El potencial de membrana de la neurona en reposo es igual. Potencial de membrana celular o potencial de reposo.

Índice del tema "Endocitosis. Exocitosis. Regulación de las funciones celulares":
1. Efecto de la bomba Na/K (bomba sodio potasio) sobre el potencial de membrana y el volumen celular. Volumen celular constante.
2. Gradiente de concentración de sodio (Na) como fuerza impulsora del transporte por membrana.
3. Endocitosis. Exocitosis.
4. Difusión en el transporte de sustancias dentro de la célula. La importancia de la difusión en la endocitosis y exocitosis.
5. Transporte activo en membranas de orgánulos.
6. Transporte en vesículas celulares.
7. Transporte mediante formación y destrucción de orgánulos. Microfilamentos.
8. Microtúbulos. Movimientos activos del citoesqueleto.
9. Transporte de axones. Transporte rápido de axones. Transporte lento de axones.
10. Regulación de las funciones celulares. Efectos reguladores sobre la membrana celular. Potencial de membrana.
11. Sustancias reguladoras extracelulares. Mediadores sinápticos. Agentes químicos locales (histamina, factor de crecimiento, hormonas, antígenos).
12. Comunicación intracelular con participación de segundos mensajeros. Calcio.
13. Monofosfato de adenosina cíclico, AMPc. AMPc en la regulación de la función celular.
14. Fosfato de inositol "IF3". Trifosfato de inositol. Diacilglicerol.

Efecto de la bomba Na/K (bomba sodio potasio) sobre el potencial de membrana y el volumen celular. Volumen celular constante.

Arroz. 1.9. Diagrama que muestra las concentraciones de Na+, K+ y CI dentro y fuera de la célula. y las vías para la penetración de estos iones a través de la membrana celular (a través de canales iónicos específicos o usando una bomba Na/K). En estos gradientes de concentración, los potenciales de equilibrio E(Na), E(K) y E(Cl) son iguales. a los indicados, el potencial de membrana Et = - 90 mV

En la Fig. 1.9 muestra los distintos componentes corriente de membrana y dado concentraciones de iones intracelulares que aseguran su existencia. Se observa una corriente de salida de iones potasio a través de los canales de potasio, ya que el potencial de membrana es ligeramente más electropositivo que el potencial de equilibrio de los iones potasio. Conductancia total del canal de sodio mucho más bajo que el potasio, es decir los canales de sodio se abren con mucha menos frecuencia que los canales de potasio en potencial de reposo; sin embargo, aproximadamente la misma cantidad de iones de sodio ingresan a la célula que iones de potasio salen de ella, porque se requieren grandes concentraciones y gradientes de potencial para que los iones de sodio difundan hacia el interior de la célula. La bomba Na/K compensa idealmente las corrientes de difusión pasiva, ya que transporta iones de sodio fuera de la célula y iones de potasio hacia ella. Así, la bomba es electrogénica debido a la diferencia en el número de cargas transferidas dentro y fuera de la celda, lo que, a su velocidad normal de funcionamiento, crea un potencial de membrana que es aproximadamente 10 mV más electronegativo que si se formara únicamente debido a a flujos de iones pasivos. Como resultado, el potencial de membrana se acerca al potencial de equilibrio del potasio, lo que reduce la fuga de iones de potasio. Actividad de la bomba Na/K regulado concentración intracelular de iones de sodio. La velocidad de la bomba disminuye a medida que disminuye la concentración de iones de sodio que se eliminarán de la célula (Fig. 1.8), de modo que el funcionamiento de la bomba y el flujo de iones de sodio hacia la célula se equilibran entre sí, manteniendo la concentración intracelular de sodio. iones a un nivel de aproximadamente 10 mmol/L.

