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U N I T II
Textbook of Medical Physiology, 11th Edition
GUYTON & HALL
Copyright © 2006 by Elsevier, Inc.
Capitulo 5:
Potenciales de Membrana y de Accion
Diapositivas por Thomas H. Adair, Ph.D.

Gradientes Moleculares
Na+
K+
Mg2+
Ca2+
H+
HCO3
-
Cl-
SO4
2-
PO3
-
proteinas
adentro
(en mM)
14
140
58
10-4
(pH 7.2)
10
5-15
2
75
40
afuera
(en mM)
142
4
1-2
1-2
(pH 7.4)
28
110
1
4
5

ATP
3 Na+
2 K+
ADP
Transporte Activo
K+
Na+
Na+ K+
adentro afuera
Recordar: sodio es
bombeado hacia afuera
de la celula, potasio es
bombeado hacia
adentro...

Difusion Simple
adentro afuera
K+ K+
Na+
Na+

Potenciales de Membrana (Vm):
- diferencia de cargas a traves de la membrana -
K+
Na+
K+
Na+
adentro afuera
…como puede la
difusion pasiva de
potasio y sodio
producir el desarrollo
de un potencial de
membrana negativo?

Caso del Escenario mas Simple:
Si una membrana fuera
permeable solamente al K+
luego…
adentro afuera
K+ K+
K+
difundiria a favor de su
gradiente de concentracion
hasta que el potencial electrico
a traves de la membrana
contrarreste la difusion.

K+ K+
permeable solamente al K+
luego…
El potencial electrico que
contrarresta la difusion neta de K+
el llamado el potencial de
equilibrio de K+
(EK).
adentro afuera

En Equilibrio...
V = voltaje.
R = constante del gas (2 cal mol-1
K-1
).
T = temperatura absoluta (K).
F = constante de Faraday’s (2.3x104
cal V-1
mol-1
).
n = valencia (cargs) del ion.
nFV = ln
RT
Ko
Ki
Electromotriz = Quimico

Potencial de Nernst del Potasio:
Ejemplo: Si Ko
= 4 mM y Ki
= 140 mM.
EK
= -61 log(140/4).
EK
= -61 log(35).
EK
= -94 mV.
EK
= 61 log
Ki
Ko
Por lo tanto, si la membrana fuera solamente
permeable al K+, Vm seria de -94 mV.
…tambien llamado el potencial de equilibrio

Na+
Na+
permeable solamente al Na+
luego…
El potencial electrico que contrarresta
la difusion neta de Na+
llamado
potencial de equilibrio del Na+
(ENa).
adentro afuera
Na+
difundiria en favor de su gradiente
de concentracion hasta que el potencial a
traves de la membrana contrarreste la
difusion.

Potencial de Nernst del Sodio:
Ejemplo: Si Nao
= 142 mM y Nai
= 14 mM.
ENa
= -61 log(14/142).
ENa
= -61 log(0.1).
ENa
= +61 mV.
ENa
= 61 log
Nai
Nao
Por lo tanto, si la membrana fuera permeable
solamente al Na+
, Vm seria de +61 mV.

Potencial de Membrana en Reposo
0 mV
EK -94 ENa +61
Vm -90 a -70
Por que es Vm tan cercano al
EK?
Respuesta: La membrana es
mucho mas permeable al K
que al Na.

La Ecuacion de Goldman-Hodgkin-Katz
(tambien llamada la Ecuacion de Campo de Goldman)
Calcula el Vm cuando mas de un ion esta envuelto.
o
Cl
i
Na
i
K
i
Cl
o
Na
o
K
m
Cl
p
Na
p
K
p
Cl
p
Na
p
K
p
V
]
[
'
]
[
'
]
[
'
]
[
'
]
[
'
]
[
'
log
. -
+
+
-
+
+
+
+
+
+
= 61
NOTA:
P’ = permeabilidad
i
Cl
o
Na
o
K
o
Cl
i
Na
i
K
m
Cl
p
Na
p
K
p
Cl
p
Na
p
K
p
V
]
[
'
]
[
'
]
[
'
]
[
'
]
[
'
]
[
'
log
. -
+
+
-
+
+
+
+
+
+
= -61
or

