Detailed action potential

Qué tal amigos y amigas ¿Cómo están? muchas gracias por acompañarnos nuevamente en este su canal Fisiología DJ, les agradecemos mucho a nuestros suscriptores por su apoyo y confianza. Esperamos que este material sea de  su agrado y les sea muy útil. En esta ocasión vamos a  analizar al potencial de acción, una de  las respuestas más rápidas del cuerpo que termina produciendo un sinfín de funciones, todas ellas muy importantes para todos los seres vivos, estas respuestas van desde  la sensación

térmica, la generación de movimiento, hasta cosas tan complejas como un pensamiento o el almacenamiento de recuerdos. Vamos a iniciar. Como podemos apreciar en la animación, cuando una neurona está en reposo es como si estuviera dormida, si le estimulamos con una cantidad pequeña de energía la neurona apenas va a reaccionar, sin embargo, tan pronto se termine el estímulo vuelva a su estado basal, a su estado de reposo. Si la aplicamos una gran cantidad de energía entonces la neurona pasará a un

estado activo, en el cual enviará una señal eléctrica a lo largo de su axón, para transmitir información a las células con las que esté comunicada, este proceso lo puede repetir una y otra vez, por lo que puede  enviar continuamente información a otras células, como podemos observar la respuesta es de naturaleza eléctrica, esto quiere decir que implica el movimiento de cargas, vamos a ver cómo es que es posible este fenómeno. Vamos a suponer que esta figura es el cuerpo de una neurona, como ya a

prendimos en los vídeos previos, la membrana tiene algunos componentes que le permiten generar respuestas eléctricas, para esta ocasión y para fines prácticos  nos vamos a concentrar únicamente en los canales iónicos dependientes de voltaje  de sodio y de potasio, así como de las diferentes concentraciones y potenciales de equilibrio para estos iones, y la dirección que toma el flujo de iones durante  su movimiento a través de la membrana. Vamos a imaginar a una célula en reposo  para esta anima

ción, solo que tiene algunas características. Vamos a representar a los canales iónicos en un lado, ahí tenemos a los canales del potasio del lado izquierdo y a los canales de sodio del lado derecho, vamos a representar con el tamaño de un solo ion la concentración total del potasio y del sodio en el medio extracelular  y el intracelular, como vemos el potasio es mucho más abundante en el interior y  el sodio es más abundante en el exterior. Vamos a agregar dos instrumentos,  uno que nos permita

ver el nivel de potencial de membrana, y otro que nos lo grafica, como ya vimos anteriormente en el vídeo de potencial de membrana en reposo, cuando una célula está en un estado de reposo su valor de potencial de membrana estará en niveles negativos, dado que mantiene una carga, se dice que la célula está polarizada, por lo que si medimos el voltaje con estos aparatos veríamos que al principio el voltaje es cero, pero cuando se introducen los electrodos, los instrumentos marcan un voltaje negat

ivo tal y como lo esperamos. Ahora sería lógico preguntarnos, ¿Qué es lo que hace que pueda cambiar este voltaje? y la respuesta es muy fácil, es el movimiento de las cargas a través de los canales iónicos lo que puede hacer que el potencial se haga más negativo o bien, que se haga positivo. Vamos a verlo en los siguientes ejemplos  para que quede más claro. Para hacer que el potencial de membrana tenga valores más negativos que el potencial de membrana en reposo una opción que tenemos es sacar

carga positiva de la célula, o también a través de introducir cargas negativas, cuando esto ocurre, podemos decir que se está hiperpolarizando. Nos enfocaremos únicamente en la  salida de potasio, cuando se abren sus canales. Este proceso se va a detener únicamente cuando estos canales se vuelvan a cerrar nuevamente. Para hacer que el potencial de membrana  se vuelva positivo una opción que tenemos es introducir cargas positivas, entonces  aquí nos vamos a enfocar en el sodio, en este caso pod

