Seminario Biopotenciales Fisio

Seminario N°1: Biopotenciales

Nombre: De Fina Vallejos, Lorena Profesor: Cáceda Saavedra Ramón Curso: Fisiología Turno: Martes 04:20 P.M

2013 Biopotenciales 1. Defina: Potenciales La Física lo define como: El flujo de partículas a través de un conducto cuando se aplica un campo eléctrico. Las partículas cargadas pueden ser electrones, como en un conductor metálico, o iones negativos o positivos como en una solución electrolítica o un gas ionizado. Las partículas positivas se mueven en la misma dirección del campo y las negativas en sentido contrario. En otras palabras es una onda de descarga eléctrica que viaja a lo largo de la membrana celular modificando su distribución de carga eléctrica. Los potenciales de acción se utilizan en el cuerpo para llevar información entre unos tejidos y otros, lo que hace que sean una característica microscópica esencial para la vida de los animales. Pueden generarse por diversos tipos de células corporales, pero las más activas en su uso son las células del sistema nervioso para enviar mensajes entre células nerviosas o desde células nerviosas a otros tejidos corporales, como el músculo o las glándulas. 2. Definición: Biopotenciales Los potenciales bioeléctricos del cuerpo humano se generan por la diferencia de potencial que se mide a través de la membrana celular, estos biopotenciales en el cuerpo humano son indeterminados y se caracterizan por tener una amplitud muy baja y un ancho de banda reducido. 3. Importancia de los Biopotenciales en el ente biológico  Mantienen el equilibrio de iones que pasan del interior al exterior y viceversa en la membrana, controlando algunas funciones específicas de las células tales como la difusión de iones.  Mantiene estable también la electronegatividad de la célula.  Permite la excitabilidad de las células principalmente nerviosas y musculares, las cuales pueden responder a

determinados estímulos con un cambio eléctrico en su membrana.  Para la transmisión de señales 4. Potenciales de la membrana: definiciones Es la distribución asimétrica de iones en el cual hay una diferencia de potencial entre el interior y exterior celular. Los potenciales de membrana son la base de la propagación del impulso nervioso. 5. Explique la importancia del PMR en un tejido excitable Los potenciales de membrana tienen mucha importancia en la generación de impulsos, dichos impulsos son utilizados para transmitir señales a lo largo de las membranas nerviosas o musculares, las cuales son excitables es decir pueden generar impulsos electroquímicos y estos impulsos se utilizan para transmitir señales a través de las fibras nerviosas o musculares, eso da como resultado una respuesta del propio organismo Algunas células nerviosas y musculares son excitables, quieren decir que estas células son capaces de autogenerar impulsos electroquímicos rápidamente cambiantes en sus membranas. En otros tipos de células como las células glandulares, los macrófagos y células ciliadas, los cambios locales en los potenciales de membrana desempeñan también papeles importantes en el control de muchas delas funciones celulares. 6. Explique el origen del PMR • Cuando el potencial de membrana esta producido totalmente solo por la difusión de iones de K+. Donde la contribución de la difusión de K+: -94mV 4mEq/L K + 140mEq/ LmV (-94mV)

(-94 mV)

• Cuando el potencial de membrana está producido por la difusión de iones Na+ y K+. Donde la contribución de la Na K difusión de Na+: 61mV +

+

142mEq/ LmVNa

4mEq/L K + 140mEq/ LmV (-94mV)

+ 14mEq/L (+61mV)

(-86m mV)

• Cuando el potencial de membrana está producido por la difusión de iones de Na+ y K+ más el bombeo de los mismo para la bomba de Na+/K+. Donde la contribución de la difusión de la bomba Na+/K+: -4mV

Difusión + Na

+ -

Na

+ -

142mEq/ + L

14mEq/L

+ -

Difusión + K+ 4mEq/L

+ + + + -

K+ 140mEq/ L (-90 mV)

