Potenciales de Acci�n

Potencial de acci�n de un ax�n de calamar gigante.

En respuesta a un est�mulo apropiado, la membrana celular de una c�lula nerviosa pasa a trav�s de una secuencia de despolarizaci�n desde su estado de reposo, seguido de la repolarizaci�n a ese estado de reposo. En realidad en la secuencia, invierte su polaridad normal durante un breve periodo, antes de restablecer el potencial de reposo.

El ejemplo de arriba del potencial de acci�n de un calamar, fue modelado por el potencial de acci�n medido, seg�n se muestra en la publicaci�n West's Medical Physics. Los intervalos de tiempo aproximados mostrados han sido escritos a escala de los marcadores de tiempo de la traza experimental.

La secuencia del potencial de acci�n es esencial para la comunicaci�n neuronal. La acci�n m�s simple en respuesta al pensamiento, requiere de muchos de estos potenciales de acci�n para su comunicaci�n y ejecuci�n. Para modelar el potencial de acci�n de una c�lula nerviosa humana, se puede utilizar un potencial de reposo nominal de -70 mV. El proceso implica varios pasos:

Esto es un gr�fico activo. Hacer clic para mayor detalle.

El siguiente estudio intenta caracterizar los pasos sucesivos implicados en la producci�n de un potencial de acci�n t�pico de las c�lulas nerviosas de los mam�feros..

En el estado de reposo de la membrana de una c�lula nerviosa, tanto los canales de sodio como de potasio est�n cerrados y las concentraciones de equilibrio se mantienen a trav�s de la membrana. En el interior de la c�lula, la concentraci�n de K+ es mayor, nominalmente 100 mM comparado con 5mM en el exterior. En el exterior de la c�lula, la concentraci�n de Na+ es mayor, nominalmente 150 mM comparado con 10 mM en el interior. El voltaje o potencial el�ctrico del interior de la c�lula comparado con el exterior es t�picamente unos -70mV, aunque esto difiere significativamente en otras c�lulas distintas de las nerviosas. Aunque los cambios en el potencial el�ctrico a trav�s de la membrana durante un potencial de acci�n son suficientes para lograr su prop�sito, los cambios reales en las concentraciones de los iones Na+ y K+ son muy peque�os. Son como peque�as ondas en los mares de concentraci�n. En Karp, Section 4.8 se describe el hecho de que a�n quedan algunos canales abiertos de K+ en la membrana en reposo que contribuyen a determinar el potencial de reposo. A menudo se los llaman canales de fuga de K+.

La bomba Na+/K+ es un importante contribuyente al estado de reposo o al equilibrio de la c�lula. Es responsable de mantener el gran exceso de iones Na+ fuera de la c�lula y el gran exceso de iones K+ en el interior. Es un proceso de transporte activo que hace uso de la moneda de energ�a ATP de la c�lula.

Un est�mulo es recibido por las dendritas de una c�lula nerviosa. Esto hace que se abran algunos canales de Na+, y la afluencia de difusi�n de iones Na+ comienza a elevar el potencial del interior (m�s positivo). Las c�lulas nerviosas son sensibles a los est�mulos externos, pero si tales est�mulos no elevan el potencial al nivel de umbral, la c�lula tender� a establecerse nuevamente en equilibrio. Si la respuesta del est�mulo es suficiente para impulsar el potencial interior desde -70 mV hasta -55 mV, el proceso contin�a. Habiendo alcanzado el umbral, no hay vuelta atr�s y la c�lula se disparar� hacia el potencial de acci�n completo. Esta situaci�n a menudo se conoce como la ley de "todo o nada".

Una vez que se alcanza el umbral, se abren m�s compuertas de sodio y los iones de Na+ se infiltran en la c�lula, aumentando el voltaje r�pidamente. Se dice que esta transici�n es "dependiente del voltaje" y se produce r�pidamente ya que los iones de Na+ son impulsados tanto por el gradiente de concentraci�n como por el gradiente de voltaje.

Despolarizaci�n

El per�odo de r�pido aumento (del orden de milisegundos) del potencial de celda interior desde su estado de reposo de aproximadamente -70 mv se denomina "despolarizaci�n". El aumento puede ser de aproximadamente +30 mV. El tiempo t�pico para la despolarizaci�n de una c�lula nerviosa de mam�fero es del orden de un milisegundo.

Las compuertas de sodio abiertas contin�an transportando iones de Na+ a la c�lula, lo que impulsa la despolarizaci�n y aumenta el potencial del interior de la c�lula. En alg�n momento, las compuertas de K+ comienzan a abrirse, pero su proceso de apertura es m�s lento que el de las compuertas de Na+ por lo que el proceso de despolarizaci�n tiene tiempo para completarse. La despolarizaci�n contin�a hasta que el potencial del interior de las c�lulas se vuelve positivo a aproximadamente 30 mV.

A medida que el potencial interior de celda se mueve a trav�s de la neutralidad hasta valores positivos, las compuertas de sodio se cierran, finalizando la fase de despolarizaci�n.

Una vez abiertas, las compuertas de K+ permanecen abiertas y la difusi�n libre de potasio fuera de la celda conduce el potencial hacia valores negativos en un proceso denominado repolarizaci�n.

Repolarizaci�n

La ca�da en el potencial interior de celda como resultado de las compuertas K+ abiertas se llama repolarizaci�n. Esto restablece la "polarizaci�n". De nuevo se tiene el interior de la celda polarizada negativamente con respecto al exterior

Hiperpolarizaci�n

La hiperpolarizaci�n es el nombre dado al per�odo de rebasamiento del potencial de celda interior a valores m�s negativos que el del estado de reposo normal. Una influencia en esta fase es el hecho de que las compuertas de Na+ permanecen cerradas y la falta de movilidad de Na+ a trav�s de la membrana hace que el proceso de K+ avance hacia el valor de -80 mV que ocurrir�a si solo hubiera potasio presente. Si bien la hiperpolarizaci�n puede parecer contraproducente, en realidad es importante en la transmisi�n de informaci�n. La hiperpolarizaci�n impide que la neurona reciba otro est�mulo durante este tiempo, o al menos eleva el umbral para cualquier nuevo est�mulo. Parte de la importancia de la hiperpolarizaci�n es evitar que cualquier est�mulo que ya haya sido enviado por un ax�n provoque otro potencial de acci�n en la direcci�n opuesta. En otras palabras, la hiperpolarizaci�n asegura que la se�al avanza en una direcci�n.

En la etapa de hiperpolarizaci�n, las compuertas de K+ se cierran y las compuertas de Na+ permanecen cerradas. Bajo las influencias que controlan el potencial de equilibrio (la bomba de Na+/K+ y el canal de fuga de K), la membrana celular se acerca de nuevo a su estado de reposo.

Habiendo completado la secuencia del potencial de acci�n, las compuertas de Na⁺permanecen cerradas por un tiempo, suprimiendo el inicio de un nuevo potencial de acci�n durante un per�odo denominado "per�odo refractario".

Autor contribuyente: Ka Xiong Charand