La Ecuacion de Goldman-Hodgkin-Katz
El valor del voltaje del potencial de membrana en
reposo es lo mas cercano al potencial de equilibrio
del ion que en un momento dado tiene la mayor
permeabilidad a traves de la membrana!
Mensaje para llevar a la casa…

Sumario del Potencial de Membrana en Reposo
Figure 5-5; Guyton & Hall

•
Recuerda que las celulas:
– Contienen alta concentracion de K+.
– Tienen membranas que son esencialemente
permeables en reposo al K+
• La diferencia del potencial electrico
(potencial de membrana) es generado por
la difusion de iones de K+
y separacion de
las cargas electricas:
– Medidas en mV (=1/1000th
of 1V).
– Tipicamente los potenciales de membrana
en las neuronas son entre -70 a -90 mV.
Potenciales de Membrana en
Reposo y Potenciales de Accion
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+ +
–
–
–
– –
–
–
–
–
–
–
Voltmeter
– +
0 mV
-80 mV +
i
o
K
K
K
zF
RT
E
]
[
]
[
log 


i
o
K
K
]
[
]
[
log 

61 = -94 mV
• El potencial de membrana debido a la
difusion de un solo ion es dada por la
ecuacion de Nernst para iones de K+
:

Potenciales de Membrana en
Reposo y Potenciales de Accion
• La ecuacion de la
Constante de Campo
de Goldman cuenta
tambien para otros
iones.
0 mV
Hiperpolarizacion
Despolarizacion
Repolarizacion
Exceso
Umbral
Potencial
Reposo
-90 mV
+
Excitabilidad
• Recuerda tambien que las
membranas celulares son
tambien permeables a otros
iones (Na+
& Cl-
).
o
Cl
i
Na
i
K
i
Cl
o
Na
o
K
m
Cl
p
Na
p
K
p
Cl
p
Na
p
K
p
V
]
[
'
]
[
'
]
[
'
]
[
'
]
[
'
]
[
'
log
. 









61 NOTA:
P’ = permeabilidad
• Hay tambien otros terminos que se
necesitan ser entendidos & recordados:
– Excitabilidad.
– Despolarizacion.
– Hiperpolarizacion.
– Exceso.
• Significa positivo con relacion a
0 mV.
– Repolarizacion.
• Con respecto al potencial de
membrana en reposo.
– Umbral (para la generacion de los
potenciales de accion)

El Potencial de Accion
(PA)
• Potencial de accion es:
– Una despolarizacion regeneradora
del potencial de membrana que se
propaga a lo largo de una
membrana excitable.
1 ms
+61
0
(mV)
-90
ENa
EK
Repolarizacion
axon
Estimulo
AP
Grabando el
PA






[propaga = conducida sin decremento (un
membrane evento de membrana ‘activo’)].
[excitable = capaz de generar potenciales
de action].
• Potenciales de Accion:
 Son eventos de todo-o-nada.
 Necesitan alcanzar el umbral.
 Tienen amplitud constante.
 No se suman.
 Son iniciados por la despolarizacion.
 Envuelven cambios en la permeabilidad.
 Dependen de canales voltaje-dependientes.
AP Velocidad ~ 60 m/s = 60 mm en 1 ms
= 60 mm o 6 cm
Despolarizacion

