El funcionamiento de los órganos y tejidos de nuestro cuerpo depende de muchos factores. Algunas células (cardiomiocitos y nervios) dependen de la transmisión de impulsos nerviosos generados en nódulos o componentes celulares especiales. La base del impulso nervioso es la formación de una onda específica de excitación, llamada potencial de acción.
¿Qué es esto?
Un potencial de acción se denomina comúnmente una onda de excitación que se mueve de una célula a otra. Debido a su formación y paso a través de las membranas celulares, se produce un cambio a corto plazo en su carga (normalmente, el lado interno de la membrana está cargado negativamente y el lado externo está cargado positivamente). La onda generada contribuye a un cambio en las propiedades de los canales iónicos de la célula, lo que conduce a la recarga de la membrana. En el momento en que el potencial de acción atraviesa la membrana, se produce un cambio breve en su carga, lo que provoca un cambio en las propiedades de la célula.
La formación de esta onda es la base del funcionamiento de la fibra nerviosa, así como del sistema de vías del corazón.
Cuando se altera su formación, se desarrollan muchas enfermedades, lo que hace necesaria la determinación del potencial de acción enun complejo de medidas de diagnóstico y tratamiento.
¿Cómo se forma un potencial de acción y qué características tiene?
Historial de investigación
El estudio de la aparición de excitación en células y fibras se inició hace mucho tiempo. Los primeros en notar su ocurrencia fueron los biólogos que estudiaron los efectos de varios estímulos en el nervio tibial expuesto de la rana. Se dieron cuenta de que cuando se exponían a una solución concentrada de sal de mesa, se observaba una contracción muscular.
En el futuro, la investigación fue continuada por neurólogos, pero la principal ciencia después de la física que estudia el potencial de acción es la fisiología. Fueron los fisiólogos quienes demostraron la existencia de un potencial de acción en las células del corazón y los nervios.
A medida que profundizamos en el estudio de los potenciales, también se comprobó la presencia del potencial de reposo.
Desde principios del siglo XIX se empezaron a crear métodos para detectar la presencia de estos potenciales y medir su magnitud. Actualmente, la fijación y el estudio de los potenciales de acción se llevan a cabo en dos estudios instrumentales: la extracción de electrocardiogramas y electroencefalogramas.
Mecanismo del potencial de acción
La formación de excitación ocurre debido a cambios en la concentración intracelular de iones de sodio y potasio. Normalmente, la célula contiene más potasio que sodio. La concentración extracelular de iones de sodio es mucho mayor que en el citoplasma. Los cambios causados por el potencial de acción contribuyen a un cambio en la carga de la membrana, lo que da como resultado el flujo de iones de sodio hacia la célula. Debido a estolas cargas dentro y fuera de la célula cambian (el citoplasma está cargado positivamente y el ambiente externo está cargado negativamente.
Esto se hace para facilitar el paso de la onda a través de la celda.
Después de que la onda se haya transmitido a través de la sinapsis, la carga se invierte debido a la corriente dentro de la celda de iones de cloruro cargados negativamente. Se restablecen los niveles iniciales de carga dentro y fuera de la célula, lo que conduce a la formación de un potencial de reposo.
Períodos de descanso y excitación se alternan. En una célula patológica, todo puede suceder de manera diferente, y la formación de AP obedecerá leyes algo diferentes.
Fases de PD
El curso de un potencial de acción se puede dividir en varias fases.
La primera fase continúa hasta que se forma un nivel crítico de despolarización (un potencial de acción que pasa estimula una descarga lenta de la membrana, que alcanza un nivel máximo, generalmente alrededor de -90 meV). Esta fase se llama prespike. Se lleva a cabo debido a la entrada de iones de sodio en la célula.
La siguiente fase, el potencial pico (o pico), forma una parábola con un ángulo agudo, donde la parte ascendente del potencial significa despolarización de la membrana (rápida) y la parte descendente significa repolarización.
Tercera fase - potencial de traza negativo - muestra traza de despolarización (transición del pico de despolarización al estado de reposo). Provocado por la entrada de iones de cloruro en la célula.
En la cuarta etapa, la fase de positivotraza potencial, los niveles de carga de la membrana vuelven al original.
Estas fases determinadas por el potencial de acción siguen estrictamente una tras otra.
Funciones de potencial de acción
Sin duda, el desarrollo del potencial de acción es importante en el funcionamiento de ciertas células. La excitación juega un papel importante en el trabajo del corazón. Sin ella, el corazón sería simplemente un órgano inactivo, pero debido a la propagación de la onda a través de todas las células del corazón, se contrae, lo que ayuda a impulsar la sangre a través del lecho vascular, enriqueciendo con ella todos los tejidos y órganos.