+ -

(aniones + )-

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

(aniones )-

7. Explique el porqué de la negatividad del PMR

+

Se dice que un PMR es negativo cuando el ion que difunde desde el interior hacia el exterior de la membrana celular es un ion positivo, por tanto al haber gran concentración de potasio intracelularmente, habrá una fuerte tendencia a difundirse al exterior de la membrana en contra de su gradiente, dejando el medio interno con menos cargas positivas y generando así una electronegatividad en ella. 8. Importancia de la bomba de sodio/potasio Contribuye al potencial de reposo generando y manteniendo un potencial negativo en el interior de la membrana celular, agregando aproximadamente en -4mv. dicha negatividad, a través del bombeo de 3 iones sodio al exterior de la célula y 2 iones potasio al interior, dejando una evidente desigualdad de cargas en ambos medios, por la pérdida continua de cargas positivas del interior de la membrana 9. Explique el registro de PMR a) Un micro electrodo ingresa por el interior de la membrana haciendo contacto con la fibra nerviosa, el electrodo de referencia es colocado en la membrana del axón, haciendo contacto con la región exterior de la fibra. Con la ayuda de un voltímetro, se puede hallar la diferencia de potencial entre el interior y exterior de la fibra, así como los cambios rápidos del potencial de membrana durante la transmisión de impulsos nerviosos, captados por los electrodos. El potencial en el interior de la fibra es de -90mV b) el potencial que se registra en cero se da cuando el micro electrodo se encuentra fuera del interior de la fibra nerviosa, al ingresar en ella, el potencial disminuye rápidamente a -90 mV hay un cambio de voltaje y permanece en ese valor, registrándose así el potencial de membrana en reposo.

10.

Explique el potencial de difusión.-Esquemas

En la imagen de la izquierda hay una elevada concentración de sodio en el exterior de la membrana y una baja en el interior, por la permeabilidad selectiva de la membrana solo hacia el ion sodio, debido a esta diferencia de concentración el sodio ingresará, dejando negativo el exterior de la membrana y positivo; el interior, creando un potencial interior de la fibra de +61 mV. Por el contrario, en la imagen en la derecha hay gran concentración de potasio en el interior de la membrana y baja, en el exterior por la permeabilidad de la membrana solo hacia el ion potasio, debido a esta gradiente, el potasio difundirá hacia el exterior volviendo el medio externo positivo y dejando el interno; negativo y creará entonces un potencial interior de la fibra de -94 mV. 11. Con ejemplos explique cómo se determina el PM en un tejido excitable Se determina a través de los siguientes factores: -

Contribución del POTENCIAL de difusión de potasio: Siendo la difusión de este ion considerado como el único movimiento en la membrana, por ello se aplicaría la ecuación de Nernst. Dando como resultado un potencial de membrana en reposo de -94 mV en el interior de la fibra.

-

Contribución de la DIFUSIÓN de sodio a través de la membrana nerviosa: La membrana se muestra permeable también a iones sodio, debido a las canales de fuga de potasio-sodio que permiten su difusión. Para este caso se emplea tanto la ecuación de Nernst para hallar la difusión del ion sodio, resultando +61 mv, como la de Goldman para ver cómo interactúan ambos potenciales, resultando – 86 mv en el interior de la membrana y la mayor contribución del ion potasio

-

Contribución de la BOMBA sodio-potasio: Hay una interacción de mecanismos, tanto de la difusión de los iones sodio, potasio y la bomba electrógena sodio-potasio, que incrementa en aproximadamente -4 mv la negatividad al interior de la membrana a través del bombeo de 3 iones sodio hacia el exterior y 2 iones potasio hacia el interior. Por lo tanto el potencial producto de estos mecanismos resulta de -90 mv “Potencial neto”