Caracteristicas de los Potenciales de
Accion
• Potenciales de Accion:
 Son eventos del todo-o-nada:
 Voltaje del umbral (usualmente 15 mV positivos
por encima del potencial de reposo). umbral
-70
+60
mV
Estimu
lo
0
no-mielinazada
(calamar)
0 800
400
 Tienen una constante velocidad de conduccion:
 Verdadero para una fibra dada. Fibras con un
diametro grande conducen mas rapido que las
fibras pequenas. Como una regla general:
 Fibras mielinizadas diametro (en mm) x 4.5
= velocidad in m/s.
 La raiz cuadrada del diametro de la fibra no-
mielinizada = velocidad en m/s. Diametro de la fibra (mm)
Velocidad
(m/s)
0 3 6 9
Mielinizada
(gato)
12
75
15
50
25
0
 Son iniciados por la despolarizacion:
 Pueden ser inducidos en nervios y musculos por
estimulacion extrinseca (percutanea).
 Tienen amplitud constante:
 PAs no se suman – la informacion es codificada por
la frecuencia, no por la amplitud.

Velocidad de Conduccion de los
Potenciales de Accion
 La primera senal en arribar a un sitio de grabacion distante es la que viaja mas rapido.
 Por lo que, cada pico representa un set de axones con velocidades de conduccion
similares.
 La velocidad es calculada por la distancia entre R1 y R3 y el tiempo tomado para
atravesar esa distancia - distancia/tiempo = velocidad (rango de 0.5 to ~100 m/s).
• Potenciales de accion compuestos son
grabados de troncos nerviosos:
 Medidos percutaneamente en
nervios que se encuentran cercanos
a la superficie (ejemplo nervio
ulnar).
 El paso de potenciales de accion en
todo axon de nervio se ve como una
senal de voltaje pequeno (mV).
 Como los grabados son hechos en
un punto mas alla del sitio de
estimulacion las ondas se
desarrollan en forma de varios picos
discretos.
R1
R2
R3
Electrodos Estimuladores
S
S
S
α
α
α
β
β
β
50 mm
95 mm
155 mm
10 ms
α
β δ
C
10 ms
S

Funciones de los Potenciales de
Accion
• Envio de informacion al Sistema Nervioso Central (SNC):
 Transfiriendo toda entrada sensitiva al SNC. Anestesicos locales bloquean los PA en
nervios sensitivos. Esto usualmente produce analgesia sin paralisis. POR QUE? Porque
los anestesicos locales on mas efectivos con las fibras de diametro pequeno (cociente
area de superficie/volumen grande). Mayormente en fibras C que en motoneuronas a.
• Informacion codificada:
 La frecuencia de los PAs codifican la informacion (recordar que la amplitud no puede
cambiar).
• Transmision rapida a traves de la distancia (PAs de celulas nerviosas)
 Nota: La velocidad de transmision depende del tamano de la fibra y si esta es
mielinizada.
 En tejidos no-nerviosos los PAs son los iniciadores de un rango de respuestas celulares.
 Contraccion muscular.
 Secrecion (ejemplo adrenalina a partir de las celulas cromafines de la medula
suprarrenal).

Canales & potenciales locales
• Bases ionicas de los potenciales de accion:
 Permeabilidad de la membrana.
 Canales ionicos.
 Tipos de canales:
 Canales voltaje-dependendientes.
 Canales operados por receptores (dependientes de ligandos).
• Caracteristicas de los canales ionicos:
 Selectividad (se refiere a cuales iones pueden atravesar el canal).
 Compuertas (de apertura y cierre).
 Voltage dependencia (activacion, desactivacion, inactivation).
• Potenciales de accion:
 Potenciales de accion grabados extracelularmente.
• Transmision sinaptica & potenciales de membrana graduados.
Conduccion electrotonica (conduction subumbral) impulsos pasivos.
Excitatorio & inhibitorio (definido por el efecto sobre la neurona post-
sinaptica).
 Sumacion (temporal and espacial).

