Potencial de acción

Potencial de acción
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Concepto:Un potencial de acción se describe como una alteración brusca, rápida y pasajera que se propaga a lo largo del potencial de membrana en estado de reposo. Esta capacidad de producir un potencial de acción es exclusiva de las neuronas y las células musculares, y se denomina excitabilidad.[1]

El potencial de acción es un cambio rápido y transitorio en el potencial eléctrico a través de la membrana de una célula excitable, como una neurona o una célula muscular. Este fenómeno es fundamental para la transmisión de señales nerviosas y la contracción muscular.[2][3][4]

Fisiología

El potencial de acción se genera cuando un estímulo suficiente despolariza la membrana celular, alcanzando un umbral específico. Esto provoca la apertura de canales de sodio (Na+), permitiendo la entrada masiva de Na+ al interior celular y cambiando el potencial de membrana de negativo a positivo.[5][6]

Etapas del potencial de acción

  • Reposo: La célula se encuentra en un estado polarizado con un potencial de reposo negativo (aprox. -70 mV).[7]
  • Despolarización: Los estímulos provocan la apertura de canales de Na+, permitiendo que Na+ ingrese a la célula y haciendo el potencial más positivo.[8]
  • Repolarización: Los canales de Na+ se cierran y se abren los canales de potasio (K+), permitiendo la salida de K+ y restaurando el potencial negativo.[9]
  • Hiperpolarización: La salida continua de K+ puede hacer que el potencial sea temporalmente más negativo que el de reposo.[2]
  • Recuperación: Los mecanismos de bombeo iónico restablecen el equilibrio iónico original.[5]

Neurofisiología del potencial de acción

En el sistema nervioso, el potencial de acción es crucial para la comunicación entre neuronas y la transmisión de información a lo largo de las fibras nerviosas.[10]

Generación y propagación

En las neuronas, el potencial de acción se genera en el segmento inicial del axón, conocido como el cono axónico. Desde allí, se propaga a lo largo del axón hasta las terminaciones sinápticas, donde desencadena la liberación de neurotransmisores que permiten la comunicación con otras neuronas o células efectoras.[2]

Conducción saltatoria

En las neuronas mielinizadas, la conducción del potencial de acción es más rápida gracias a la conducción saltatoria. Los potenciales de acción "saltan" entre los nodos de Ranvier, que son intervalos en la vaina de mielina, lo que aumenta significativamente la velocidad de transmisión.[7]

Importancia en la sinapsis

Es esencial para la función sináptica. Cuando un potencial de acción llega a la terminación axónica, provoca la apertura de canales de calcio (Ca2+), lo que desencadena la fusión de vesículas sinápticas con la membrana y la liberación de neurotransmisores en la sinapsis.[9]

Endocrinología del potencial de acción

Las hormonas y otros mediadores endocrinos pueden influir en la excitabilidad celular y la generación de potenciales de acción.

Influencia hormonal

  • Adrenalina y noradrenalina: Estas hormonas, liberadas en situaciones de estrés, pueden aumentar la frecuencia y la velocidad de los potenciales de acción en células excitables como las neuronas y las células del músculo cardíaco, mejorando la respuesta del organismo al estrés.[11]
  • Hormonas tiroideas: Las hormonas tiroideas, como la tiroxina (T4) y la triyodotironina (T3), incrementan la tasa metabólica y pueden aumentar la excitabilidad neuronal, modificando la propagación de los potenciales de acción.[12]

Mecanismos de acción

  • Modulación de canales iónicos: Las hormonas pueden alterar la expresión y función de los canales iónicos en las membranas celulares, afectando la despolarización y repolarización durante los potenciales de acción.[5]
  • Interacción con receptores de membrana: Algunas hormonas actúan sobre receptores específicos en la membrana celular, desencadenando cascadas de señalización que pueden modificar la excitabilidad de la célula y la generación de potenciales de acción.[11]

Importancia

Permite la comunicación rápida y eficiente entre células nerviosas y la activación de células musculares. Este mecanismo es esencial para funciones vitales como el movimiento, la percepción sensorial y la coordinación interna del organismo.[7]

Aplicaciones clínicas

Las alteraciones en el potencial de acción pueden estar relacionadas con diversas patologías como la epilepsia, arritmias cardíacas y enfermedades neuromusculares. La comprensión de este fenómeno es fundamental para el desarrollo de tratamientos farmacológicos y terapéuticos.[9]

