Potencial de membrana y potencial de acción

Cómo las células animales almacenan energía eléctrica como un voltaje a través de su membrana, y cómo las células excitables utilizan ese voltaje para generar y conducir el impulso nervioso de todo o nada.

Definition

El potencial de membrana es la diferencia de voltaje a través de la membrana plasmática de una célula, establecida por gradientes iónicos y permeabilidad selectiva; el potencial de acción es una inversión breve, regenerativa y de todo o nada de ese potencial, producida por la apertura y cierre secuencial de canales iónicos dependientes de voltaje en una célula excitable.

Scope

Este tema cubre el origen del potencial de membrana en reposo, los gradientes iónicos y los canales selectivos que lo producen, y la secuencia de eventos dependientes del voltaje que generan, propagan y terminan el potencial de acción. Trata las descripciones de Nernst y de campo constante de los potenciales de equilibrio y de reversión, la explicación de Hodgkin-Huxley de las conductancias de Na+ y K+, el umbral y la refractariedad, y la conducción continua versus saltatoria de los impulsos. El material se presenta como referencia de fisiología comparada, no como electrofisiología clínica.

Core questions

• ¿Por qué el interior de una célula en reposo es eléctricamente negativo en relación con el exterior?
• ¿Qué movimientos iónicos producen las fases ascendente y descendente del potencial de acción?
• ¿Qué establece el umbral para la descarga y por qué hay un período refractario?
• ¿Cómo viaja el impulso a lo largo de un axón y por qué la conducción mielinizada es más rápida?

Key theories

Modelo de conductancia de Hodgkin-Huxley

Las mediciones de pinzamiento de voltaje mostraron que el potencial de acción resulta de conductancias de Na+ y K+ dependientes del tiempo y del voltaje, que pueden combinarse en ecuaciones que reproducen la forma de onda del impulso y su propagación.

Tratamiento de campo constante de los potenciales de reposo y de reversión

Cuando varios iones permeables contribuyen, el potencial de membrana viene dado por la ecuación de Goldman-Hodgkin-Katz, que pondera el potencial de equilibrio de cada ion por su permeabilidad relativa bajo un campo eléctrico constante.

Mechanisms

En reposo, la Na+/K+-ATPasa mantiene un alto K+ intracelular y un alto Na+ extracelular, y la permeabilidad dominante al K+ de la membrana mantiene el potencial cerca del valor de equilibrio del K+. Una despolarización supraliminal abre los canales de Na+ dependientes de voltaje, cuya corriente de entrada impulsa la membrana hacia el potencial de equilibrio del Na+ (la espiga). Los canales de Na+ luego se inactivan mientras que los canales de K+ rectificadores retardados se abren, repolarizando e hiperpolarizando brevemente la célula; la inactivación impone períodos refractarios absolutos y relativos que fuerzan la propagación unidireccional. Las corrientes de circuito local extienden la despolarización a la membrana adyacente; en los axones mielinizados esto se restringe a los nódulos de Ranvier, produciendo una rápida conducción saltatoria.

Clinical relevance

El marco de pinzamiento de voltaje (voltage-clamp) derivado de los axones de invertebrados explica cómo los anestésicos locales, las neurotoxinas y los agentes antiarrítmicos y antiepilépticos actúan sobre los canales dependientes de voltaje; sigue siendo un fundamento para interpretar la fisiología de los tejidos excitables. Esta es una referencia educativa y no una guía médica.

History

Basándose en la preparación del axón gigante de calamar, Hodgkin y Huxley registraron el potencial de acción intracelular en 1939 y, utilizando el pinzamiento de voltaje, produjeron su modelo cuantitativo de conductancia en 1952, un hito reconocido con un Premio Nobel. La ecuación de campo constante de Goldman de 1943 proporcionó la descripción multiión del potencial de reposo sobre el que se asienta la espiga.

Key figures

• Alan Hodgkin
• Andrew Huxley
• David Goldman
• Walther Nernst

Seminal works

• hodgkinhuxley1952
• goldman1943
• hill2016

Frequently asked questions

¿Qué significa 'todo o nada' para un potencial de acción?

Una vez que un estímulo empuja la membrana más allá del umbral, el impulso se dispara con toda su amplitud, independientemente de la intensidad del estímulo; los estímulos más débiles simplemente no logran desencadenarlo.

¿Por qué la mielina acelera la conducción?

La mielina aísla tramos del axón, por lo que la corriente regeneradora salta entre los nódulos de Ranvier no mielinizados, un proceso llamado conducción saltatoria que es mucho más rápido que la propagación continua.