El PA - permeabilidad de la membrana
• Durante la despolarizacion de un potencial de accion:
 Permeabilidad al Na aumenta.
 Debido a la apertura de los canales de Na+
.
 Potencial se acerca al ENa..
Numero
de
canales
abiertos
Canales de Na+
d
e
s
p
o
l
a
r
i
z
a
c
i
o
n
 Permeabilidad al K aumenta:
 Debido a la apertura de canales de K+
.
 Potencial se acerca al EK.
r
e
p
o
l
a
r
i
z
a
c
i
o
n
• Luego la hiperpolarizacion de la membrana le sigue
al potencial de accion:
Membrana
hiperpolarizada
Potencial de reposo
Canales de K+
 No siempre es vista!
 Hay un auemto de la conductancia de K+
.
 Debido a un retraso en el cierre de los
canales de K+
.
• Durante la repolarizacion de un potencial de accion:
 Permeabilidad del Na disminuye.
 Debido a la inactivacion de los canales de
Na+
.
1 ms
+61
0
(mV)
-90
ENa
EK

Canales Ionicos
• Canales Ionicos - estructura:
 Proteinas que atraviesan la membrana.
 Tienen agua que llena el canal que corre a
traves de la proteina.
• Canales Ionicos – caracteristicas:
 Tienen estado conductor y estado no-
conductor.
 Transicion entre los estados =
‘compuertando’.
• Compuerta de los canales en respuesta a:
 Cambios en el potencial de membrana (usualmente despolarizacion):
 Canales voltaje-dependientes. La propagacion de los potenciales de accion depende de
canales voltaje-dependientes.
 Ocupacion del receptor:
 Canales dependientes de ligandos u operados por receptores (CORs). Estos inician potenciales
de accion.
 Fuerzas mecanicas:
 Canales mecanosensitivos – importantes para la audicion.
abierto
inactivacion
inactivado
cerrado
d
e
s
p
o
l
a
r
i
z
a
c
i
o
n
repolarizacion

Canales Ionicos
• Por lo que, la permeabilidad de la membrana del axon a iones es determinada por el:
numero de canales abiertos
• Canales ionicos son usualmente selectivamente permeables:
– Permeables a iones especificos:
• En algunos solamente pasan iones de Na y generalmente son llamados ‘canales de Na’.
• En algunos solamente pasan iones de K = ‘canales de K’.
• En algunos solamente pasan iones de Ca ions = ‘canales de Ca’ (importantes en la transmision
sinaptica).
• En algunos solamente pasan iones de Cl ions = ‘canales de Cl’.
– Permeables a clases de iones:
• Algunos canales son solamente selectivos para cationes (Na, K y Ca) sobre los aniones (ejemplo
Cl-
).
– Estos son llamados ‘canales cationicos no-selectivos’.
• Compuertas de canales ionicos (usando la compuerta de voltaje por ejemplo):
– La mayoria de los canales voltaje-dependientes abren en respuesta a la despolarizacion.
– Los terminos ‘compuerta’ y ‘aperturando’ se refieren a las transiciones entre los diferentes estados.
• Estos ‘diferente estados’ reflejan diferentes estados conformacionales de la proteina del canal.
– Hay un minimo de 2 transiciones de compuertas.
• Activacion = se abren los canales cuando la membrana esta despolarizada.
• Desactivacion = se cierran los canales cuando la membrana esta repolarizada.

Canales Ionicos - Inactivacion
• La despolarization causa:
 Canales de Na se activan (abren).
Pero eso tambien causa la inactivacion
 A traves de canales de sodio inactivados no
pasa ningun ion (estado de no-conduccion).
 Por contraste, los canales de potasio muestran
activacion pero no inactivacion.
• La caida en la corriente al final es la
desactivacion (lo opuesto a la
activacion).
Numero
de
canales
abiertos
Canales de Na+
Canales de K+
1 ms
+70
0
(mV)
-80
ENa
EK
voltage command
-90 mV
+50
Canales de Na+
Canales de K+
Numero
de
canales
abiertos
open
inactivacion
inactivado
cerrado
d
e
s
p
o
l
a
r
i
z
a
c
i
o
n
repolarizacion

0 1 2 3 4 5 msec
mV
0
-40
-80
Umbral
Absoluto Relativo
Periodos
Refractarios
Periodo Refractario Absoluto – debido a la inactivacion por voltage
de los canales de Na.
Los Periodos Refractarios limitan la maxima frecuencia de los
potenciales de accion.