12. Como interpreta la ecuación de Nerst y su importancia en la determinación del PM en un tejido excitable Sirve para calcular el potencial de equilibrio de un ion, que está distribuido desigualmente a través de una membrana, siendo esta permeable a dicho ión. La magnitud de este potencial está determinado por el cociente de las concentraciones del ion en ambos lados de la membrana. “A mayor cociente, mayor es la tendencia del ion a difundir en una dirección.” Es decir, mayor será el potencial de Nerst necesario para impedir la difusión neta adicional. Se puede utilizar la Ecuación de Nerst para cualquier ion univalente a la temperatura corporal normal (37°C): Fem* (milivoltios): ± 61 x log concentración interior *(Fuerza locomotriz) concentración exterior Aplicamos la ecuación de Nerst y asumimos que:  El potencial del líquido extracelular tiene un nivel potencial 0.  Potencial de Nerst e.p. intracelular  Signo (+): si el ion que difunde del interior al exterior, es ion (-)  Signo (-): si el ion es positivo (+) 13. Interpretación de la ecuación de Goldman y su implicancia en el PM de un tejido excitable La ecuación de Goldman es aplicable a membranas permeables a múltiples iones. Se sabe que en los medios intracelular y extracelular existen múltiples iones tales como: Na+, K+, Cl-, Mg2+, entre otros; por lo tanto, es necesario disponer una fórmula que calcule dicho potencial para todos los iones presentes en el líquido extracelular. Al momento de la difusión de iones, se genera un potencial de membrana, el cual deprende de 3 factores: La polaridad de la carga de cada uno de los iones a difundir, la permeabilidad de la membrana a cada uno de los iones, y las concentraciones de iones tanto en el medio exterior como en el interior de la membrana. Ejemplo del uso de la formula de la Ecuación de Goldman: Calcula el potencial de la membrana en el interior de la celula cuando participan 2 iones positivos univalentes (k+ y Na+) y un ion negativo univalente (Cl-)

C: concentración de ion. P: Permeabilidad de la membrana del ion Debido a que los iones de Na+, K+ y Cl- son los más importantes en la generación del PM en las fibras nerviosas y musculares, el gradiente de concentración de cada uno de ellos, a través de la membrana, ayudan a determinar el voltaje de PM. Asimismo, la permeabilidad a cada uno de estos iones en membrana es fundamental para determinar su grado de importancia y estado tanto interno y externo de las células, pues un gradiente de concentración positiva en el interior de la membrana causa electronegatividad en el interior de la membrana. Por esto, los cambios rápidos de concentración de los iones Na+ y K+ son los principales responsables de la transmisión nerviosa. 14. Explique los factores que influyen en la variabilidad de los potenciales de membrana - Polaridad de la carga eléctrica de cada uno de los iones - La permeabilidad de la membrana: La membrana permite el paso o no de ciertos iones al medio intracelular.

Las concentraciones de los respectivos iones e el interior y el exterior de la membrana: Si tenemos al ion Na+ elevado fuera de la membrana, entonces en el medio interno debe estar disminuido. Si tenemos al ion K+ elevado dentro de la membrana, entonces en el medio externo estará disminuido. 15. Explique el PMR utilizando una célula -

16. En un eje de coordenadas como explicaría el PMR de una célula excitable

0

Despolarización Repolarización

-55 Potencial de reposo x (tiempo en Cuando el axón se despolariza hasta -55mv aproximadamente se milisegundos) -70

inicia el potencial de acción, cuando está es -70 se encuentra en reposo.

17. Con esquemas explique la diferencia entre un potencial de difusión y un potencial de equilibrio Potencial de difusión Es la diferencia de potencial causada por la difusión de iones a favor de su gradiente de concentración. Se produce solo si el ion es

Potencial de equilibrio Es el potencial de difusión que busca el equilibrio, oponiéndose a la difusión que está a favor de la gradiente de

permeable a la membrana. 18.

concentración.

Explique las propiedades de un tejido excitable

El tejido muscular y nervioso son denominados tejidos excitables debido a su capacidad de generar y propagar señales eléctricas denominadas potenciales de acción Propiedades: a) Excitabilidad. Capaces de autogenerar impulsos electroquímicos en sus membranas es respuestas a determinadas señales. b) Conductibilidad. El potencial de acción actúa como estímulo adecuado del tejido excitable adyacente generando otros potenciales de acción. El resultado neto es su propagación y en consecuencia la conductividad. c) Automaticidad (automatismo o ritmicidad). Algunos tejidos excitables son capaces de autoexcitarse, es decir no requieren un estímulo externo para disparar el potencial de acción. Ejm: el nódulo sinusal del corazón. d) Contractilidad: disparados el potencial de acción algunos tejidos excitables son capaces de contraerse y generar trabajo mecánico. Ejm: músculos, en ellos un complejo mecanismo llamado acoplamiento electromecánico los hace pasar la actividad eléctrica a la mecánica. La presencia de Ca es indispensable tanto en la contracción como en relajación del músculo. 19. Explique cómo las variaciones de las concentraciones de los iones sodio, potasio, cloro y alción modifican el PM de un tejido excitable - Ion Na. El Na tiene una mayor concentración en el líquido extracelular gracias a la bomba Na-k, sin embargo debido a esta concentración fuera de la membrana, hay una difusión de este ion a través de su canal, que provoca que el interior de la célula se cargue electropositivo y en el exterior, electronegativo. -

