0 cm/s
• En el estudio del potencial
eléctrico de una célula solo se
toman en cuenta los iones
con mayor permeabilidad:
Na+, K+, Cl-.
• En el estudio del potencial
eléctrico de una célula solo se
toman en cuenta los iones
con mayor permeabilidad:
Na+, K+, Cl-.
4
4

- FACTORES QUE INTERVIENEN
FACTORES QUE INTERVIENEN
•Factores que intervienen en la
generación del potencial de
reposo:
•Los gradientes de difusión
•El CE opuesto a la difusión
•La membrana semipermeable.
•Factores que intervienen en la
generación del potencial de
reposo:
•Los gradientes de difusión
•El CE opuesto a la difusión
•La membrana semipermeable.
• Como {K+}i > {K+}o se presenta
un gradiente de difusión, es decir
una fuerza que tiende a que la
{K+}i = {K+}o y por lo tanto hace
que K+ salgan al exterior.
• Como {K+}i > {K+}o se presenta
un gradiente de difusión, es decir
una fuerza que tiende a que la
{K+}i = {K+}o y por lo tanto hace
que K+ salgan al exterior.
•El mismo fenómeno hará que
iones Cl- ingresen a la célula
mientras que los de Na+ por
su baja permeabilidad en
reposo prácticamente no se
mueven.
•El mismo fenómeno hará que
iones Cl- ingresen a la célula
mientras que los de Na+ por
su baja permeabilidad en
reposo prácticamente no se
mueven.
• En vista de lo anterior, el
interior de la célula es mas
negativo que el exterior,
estableciéndose un CE dirigido
hacia el interior que tiende a
inhibir el flujo de K+ y Cl-. Las
fuerzas de difusión y eléctricas
se oponen entre si llegandose a
un estado de equilibrio.
• En vista de lo anterior, el
interior de la célula es mas
negativo que el exterior,
estableciéndose un CE dirigido
hacia el interior que tiende a
inhibir el flujo de K+ y Cl-. Las
fuerzas de difusión y eléctricas
se oponen entre si llegandose a
un estado de equilibrio.
•El rango del potencial de
reposo para varios tipos de
células va desde -60mV a 100
mV. Una célula en estado de
reposo se dice que está
POLARIZADA.
•El rango del potencial de
reposo para varios tipos de
células va desde -60mV a 100
mV. Una célula en estado de
reposo se dice que está
POLARIZADA.
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5

- GRADIENTE DIFUSIONS
GRADIENTE DIFUSIONS Vs
Vs CAMPO E
CAMPO E
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- PARTICIPACION POR ION
PARTICIPACION POR ION
•Ecuación de NERNST del
potencial de reposo:
•Ecuación de NERNST del
potencial de reposo:
•Vk = equilibrium voltage for the kth ion across the membrane
•R = gas constant [8.314 J/(mol·K)]
•T = absolute temperature [K]
• zk = valence of the kth ion
•F = Faraday's constant [9.649 E04 C/mol]
•ci,k = intracellular concentration of the kth ion
•co,k = extracellular concentration of the kth ion
•Vk = equilibrium voltage for the kth ion across the membrane
•R = gas constant [8.314 J/(mol·K)]
•T = absolute temperature [K]
• zk = valence of the kth ion
•F = Faraday's constant [9.649 E04 C/mol]
•ci,k = intracellular concentration of the kth ion
•co,k = extracellular concentration of the kth ion
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- PARTICIPACION TOTAL IONICA
PARTICIPACION TOTAL IONICA
•El equilibrio de Donnan:
•El equilibrio de Donnan:
•Ecuación de Goldman-Hodgkin-Katz del potencial de reposo:
•Ecuación de Goldman-Hodgkin-Katz del potencial de reposo:
Pk, Pna, Pcl: Permeabilidades
Pk, Pna, Pcl: Permeabilidades
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- EJERCICIO
EJERCICIO
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6.9 POTENCIAL DE ACCION
6.9 POTENCIAL DE ACCION -
- MANERA DE GENERARLO
MANERA DE GENERARLO
• La membrana celular se
puede excitar por:
• Corrientes iónicas que la
atraviesen.
•Algún tipo de energía
aplicada externamente.
• La membrana celular se
puede excitar por:
• Corrientes iónicas que la
atraviesen.
•Algún tipo de energía
aplicada externamente.
•Efecto en la membrana:
cambia su permeabilidad,
empezando a ser más
permeable al Na+
•El potencial de membrana
empieza a variar, dejando
de ser estático (potencial
de reposo), convirtiéndose
en dinámico, generándose
el potencial de acción.
•Efecto en la membrana:
cambia su permeabilidad,
empezando a ser más
permeable al Na+
•El potencial de membrana
empieza a variar, dejando
de ser estático (potencial
de reposo), convirtiéndose
en dinámico, generándose
el potencial de acción.
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10