Para mantener el equilibrio entre Bombeo y corrientes de membrana pasiva., se necesitan muchas más moléculas bomba de Na/K que proteínas canalizadoras para los iones potasio y sodio. Cuando el canal está abierto, decenas de miles de iones lo atraviesan en unos pocos milisegundos y, dado que el canal suele abrirse varias veces por segundo, en total pasan a través de él más de 105 iones durante este tiempo. Una sola proteína de bomba mueve varios cientos de iones de sodio por segundo, por lo que la membrana plasmática debe contener aproximadamente 1000 veces más moléculas de bomba que moléculas de canal. Las mediciones de las corrientes del canal en reposo mostraron un promedio de un canal abierto de potasio y uno de sodio por membrana de 1 µm2; De esto se deduce que en el mismo espacio deberían estar presentes unas 1.000 moléculas de la bomba Na/K, es decir la distancia entre ellos es en promedio de 34 millas náuticas; El diámetro de la proteína de la bomba, al igual que el de la proteína del canal, es de 8 a 10 nm. Por tanto, la membrana está bastante densamente saturada de moléculas de bombeo.

El hecho de que Flujo de iones de sodio hacia el interior de la célula., A iones de potasio - de la célula compensado por el funcionamiento de la bomba, tiene otra consecuencia, que es el mantenimiento de una presión osmótica estable y un volumen constante. Dentro de la célula hay una alta concentración de aniones grandes, principalmente proteínas (A en la Tabla 1.1), que no pueden atravesar la membrana (o penetrarla muy lentamente) y, por lo tanto, son un componente fijo dentro de la célula. Para equilibrar la carga de estos aniones, se necesita una cantidad igual de cationes. Gracias a acción de la bomba Na/K Estos cationes son principalmente iones de potasio. Aumento significante concentración de iones intracelulares Esto solo podría ocurrir con un aumento en la concentración de aniones debido al flujo de Cl a lo largo del gradiente de concentración hacia el interior de la célula (Tabla 1.1), pero el potencial de membrana lo contrarresta. Se observa una corriente de Cl hacia adentro sólo hasta que se alcanza el potencial de equilibrio para los iones cloruro; Esto se observa cuando el gradiente de iones cloro es casi opuesto al gradiente de iones potasio, ya que los iones cloro están cargados negativamente. Así, se establece una baja concentración intracelular de iones cloro, correspondiente a una baja concentración extracelular de iones potasio. El resultado es una limitación del número total de iones en la celda. Si el potencial de membrana cae cuando se bloquea la bomba Na/K, por ejemplo durante la anoxia, entonces el potencial de equilibrio para los iones cloruro disminuye y la concentración intracelular de iones cloruro aumenta en consecuencia. Al restablecer el equilibrio de cargas, los iones de potasio también ingresan a la célula; aumenta la concentración total de iones en la célula, lo que aumenta la presión osmótica; esto fuerza el agua hacia la célula. La célula se hincha. Esta hinchazón se observa in vivo en condiciones de deficiencia energética.

La principal función fisiológica del sodio en el cuerpo humano es regular el volumen de líquido extracelular, determinando así el volumen sanguíneo y la presión arterial. Esta función está directamente relacionada con el metabolismo del sodio y de los líquidos. Además, el sodio interviene en el proceso de formación del tejido óseo, conducción de los impulsos nerviosos, etc.

En medicina, ante diversos tipos de desequilibrios electrolíticos, para conocer las causas de esta afección, se realizan pruebas para determinar la concentración de sodio, así como controlar el equilibrio de líquidos (su ingesta y excreción).

En el cuerpo humano, la masa de líquido ocupa aproximadamente el 60%, es decir, una persona que pesa 70 kg contiene aproximadamente 40 litros de líquido, de los cuales unos 25 litros están contenidos en las células (líquido intracelular - CL) y 14 litros en el exterior. las células (líquido extracelular - ExtraQoL). De la cantidad total de líquido extracelular, aproximadamente 3,5 litros están ocupados por plasma sanguíneo (líquido sanguíneo ubicado dentro del sistema vascular) y aproximadamente 10,5 litros por líquido intersticial (IF), que llena el espacio en los tejidos entre las células (ver Fig. 1).

