El documento describe los mecanismos subyacentes al potencial de membrana y al potencial de acción en las neuronas. Explica que el potencial de membrana en reposo se debe a la bomba Na-K y a los canales de fuga de K, lo que genera gradientes iónicos. Durante el potencial de acción, los canales de Na se abren bruscamente permitiendo la entrada de Na, mientras que los canales de K se abren más lentamente permitiendo la salida de K, retornando así el potencial de membrana a su estado de reposo.

1. LEONARDO MEDINA MD

2. POTENCIALES DE DIFUSION

3. Potencial de difusión
• Membrana de una fibra nerviosa
– Mayor concentración de K+ dentro
– Al salir el K+ genera
• Electronegatividad en el interior
• Electropositividad en el exterior
– Potencial de difusión
• Diferencia de potencial entre el interior y exterior suficiente
para bloquear la difusión adicional neta de potasio hacia el
exterior (94 mV negativos dentro de la fibra nerviosa)

4. Potencial de difusión
• Concentración elevada de Na+ fuera de la
membrana
• La difusión hacia dentro de la membrana
– Electronegatividad en el exterior
– Electropositividad en el interior
– Potencial de difusión – 61 mV positivos dentro de
la fibra nerviosa bloquean la difusión de Na+ hacia
el interior.

5. A. El Potasio sale de la célula - electronegatividad en el interior
B. El Sodio entra a la célula - electropositividad en el interior

6. Potencial de difusión
• La membrana es permeable a varios iones, entonces
el potencial de difusión depende de:
1. Polaridad de la carga eléctrica de cada ion
2. Permeabilidad de la membrana a cada ion
3. Concentraciones de los iones en el interior y en el
exterior.
• Los iones más importantes son Sodio, Potasio y
Cloruro; el gradiente de concentración de cada uno
determina el voltaje del potencial de membrana.

7. Potencial de difusión
• La permeabilidad de los canales de sodio y
potasio experimenta cambios rápidos durante
la transmisión de un impulso nervioso.
• La permeabilidad de los canales de cloruro no
se modifica mucho.

8. Relación del potencial de difusión con la diferencia de concentración: potencial de Nernst
El nivel del potencial de difusión a través de una membrana
que se opone exactamente a la difusión neta de un ion
particular a través de la membrana
Potencial de Nernst
Cociente de las concentraciones de
ese ion específico en los dos lados
de la membrana
Ecuación de Nernst
Cociente
Mayor tendencia del ion a difundir
Potencial de Nernst necesario para impedirlo
Mayor

9. Calculo del potencial de difusión cuando la membrana
es permeable a varios iones diferentes
Potencial de difusión que se genera depende de tres factores:
1. La polaridad de la carga eléctrica de cada uno de los iones
2. La permeabilidad de la membrana (P)
3. Las concentraciones (C) de los iones al interior (i) y en el exterior(o) de la membrana
Ecuación de Goldman o Ecuación de Goldman-Hodking-Katz
Da el potencial de membrana cuando participan dos iones positivos univalente, sodio (Na+),
potasio (K+) y un ion negativo univalente, cloruro (Cl-)

10. 1. Iones (Na+), (K+) (Cl-). Más importantes en la generación de potenciales de membrana
de fibras nerviosas y musculares
2. El grado de importancia de cada uno de los iones en la determinación del voltaje es
proporcional a la permeabilidad de la membrana para ese ion particular
3. Un gradiente positivo de concentración iónica desde el interior de la membrana
hacia el exterior produce electronegatividad en el interior de la membrana. (Se
produce lo contrario cuando el gradiente es negativo )
4. La permeabilidad de los canales de sodio y de potasio experimenta cambios rápidos
durante la transmisión de un impulso nervioso , mientras que el canal de cloro no
presenta muchos cambios durante el impulso

11. POTENCIAL EN REPOSO

12. Potencial de membrana en reposo
de los nervios
• Cuando una fibra nerviosa NO transmite
señales nerviosas tiene una potencial de
-90 mV en el interior.

13. Origen del potencial de membrana
en reposo
• Potencial de difusión de potasio
• Difusión de sodio
• Contribución de la Bomba Na-K
– Difusión Sodio y Potasio -86mv
– Bomba Na-K -4mV

14. Neurona en condiciones de Reposo (sin recibir estímulos)

15. ¿Cómo se explica que cuando la neurona está en reposo presenta una
diferencia de carga eléctrica entre el interior y el exterior de la célula?

16. Distribución de los iones en el líquido extracelular que rodea una fibra
nerviosa y en el líquido del interior de la fibra.
Observe la alineación de las cargas negativas en la superficie interna de la
membrana y las cargas positivas en la superficie externa.

