Resumen de Fisiología del Potencial de Acción
Fisiología del Potencial de Acción: Guía Completa para Estudiantes
Introducción
El potencial de acción celular es un evento electrofisiológico por el cual una célula excitable experimenta un cambio rápido y transitorio en su potencial de membrana. Este proceso permite la comunicación eléctrica dentro del tejido y regula funciones como la contracción muscular y la secreción celular. En este material nos centraremos en los principios generales del potencial de acción, sus fases, mecanismos iónicos y características en distintos tejidos (excepto detalles específicos sobre el "Potencial de acción nervioso", que se tratan en otro módulo).
Definición: El potencial de acción celular es un cambio rápido y auto-sostenido del potencial de membrana causado por la apertura y cierre coordinado de canales iónicos dependientes de voltaje.
Conceptos básicos y estado de reposo
Potencial de membrana en reposo
- Las células mantienen una distribución desigual de iones a través de la membrana plasmática: $\mathrm{Na^+}$ predomina en el exterior y $\mathrm{K^+}$ predomina en el interior.
- El interior celular es más negativo respecto al exterior; típicamente el potencial de membrana en reposo está alrededor de $-90\ \mathrm{mV}$ en algunos músculos y varía en otros tipos celulares.
- La membrana fosfolipídica actúa como barrera y existen canales iónicos de fuga, especialmente para $\mathrm{K^+}$, que ayudan a mantener el potencial en reposo.
Definición: Potencial de membrana en reposo es la diferencia de potencial eléctrico entre el interior y el exterior de la célula en ausencia de estímulos excitatorios fuertes.
Mantenimiento del reposo
- La bomba Na\textsuperscript{+}/K\textsuperscript{+} ATPasa transporta $3\ \mathrm{Na^+}$ hacia afuera y $2\ \mathrm{K^+}$ hacia adentro por cada ATP hidrolizado; esto contribuye a la distribución iónica y al gradiente eléctrico.
Umbral de excitación y respuestas subumbrales
- Un estímulo provoca una entrada inicial de $\mathrm{Na^+}$ que hace que el potencial de membrana se vuelva menos negativo (por ejemplo, de $-90\ \mathrm{mV}$ a $-85\ \mathrm{mV}$).
- Si ese cambio gradual alcanza el umbral de excitación (por ejemplo, alrededor de $-65\ \mathrm{mV}$ en algunos tejidos), se disparará un potencial de acción completo.
Definición: Umbral de excitación es el valor de potencial de membrana que debe alcanzarse para abrir masivamente los canales de $\mathrm{Na^+}$ dependientes de voltaje y desencadenar el potencial de acción.
Hiperpolarización y entradas inhibidoras
- La entrada de aniones como $\mathrm{Cl^-}$ o la salida adicional de $\mathrm{K^+}$ provoca hiperpolarización, haciendo el potencial más negativo (p. ej. de $-90\ \mathrm{mV}$ a $-95\ \mathrm{mV}$) y alejando la célula del umbral.
Definición: Hiperpolarización es el aumento de la diferencia de potencial que hace el interior de la célula más negativo que el estado de reposo y reduce la excitabilidad.
Fases del potencial de acción celular
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Fase de despolarización (inicio y ascenso)
- Inicio: apertura inicial de canales que permiten la entrada de $\mathrm{Na^+}$ (entrada gradual, QD) que acerca el potencial al umbral.
- Ascenso rápido: una vez alcanzado el umbral, los canales de $\mathrm{Na^+}$ dependientes de voltaje se abren masivamente (entrada rápida, ED), provocando una subida abrupta del potencial hasta valores positivos (overshoot), por ejemplo $+35\ \mathrm{mV}$ en algunos tejidos.
- Ley del todo o nada: si no se alcanza el umbral no hay potencial de acción; si se alcanza, el potencial de acción ocurre por completo.
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Fase de repolarización
- Después del máximo, los canales de $\mathrm{Na^+}$ se inactivan y se abren canales de $\mathrm{K^+}$ dependientes de voltaje; la salida de $\mathrm{K^+}$ hace que el potencial vuelva hacia valores negativos.
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Hiperpolarización transitoria (post-onda)
- Los canales de $\mathrm{K^+}$ pueden permanecer abiertos algo más tiempo, provocando una salida extra de $\mathrm{K^+}$ y lleva
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Potencial de acción celular
Klíčové pojmy: Potencial de acción: cambio rápido del potencial de membrana mediado por canales iónicos dependientes de voltaje., Potencial de membrana en reposo mantenido por gradientes de $\mathrm{Na^+}$ y $\mathrm{K^+}$ y la bomba Na\textsuperscript{+}/K\textsuperscript{+} ATPasa., Umbral de excitación: punto crítico para apertura masiva de canales de $\mathrm{Na^+}$ y disparo del potencial de acción., Despolarización rápida debida a entrada masiva de $\mathrm{Na^+}$; overshoot puede alcanzar valores positivos., Repolarización por apertura de canales de $\mathrm{K^+}$ y cierre/inactivación de canales de $\mathrm{Na^+}$., Hiperpolarización transitoria ocurre por apertura prolongada de canales de $\mathrm{K^+}$., Periodo refractario absoluto y relativo regulan la capacidad de re-excitación., Diferencias tisulares: músculo cardíaco tiene meseta y periodos refractarios largos, músculo esquelético tiene potenciales más cortos.