emos decir que la célula se  está despolarizado y nos vamos a ocupar principalmente de lo que es la entrada de los iones de sodio hacia la célula, esto no sólo lo puede hacer el sodio, también en algunas células lo hace el calcio, pero aquí nos enfocamos únicamente en el sodio, lo qué está  pasando es que se está haciendo más positiva. Por último, si la célula se a despolarizado, es decir, si su potencial de membrana está positivo y ahora de tener un valor positivo se dirige  el potencial hacia

el valor de reposo, podemos afirmar que la célula se está repolarizando, y una forma de lograr esto es permitir que la carga positiva salga de la célula, esto generalmente se logra por la apertura de los canales de potasio, que van a permitir la salida de las cargas  positivas, regresando nuevamente a valores negativos. Como recordarán, en el vídeo  de canales iónicos que tenemos disponible también para ustedes en este canal explicamos más de profundidad la estructura y función de los canales ió

nicos, en esta ocasión lo único que tenemos que recordar es que estos canales pasan por tres estados, que se encuentren en estado cerrado, en estado abierto, y en estado inactivado. Estos canales como sabemos son proteínas y están en grandes cantidades en la membrana, su comportamiento en este caso está regulado por el voltaje, de forma que van a cambiar de estado en función del cambio de voltaje, a  pesar de ser del mismo tipo de canal algunos cambian de estado más rápido que otros, lo que hace

que el porcentaje de canales que están en un estado varíe continuamente de  acuerdo al cambio de voltaje de membrana. Vamos a observar este ejemplo, aquí tenemos un medidor de voltaje del lado izquierdo, y  una gráfica con los 3 estados de los canales. En este momento el 100 porciento de los canales están en el estado cerrado y tenemos un potencial de membrana negativo, de menos 80 milivolts para esta célula en específico, entonces el potencial de membrana en reposo es de menos 80 mV, y el 100

% de nuestros canales en un estado cerrado, ahora veamos lo que pasa cuando comienzan a cambiar de estado. Comienzan a pasar del estado cerrado al estado abierto, al observar en la gráfica de voltaje, comienza a hacerse menos negativa y los canales pasan hasta un 100% en el estado abierto, y 0% de canales cerrados. Casi simultáneamente estos canales se van inactivando, sin embargo, nuestro voltaje sigue haciéndose más positivo, hasta que llega a los 40 milivoltios positivos, momento en que el 10

0 % esta inactivo, ahora los canales cambian otra vez de estado, pasan del estado inactivo al estado cerrado, ahora comienza a disminuir el voltaje, se empieza a ser más negativo hasta alcanzar a su valor de reposo, el 0 por ciento de los canales esta inactivados y tenemos el 100% de los canales cerrados. Volvemos nuevamente a nuestro estado de reposo como lo vemos ahí, regresando otra vez a los menos 80 milivoltios, entonces los canales estarán listos para iniciar otra vez el proceso. Comienzan

a abrirse  los canales y a hacerse menos negativo esperamos que haya quedado claro, es recomendable repetir la animación para que quede mejor explicado. Vamos a ver al canal de potasio,  en esta animación dejaremos a la célula solo con canales de potasio  para hacerla más fácil, también pondremos a un lado de ella un dispositivo que nos va a indicar gráficamente cómo se comporta la conductancia de este ion, cuando la célula esté en reposo este canal  se encuentra cerrado, cuando los canales cam

bien del estado cerrado al estado abierto lo hacen muy lentamente, esto produce un aumento en la conductancia, como lo estamos viendo ahí, en nuestra gráfica de conductancia, conforme todos los canales se abran por completo liberan carga positiva  del interior de la célula y nuestra gráfica alcanza el punto máximo. El cambio de del estado abierto al inactivo es también un proceso lento, por lo que la curva se prolonga varios milisegundos en los cuales el potasio continua saliendo de la célula ha

sta que todos los canales se logran inactivar, momento en el que la salida de la carga positiva finaliza, y finalmente el canal regresa al estado cerrado inicial, es muy importante observa que dado que los canales de potasio permiten la salida de cargas positivas, se encargan de REGRESAR el potencial de membrana a su valor de reposo. Ahora vamos con otra animación, en esta vamos a dejar solo a los canales de sodio regulados por voltaje, su funcionamiento varía un poco, en estos los cambios son m