17. Potencial de membrana en reposo
• Bomba Na+-K+
– Bombea Na hacia el exterior y K al interior
– Se bombean más cargas positivas hacia el exterior,
generando un potencial negativo en el interior.
– Genera gradientes de concentración para Na y K.
Interior Exterior
Na 14 mEq/l 142 mEq/l
K 140 mE1/l 4 mEq/l

18. Potencial de membrana en reposo
• Además de la bomba Na-K, existen
• Canales de Fuga K - Na
– 100 veces más permeables al K
– Esta diferencia también determina el nivel de
potencial de membrana en reposo.

19. Bomba Na-K y Canales de fuga K-Na

20. Bomba de sodio-potasio
Transporta iones
de Na hacia el
exterior y iones de
K hacia el interior.
Es una Bomba
electrogena por que
bombea mas cargas
positivas hacia el
exterior.
Genera potencial negativo
en el interior de la
membrana.
Genera grandes gradientes
de concentración.
Se escapan iones
de K incluso en
una célula en
reposo, también
se pierden
algunos iones
de Na

21. Potencial de membrana en reposo
Difusión de Na, K y Bomba Na-K

22. POTENCIAL DE ACCION

23. Potencial de acción nervioso
• Las señales nerviosas se transmiten mediante
potenciales de acción.
• Potencial de acción
– Cambio rápido del potencial de
membrana, que se extienden a lo
largo de la fibra nerviosa.

24. Potencial de acción nervioso
• Comienza con un cambio súbito del potencial
de membrana
1. De negativo (reposo) a positivo
• Entran cargas positivas
2. De positivo a negativo
• Salen cargas positivas
3. Se desplaza a lo largo de la fibra nerviosa.

25. Potencial de acción

26. Medición del potencial de membrana
1. pipeta llena de solución
de electrolitos.
2. Se inserta en la
membrana celular hasta
el interior de la fibra.
3. Se coloca otro
electrodo(electrodo
indiferente), en el liquido
extracelular.
4. Se mide la diferencia de
potencial entre el interior
y exterior de la fibra
utilizando un voltímetro

27. • Electrodo fuera de la
membrana del nervio (liquido
extracelular)
• Electrodo en zona de cambio
de voltaje
• La capa del dipolo se genera
cuando se transportan hacia
afuera suficientes iones
positivos dejando un potencial
negativo en el interior
• El desplazamiento rápido de
los iones desde el interior
hacia el exterior y viceversa
origina las señales nerviosas

28. Fases del potencial de acción
• Fase de reposo
– Membrana polarizada -90mV
• Fase de despolarización
– Aumenta súbitamente la permeabilidad al Na hacia
el interior del axón, las cargas positivas elevan el
potencial a cero o más allá (sobreexcitación)
• Fase de repolarización
– Se cierran los canales de Sodio, se abren los de
Potasio más de lo normal, salen cargas positivas.

29. Canal de Na activado por voltaje
• Compuerta de activación (externa)
• Compuerta de inactivacion (interna)
• Tres fases
– Reposo
– Activación
– Inactivación

30. Canal de Na activado por voltaje
• Fase de reposo
– -90mV
– Compuerta de activación cerrada
• Activación
– -70 a -50mV
– Compuerta de activación abierta
– Aumenta la permeabilidad del sodio 500-5000
veces (Entra sodio)

31. Canal de Na activado por voltaje
• Inactivación
– El mismo voltaje que abre la compuerta, la
cierra, pero el cambio conformacional toma más
tiempo.
– La compuerta de inactivación no se abre hasta
que el potencial de membrana llega a -90 mV.

32. Canal de K activado por voltaje
• Reposo
– Potencial -90 mV
– Compuerta cerrada
• Activación
– Potencial hacia Cero
– Compuerta abierta
– Sale Potasio, al tiempo en que se cierran los
canales de Sodio.

33. Canales de Sodio y Potasio
activación por voltaje

34. • Inactivación del canal de Na+.
o El mismo aumento de voltaje que
abre la compuerta de activación
también cierra la compuerta de
inactivación
o El proceso es más lento que el
cambio conformacional que abre la
compuerta de activación.
o El canal de inactivación no se abre
hasta que el potencial de membrana
se normaliza o casi a valores de
reposo.
• Activación del canal de Na+.
o Se produce cuando el potencial de
membrana se hace menos negativo que
durante el estado en reposo (desde -90mV
hacia cero).
o Durante este estado el Na+ puede
atravesar el canal, aumentando la
permeabilidad de la membrana al Na+
hasta 500 a 5.000 veces.