Figura 1. Distribución de líquidos en el cuerpo de un adulto que pesa 70 kg.

La cantidad total de líquido en el cuerpo y el mantenimiento de un nivel constante de su distribución entre compartimentos ayudan a garantizar el pleno funcionamiento de todos los órganos y sistemas, lo que, sin duda, es la clave para una buena salud. El intercambio de agua entre el líquido intracelular y el líquido extracelular se produce a través de las membranas celulares. La osmolaridad de las soluciones fluidas a ambos lados de la membrana influye directamente en este intercambio. En condiciones de equilibrio osmótico, el líquido no se moverá, es decir, sus volúmenes en los compartimentos no cambiarán. En una persona sana, la osmolaridad del líquido intracelular y del plasma sanguíneo (líquido extracelular) se mantiene en aproximadamente 80-295 mOsmol/kg.

El papel del sodio en la regulación del volumen de líquido extracelular.

La osmolaridad es la suma de la concentración de todas las partículas cinéticas en 1 litro de solución, es decir, depende de la concentración total de iones disueltos. En el cuerpo humano, la osmolaridad está determinada por los electrolitos, ya que en los medios líquidos (líquido intra y extracelular) los iones se encuentran en concentraciones relativamente altas en comparación con otros componentes disueltos. La Figura 2 demuestra la distribución de electrolitos entre los fluidos intracelulares y extracelulares.

Figura 2. Concentración de componentes disueltos en fluidos intracelulares y extracelulares.

Es importante tener en cuenta que para los iones monovalentes (potasio, sodio) meq/l = mmol/l, y para los iones divalentes, para calcular el número de mmol/l, el meq debe dividirse por 2.

El lado izquierdo de la figura (Ex-QF) muestra la composición del plasma sanguíneo, que es muy similar en composición al líquido intersticial (excepto por la baja concentración de proteínas y la alta concentración de cloruro).

Se puede concluir que la concentración de sodio en el plasma sanguíneo es un indicador determinante del volumen de líquido extracelular y, como consecuencia, del volumen de sangre.

El líquido extracelular es rico en sodio y bajo en potasio. Por el contrario, las células contienen poco sodio: el principal catión intracelular es el potasio. Esta diferencia en las concentraciones de electrolitos en los líquidos extracelular e intracelular se mantiene mediante el mecanismo de transporte activo de iones con la participación de la bomba (bomba) de sodio-potasio (ver Fig. 3).

Figura 3. Mantenimiento de las concentraciones de sodio y potasio en la calidad de vida y la calidad de vida extra

La bomba de sodio-potasio, localizada en las membranas celulares, es un sistema independiente de energía que se encuentra en todo tipo de células. Gracias a este sistema, los iones de sodio se eliminan de las células a cambio de iones de potasio. Sin dicho sistema de transporte, los iones de potasio y sodio permanecerían en un estado de difusión pasiva a través de la membrana celular, lo que daría como resultado un equilibrio iónico entre los fluidos extracelular e intracelular.

La alta osmolaridad del líquido extracelular se garantiza mediante el transporte activo de iones de sodio desde la célula, lo que garantiza su alto contenido en el líquido extracelular. Dado que la osmolaridad influye en la distribución del líquido entre el LEC y el CL, el volumen de líquido extracelular depende directamente de la concentración de sodio.

REGULACIÓN DEL EQUILIBRIO HÍDRICO

La ingesta de líquido en el cuerpo humano debe ser adecuada para su eliminación, de lo contrario puede producirse sobrehidratación o deshidratación. Para que se produzca la excreción (eliminación) de sustancias tóxicas (sustancias tóxicas que se forman en el cuerpo durante el metabolismo), los riñones deben excretar al menos 500 ml de orina al día. A esta cantidad es necesario añadir 400 ml de líquido, que se excreta diariamente a través de los pulmones durante la respiración, 500 ml - excretado a través de la piel y 100 ml - con materia fecal. Como resultado, el cuerpo humano pierde una media de 1.500 ml (1,5 l) de líquido al día.

