Este análisis se refiere a los potenciales de membrana que se generan tanto en reposo como durante la acción en las células nerviosas y musculares.
I. POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO DE LOS NERVIOS
El potencial de membrana en reposo de las fibras nerviosas grandes cuando no transmiten señales nerviosas es de aproximadamente –90 mV, en el interior de las fibras es 90mV más el negativo (-) que el potencial del líquido extra-celular que está pues en el exterior (afuera de la membrana).
En los siguientes párrafos voy a explicar las propiedades de transporte de la membrana en reposo de los nervios para el sodio y el potasio, como sus factores determinantes el nivel de este potencia en reposo.
Transporte activo de los iones sodio y potasio a través de la membrana: la bomba sodio-potasio (Na+ - k+).
Vamos a comenzar con una retroalimentación , como lo vimos en el anterior post (transporte de sustancias a través de la membrana celular). Todas las membranas celulares del cuerpo tienen una potente bomba de Na+ - K+ que transporta continuamente iones sodio (Na+) hacia el exterior (sale) del a célula e iones de potasio (k+) hacia el interior (entra) de la celular.
Se trata de una bomba tipo "electrógena" porque se bombean más cargas (+) hacia el exterior que hacia el interior: 3 iones de sodio (Na+) hacia el exterior por cada 2 iones de potasio (K+) al interior. Dejando un déficit de iones positivos en el interior, porque entran menos (2) que los que salen (3); esto genera que la membrana celular en el interior se haga negativa.
La bomba de Na+ y K+ también genera grandes gradientes de concentración para el sodio y el potasio a través de la membrana nerviosa en reposo. Estos gradientes son los siguientes:
Na+ (Exterior) = 142 mEq/L
Na+ ( Interior) = 14 mEq/L
K+ (exterior) = 4 mEq/L
K+ (interior) = 140 mEq/L
mEq/L = miliequivalentes por litro
Los canales son mucho más permeable al potasio que al sodio, normalmente aproximadamente 100 veces más permeables.
II. POTENCIAL DE ACCIÓN NERVIOSO
Las señales nerviosas se transmiten mediante potenciales de acción que son cambios rápidos del potencial de membrana, que se extienden rápidamente a lo largo de la membrana de la fibra nerviosa.
1. Fase de reposo
Este es el potencial de membrana en reposo antes de que comienza el potencial de acción.
En este momento la membrana está "polarizada" debido al potencial de membrana negativo de -90mV (interior).
2. Fase de despolarización
En este momento la membrana se hace súbitamente (de repente) muy permeable a los iones de sodio con carga positiva: Na+
La membrana pasa de estar polarizada a -90mV por la entrada de iones potasio (K+) por lo que aumenta positivamente (hacia arriba) a estar despolarizada.
Cuando hay un exceso de iones de sodio positivos (Na+) esto pasa en fibras nerviosas grandes, ocasiona que la membrana se "sobreexcita" más allá del nivel 0 y que se haga aún más positivo, se va hasta +35
3. Fase de Repolarización
En un plazo muy muy chiquito (diezmilésimas de segundo) después de que se hizo muy permeable la membrana, los canales de sodio comienzan a cerrarse y los canales de potasio se abren más de lo normal. Salen 3 Na+ y entran 3K+, acelerando el proceso de repolarización. (ver figura anterior)
Canal de sodio activado por el voltaje: activación e inactivación del canal
La producción de la despolarización como la de la repolarización de la membrana nerviosa durante el potencial de acción es el canal de sodio activado por voltaje.
Este canal tiene dos compuestar: cerca del exterior del canal (compuerta de activación y cerca del interior (compuesta de inactivación).
III. MESETA EN ALGUNOS POTENCIALES DE ACCIÓN
En algunos casos la membrana excitada no se repolariza inmediatamente después de la despolarización; por el contrario, el potencial permanece en una meseta cerca del máximo del potencial durante mucho milisegundos, y sólo después comienza la repolarización.
Este potencial de acción se produce en las fibras musculares cardíacas, en las que la meseta dura hasta 0,2 a 0,3 seg. y hace que la contracción del músculo cardíaco dure este mismo y prolongado periodo de tiempo.
IV. PROPAGACIÓN DEL POTENCIAL DE ACCIÓN
Principio de Todo o Nada
Una vez que se ha originado un potencial de acción en cualquier punto de la membrana de un fibra normal, el proceso de despolarización viaja por toda la membrana si las condiciones son las adecuadas, o no viaja en absoluto si no lo son. Esto se denomina principio de todo o nada y se aplica a todos los tejidos excitables normales.
De manera ocasional el potencial de acción alcanza un punto de la membrana en el que no genera un voltaje suficiente como para estimular la siguiente zona de la membrana.
Para que se produzca la propagación continuada de un impulso, en todo momento el cociente del potencial de acción respecto al umbral de excitación debe ser mayor de 1.
Este requisito de "mayor de 1" se denomina factor de seguridad para la propagación.
V. CARACTERÍSTICAS ESPECIALES DE TRANSMISIÓN DE SEÑALES EN LOS TRONCOS NERVIOSOS.
Fibras nerviosas mielinizadas y no mielinizadas
Corte transversal de un nervio pequeño típico, que muestra muchas fibras nerviosas grandes. Sin embargo, si lo vemos bien tiene muchas fibras más pequeñas que están entre las fibras grandes.
Las fibras grandes son mielinizadas y las pequeñas no mielinizadas. Un tronco nervioso medio contiene aproximadamente el doble (x2) de fibras no mielinizadas que las mielinizadas.
Esta es una imagen de una fibra mielinizada típica.
El núcleo central de la fibra es el axón, y la membrana del axón es la membrana que realmente conduce el potencial de acción.
El axón contiene en su centro el axoplasma, que es un líquido intracelular viscoso. Alrededor del axón hay una vaina de mielina que con frecuencia es más grande que el propio axón, a lo largo de la vaina de mielina hay un nódulo de Ranvier.
Las células de Schawann depositan la vaina de mielina alrededor del axón:
- en primer lugar, la membrana de una célula de Schwann rodea el axón;
- Después, la célula de Schwann rota muchas veces alrededor del axón, depositando múltiples capas de membrana de la célula de Schwann que contiene una sustancia lipídica esfingomielina.
En la unión entre dos células de Schwann sucesivas a lo largo del axón permanece una pequeña zona no aislada, en la que los iones pueden seguir fluyendo con facilidad a través de la membrana del axón entre el líquido extracelular y el líquido intracelular del interior del axón. Esta zona se denomina nódulo de Ranvier.
Bibliografía:
Guyton & Hall. (2011). Tratado de fisiología médica. "Unidad III. Capítulo 5, Potenciales de membrana y potenciales de acción". Barcelona,España: ELSEVIER.