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.