Propagación del impulso nervioso y propiedades de las fibras nerviosas

Fisiología Humana I

Propagación del Impulso Nervioso y Propiedades de Cable

Comisión 10 17/02/2025 Corrector: Qiang Feng Fisiología Humana I TEMA 9: Propagación del impulso nervioso. Propiedades de cable de las fibras nerviosas. Factores que afectan la velocidad de conducción.

El último día, en el tema 8, se dieron conceptos clave como la despolarización, repolarización, hiperpolarización, o el periodo refractario. Este último es muy importante para la clase de hoy, entendiendo también lo ya mencionado en la clase anterior en relación con el denominado "tren bala" (el todo o nada).

Fases del Potencial de Acción (Repaso)

1. Fases del potencial de acción (repaso)

El envío de un potencial de acción es un proceso relativamente rápido. Ante un estímulo, la neurona transmite el potencial de acción. Sin embargo, las neuronas no envían un solo potencial de acción, sino que pueden transmitir varios potenciales de acción. Cuanto mayor sea la cantidad de estímulos recibidos, más potenciales de acción pueden ser enviados. Este fenómeno se conoce como el "aumento de la frecuencia" de los potenciales de acción.

+35 Potencial de membrana (mV) Pico Repolarización 0 Umbral Estímulo -55 Post-hiperpolarización 1 -70 Latencia Tiempo Estimulador Registro de un potencial de acción mediante un microelectrodo en el interior de un axón

Lo que se representa en la imagen es dónde podemos + registrar ese potencial de acción. Es decir, sería un Αχόη axón al que le colocamos un microelectrodo y esto nos diría cómo enviamos la información de una neurona a otra, pues sería mediante la despolarización y repolarización (explicado en la clase anterior).

Bases Iónicas del Potencial de Acción

1. Bases iónicas del potencial de acción

El potencial de acción se basa en cambios temporales en las conductancias de Na+ y K+ de la membrana plasmática

+70 E +50 E +30 +10 -10 E. g. (mV) -30 -50 -70 0 LỪ -90 0 1 2 3 4 tiempo (seg)

Nota: en el gráfico, "g" indica conductancia (proporcional a la permeabilidad); p.e. gNa, conductancia de sodio. "E" denota potencial de membrana.

El Na+ está en la primera parte (despolarización) y el K+ en la segunda (repolarización). La conductancia del Na+ es muy corta en el tiempo, mientras que la del K+ se extiende más, pues los canales de K+ se abren más tarde y más lento.

En la siguiente imagen, se ven las bases moleculares del potencial de acción, donde se destaca el flujo de corriente que ocurre, siendo la figura (b) una corriente de entrada del Na+, apreciándose el poco tiempo en el que este ha entrado.

1 Comisionista 1: Elisa Rodríguez Pérez Comisionista 2: Daniel del Pino San Andrés Docente: Ángel José Acebes Vindel Despolarización Ag (rel)Comisión 10 17/02/2025 Corrector: Qiang Feng

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Cuando la conductancia de Na+ comienza a disminuir, la de K+ empieza a aumentar, lo que nos sitúa en la fase de caída del potencial de acción. En este momento, se produce un flujo de Na+ hacia el interior de la célula y una salida de K+. Es importante destacar que estos son canales iónicos dependientes de voltaje, lo que significa que cada uno tiene un voltaje determinado, con una compuerta o sensor de voltaje específico.

Como conclusión, en la imagen (f), tenemos una corriente de entrada de Na+ y una corriente de salida de K+. La gran diferencia entre ellos es la distancia y el tiempo entre uno y otro. La corriente de Na+ es bastante estrecha y la de K+ es bastante amplia, siendo aquí donde comienza la fase de post hiperpolarización.

Na+ Influx K+ efflux (a) Currents through voltage-gated sodium channels Inward current (b) Summed Na+ current through all channels (c) Currents through voltage-gated- potassium channels Outward current (d) Summed K* current through all channels (e) K+ efflux Ne transmembrane current -- (1) Outward current Inward current Na" influx FIGURE 4.12 The molecular basis of the action potential. (a) The mem- brane potential as it changes in time during an action potential. The rising phase of the action potential is caused by the influx of Na+ through hundreds of voltage-gated sodium channels. The falling phase is caused by sodium channel inactivation and the efflux of K+ through voltage-gated potassium channels. (b) The inward currents through three representative voltage- gated sodium channels. Each channel opens with little delay when the membrane is depolarized to threshold. The channels stay open for no more than 1 msec and then inactivate. (c) The summed Na+ current flowing through all the sodium channels. (d) The outward currents through three representative voltage- gated potassium channels. Voltage-gated potassium channels open about 1 msec after the membrane is depolarized to threshold and stay open as long as the membrane is depolar- ized. The high potassium permeability causes the membrane to hyperpolarize briefly. When the voltage-gated potassium chan- nels close, the membrane potential relaxes back to the resting value, around -65 mV. (e) The summed K+ current flowing through all the potassium channels. (f) The net transmembrane current during the action potential (the sum of parts c and e).

2Comisión 10 17/02/2025 Corrector: Qiang Feng

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En la siguiente imagen, en la figura (a), se representa lo que ocurre en una célula en reposo (-80mV), en donde entra el Na+ (despolarización) para luego repolarizarse (siendo la conductancia de K+ mayor que la de Na+).

Destacar que todo esto ya se explicó en detalle en la clase anterior.

