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04. Potencial graduado y potencial de acción

El potencial graduado es una pequeña desviación del potencial de membrana que hace que ésta se encuentre más polarizada (con el interior más negativo ⇒ potencial graduado hiperpolarizante) o menos polarizada (potencial graduado despolarizante).

El potencial de acción es un cambio brusco y transitorio del potencial de membrana.

El potencial de acción se genera por cambios bruscos en la permeabilidad iónica de la membrana, y es una propiedad exclusiva de las células excitables.

El potencial de acción da lugar a impulsos eléctricos que pueden propagarse a largas distancias y utilizarse para transmitir información de una célula a otra.

El inicio del potencial de acción se debe a un círculo vicioso de retroalimentación positiva que abre los canales de Na.

Cualquier factor que haga que los iones Na comiencen a difundir hacia el interior (a través de la membrana) en un número suficiente para desencadenar la apertura masiva (retroalimentación +) de los canales de Na, provocará un potencial de acción (PA).

Un estímulo débil puede producir un cambio local de potencial en la membrana, pero la intensidad del potencial local debe alcanzar un nivel umbral para poder desencadenar un potencial de acción.

Las células excitables son aquéllas capaces de producir un potencial de acción.

Al recibir un estímulo, las células excitables "disparan" un potencial de acción. Tipos de estímulo:

  • eléctrico;
  • químico;
  • mecánico;
  • fotónico (luz).

Fases del potencial de acción:

  1. El estímulo induce la apertura de canales Na⁺. Su difusión al citoplasma despolariza la membrana celular.
  2. Al alcanzarse el potencial umbral se abren más canales Na⁺. El aumento en la entrada de Na⁺ despolariza aún más la membrana.
  3. Cuando el potencial alcanza su máximo (valores positivos) se cierran los canales Na⁺.
  4. La apertura de los canales K⁺ permite la salida del catión y la repolarización de la membrana.
  5. Tras un breve periodo de hiperpolarización, la bomba sodio-potasio (Na⁺/K⁺) restablece el potencial de reposo.

La siguiente imagen muestra los cambios en el flujo iónico a través de los canales dependientes del voltaje, durante las fases de despolarización y repolarización de un potencial de acción. No se muestran los canales pasivos ni las bombas de sodio y potasio.

El ingreso de iones sodio (Na⁺) produce la fase de despolarización y la salida de iones potasio (K⁺) genera la fase de repolarización de un potencial de acción.

Los potenciales en espiga son típicos del sistema nervioso. Su duración es aproximadamente de 0,4 mseg y lo denominamos impulso nervioso.

En los potenciales en meseta la membrana no se repolariza inmediatamente tras la despolarización. Es típico de las células cardíacas, donde la meseta llega a durar entre 3 y 4 décimas de segundo, produciendo la contracción del corazón durante todo este periodo.

Los potenciales rítmicos son descargas repetitivas de potencial de acción sin necesidad de estímulo que generan el latido cardíaco, los movimientos peristálticos o el ritmo respiratorio.

En la siguiente imagen podemos ver la propagación de un potencial de acción en una neurona después de generarse en la zona gatillo. Las líneas punteadas indican la dirección del flujo de corriente iónica. Los gráficos muestran la vía que sigue la corriente iónica. En la conducción continua (a) a lo largo de un axón amielínico, las corrientes de iones fluyen a través de cada segmento adyacente en la membrana. En la conducción saltatoria (b) a lo largo de un axón mielínico, el impulso nervioso en el primer nodo genera una corriente iónica en el citosol y en el flujo intersticial que produce la apertura de los canales de Na⁺ dependientes del voltaje ubicados en el segundo nodo, y así sucesivamente en cada nodo próximo.

Los axones amielínicos muestran conducción continua; los axones mielínicos presentan conducción saltatoria.