Ion K. Su concentración es mayor en el líquido intracelular, lo que provoca una salida de este ion al exterior de la célula debido a su diferencia de concentración, promoviendo las cargas positivas hacia al exterior de la célula y dejando una mayor negatividad en el interior.

-

Ion Ca. La bomba de K transporta iones Ca desde el interior hacia el exterior de la membrana celular, creado una gran gradiente de concentración. Pero dado que la concentración de Ca es más de 10 000 veces mayor en el fluido extracelular que en el interior intracelular, existe una enorme gradiente de difusión para el flujo pasivo de iones de Ca a la célula. Por lo que en el interior de la célula se cargar positivamente.

-

Ion Cl. La cantidad intracelular de iones cloruro es menor que en líquido extracelular. El Cl es un ion negativo y la membrana tiene un potencial negativo por lo cual impide la entrada de este ion a la célula. Por lo que no va a sufrir muchas modificaciones.

20. Explique cómo las variaciones del Ítem 19 modifica el potencial de acción Un ejemplo muy claro es el de los analgésicos locales, como la lidocaína, esta va hacer que los canales de Na+ y K+ se mantengan cerrados e inhibirán a la célula, restringiendo la despolarización. Por el contrario, Estricnina, que es una sustancia excitadora, por lo tanto aumenta la despolarización. 21. Explique cómo los estímulos del medio ambiente modifican el PM y el Potencial de acción de un tejido excitable:  La temperatura modifica la propagación de los potenciales.  El Diámetro del Axón mientras mayor sea el diámetro menos va a ser la resistencia al impulso nervioso. 22. Conceptos: Potencial de Acción - Es la transmisión del impulso a través de la célula excitable cambiando las concentraciones intracelulares y extracelulares de ciertos iones. - Cambio rápido de potencial de membrana que se extiende rápidamente a lo largo de la membrana de la fibra nerviosa. El cual comprende de fases sucesivas:  Fase de reposo: membrana polarizada -90mV  Fase de despolarización: difusión de los canales de Na al espacio intracelular.  Fase de repolarización: cierre de los canales de Na y apertura de canales de K. 23. 24.

Explique registro del potencial de acción Explique el potencial de acción utilizando una célula

25. Explique el potencial de acción utilizando un eje de coordenadas

26.

Explique el origen del potencial de acción

Las señales nerviosas se transmiten mediante potenciales de acción, que son cambios rápidos en el potencial de membrana de la fibra nerviosa. Cada potencial de acción comienza con un cambio brusco del potencial de membrana negativo normal en reposo aun potencial de membrana positivo, y termina con una vuelta, casi igualmente rápida, al potencial, Para concluir una señal nerviosa, el potencial de acción se desplaza a lo largo dela fibra nerviosa hasta alcanzar el extremo de la misma.

27.

Explique las fases de potencial de acción

Fases sucesivas del potencial de acción:



Fase de reposo: Es el potencial de reposo de la membrana antes de que se produzca el potencial de acción. Durante esta fase, se dice que la membrana está polarizada, debido al potencial de membrana negativo de -90 mV que existe.



Fase de despolarización: En este momento, la membrana se vuelve súbitamente permeable a los iones sodio, lo que permite el flujo hacia el interior del axón de enormes cantidades de iones sodio cargados positivamente. El estado polarizado normal de -90 mV se neutraliza inmediatamente por los iones sodio entrantes, y el potencial se eleva rápidamente en dirección positiva. Esto recibe el nombre de despolarizaci6n. En las grandes fibras nerviosas, el potencial de membrana «sobrepasa>+ el nivel cero y alcanza un valor ligeramente positivo, pero en algunas fibras más pequeñas, así como en muchas neuronas del sistema nervioso central, el potencial simplemente se aproxima al nivel cero, pero no alcanza el estado positivo.



