Resumen de Fisiología Humana: Fundamentos y Mecanismos
Fisiología Humana: Fundamentos y Mecanismos Esenciales
Introducción
La neurofisiología estudia cómo las neuronas generan, transmiten y procesan señales eléctricas y químicas. En esta unidad veremos cómo se origina el potencial de membrana en reposo, cómo se generan y propagan los potenciales de acción y cómo se comunican las células del sistema nervioso mediante sinapsis eléctricas y químicas.
Definición: El potencial de membrana es la diferencia de potencial eléctrico entre el interior y el exterior de una célula debido a la distribución desigual de iones.
1. Potencial de membrana en reposo
Fundamentos físicos y químicos (recordatorio breve)
- Las cargas opuestas se atraen y las semejantes se repelen. Separar cargas requiere energía. El agua y los electrolitos actúan como conductores; la membrana plasmática es un aislante relativo.
- Las principales concentraciones iónicas típicas (valores aproximados en mM): sodio intracelular $10$, extracelular $142$; potasio intracelular $140$, extracelular $4$; cloruro intracelular $4$, extracelular $103$.
Definición: El potencial de equilibrio de un ion es el voltaje que cancela el flujo neto químico del ion a través de la membrana.
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El potencial de equilibrio para un ion puede calcularse con la ecuación de Nernst: $$E_{\text{ion}} = \dfrac{58}{z} \times \log_{10} \left(\dfrac{[\text{ion}]{\text{ex}}}{[\text{ion}]{\text{in}}}\right)$$
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Ejemplos de potenciales de equilibrio a 37 °C (aprox.): $E_{\text{Na}} = +67\ \text{mV}$, $E_{\text{K}} = -90\ \text{mV}$, $E_{\text{Cl}} = -80\ \text{mV}$.
Potencial de membrana real (Goldman)
- Como la membrana es permeable a varios iones, el Vm en reposo se calcula con la ecuación de Goldman, Hodgkin y Katz: $$V_m = \dfrac{RT}{F} \ln \left(\dfrac{P_K [K]e + P{Na} [Na]e + P{Cl} [Cl]_i}{P_K [K]i + P{Na} [Na]i + P{Cl} [Cl]_e} \right)$$
- En reposo la permeabilidad relativa favorece a $K^+$, por eso $V_m$ se aproxima a $E_K$ pero sin que ningún ion esté estrictamente en equilibrio.
💡 Věděli jste?Did you know que la bomba Na+/K+ consume aproximadamente el 20-40% del ATP de una neurona típica para mantener concentraciones iónicas? Esto varía según actividad celular.
2. Potenciales y excitabilidad celular
Potenciales graduados vs. potencial de acción
- Potenciales graduados (electrotónicos): amplitud proporcional al estímulo, decaen con la distancia, pueden ser despolarizantes o hiperpolarizantes.
- Potencial de acción (PA): respuesta todo-o-nada, se propaga sin decremento por el axón y depende de canales de Na+ y K+.
Definición: Célula excitable es aquella capaz de generar un potencial de acción en respuesta a estímulos adecuados.
Fases del potencial de acción
- Umbral: suficiente despolarización para activar canales de Na+ dependientes de voltaje.
- Despolarización rápida: apertura masiva de canales de $Na^+$ aumenta conductancia a $Na^+$ y el Vm se acerca a $E_{Na}$.
- Repolarización: inactivación de canales de $Na^+$ y apertura de canales de $K^+$ dependientes de voltaje, salida de $K^+$.
- Hiperpolarización: conductancia a $K^+$ prolongada produce Vm más negativo que el reposo; la bomba Na+/K+ ayuda a restablecer concentraciones.
Umbral y periodos refractarios
- Umbral depende de la densidad y propiedades de los canales de $Na^+$ y de la resistividad membrana-axonal.
- Periodo refractario absoluto: canales de Na+ inactivados, no puede generarse otro PA.
- Periodo refractario relativo: puede generarse un PA si el estímulo es mayor, debido a conductancia a $K^+$ aumentada.
3. Conducción axonal
- Los potenciales de acción son regenerativos: cada segmento de membrana activa el siguiente.
- Conducción continua: axones no mielinizados; velocidad baja.
- Conducción saltatoria: axones mielinizados, el PA salta entre nodos de Ranvier; velocidad alta.
Factores que determinan velocidad de conducción:
- Diámetro axonal: mayor diámetro → menor resistencia interna → mayor velocidad.
- Presencia de mielina: aumenta resistencia transmembrana y reduce ca
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Neurofisiología: Sinapsis y Potenciales
Klíčové pojmy: Vm de reposo depende de concentraciones iónicas y permeabilidades relativas, Ecuación de Nernst: $E_{\text{ion}} = \dfrac{58}{z} \log_{10} ( [\text{ion}]_{\text{ex}}/[\text{ion}]_{\text{in}} )$, Vm en reposo se calcula con la ecuación de Goldman, PA es todo-o-nada y depende de conductancias de $Na^+$ y $K^+$, Periodo refractario absoluto por inactivación de canales de $Na^+$, Conducción saltatoria ocurre en axones mielinizados entre nodos de Ranvier, Sinapsis eléctrica: paso directo de iones por uniones GAP, rápida y a menudo bidireccional, Sinapsis química: liberación de NT, receptores ionotrópicos (rápidos) y metabotrópicos (lentos), La fuerza sináptica puede codificarse por frecuencia de PA y entrada de $Ca^{2+}$, PPS se suman espacial y temporalmente para alcanzar umbral, Receptores ionotrópicos excitatorios suelen aumentar permeabilidad a $Na^+$ o $Ca^{2+}$, Receptores ionotrópicos inhibitorios suelen aumentar permeabilidad a $Cl^-$