- +
- +
- +
- +
- +
Artefacto
de
estimulo
Potenciales de Accion trazados
Extracelularmente
• La mayoria de los libros de texto muestran
potenciales de accion trazados
intracelularmente:
– Dichos grabados no son usualmente hechos
en la practica clinica.
– Trazados grabados extracelularmente son
cuando se ven los asi llamados potenciales
de accion ‘bi-polares’.
• Por que el potencial de accion luce asi?
2 mV
a
a
b
b
c
c
d
d
e
e
direccion
-
+
NOTA:
- - - - - - - + + + + + + + + + + +
+ + + + + - - - - - - - - - - - - - -
+ + + - - - - - - - - - + + + + + + +
- - - + + + + + + + - - - - - - - -
+ + + + + - - - - - - - - - + + + +
- - - - - - + + + + + + + - - - - -
- - - - - - - - - - - - + + + + + + +
+ + + + + + + + + + - - - - - - - - -
- - - - - - - - - - - - - - - - + + + +
+ + + + + + + + + + + + + - - - - -

Propagacion:
Reposo
Abriendo los canales de Na+
genera un circuito de corriente
local que despolariza la membrana adyacente, abriendo mas
canales de Na+
…
Estimulado
(despolarizacion local)
Propagacion
(current spread)

Transmision de la Senal:
Mielinizacion
• Celulas de Schwann
rodean el axon del nervio
formando una vaina de
mielina.
• Esfingomielina disminuye
la capacitancia de la
membrana y el flujo ionico
unas 5,000 veces.
• La vaina de mielina es
interrumpida cada 1-3 mm :
nodo de Ranvier. Figure 5-16; Guyton & Hall

Conduccion Saltatoria
Los Potenciales de Accion ocurren
solamente en los nodos (los canales de
Na se concentran aqui!)
• Aumenta la velocidad.
• Conservacion de energia.
Figure 5-17; Guyton & Hall

Velocidad de Conduccion
no-mielinizada
mielinizada
- non-myelinated vs myelinated -

- EM es una enfermedad
desmielinizante inflamatoria
mediada inmunologicamente
del Sistema Nervioso
Central.
Esclerosis Multiple (EM)
- Acerca de 1 persona por
cada 1000 en USA se cree
que tiene esta enfermedad
– La razon hombre-mujer es
de 2:1 – la mas alta
incidencia es en blancos
descendientes de
noreuropeos.
Los pacientes tiene una dificultad al
tiempo de describir sus sintomas. Ellos
pueden presentarse con parestesia ded
una mano que desaparece en un par de
meses, seguido por debilidad en una
pierna o trastornos visuales.
Frecuentemente no traen estas quejas
a su medico porque desaparecen.
Eventualmente, la resolucion del
deficit neurologic es incompleto o su
ocurrencia es demasiado frecuente, y
el dilema del diagnostico comienza.
http://www.emedicine.com/pmr/topic82.htm

Potencial de Accion del Nodo Seno
Auricular
• Fase 0 (despolarization)
−Corriente de Calcio hacia
adentro.
• Fase 3 (plateau)
−Corriente de Potasio hacia
afuera.
• Fase 4 (despolarization lenta)
−Corriente de Sodio hacia
adentro.
0
-20
-40
-60
-80
Mv
4
0 3
threshold

Auricular
0
-20
-40
-60
-80
Mv
- Mecanismo parasimpatico -
Aumentando la permeabilidad
a cual de los siguientes iones
causaria este efecto? Annu. Rev. Physiol. 2001. 63:235–57
tiempo

Auricular
0
-20
-40
-60
-80
Mv
- Mecanismo simpatico -
Aumentando la permeabilidad
a cual de los siguientes iones
causaria este efecto? Annu. Rev. Physiol. 2001. 63:235–57
tiempo

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