35. Canal de potasio activado por el voltaje
y su activación.
• Se activan cuando el
potencial de membrana
aumenta de -90mV hacia
cero, aumentando la
difusión de K+ hacia el
exterior.
• Los canales de K+ se abren
al mismo tiempo que los
canales de Na+ se cierran.
• Esta combinación acelera
el proceso de
repolarización.

36. METODO DE INVESTIGACION PARA MEDIR EL EFECTO DEL VOLTAJE SOBRE LA
APERTURA Y CIERRE DE LOS CANALES ACTIVADOS POR EL VOLTAJE: LA «PINZA DE VOLTAJE».
Fue tan ingeniosa que les valió el premio nobel a los científicos responsables, Hodgkin y
Huxley.
 Pinza de voltaje: se utiliza para
medir el flujo de iones a través de
los diferentes canales insertando
los electrodos en una fibra
nerviosa.
 Uno de ellos sirve para medir el
voltaje del potencial de membrana
y el otro para conducir corriente
eléctrica hacia el interior de la fibra
nerviosa.

38. Se muestran los cambios típicos de la conductancia de los canales de sodio y de potasio
activados por le voltaje.
 La apertura súbita de los canales de
sodio (fase de activación) en un plazo
de una pequeña fracción de ms
después de aumentar el potencial de
membrana hasta el valor positivo.
 La apertura (activación) de los canales
de potasio. Se abren lentamente y
alcanzan su estado totalmente abierto
solo después de que se hayan cerrado
casi completamente los canales de
sodio.

39. RESUMEN DE LOS FENOMENOS QUE CAUSAN EL POTENCIAL DE ACCION.
 Durante el estado de reposo, la
conductancia a los iones potasio es 50 a
100 veces mayor a la conductancia a los
iones sodio.
 Al inicio del potencial de acción se activan
instantáneamente los canales de sodio y
dan lugar a un aumento de la
conductancia al sodio de 5000 veces.
 El inicio del potencial de acción también
produce activación por el voltaje de los
canales de potasio, haciendo que
empiecen a abrirse mas lentamente una
fracción de milisegundo después de que
se abran los canales de sodio.

40. ¿Qué sucede en 2 milisegundos?

41. OTROS IONES

42. Otros iones en el potencial de acción
• Aniones no difusibles
• Proteínas, compuestos de fosfato orgánicos, compuestos
de sulfato, etc.
• Estos iones permanecen en el interior del
axón
• Son responsables de la carga negativa, cuando
hay un déficit neto de iones potasio (+) y
otros iones positivos.

43. Otros iones en el potencial de acción
• El calcio coopera con el Sodio para producir el
potencial de acción.
• La bomba de Calcio
– Saca Calcio de la célula
– Mete Calcio al retículo endoplásmico
– Crea un gradiente de 10 000 veces.

44. Bomba de Calcio
• Canales de Ca++ - Na+, activados por voltaje
• Canales lentos
– Al abrirse entra Sodio y Calcio a la fibra nerviosa.
– En el músculo cardíaco y músculo liso hay
abundantes canales de calcio.

45. Relación Ca++ - Na+
• Concentración de Calcio en el líquido
extracelular
– Cuando hay déficit
• Los canales de sodio se abren con un aumento muy
pequeño de potencial de membrana
• La fibra nerviosa se vuelve muy excitable, y a veces
descarga de manera repetitiva sin razón.
• Aparentemente el Calcio se pega a la proteína del
canal de Sodio alterando su voltaje hacia positivo.

46. EXITACION

47. EXITACIÓN = GENERACION DEL POTENCIAL DE ACCION
Cualquier factor que haga que los iones sodio
comiencen a difundir hacia el interior a través
de la membrana en un numero suficiente
puede desencadenar la apertura regenerativa
automática de los canales de sodio.
Esto se debe a un
trastorno mecánico
de la membrana
A los efectos
químicos sobre la
membrana
O al paso de
electricidad a través
de la membrana

48. Inicio del potencial de acción
• UMBRAL de estimulación
– La entrada de Na supera la salida de K, generando un
aumento súbito de potencial de membrana a -65 mV.
– El aumento de voltaje abre muchos canales de Na
(retroalimentación positiva)
• Entra Na y aumenta más el voltaje
– Se abren más canales de Na
» Entra más Na, se abren todos los canales Na
• Se cierran los canales de Na y se abren los canales de K

49. UMBRAL DE EXCITACIÓN Y POTENCIALES
LOCALES AGUDOS
• Un estimulo eléctrico negativo débil puede ser capaz
de excitar una fibra. Sin embargo cuando aumenta el
voltaje del estimulo se llega a un punto en el que se
produce la excitación.

