El origen de los biopotenciales Los biopotenciales se originan a nivel celular y se propagan por un volumen conductor (volume - conductor field) hasta la superficie corporal para ser registrados. Núcleo Mielina Soma Axón C. Schwann Dendrita Volumen conductor N. Ranvier Axón terminal

Células excitables Los biopotenciales son producidos como resultado de una actividad electroquímica de las células excitables.

Células excitables Presentan un potencial de reposo y un potencial de acción. Técnica de Voltage-clamp

Membrana celular Permeabilidad a los distintos iones Ligeramente permeable al Na+ Permeable al K+ y al Cl- PK+ ≈ (50-100) PNa+ Impermeable a proteínas y a aniones orgánicos

Concentraciones de iones Membrana celular Concentraciones de iones http://www.unizar.es/departamentos/bioquimica_biologia/docencia/ELFISICABIOL/PM/ComIon.gif

Membrana celular Condensador con fugas + - E

Membrana celular Potencial de equilibrio: Ecuación de Nernst Considerando PK+>>PNa+ Con [K]: concentraciones de K+ (mol/l) n: Valencia del K+ R: constante universal de los gases (8.31 J/mol °K) T: Temperatura absoluta en °K F: Constante de Faraday (96500 C/mol)

Membrana celular Potencial de equilibrio: Ecuación de Goldman, Hodgkin, Katz (1949) Con E: Potencial de equilibrio transmembrana (potencial de reposo) cuando la corriente neta a través de la membrana es cero. PM: Permeabilidad de la membrana para el ión M

Potencial de equilibrio Encontrar el potencial de equilibrio para una fibra muscular a 20°C con: [Na]i= 12 mmoles/l [Na]e= 145 mmoles/l [K]i= 155 mmoles/l [K]e= 4 mmoles/l [Cl]i= 4 mmoles/l [Cl]e= 120 mmoles/l PNa=2x10-8 cm/s, PK=2x10-6 cm/s, PCl=4x10-6 cm/s Con E: Potencial de equilibrio transmembrana (potencial de reposo) cuando la corriente neta a través de la membrana es cero. PM: Permeabilidad de la membrana para el ión M

Membrana celular Factores que intervienen en el intercambio iónico: El gradiente de difusión El campo eléctrico generado por la separación de cargas La estructura de la membrana El transporte activo (Bomba Na-K)

Potencial de acción Se genera por un estímulo que genera una despolarización (≈120 mV) Se alteran las permeabilidades (conductividad) de los distintos iones Es un fenómeno de todo o nada Se deben superar ciertos umbrales Hay periodos refractarios

Potencial de acción Etapas

Potencial de acción Relación con las permeabilidades Voltaje dependiente Tiempo dependiente Resp. lenta

Potencial de acción Modelo circuital

Potencial de acción Modelo circuital con: Cm (mF/cm): Capacitancia de la membrana. gNa, gK, y gCl en mS/cm (milisiemens/cm): conductancias para Na, K y Cl. ri y ro (/cm): Resitencias del citoplasma y exterior. im : corriente en la membrana en (A/cm). i y o voltajes en el interior y exterior en el punto z,

Propagación del potencial de acción Impulso nervioso Flujo de corriente local Membrana repolarizada Axón Membrana en reposo Medio externo + - Región activa despolarizada Dirección de propagación

Impulso nervioso Fibras mielínicas Célula Nodo de Ranvier Funda de Mielina Nodo activo Espacio Periaxonal Axón + -

Volumen conductor Medio conductor alrededor de una célula excitable. Sirve para comprender cómo se generan los bipotenciales. El conjunto se puede modelar como una fuente bioeléctrica con una resistencia. El potencial que se propaga es trifásico, tiene mayor distribución espacial y más pequeño en magnitud.

Volumen conductor

Volumen conductor Modelo circuital

Sistema nervioso periférico Organización funcional: Arco reflejo

Junturas de transmisión Entre neuronas se llaman sinapsis. Entre neuronas y músculos se llaman junturas neuromusculares. Para la comunicación se emplean los neurotransmisores. Hay un pequeño retraso en el fluido intersticial de 0.5 a 1 ms. Otro retraso que se llama tiempo de excitación-contracción. Si la estimulación es muy rápida se produce tetanización.