- INTENSIDAD
INTENSIDAD Vs
Vs TIEMPO DEL ESTIMULO
TIEMPO DEL ESTIMULO
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- COMPORTAMIENTO EN EL TIEMPO
COMPORTAMIENTO EN EL TIEMPO
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- DESPOLARIZACION
DESPOLARIZACION
• Proceso en la generación
del potencial de acción:
•1. Se aplica un estímulo a
la membrana celular.
• Proceso en la generación
del potencial de acción:
•1. Se aplica un estímulo a
la membrana celular.
2. La membrana se hace
muy permeable al Na+,
presentandose una
avalancha desde el exterior
al interior, intentando
alcanzar el equilibrio de { }.
2. La membrana se hace
muy permeable al Na+,
presentandose una
avalancha desde el exterior
al interior, intentando
alcanzar el equilibrio de { }.
3. Al mismo tiempo los
iones de K+ salen de la
célula, a menor velocidad.
El interior llega a ser más
ligeramente mas positivo
en el interior (+20mV).
3. Al mismo tiempo los
iones de K+ salen de la
célula, a menor velocidad.
El interior llega a ser más
ligeramente mas positivo
en el interior (+20mV).
Este proceso desde -80mV en
reposo hasta +20 mV se llama
DESPOLARIZACION.
Este proceso desde -80mV en
reposo hasta +20 mV se llama
DESPOLARIZACION.
13
13

- REPOLARIZACION
REPOLARIZACION
Este proceso desde +20mV
hasta -80 mV se llama
REPOLARIZACION.
Este proceso desde +20mV
hasta -80 mV se llama
REPOLARIZACION.
•Proceso en la generación del
potencial de acción:
•4. La avalancaha de Na+
termina cuando las
concentraciones han
alcanzado el equilibrio.
•Proceso en la generación del
potencial de acción:
•4. La avalancaha de Na+
termina cuando las
concentraciones han
alcanzado el equilibrio.
5. La membrana vuelve
a ser impermeable al
Na+ bloqueando el flujo
de este.
5. La membrana vuelve
a ser impermeable al
Na+ bloqueando el flujo
de este.
•6. Mediante un proceso
activo denominado la
BOMBA Na-K, los iones Na+
son expulsados rápidamente
al exterior y los K+
introducidos hasta que la
membrana vuelve a su
estado de reposo. (-80mV).
•6. Mediante un proceso
activo denominado la
BOMBA Na-K, los iones Na+
son expulsados rápidamente
al exterior y los K+
introducidos hasta que la
membrana vuelve a su
estado de reposo. (-80mV).
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14

- CANALES IONICOS
CANALES IONICOS -
- BOMBA
BOMBA Na+K
Na+K
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- CARACTERISTICAS
CARACTERISTICAS
•En las células nerviosas y musculares el tiempo de
repolarización (Trep) es muy pequeño y el tiempo del
potencial de acción (Tpa) es aproximadamente de 1 ms.
•En las células nerviosas y musculares el tiempo de
repolarización (Trep) es muy pequeño y el tiempo del
potencial de acción (Tpa) es aproximadamente de 1 ms.
• En el músculo cardiaco
el Trep está entre 150 y
300 ms.
• En el músculo cardiaco
el Trep está entre 150 y
300 ms.
•El potencial de acción
posee una amplitud y
duración fijos,
independientes de la
intensidad y duración del
estímulo ( siempre que
este supere el umbral de
excitación). LEY DEL
TODO O NADA.
•El potencial de acción
posee una amplitud y
duración fijos,
independientes de la
intensidad y duración del
estímulo ( siempre que
este supere el umbral de
excitación). LEY DEL
TODO O NADA.
Tpa
Tpa
Trep
Trep
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16