Outside cell K+ K' V K+ K+ Inside cell -80 mV (a) K+ K V Na+ Na+ Sodium influx -80 mV (b) Potassium efflux K - V m -80 mV (c) SK> 9Na V -80 mV (d) Time FIGURE 4.6 Flipping the membrane potential by changing the relative ionic permeability of the membrane. (a) The membrane of the idealized neuron, introduced in Figure 4.4. We begin by assuming that the membrane is permeable only to K" and that Vm = Ex- (b) We now stipulate that the membrane sodium channels open so that gua >> gK. There is a large driving force on Na+, so Na+ rushes into the cell, taking V., toward ENa- (c) Now we close the sodium channels so that gx >> gna- Because the membrane potential is positive, there is a large driving force on K'. The efflux of K* takes Vm, back toward Ex. (d) The resting state is restored where Vm = Ex-

Dirección de Propagación del Potencial de Acción

1. Dirección de propagación del potencial de acción

La conducción del potencial progresa sólo en una dirección debido a la existencia de periodo refractario. El periodo refractario está dividido en 2 partes, el periodo refractario absoluto donde no puede ocurrir ningún potencial de acción, y el periodo refractario relativo, que se tendría que dar un estímulo muy fuerte para que ocurriera otro potencial de acción.

El periodo refractario cierra los canales de Na+ que acaban de inactivarse (por lo que el Na+ ya no entra). Como estos se han inactivado, no puede activarse de nuevo, es decir, por mucho estímulo que se ponga fuera, ya están cerrados (inactivados). Para comprender esto es importante recordar que los canales de Na+ dependientes de voltaje tienen dos compuertas, una de activación y otra de inactivación.

En reposo, los canales de K+ y Na+ dependientes de voltaje están cerrados. Sin embargo, se siguen escapando iones (K+ en este caso) debido a la existencia de los canales de fuga.

Periodo refractario absoluto Periodo refractario relativo Potencial de membrana (mV) -70 Tiempo (mseg) Na Canales de Na' Canales de K' - K K' Permeabilidad del ion Tiempo (mseg)

3 Comisionista 1: Elisa Rodríguez Pérez Comisionista 2: Daniel del Pino San Andrés Docente: Ángel José Acebes Vindel 9x> Na Sodium channel Potassium channelComisión 10 17/02/2025 Corrector: Qiang Feng

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Bomba Na+/K+-ATPasa y Potencial de Acción

Pregunta del profesor: ¿ Qué ocurre con la bomba Na+/K+-ATPasa durante el potencial de acción?

Si ponemos un bloqueante de la bomba Na+/K+-ATPasa, no tendríamos gradientes, por lo que no habría flujo de iones de un lado a otro. Es por esto que la bomba Na+/K+-ATPasa no deja de funcionar nunca. Por lo que uno de los mayores gastos energéticos que tiene una célula es mantener funcionando esta bomba, pues es la que mantiene el gradiente.

En resumen, el periodo refractario se debe a que los canales de Na+ que se acaban de inactivar no pueden ser activados nuevamente durante un periodo de tiempo determinado.

En la imagen se representa una neurona, con sus dendritas, su soma y su axón. Los potenciales de acción comienzan a generarse en el cono axónico, que está señalado en la imagen como el axon hillock.

La neurona tiene una mayor densidad de canales de Na+ dependientes de voltaje en la zona coloreada de rojo. Por lo tanto, una neurona normalmente recibe información a través de sus dendritas, procesando los estímulos (ya sean positivos o negativos) que le llegan. Si el potencial alcanzado supera el umbral, el potencial de acción viaja en el sentido indicado por las flechas negras.

Pyramidal cell - Membrane with high density of voltage-gated sodium channels Sensory neuron Spike-initiation zone: axon hillock Spike-initiation zone: sensory nerve ending (a) (b) FIGURE 4.16 The spike-initiation zone. Membrane proteins specify the function of different parts of the neuron. Depicted here are (a) a cortical pyramidal neuron and (b) a primary sensory neuron. Despite the diversity of neuronal structure, the axonal membrane can be identified at the molecular level by its high density of voltage-gated sodium channels. This molecular distinction enables axons to generate and conduct action potentials. The region of membrane where action potentials are normally generated is called the spike-initiation zone. The arrows indicate the normal direction of action potential propagation in these two types of neuron.

Axon Action potential begins + + + Región activa: Canales de Na+ VD abiertos Na Axon + + + Región inactiva: Membrana en reposo Action potential s regenerated here K + Región en período refractario: Canales de K+ VD abiertos K - Action potential is regenerated here K*

4 3 Imaginemos que se ha producido un potencial supraumbral, lo que genera una región activa (zona azul) donde los canales de Na+ dependientes de voltaje están abiertos. En la zona amarilla, sin embargo, la membrana está en reposo, y los canales de Na+ aún no se han abierto. A medida que el Na+ entra, se crea un bucle de retroalimentación en el que la despolarización de la membrana provoca la apertura de más canales de Na+, lo que aumenta la entrada de Na+ y hace que el potencial de acción se propague de una zona a otra.

- + + Mientras esto ocurre, la zona amarilla se repolariza y Na entra en periodo refractario. En esta zona, los K = resting potential canales de K+ se están abriendo, lo que impide que = depolarization = repolarization el potencial de acción regrese en dirección contraria. Esto asegura que el impulso siga su camino desde el cono axónico hacia el axón y luego hasta los terminales axónicos, donde se liberará el neurotransmisor.

Lo que impide que el potencial de acción vuelva en sentido contrario es que los canales de K+ dependientes de voltaje están abiertos, mientras que los canales de Na+ están cerrados o inactivados. La propagación del potencial de acción comienza en el cono axónico porque esta es la

4 Comisionista 1: Elisa Rodríguez Pérez Comisionista 2: Daniel del Pino San Andrés Docente: Ángel José Acebes Vindel