The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. C APÍTULO 4 Potencial de acción: génesis y propagación.

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1 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. C APÍTULO 4 Potencial de acción: génesis y propagación

2 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura R4-1-1 Alan Lloyd Hodgkin (1914-1998) (izquierda) y Andrew Fielding Huxley (derecha).

3 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura R4-1-2 Primera cuantificación intracelular de un potencial de acción. (Tomada de A Hodgkin, A Huxley. Action potentials recorder from inside a nerve fibre. Nature, 144;710-1, 1939.)

4 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura 4-1 Arco del reflejo miotático o de estiramiento.

5 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura 4-2 Potenciales de acción observados en dos tiempos sucesivos en la misma zona ( a ) y dos diferentes posiciones espaciales (A y B) a lo largo de una fi bra nerviosa ( b ). Se reconoce la semejanza de forma entre los dos impulsos en el tiempo y el espacio. Las dos ondas encuadradas en a representan los dos estímulos de corriente.

6 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura 4-3 Ejemplos de estimulación de umbral bajo ( a ) y alto ( b ). Las rayas horizontales indican el potencial de reposo, el umbral (línea punteada), el potencial de equilibrio para el K+ (EK) y el Na+ (ENa). Se identifica la fase de hiperpolarización tardía (after- hyperpolarization).

7 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura R4-2 Periodo refractario después de un potencial de acción con ( a ) y sin ( b ) una fase de hiperpolarización final. En ambos casos se indica el periodo refractario absoluto (PRA) y el relativo (PRR), este último más duradero en el caso de presentarse una marcada hiperpolarización de la membrana celular.

8 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura 4-4 Efecto producido por la variación de la concentración extracelular de Na+: se nota la modificación de la amplitud y la forma del potencial de acción. Las líneas 1 y 3 se obtuvieron con concentraciones fisiológicas de sodio, mientras las líneas 2 son las que se registran en condiciones de sodio bajo (rediseñada por AL Hodgkin, B Katz, The effect of sodium ions on the electrical activity of the giant axon of the squid. J Physiol 108:37, 1949).

9 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura 4-5 Esquema simplificado de la modificación a cargo de la conductancia iónica para el sodio (GNa) y el potasio (GK) durante las fases iniciales de un potencial de acción. En este esquema no se considera la fase de hiperpolarización tardía (after-hyperpolarization).

10 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura 4-6 a, esquema del mecanismo autogenerativo que lleva a la génesis de un potencial de acción. b, uso de la técnica de la exploración de voltaje para romper el mecanismo autorregenerativo. Con el potencial de membrana fijado a cierto valor, la abertura de los canales del Na+ ya no puede inducir una despolarización ulterior y descontrolada. De este modo se puede estudiar la abertura de las diversas conductancias de membrana sin generar un potencial de acción.

11 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura 4-7 Conjunto de respuestas de la corriente del axón gigante del calamar (técnica de exploración de voltaje, de Cole y Marmont). El potencial de membrana se lleva de un valor de reposo de −60 mV a diversos niveles de potenciales comprendidos entre −40 y +90 mV (arriba). Se superpusieron las líneas de las corrientes producidas por estos estímulos despolarizantes (abajo). (Modificada a partir de Armstrong C. Inactivation of the potassium conductance and related phenomena caused by quaternary ammonium ion injection in squid axon. J Gen Physiol 54(5):553-75, 1969.)

12 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura 4-8 Experimento de sustitución iónica para separar las corrientes de Na+ y de K+. Los iones Na+ se sustituyeron casi del todo por cationes impermeables de colina (línea verde). De la corriente total (línea amarilla) se sustrajo la corriente obtenida en presencia de colina (línea verde) y se trazó la curva que se muestra en rojo. Esta última representa la corriente entrante de Na+: nótese cómo esta corriente es transitoria. (Modifi cada a partir de AL Hodgkin y A Huxley, 1952.)

13 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura 4-9 Modificación de la conductancia del Na+ ( a ) y el K+ ( b ) (mili- Siemens/cm2) producida con estímulos despolarizantes de valor creciente. Los puntos representan las medidas experimentales, mientras que las líneas continuas se obtuvieron tras calcular los valores de conductancia con base en el modelo H-H. (Modificada a partir de AL Hodgkin, Ionic movements and electrical activity in giant nerve fi bres. Proc R Soc Lond B Biol Sci 148:1-37, 1958.)