Aplicaciones en otras ciencias

  • Biofísica: Ayuda a entender los mecanismos de la excitabilidad celular y el comportamiento de los canales iónicos en diversas células.[5]
  • Biología molecular: Estudio de los genes que codifican para los canales iónicos y las proteínas asociadas.[8]
  • Ingeniería biomédica: Diseño de dispositivos médicos como marcapasos y neuroprótesis.[9]
  • Farmacología: Desarrollo de medicamentos que modulan la actividad eléctrica de las células.[7]
  • Psicología: Estudio de la neurobiología del comportamiento y la relación entre la actividad neuronal y los procesos mentales.[2]
  • Fisiología del deporte: Entendimiento de la contracción muscular y la fatiga para mejorar el rendimiento deportivo.[9]

Historia del potencial de acción

Orígenes y primeros descubrimientos

  • Luigi Galvani (1780): El descubrimiento de la "electricidad animal" por parte de Galvani, quien observó que las patas de las ranas se contraían al tocarlas con un objeto metálico, marcó el comienzo de la electrofisiología.
  • Johann Wilhelm Ritter (1800): Ritter fue el primero en medir el potencial eléctrico de las células nerviosas, aunque sus métodos eran rudimentarios.

Desarrollo de la electrofisiología

  • Hermann von Helmholtz (1842): Helmholtz midió la velocidad de transmisión del impulso nervioso, demostrando que era mucho más rápida de lo que se pensaba.
  • Ernst Wilhelm von Brücke (1850): Introdujo el concepto de "potencial de reposo" y comenzó a estudiar las propiedades eléctricas de las membranas celulares.

Avances claves en el siglo XX

  • Otto Loewi (1921): Loewi descubrió la transmisión química de los impulsos nerviosos, lo que le valió el Premio Nobel.
  • Alan Hodgkin y Andrew Huxley (1930s-1950s): Realizaron experimentos pioneros en el corazón de la anguila, desarrollando la teoría del potencial de acción y ganando el Premio Nobel en 1963.

Impacto y aplicaciones modernas

  • Neurociencia y medicina: El conocimiento sobre el potencial de acción ha sido fundamental para el desarrollo de tratamientos para enfermedades neurológicas y cardíacas.
  • Tecnología biomédica: Ha inspirado el diseño de dispositivos médicos como marcapasos y neuroprótesis.[13] [14] [15] [16] [17] [18] [19]

Referencias

  1. ↑ Potencial de acción: Definición, explicación, fases | Kenhub. (n.d.). Kenhub. Retrieved December 22, 2024 from [1]
  2. ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 Purves, D., Augustine, G. J., Fitzpatrick, D., Hall, W. C., LaMantia, A.-S., & White, L. E. (2018). Neuroscience (6a ed.). Oxford University Press. ISBN: 978-1605353807. Recuperado el 21 de diciembre de 2024, de [2]
  3. ↑ Qué es el potencial de acción, potencial de membrana, gráfica de potencial de acción | Molecular Devices. (n.d.). Retrieved December 22, 2024 from [3]
  4. ↑ Potencial de acción: Propagación y fases. (2022). Lifeder. Retrieved December 22, 2024 from [4]
  5. ↑ 5,0 5,1 5,2 5,3 Hille, B. (2001). Ion Channels of Excitable Membranes (3a ed.). Sinauer Associates. ISBN: 978-0878933211. Recuperado el 21 de diciembre de 2024, de [5]
  6. ↑ Landowne, D. (n.d.). Potenciales de acción | Fisiología médica. Un enfoque por aparatos y sistemas | AccessMedicina | McGraw Hill Medical. Mcgraw Hill Medical. Retrieved December 22, 2024 from [6]
  7. ↑ 7,0 7,1 7,2 7,3 Kandel, E. R., Schwartz, J. H., & Jessell, T. M. (2013). Principles of Neural Science (5a ed.). McGraw-Hill. ISBN: 978-0071390118. Recuperado el 21 de diciembre de 2024, de [7]
  8. ↑ 8,0 8,1 Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C. A., & Krieger, M. (2016). Molecular Cell Biology (8a ed.). W.H. Freeman. ISBN: 978-1464187445. Recuperado el 21 de diciembre de 2024, de [8]
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  17. ↑ Bear, M. F., Connors, B. W., & Paradiso, M. A. (2016). Neuroscience: Exploring the Brain (4a ed.). Wolters Kluwer. ISBN: 978-0781778176. Recuperado el 21 de diciembre de 2024, de [16]
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  19. ↑ Melmed, S., Polonsky, K. S., Larsen, P. R., & Kronenberg, H. M. (2015). Williams Textbook of Endocrinology (13a ed.). Elsevier. ISBN: 978-1455751235. Recuperado el 21 de diciembre de 2024.

Fuentes

  • 07. Fisiología humana autor Editorial Vicens Vive.pdf. (s. f.). [18]. Recuperado el 21 de diciembre de 2024.
  • Martini, F. H., Tallitsch, R. B., & Timmons, Mi. J. (2009). Anatomía humana (6th ed). Pearson. ISBN: 978-84-7829-099-4. Recuperado el 21 de diciembre de 2024.
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