- CARACTERISTICAS
CARACTERISTICAS
•Tiempo refractario absoluto (Tra): Periodo de tiempo en el
que es imposible volver a estimular la célula por mas que se
aumente el valor de la intensidad del estímulo (1 ms en
células nerviosas)
•Tiempo refractario absoluto (Tra): Periodo de tiempo en el
que es imposible volver a estimular la célula por mas que se
aumente el valor de la intensidad del estímulo (1 ms en
células nerviosas)
•Tiempo refractario relativo (Trr): En este periodo se
puede producir otro potencial de acción, pero se
requiere aplicar un estímulo mayor que el inicial.
•Tiempo refractario relativo (Trr): En este periodo se
puede producir otro potencial de acción, pero se
requiere aplicar un estímulo mayor que el inicial.
Tra
Tra Trr
Trr
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- PROPAGACION
PROPAGACION
•La despolarización empieza en una parte determinada de la
membrana y las corrientes iónicas que circulan al generarse un
potencial de acción excitan áreas adyacentes de la célula,
propagandose la excitación (despolarización). Esta excitación
puede propagarse a otras células vecinas.
•La despolarización empieza en una parte determinada de la
membrana y las corrientes iónicas que circulan al generarse un
potencial de acción excitan áreas adyacentes de la célula,
propagandose la excitación (despolarización). Esta excitación
puede propagarse a otras células vecinas.
•La velocidad a la que
se mueve un
potencial de acción
se denomina
velocidad de
propagación. En los
nervios (20 a 140 m/s)
y en el músculo
cardiaco (0.2 a 0.4
m/s).
•La velocidad a la que
se mueve un
potencial de acción
se denomina
velocidad de
propagación. En los
nervios (20 a 140 m/s)
y en el músculo
cardiaco (0.2 a 0.4
m/s).
18
18

6.17 INTERCONEXION DE MOTONEURONAS CON FIBRAS
6.17 INTERCONEXION DE MOTONEURONAS CON FIBRAS
MUSCULARES (
MUSCULARES (English
English)
)
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6.18 .INTERCONEXION DE MOTONEURONAS CON FIBRAS
6.18 .INTERCONEXION DE MOTONEURONAS CON FIBRAS
MUSCULARES (
MUSCULARES (Spanish
Spanish)
)
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6.19 POTENCIALES BIOELECTRICOS
6.19 POTENCIALES BIOELECTRICOS -
- CONCLUSION
CONCLUSION
•Aunque la medida de un PA es posible, se trata de una medida
difícil pues requiere la colocación de un electrodo dentro de una
célula.
•Aunque la medida de un PA es posible, se trata de una medida
difícil pues requiere la colocación de un electrodo dentro de una
célula.
•En diagnóstico
clínico se miden y
registran los
efectos
combinados de un
número elevado de
PA empleando
electrodos
superficiales o de
aguja insertados
en un músculo,
nervio o alguna
parte del cerebro.
•En diagnóstico
clínico se miden y
registran los
efectos
combinados de un
número elevado de
PA empleando
electrodos
superficiales o de
aguja insertados
en un músculo,
nervio o alguna
parte del cerebro.
•La medida de un potencial bioeléctrico cualquiera es
el resultado de la sumatoria en el tiempo de los PA
externos de un elevado número de células: Cardiacas
(ECG), Musculares (EMG), Cerebrales (EEG), etc.
•La medida de un potencial bioeléctrico cualquiera es
el resultado de la sumatoria en el tiempo de los PA
externos de un elevado número de células: Cardiacas
(ECG), Musculares (EMG), Cerebrales (EEG), etc.
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