Fase de repolarización: Unas diezmilésimas de segundo después de que la membrana se haga muy permeable a los iones sodio, los canales de sodio comienzan acerrarse y los canales de potasio se abren más de lo habitual. Entonces, una rápida difusión de iones potasio hacia el exterior restablece el potencial de reposo negativo normal de la membrana. Esto se denomina repolarizaci6n de la membrana de iones potasio hacia el exterior restablece el potencial de reposo negativo normal de la membrana. Esto se denomina repolarizaci6n de la membrana.

28. Explique los fenómenos iónicos que ocurren en la fase de ascenso del P. Acción  Canales de sodio y potasio con aperturas de voltaje: activación del canal de sodio Cuando el potencial de membrana se hace menos negativo que durante el estado de reposo, elevándose desde -90 milivoltios hacia cero, finalmente alcanza un voltaje, por lo general situado entre -70 y-50 milivoltios, que provoca un cambio brusco de conformación en la puerta de activación, llevándola a la posición abierta. Esto recibe el nombre de estado activado; durante este estado, los iones sodio invaden literalmente el interior a través del canal, y aumenta la permeabilidad de la membrana al sodio hasta 1500 a 5000 veces.



Inactivación del canal de sodio:

El mismo aumento de voltaje que abre la puerta de activación cierra también la puerta de inactivación. Esta última, sin embargo, se cierra algunas diezmilésimas de segundo después de la apertura de la puerta de activación. Es decir, el cambio de conformación que lleva a la puerta de inactivación a cerrarse es un proceso más lento que el cambio de conformación que abre la puerta de activación. Por consiguiente, después de que el canal de sodio ha permanecido abierto durante algunas diezmilésimas de segundo, la puerta de inactivación se cierra y los iones sodio ya no pueden pasar el interior de la membrana. En este momento, el potencial de membrana comienza a recuperarse hacia el estado de reposo, que es el proceso de repolarización. Otra característica importante del proceso de inactivación del canal de sodio es que la puerta de inactivación no se volverá a abrir hasta que el potencial de membrana alcance ose aproxime a su nivel original de reposo. Por tanto, no suele ser posible que los canales de sodio se abran otra vez sin que se haya repolarizado de nuevo la fibra nerviosa. 29. Explique el potencial postpotencial positivo Se da en la fase de repolarización, cuando hay aumento marcado de la permeabilidad al K+, sufriendo una salida excesiva de K+.

-60

(-) (+)

Fase postpotencial

30. Utilizando un eje de coordenadas señale el Potencial de -80 membrana del sodio, potasio y cloro.

+65mV E. Na+ = +65mV E. K+= -85mV

0mV

Potencial de Acción Na+ K+

-85mV -90mV

Potencial de Equilibrio de Na+

Potencia de Membrana en Reposo de Equilibrio de Potencia K+ Potencia de Equilibrio del Cl-

31. Defina: Estimulo umbral, umbral de excitación, sobreexcitación y zona de disparo -Estimulo umbral: Nivel de estímulo suficiente para producir una respuesta. Es el nivel de intensidad, tanto mínimo como máximo que necesita una percepción para estimular un órgano sensorial (vista, oído, tacto). -Umbral de excitación: Intensidad mínima que debe tener un estímulo para ser capaz de un potencial de acción en una neurona. -Sobreexcitación: Nivel de Estimulo que se encuentra por encima del Umbral, superando el umbral exigido para la excitación. - Zona de disparo: Es el cuello de una neurona (punto H). Es un filtro y sumador que transforma todas las entradas en una sola hacia el bloqueo de la zona de disparo (cuello H). 32. Explique: Periodo refractario: Tipos Periodo durante en el que no puede producirse otro potencial de acción normal en una célula excitable. Es decir, mientras la membrana siga despolarizada, no se puede producir un nuevo