14 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura 4-10 Dependencia temporal de la recuperación del proceso de inactivación para los canales del sodio. a, dos impulsos despolarizantes separados por un intervalo creciente generan las corrientes. Obsérvese cómo por breves intervalos las corrientes de sodio se reducen de manera notoria. b, movimiento exponencial de la fase de recuperación de la inactivación. La constante de tiempo es de 4.6 ms. (Modifi cada a partir de FA Dodge, A study of ionic permeability changes underlying excitation in myelinated nerve fi bers of the frog, Ph.D. thesis. Rockfeller University, 1963.)

15 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura R4-3-1 Valores de los parámetros m y h en el estado estacionario. Las dos curvas m∞ y h∞ describen el movimiento de los parámetros para cada valor del voltaje. Para obtener cálculos precisos de estos parámetros, el voltaje indicado se mantiene por un tiempo muy largo.

16 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura R4-3-2 Estados funcionales de un canal de Na+ según el modelo H-H.

17 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura R4-3-3 Reconstrucción teórica basada en el modelo H-H de las variaciones de la conductancia para el Na+ y el K+ durante el paso del potencial de acción en la fi bra nerviosa.

18 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura 4-11 Corrientes generadas por la abertura de los canales del Na+ dependientes de voltaje medidas en la configuración célula fija de la exploración segmentaria. a, serie de trazos de corriente obtenidos al despolarizar en sucesión, de −80 mV a −40 mV, la misma población de canales contenidos en el segmento de membrana. Nótese cómo en respuesta a estos estímulos despolarizantes se abren los canales del Na+, cómo esta abertura ocurre en tiempos brevísimos y cómo en presencia del estímulo despolarizante estos canales se cierran asimismo con celeridad a causa del proceso de inactivación. La línea punteada representa el nivel de corriente en el cual todos los canales del Na+ están cerrados. b, corriente macroscópica promedio obtenida tras medir todos los trazos presentados en a. Obsérvese cómo la corriente promedio alcanza un pico en menos de 1 ms desde el inicio del estímulo y después de 5 ms retorna al valor basal. (Modificada a partir de JB Patlak, M Ortiz, Two modes of gating during late sodium channel current in frog sartorious muscle, J Gen Physiol 87:305-26, 1986.)

19 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura 4-12 Estructura de las subunidades α y β del canal del Na+ dependiente de voltaje. Los cilindros representan las regiones transmembrana de las hélices α. En la subunidad α éstos son los dominios S1 a S6 contenidos en las cuatro subunidades I-IV: en esta familia de canales las cuatro subunidades están enlazadas entre sí en la secuencia primaria de la proteína. Los cuatro dominios S4 constituyen los sensores para el voltaje mientras las asas entre S5 y S6 participan en la formación del poro del canal.

20 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura 4-13 a, modificación del voltaje de membrana producido por pequeñas inyecciones de corriente hiperpolarizante y despolarizante. b, el circuito RC de membrana. RM representa la resistencia de ingreso de la célula y CM la capacidad de la membrana. La capacidad específica de la membrana se halla en general en el orden de 1 μF/cm2. La resistencia específica varía en ocasiones en grado notable de célula a célula con límites de 101-106 Ω cm2. Esto indica que el número de los canales iónicos abiertos en reposo varía de forma considerable. (Modificada a partir de C Kung, R Eckert, Genetic modifi cation of electric properties in an excitable membrane, Proc Natl Acad Sci USA 69:93-7, 1972.)

21 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura 4-14 a, fase de carga y descarga del condensador de membrana. La letra τ representa el tiempo necesario para alcanzar o perder 63% del valor del potencial alcanzado al término de la fase de carga (t = 0). b, difusión espacial del voltaje producido en el punto X = 0. La letra λ expresa la distancia a la cual se pierde 63% del valor producido en el punto cero.

22 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura 4-15 Estructura de una proyección neural. ra representa la resistencia interna específica o resistencia interna axil, la cual se opone al flujo de la corriente iónica. RM y CM son, respectivamente, la resistencia y la capacidad de la membrana celular, mientras que re es la resistencia del medio extracelular.