ucho más rápidos a diferencia de los del potasio. Los canales  de sodio se encuentran en el estado cerrado a los valores de potencial de membrana en  reposo, conforme ocurre un cambio en dirección positiva del potencial de membrana hará que los canales cambien del estado cerrado al estado abierto de forma muy brusca, y permiten que los iones de sodio entren a la célula, y por lo tanto, entran su carga positiva, en este caso nuestra gráfica de conductancia asciende muy rápidamente una vez que el

canal se ha abierto, debido a la rapidez del proceso la membrana alcanza niveles de potencial positivos en un milisegundo, sin embargo, los canales pasan rápidamente del estado abierto al inactivo, por lo que la gráfica de conductancia como observan desciende rápidamente también, por último, los canales cambiarán nuevamente su estado y pasarán del estado inactivo al  cerrado para estar disponibles otra vez. Esto demuestra la importancia que tienen los canales de sodio para la DESPOLARIZACIÓN, au

nque es bueno mencionar que existen células que ocupan calcio para este proceso. Ahora vamos a ver qué pasa con estos  dos iones juntos. Ponemos los dos canales y agregamos el voltaje de la membrana en esta animación, vamos a tener entonces en color verde la conductancia para el sodio, en color azul la del potasio, y en amarillo al voltaje de la membrana. Cuando se produce un estímulo vamos a imaginar momentáneamente qué es lo que va a pasar. Al producirse un estímulo el potencial de membrana va

a cambiar, porque van a empezar a entrar cargas positivas, dadas por el sodio, al abrirse los canales de sodio comienza a entrar el sodio y con el sus cargas positivas. Vamos a ver, ahí se da el estímulo, comienzan a entrar las cargas positivas, porque los canales de sodio se abren rápidamente y permiten la entrada del sodio para producir la despolarización de la célula rápidamente, mientras se alcanza el pico máximo de voltaje del potencial de acción ocurren dos cosas,  de forma simultánea si

endo un proceso muy rápido, primero, los canales de potasio se están abriendo lentamente, permitiendo que el potasio comience a salir del interior de la célula y segundo los canales de sodio comienzan inactivarse, estos dos eventos hacen que el potencial de membrana llegue a un máximo, debido a que ya no puede entrar más carga positiva. Después el voltaje de membrana se dirige a niveles negativos por la apertura cada vez mayor de los canales de potasio que están dejando salir a la carga positiva

,  una vez que todos los canales de potasio se encuentran abiertos las células se repolariza rápidamente, mientras esto ocurre los canales de sodio empiezan a cambiar progresivamente del estado inactivo al cerrado, para estar disponibles nuevamente, debido a que los canales de potasio se inactivan lentamente permiten que la carga positiva abandone la célula por mucho tiempo, lo que puede producir que el potencial de membrana temporalmente se vuelva un tanto más negativo que al  principio, una ve

z que todos los canales de potasio se inactivan, el potencial de  membrana será idéntico al de reposo, y poco tiempo después los canales de potasio pasarán a su estado cerrado quedando disponibles nuevamente, es importante recordar algunos aspectos que permitan entender por completo este proceso. Primero: La única forma de que un canal regrese a su estado cerrado inicial después de haberse inactivado es haciendo que el potencial de membrana regrese al voltaje de reposo. Segundo: El  movimiento i