50. • Punto A: un estimulo débil hace
que el potencial de la membrana
cambie de -90 a -85mV pero no es
suficiente para que se produzcan
los procesos regenerativos.
• Punto B: el estimulo es mayor pero
tampoco es suficiente.
• Punto C: el estimulo es aun mas
intenso. Ahora el potencial local
apenas ha alcanzado el nivel
necesario para generar un
potencial de acción, denominado
nivel liminar (umbral).
• Punto D: el estimulo es mas
intenso.

51. Ley del todo o nada:
Si se alcanza el umbral se
producirá el impulso nervioso
de una misma magnitud, no
importando la intensidad del
estímulo

52. EXCITACIÓN DE UNA FIBRA NERVIOSA POR UN
ELECTRODO METALICO
• El método habitual para excitar un nervio o un musculo en el
laboratorio experimental es aplicar electricidad a la superficie
del nervio, del musculo mediante dos electrodos pequeños,
uno de los cuales contiene carga negativa y el otro positivo.
• La causa es que el potencial de accion se inicia por la apertura
de canales de sodio activados por el voltaje.

53. Fases del potencial
de acción.
• Fase de reposo. La membrana esta
polarizada debido al potencial de
membrana negativo de -90 mV.
• Fase de despolarización. La membrana es
permeable a los iones de sodio. El estado
polarizado se neutraliza inmediatamente,
y el potencial aumenta rápidamente en
dirección positiva.
• Fase de repolarización. Los canales Na+
comienzan a cerrarse y los canales de K+
se abren más de lo normal. De esta
manera, la rápida difusión de K+ hacia el
exterior restablece el potencial de
membrana en reposo negativo.

54. Inicio del potencial de acción: Ciclo de retroalimentación positiva
Umbral para el inicio del potencial de acción
-90 MV

55. Propagación del potencial de acción
• Un potencial de acción que se desencadena en
cualquier punto de una membrana excitable,
excita porciones adyacentes de la membrana.
• Las cargas eléctricas positivas son desplazadas a
lo largo de la fibra nerviosa mielinizada y abren
más canales de Na en nuevas zonas.

56. Propagación del potencial de acción en una fibra nerviosa

57. Propagación del potencial de acción
• Dirección de la propagación
– El potencial viaja en todas direcciones alejándose
del estímulo
• “Todo o nada”
– Las condiciones deben ser adecuadas (voltaje) para
la propagación del potencial o no se propagará.

58. El potencial de reposo puede ser
modificado debido a los estímulos
captados por los receptores
sensitivos, lo que produce una
DESPOLARIZACIÓN
Aumento de la permeabilidad
para el Na+, el cual Ingresa la
célula cambiando la polaridad
Luego se restablece la
polaridad de la
membrana, se inactivan
los canales de Na+ y sale
K+:
REPOLARIZACIÓN

59. POTENCIALES EN MESETA

60. Meseta en algunos potenciales de acción
• La membrana no se repolariza
inmediatamente
• Músculo cardíaco – contracción del músculo
por 0.2 – 0.3 segundos, luego repolarización de
la membrana.
– El músculo cardíaco tiene también canales lentos
(Sodio – calcio)
– Los canales de potasio se abren más lentamente

61. Potencial de acción en una fibra de Purkinje

62. K Na+
Ca+
RYR2
Ca2+
ATPasa
DHP
-90MV
-70MV
+30MV
0
Na+/Ca
ATPasa
Na/K+
ATPasa
Miocito cardiaco
MESETA EN ALGUNOS POTENCIALES
DE ACCION

63. DESCARGA REPETITIVA

64. Descarga repetitiva
• Las descargas repetitivas autoinducidas
aparecen en
– Corazón
– Músculo liso
– Neuronas
• Generando
– Latido rítmico del corazón
– Peristaltismo rítmico del intestino
– Control rítmico de la respiración.

65. Ritmicidad espontánea
• Debe haber permeabilidad suficiente al Na (o
Na – Ca) para permitir la despolarización
automática.
– En el corazón, el potencial de membrana en reposo
es de -60 a -70 mV
– El voltaje no es suficiente para cerrar todos los
canales de Sodio y Calcio.

66. Ritmicidad espontánea
• Potencial en reposo -60 a -70 mv
– Entra Na y Ca a la fibra
• Aumenta más el voltaje
– Entra más Na y Ca
» Aumenta más el voltaje
• Se genera un potencial de acción
• Se repolariza la membrana
• Vuelve a despolarizarse, no entra en reposo.