Tenga en cuenta que diariamente en el cuerpo humano durante el proceso metabólico (como resultado de un subproducto del metabolismo) se sintetizan aproximadamente 400 ml de agua. Así, para mantener un nivel mínimo de equilibrio hídrico, el cuerpo debe recibir al menos 1100 ml de agua al día. De hecho, el volumen diario de líquido entrante a menudo excede el nivel mínimo especificado, mientras que los riñones, en el proceso de regular el equilibrio hídrico, hacen un excelente trabajo al eliminar el exceso de líquido.

Para la mayoría de las personas, el volumen medio diario de orina es de aproximadamente 1200-1500 ml. Si es necesario, los riñones pueden producir mucha más orina.

La osmolaridad del plasma sanguíneo está asociada con el flujo de líquido hacia el cuerpo y el proceso de formación y excreción de orina. Por ejemplo, si la pérdida de líquido no se repone adecuadamente, el volumen del líquido extracelular disminuye y la osmolaridad aumenta, lo que da como resultado un aumento en el flujo de líquido desde las células del cuerpo hacia el líquido extracelular, restaurando así su osmolaridad y volumen al nivel requerido. Sin embargo, dicha distribución interna de líquido es efectiva solo por un período de tiempo limitado, ya que este proceso conduce a la deshidratación (deshidratación) de las células, como resultado de lo cual el cuerpo necesita más líquido del exterior.

La figura 4 representa esquemáticamente la respuesta fisiológica a la deficiencia de líquidos en el cuerpo.

Figura 4. El mantenimiento del equilibrio hídrico normal en el organismo está regulado por el sistema hipotalámico-pituitario, la sensación de sed, la síntesis adecuada de la hormona antidiurética y el pleno funcionamiento de los riñones.

Cuando hay una deficiencia de líquido en el cuerpo, el plasma sanguíneo de alta osmolaridad fluye a través del hipotálamo, en el que los osmorreceptores (células especiales) analizan el estado del plasma y dan una señal para activar el mecanismo de reducción de la osmolaridad estimulando la secreción de hormona antidiurética (ADH) en la glándula pituitaria y la aparición de una sensación de sed. Cuando se tiene sed, una persona intenta compensar la falta de líquido del exterior consumiendo bebidas o agua. La hormona antidiurética afecta la función renal, impidiendo así la eliminación de líquido del cuerpo. La ADH promueve una mayor reabsorción (reabsorción) de líquido de los conductos colectores y los túbulos distales de los riñones, lo que resulta en la producción de cantidades relativamente pequeñas de orina de mayor concentración. A pesar de estos cambios en el plasma sanguíneo, los analizadores de diagnóstico modernos pueden evaluar el grado de hemólisis y medir el nivel real de potasio en el plasma de muestras de sangre hemolizada.

Cuando una gran cantidad de líquido ingresa al cuerpo, la osmolaridad del líquido extracelular disminuye. En este caso, no hay estimulación de los osmorreceptores en el hipotálamo: la persona no experimenta sensación de sed y el nivel de hormona antidiurética no aumenta. Para evitar una carga excesiva de agua, se forma una gran cantidad de orina diluida en los riñones.

Tenga en cuenta que aproximadamente 8000 ml (8 litros) de líquido ingresan al tracto gastrointestinal diariamente en forma de jugos gástricos, intestinales y pancreáticos, bilis y saliva. En condiciones normales, aproximadamente el 99% de este líquido se reabsorbe y sólo 100 ml se excretan por las heces. Sin embargo, la alteración de la función de conservación del agua contenida en estas secreciones puede provocar un desequilibrio hídrico, lo que provocará graves trastornos en todo el organismo.

Una vez más prestemos atención a los factores que influyen en la regulación normal del equilibrio hídrico en el cuerpo humano:

• sentir sed(para que se manifieste la sed, una persona debe estar consciente)
• Pleno funcionamiento de la hipófisis y el hipotálamo.
• Función renal completa
• Pleno funcionamiento del tracto gastrointestinal.

