sábado, 3 de marzo de 2018

Bases iónicas y moleculares del potencial de acción


El potencial de acción es un fenómeno eléctrico de las células excitables que consiste en un cambio rápido y transitorio en el potencial de reposo de la membrana, con lo que el interior se hace positivo respecto al exterior, es decir, se da una despolarización. Si no se llega a un nivel umbral se le conoce como potencial local.

Imagen: Mejor con Salud

Para que se de un potencial de acción primero tiene que darse una despolarización de umbral, lo que permite llegar lentamente al V umbral. Tras sobrepasar ese umbral se produce un potencial de acción, en el que sufre una rápida despolarización hasta alcanzar un potencial máximo (máxima amplitud). Ahora se produciría un potencial de inversión que permite la repolarización y, tras una post-hiperpolarización se recupera el potencial de reposo. Es por esto por lo que se dice que el potencial de acción es una corriente eléctrica autorregenerativa.

- Bases iónicas del potencial de acción


Los potenciales de acción se producen en células excitables con canales de sodio y potasio voltaje dependientes. Cuando comienza la despolarización los canales de sodio y potasio comienzan a abrirse, aunque más rápidamente los de sodio. Así, entran muchos más iones sodio por gradiente químico y eléctrico, con lo que la célula se despolariza más por la entrada de iones positivos y se abren más canales. Esta es la fase de despolarización rápida.

De esta manera se llega a un punto en el que todos los canales de sodio están abiertos y la conductancia del sodio, el ion más permeable, es la principal; por ello el potencial de membrana es el del equilibrio del sodio (-70 mV).

Al llegar a la tercera fase de potencial invertido y repolarización, los canales de sodio se inactivan. El sodio estaría en equilibrio, pero el potasio no. Los canales de sodio están abiertos muy poco tiempo; rápidamente dejan de conducir y se inactivan. Tras la fase de subida y alcanzar el potencial de equilibrio, entran en juego los canales de potasio voltaje dependientes (cerrados en el reposo y abiertos con la repolarización).

Así, se abren los canales de potasio, aumenta la permeabilidad para el potasio y sale de la célula por gradiente químico (concentraciones) y gradiente eléctrico (interior celular es positivo y repele al potasio), ocurriendo la repolarización rápida hasta que se alcanza el potencial de equilibrio del potasio de unos -90mV. Decimos que la célula se ha hiperpolarizado. Al final, los canales de potasio se terminan cerrando y los de sodio recuperando de la inactivación (vuelven al estado cerrado), con lo que se vuelve al potencial de reposo.

El potencial de acción se produce por un cambio rápido y asincrónico de la permeabilidad para el sodio y potasio. En unos de los primeros experimentos que se hicieron disminuyeron la cantidad de sodio en el medio externo; así, cuanto menor era la cantidad, menor era el potencial de acción. Las células clasificadas como excitables son aquellas que tienen en su membrana canales de sodio potasio y a veces de calcio voltaje dependientes; y producen potencial de acción.

Decimos en general que el potencial de acción se debe a cambios en la conductancia iónica de la membrana y que son las características cinéticas de ambos canales las que dan pie a la creación de un potencial de acción. Si los canales de sodio y potasio se abrieran a la vez no habría potencial de acción.

Para que un canal de sodio inactivado vuelva a conducir (pasar de inactivado a cerrado) tiene que volver la membrana a un potencial negativo (célula polarizada). El canal de sodio es mucho más dependiente del voltaje que el del potasio.

En la repolarización se abren antes los del sodio (también se están abriendo los del potasio, pero de manera más lenta y no se abren por completo hasta que se han cerrado los del sodio). El canal de sodio es más voltaje dependiente porque su segmento S4 tiene más cargas positivas, con lo que ocurrirá antes el cambio conformacional.

La bomba de sodio potasio mantendría los gradientes iónicos y permitiría que haya potenciales de acción toda la vida al poner los iones en su sitio natural; una bomba defectuosa haría que cediera la actividad eléctrica.