67. Ritmicidad espontánea
• En el corazón hay un retraso entre
repolarización y despolarización (inicio del
siguiente potencial de acción)
– Al final del potencial de acción la fibra se hace
mucho más permeable al potasio
• Al salir más potasio, queda más negativo dentro.
– Este estado se llama hiperpolarización
– Da tiempo entre un potencial y otro.

68. Proceso de Reexitacion necesario para ritmicidad espontanea
Se llama Hiperpolarizacion a la negatividad mucho mayor de la normal de la fibra
Muscular debido a la salida de potasio en la fase 3 del potencial de accion

69. PERIODO REFRACTARIO

70. Período refractario
• No se puede producir un nuevo potencial de
acción mientras la membrana siga
despolarizada, incluso con un estímulo
intenso.
– Poco después del inicio del potencial de acción
los canales de sodio y potasio se inactivan
– Sólo al volver al potencial de reposo se podrán
abrir las compuertas

71. Inhibición de la excitabilidad
• Factores estabilizadores de membrana
– Concentración elevada de calcio extracelular
• Disminuye la permeabilidad de membrana a Na
– Anestésicos locales: la mayor parte de estos compuestos
actúan directamente sobre las compuertas de activación
de los canales de sodio, haciendo que sea mucho mas
difícil abrir estas compuertas.
• Procaína, Tetracaína
– Actúan directamente en las compuertas

72. CONDUCCION

73. Fibra mielinizada
• Axón
– Dentro tiene el Axoplasma
– Por fuera Vaina de Mielina, depositada por las
células de Schwann
– La mielina es un aislante eléctrico
• Cada 1-3 mm hay un nódulo de Ranvier
– Zona no aislada, por donde fluye el impulso nervioso.

75. La membrana de una célula de Schwann “se enrolla” alrededor
del axón para formar la vaina de mielina.

76. Recubrimiento parcial de la membrana y citoplasma de una
célula de Schwann alrededor de múltiples fibras nerviosas
no mielinizadas.

77. Conducción “saltatoria”
• Los iones casi no fluyen a través de las
vainas de mielina, pero si a través de los
nódulos de Ranvier.
• Los potenciales de acción se producen sólo
en los nódulos de Ranvier.
– La corriente eléctrica fluye
• Por el líquido extracelular
• Por el axoplasma del axón
– Excitando el siguiente nódulo de Ranvier.

78. Características especiales de la transmisión de señales en los
Troncos Nervioso
FIBRA NERVIOSA MIELINIZADA
Nódulos de ranvier:
Considerado el sitio donde se realiza
El potencial de acción Nervioso
Proceso saltatorio:
1.- aumenta en la fibra la velocidad
de transmisión nerviosa.
2.- solo se despolarizan los nódulos
permitiendo una perdida de iones tal
vez 100 veces menor.
Velocidad de conducción Nerviosa:
0,25 m/s

79. Conducción saltatoria
• Aumenta la velocidad de transmisión
nerviosa en las fibras mielinizadas de 5 a 50
veces. (0.25m/s a 100m/s)
• Conserva la energía para el axón porque sólo
se despolarizan los nódulos
– Se utiliza menos energía para restablecer las
diferencias de concentración Na-K

80. La velocidad de propagación del impulso nervioso no depende de la fuerza
del estímulo si no que del diámetro del axón y de la ausencia o presencia de
vaina de mielina
Existen 2 tipos de propagación del Potencial de acción:

81. TRANSMISION

82. El impulso nervioso se propaga de una
neurona a otra, a través de sitios
específicos de comunicación conocidos
como SINAPSIS
SINAPSIS
Eléctrica Química
- El impulso
eléctrico fluye a
través de canales
proteicos de unión
íntima (conexinas)
- Es bidireccional
- No existe una
unión íntima ente
las neuronas, hay
una hendidura
sináptica
- Es unidireccional

83. Sinapsis eléctrica
El potencial de acción
(el aumento de iones Na+)
se propaga a través de las
conexinas
Conexinas

84. Sinapsis química
1. Impulso nervioso llega al terminal
presináptico
2. Ingresa Calcio (Ca+²)
3. Se liberan vesículas con
neurotransmisores hacia la
hendidura sináptica
4. Los neurotransmisores se unen a
sus receptores específicos en la N.
postsináptica
5. La unión neurotransmisor-receptor
puede provocar la entrada de iones
positivos como el Na+ o el Ca+
generando un potencial
postsináptico excitador
6. La unión neurotransmisor-receptor,
por el contrario, puede permitir la
entrada de iones negativos, como el
CL-, generando un potencial
postsináptico inhibidor
2
3
4
1
5 6