El sistema nervioso tampoco podría realizar normalmente su función sin un potencial de acción. Los órganos no podrían recibir señales para realizar una función particular, por lo que serían simplemente inútiles. Además, la mejora en la transmisión de un impulso nervioso en las fibras nerviosas (aparición de mielina e intersecciones de Ranvier) hizo posible transmitir una señal en cuestión de fracciones de segundo, lo que condujo al desarrollo de reflejos y conciencia. movimientos.
Además de estos sistemas de órganos, el potencial de acción también se forma en muchas otras células, pero en ellas desempeña un papel únicamente en el desempeño de las funciones específicas de la célula.
Ascenso de un potencial de acción en el corazón
El órgano principal cuyo trabajo se basa en el principio de formación del potencial de acción es el corazón. Debido a la existencia de nódulos para la formación de impulsos, se lleva a cabo el trabajo de este órgano, cuya función es llevar sangre a los tejidos yautoridades.
El potencial de acción del corazón se genera en el nódulo sinusal. Se encuentra en la confluencia de la vena cava en la aurícula derecha. Desde allí, el impulso se propaga a lo largo de las fibras del sistema de conducción del corazón, desde el nódulo hasta la unión auriculoventricular. Pasando a lo largo del haz de His, más precisamente, a lo largo de sus piernas, el impulso pasa a los ventrículos derecho e izquierdo. En su grosor hay vías más pequeñas: las fibras de Purkinje, a través de las cuales la excitación llega a cada célula del corazón.
El potencial de acción de los cardiomiocitos es compuesto, es decir, depende de la contracción de todas las células del tejido cardíaco. En presencia de un bloqueo (una cicatriz después de un infarto), se altera la formación de un potencial de acción, que se registra en el electrocardiograma.
Sistema nervioso
¿Cómo se forma la EP en las neuronas, células del sistema nervioso? Todo se hace un poco más fácil aquí.
El impulso externo es percibido por crecimientos de células nerviosas, dendritas asociadas con receptores ubicados tanto en la piel como en todos los demás tejidos (el potencial de reposo y el potencial de acción también se reemplazan entre sí). La irritación provoca la formación de un potencial de acción en ellos, después de lo cual el impulso atraviesa el cuerpo de la célula nerviosa hasta su proceso largo, el axón, y desde allí a través de las sinapsis a otras células. Así, la onda de excitación generada llega al cerebro.
Una característica del sistema nervioso es la presencia de dos tipos de fibras: cubiertas con mielina y sin ella. La aparición de un potencial de acción y su transmisión en aquellas fibras donde hay mielina,llevado a cabo mucho más rápido que en desmielinizados.
Este fenómeno se observa debido al hecho de que la propagación de AP a lo largo de las fibras mielinizadas ocurre debido a "s altos": el impulso s alta sobre las secciones de mielina, lo que, como resultado, reduce su camino y, en consecuencia, acelera su propagación.
Potencial de reposo
Sin el desarrollo del potencial de reposo, no habría potencial de acción. El potencial de reposo se entiende como el estado normal, no excitado, de la célula, en el que las cargas dentro y fuera de su membrana son significativamente diferentes (es decir, la membrana está cargada positivamente por fuera y negativamente por dentro). El potencial de reposo muestra la diferencia entre las cargas dentro y fuera de la celda. Normalmente, oscila entre -50 y -110 meV. En las fibras nerviosas, este valor suele ser de -70 meV.
Se debe a la migración de iones de cloruro al interior de la célula y la creación de una carga negativa en el interior de la membrana.
Al cambiar la concentración de iones intracelulares (como se mencionó anteriormente), PP reemplaza a PD.
Normalmente, todas las células del cuerpo se encuentran en un estado no excitado, por lo que el cambio de potenciales puede considerarse un proceso fisiológicamente necesario, ya que sin ellos los sistemas cardiovascular y nervioso no podrían realizar sus actividades.
Importancia de la investigación sobre los potenciales de reposo y de acción
El potencial de reposo y el potencial de acción le permiten determinar el estado del cuerpo, así como los órganos individuales.
La fijación del potencial de acción del corazón (electrocardiografía) permitedeterminar su estado, así como la capacidad funcional de todos sus departamentos. Si estudia un ECG normal, puede ver que todos los dientes en él son una manifestación del potencial de acción y el potencial de reposo posterior (respectivamente, la aparición de estos potenciales en las aurículas muestra la onda P y la propagación de la excitación en los ventrículos - la onda R).
En cuanto al electroencefalograma, la aparición de varias ondas y ritmos (en particular, ondas alfa y beta en una persona sana) también se debe a la aparición de potenciales de acción en las neuronas cerebrales.
Estos estudios permiten la detección oportuna del desarrollo de un proceso patológico particular y determinan casi el 50 por ciento del éxito del tratamiento de la enfermedad original.