potencial de acción. Eso se debe a que poco después del Inicio del Potencial de Acción, se inactivan los canales de Na+, o los canales de K+ o ambos, y ninguna magnitud de señal excitadora que se aplique a estos canales en este momento abrirá los compuestos de inactivación. La única situación que permitirá que se haya es que el potencial de membrana vuelva al reposo original y solo en pequeñas fracciones de segundo se abran las compuertas de inactivación del canal y se pueda iniciar el nuevo potencial de acción. Tipo:  Periodo Refractario Absoluto: Periodo durante el cual no se puede generar un segundo potencial de acción, incluso con estímulo intenso. Ejm: Fibras nerviosas Mielínicas grandes este periodo es de 1 /2,500 impulsos por segundo.  Periodo Refractario Relativo: Periodo durante el cual no se puede generar un segundo potencial, sin embargo se puede excitar con una señal muy intensa. Ejm: El musculo Cardiaco después de una contracción se puede producir una pequeña contracción prematura en los ventrículos. 33. Explique la ley del todo o nada.- Ejemplos Cuando se origina un potencial de acción en cualquier punto de la membrana de una fibra normal, el proceso de despolarización viaja por toda la membrana si las condiciones son las adecuadas, sino no viajará. Por ejemplo: Si el estímulo, por ejemplo, un estiramiento es lo suficientemente fuerte como para iniciar un impulso nervioso en el Axón, produce la estimulación de toda la fibra. Otro ejemplo es en el corazón, cuando este es estimulado o se contrae todo o no se contrae. 34. Explique el factor de seguridad.- Importancia Es el valor que se obtiene del cociente entre el Potencial de acción con respecto al umbral de excitación, el cual debe ser mayor que 1. Es importante porque garantiza la propagación constante y continua de los estímulos para generar una respuesta; sin este facto, la continuidad del impulso sería incierta y podría terminar espontáneamente. 35. Explique la propagación de los potenciales. Tipos La excitabilidad irá subiendo hasta llegar al nivel de descarga. Cuando se llega al nivel de descarga, se abren los canales de Na + y, por muy intenso que sea el estímulo, la excitabilidad será negativa porque la fibra se encuentra en un periodo refractario absoluto (ya que le ha sucedido todo lo que le podía pasar a la fibra).

Durante el potencial de acción cambia la excitabilidad de la neurona con periodos refractarios (nunca habrá respuesta por intenso que sea y dura la punta de la espiga) y periodo de adición latente (en el que la excitabilidad es menor). Si sobre un axón de una fibra nerviosa polarizada se aplica un estímulo suficiente, la fibra se despolarizará. El flujo de corriente (tener cargas positivas y negativas juntas) provoca una despolarización de la zona adyacente. La repolarización consiste en que en la zona central, se hace salir K+, restituyendo la polaridad del principio. Se empieza donde se ha empezado la despolarización. Justo por detrás del impulso nervioso que va avanzando, hay una neurona en periodo refractario con excitabilidad nula y no permite que se cambie la dirección del impulso nervioso. Esta forma de despolarización le ocurre a las fibras amielínicas. En una célula mielinizada, se aísla el axón de la neurona y el único punto que se puede despolarizar son los nódulos de Ranvier, que provoca que la despolarización vaya saltando de un nódulo a otro. Se llama conducción saltatoria. Es mucho más rápida y se da en las fibras de tipo A, mientras que la conducción ondulatoria se da en las fibras de tipo C. La conducción ortodrómica va del soma a las terminaciones nerviosas (motoneuronas) o del receptor al soma o al revés (neuronas sensitivas). La conducción antidrómica va de las terminaciones nerviosas al soma en las motoneuronas. 36. Explique las características de los diferentes tipos de fibras nerviosas Fibra Nervio sa

Función

Aα

Motora somática Tacto, presión Motora para huesos musculares

Aβ Aγ

Aδ

Dolor, frio, tacto, T°

Diamet ro de Fibra µm 12-20

Velocida d de Conducci ón 70-120

Mielinizaci ón

Si

Period o Refract ante -

5-12

30-70

Si

0,4- 1

3-6

15-30

Si

-

2-5

12-30

Si

-

Ejemplos

Motoneurona sα

Motoneurona sγ Para huesos musculares

B

C

37.

Autonómica preganglion as Dolor lento, nervios autonómico s postganglio nas, olfato