El potencial de acción disipa un poco los gradientes iónicos y es la bomba sodio potasio la que los recupera. Y es que en células nerviosas para que se mantengan los gradientes iónicos hay que sacar los iones sodio que entran cuando se abren esos canales. Con la anestesia, se hiperpolariza la célula, con lo que es más difícil llegar al umbral.

- Características del potencial de acción


. Para que se genere es necesaria una despolarización umbral, si no se llega al umbral no se produce el potencial de acción.

. Es un proceso autorregenerativo no aditivo, es decir, su amplitud no es variable.

. Sigue la ley del todo o nada, es decir, o se da o no se da. Se obtiene una onda idéntica para una misma membrana siempre y solo cambiaría la amplitud cambiando las concentraciones.

. Se conduce sin decremento.

. Tiene un periodo refractario, es decir, mientras una membrana genera un potencial de acción no se puede producir otro.

Existe un periodo refractario relativo y otro absoluto. El periodo refractario relativo es el tiempo que hay que esperar desde que se genera potencial de acción hasta que se puede producir otro de idénticas características (en fibra nerviosa, entre 2- 4 ms).

El periodo refractario absoluto es el tiempo en el que la membrana está completamente refractaria (no se puede generar ningún proceso eléctrico, aunque sea de menor amplitud) cuando se ha generado un potencial de acción.

Si un potencial de acción se genera durante el periodo refractario relativo tendrá menor amplitud. El periodo refractario depende de la recuperación de la inactivación de los canales de sodio. Si no se espera a que se recuperen los canales de sodio y vuelvan a estar cerrados, habrá canales de sodio inactivados que no pueden abrirse, por lo que la conductancia del sodio cuando se abran sería más pequeña.

En las fibras nerviosas el período refractario impone un límite a la generación de impulsos nerviosos. Así, el máximo de actividad eléctrica de una neurona son 500 potenciales de acción (impulsos)/segundo. En la vida real al umbral se llega por un potencial sináptico; aunque artificialmente se puede inyectar electricidad con electrodos.

Las técnicas de fijación de voltaje son técnicas que aplican un pulso de potencial variable y estudian la dependencia de los canales. Esta técnica al principio no era aplicable a células de mamíferos, pero Neher y Sakman, Nobel en 1991, crearon una nueva técnica para estudiar canales iónicos voltajes dependientes en células pequeñas de vertebrados. Se basan en aproximar a la célula una micropipeta de vidrio, aislar un parche de membrana con succión y romper la membrana, pero manteniendo la unión entre la micropipeta y la célula. Así, se puede medir con un amplificador la corriente que fluye por esa célula.


+ Corriente capacitiva


La corriente capacitiva sería la corriente eléctrica necesaria para volver al potencial de reposo. En una célula excitable, durante el pulso se registra la corriente iónica (iones que fluyen por unidad de tiempo). En las células no excitables no aparece.

Todos los canales voltaje dependientes se abren con la despolarización. Si se hiperpolariza una célula excitable, se comportan igual que las no excitables, con corriente capacitativa. Si en las excitables llevamos a cabo una despolarización artificial, se registra una corriente iónica.

Los canales de sodio pasan de la conformación cerrada a la abierta y después a la inactivada. Los canales de potasio se abren cuando la célula se despolariza y al final del pulso; no hay inactivación, al final del pulso los canales pasan de abierto a cerrado. La corriente nunca es cero porque, aunque una curva se inactiva rápidamente, la otra no se inactiva.


+ Comportamiento de los canales


Si se aísla un parche de membrana con un solo canal de sodio, cerrado con potencial negativo no hay corriente, pero con potencial positivo se abre y comienza a fluir la corriente de sodio hacia dentro; cuando el canal se inactivara, dejaría de fluir corriente. Así un canal después del pulso se abre, permanece un tiempo abierto y se cierra. Nunca un canal se abre, se cierra y vuelve abrirse sin recuperación de la inactivación.

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Artículo redactado por Pablo Rodríguez Ortíz, Graduado en Biología por la Universidad de Málaga.