ónico es completamente pasivo, siempre  a favor del gradiente de concentración, este movimiento se va a detener por la inactivación del canal, así como por el hecho de que el ion se aproxima a su potencial de equilibrio, esto  termina limitando el voltaje que alcanza en su punto máximo de corriente y el voltaje de potencial de membrana en reposo. Tercero: es de gran importancia comprender que durante todo el proceso no se ven alteradas en forma significativa las concentraciones iónicas, es el po

tencial de membrana el que sufre grandes cambios por el movimiento de cargas, recuerden que cada ion arrastra su carga, eso es lo que afecta el voltaje principalmente NO es la concentración de los iones. Terminaremos por agregar conceptos de  gran importancia, agrandaremos el potencial de acción, agregaremos algunas  líneas y vamos a ponerles nombres. Primero: A nuestro dispositivo le agregamos una escala de tiempo en milisegundos, ahí la tenemos, después, una línea que nos indica el voltaje, qu

e está en milivoltios, ahora, la línea que indica el potencial de  membrana en reposo para nuestro ejemplo, ahora el potencial de acción. Procederemos a agregar algunos términos a destacar, tenemos el término de umbral, despolarización, espiga o como también se le conoce sobretiro, repolarización, e hiperpolarización. Empezaremos definiendo el umbral. Umbral es el nivel de voltaje de membrana que debe alcanzar un estímulo para  generar un potencial de acción, una vez que se alcance este voltaje

ya no hay  marcha atrás se obtendrá un potencial de acción, de ahí es que se dice que la respuesta es de tipo "todo o nada" y es necesario que el cambio en el voltaje sea lo suficientemente fuerte  y que tenga una duración óptima, es decir, que el estímulo sea adecuado desde el inicio para abrir la cantidad suficiente de canales, que a su vez permiten la entrada de carga suficiente para abrir el total de canales que se encuentran en la membrana, eso terminará por despolarizar completamente a la

célula, en caso contrario el potencial de membrana solo sufrirá una pequeña alteración, lo veíamos al inicio con nuestra nuestra  neurona, un pequeño estímulo solo le produce una leve alteración, pero tan pronto se retira, vuelve otra vez a su estado de reposo debido a que se abren solo una pequeña cantidad de canales que no acarrean suficiente corriente como para abrir todos los canales de sodio, además será tan pequeña la corriente que se generen, que los mecanismos que están dedicados a mante

ner a la célula en su nivel de reposo como por ejemplo los canales de potasio, van a lograr regresarla al potencial de membrana. Ahora la despolarización, como lo hemos visto a lo largo de este vídeo, es cuando el voltaje se dirige a valores positivos, y en este caso está dado por el SODIO. La espiga o sobretiro es el voltaje máximo que alcanza el potencial de acción, generalmente cuando alcanza valores mayores a 0 milivolts. La repolarización es cuando el voltaje  de membrana se dirige hacia su

potencial de membrana en reposo, y en este caso está dada por el POTASIO como lo hemos estado explicando. La hiperpolarización es cuando el voltaje de membrana alcanza valores negativos por debajo del potencial de membrana, y se produce debido a que los canales de potasio permanecen mucho tiempo abiertos como hemos visto. Por último, el período refractario, este se va a dividir en dos: El período refractario  absoluto, que tenemos en el marcado en rojo, y el período refractario relativo, que es

tá en  verde. Durante el tiempo que dura el absoluto si aplicamos un estímulo de cualquier naturaleza e intensidad a la célula, no se va a generar un potencial de acción nuevo, debido al estado en el que se encuentra en los canales de sodio, mientras que en el relativo conforme la  célula se repolariza por la salida de potasio, los canales de sodio van cambiando al estado cerrado poco a poco, en este momento será posible obtener con un estímulo mayor un potencial de acción, sin embargo, será de

menor amplitud. El potencial de acción se produce en muchas neuronas en unos pocos milisegundos, la rapidez a la que se produce el potencial de acción permite generar respuestas muy rápidas en el cuerpo, que van a ser de gran importancia para todos nosotros, por ejemplo, sirven para cosas muy sencillas como informar al cerebro de la temperatura exterior, o para cosas muy interesantes como por ejemplo, ver este vídeo y aprender fisiología en este  canal, entre otras muchas cosas, incluso para la

supervivencia al detectar daño potencial o real. Hasta aquí este vídeo, esperamos que haya sido de su agrado, como siempre es un placer estar con ustedes, muchas gracias por regalarnos un me gusta y por suscribirse a nuestro canal. Nos vemos en el próximo vídeo.