REGULACIÓN DEL EQUILIBRIO DE SODIO

Para el funcionamiento normal y la salud del cuerpo, mantener el equilibrio de sodio es tan importante como mantener el equilibrio hídrico. En estado normal, el cuerpo humano adulto contiene aproximadamente 3000 mmol de sodio. La mayor parte del sodio está contenido en el líquido extracelular: plasma sanguíneo y líquido intersticial (la concentración de sodio en ellos es de aproximadamente 140 mmol/l).

La pérdida diaria de sodio es de al menos 10 mmol/l. Para mantener el equilibrio normal del cuerpo, estas pérdidas deben compensarse (reponerse). A través de la dieta, las personas reciben significativamente más sodio del que el cuerpo necesita para compensar (con los alimentos, generalmente en forma de condimentos salados, una persona recibe un promedio de 100 a 200 mmol de sodio al día). Sin embargo, a pesar de la amplia variabilidad en la ingesta de sodio, la regulación renal garantiza que el exceso de sodio se excrete en la orina, manteniendo así el equilibrio fisiológico.

El proceso de excreción (eliminación) de sodio a través de los riñones depende directamente de la TFG (tasa de filtración glomerular). Una tasa de filtración glomerular alta aumenta la cantidad de sodio excretada en el cuerpo y una tasa de TFG baja la retrasa. Aproximadamente el 95-99% del sodio filtrado por el glomérulo se reabsorbe activamente a medida que la orina pasa a través del túbulo contorneado proximal. Cuando el ultrafiltrado ingresa al túbulo contorneado distal, la cantidad de sodio ya filtrada en los glomérulos es del 1 al 5%. El hecho de que el sodio restante se excrete en la orina o se reabsorba en la sangre depende directamente de la concentración de la hormona suprarrenal aldosterona en la sangre.

aldosterona Mejora la reabsorción de sodio a cambio de iones de hidrógeno o potasio, afectando así a las células de los túbulos distales de los riñones. Es decir, en condiciones de niveles elevados de aldosterona en sangre, la mayor parte del sodio restante se reabsorbe; en concentraciones bajas, el sodio se excreta en grandes cantidades con la orina.

Figura 5.

Controla el proceso de producción de aldosterona (ver Figura 5). renina- una enzima producida por los riñones en las células del aparato yuxtaglomerular en respuesta a una disminución del flujo sanguíneo a través de los glomérulos renales. Dado que la velocidad del flujo sanguíneo renal, al igual que el flujo sanguíneo a través de otros órganos, depende del volumen sanguíneo y, por lo tanto, de la concentración de sodio en la sangre, la secreción de renina en los riñones aumenta cuando los niveles plasmáticos de sodio disminuyen.

Gracias a la renina, la degradación enzimática de las proteínas, también conocida como sustrato de renina. Uno de los productos de esta división es angiotensinaI- un péptido que contiene 10 aminoácidos.

Otra enzima es la ECA ( enzima convertidora de angiotensina), que se sintetiza principalmente en los pulmones. Durante el metabolismo, la ECA separa dos aminoácidos de la angiotensina I, lo que conduce a la formación de un octopéptido, la hormona angiotensina II. .

angiotensinaII tiene propiedades muy importantes para el organismo:

• vasoconstricción- constricción de los vasos sanguíneos, lo que aumenta la presión arterial y restablece el flujo sanguíneo renal normal
• Estimula la producción de aldosterona. en las células de la corteza suprarrenal, activando así la reabsorción de sodio, lo que ayuda a restablecer el flujo sanguíneo normal a través de los riñones y el volumen sanguíneo total en el cuerpo.

Cuando aumentan el volumen sanguíneo y la presión arterial, las células del corazón secretan una hormona que es un antagonista de la aldosterona: ANP ( Péptido Natriurético Atrial, o PNP). El ANP ayuda a reducir la reabsorción de sodio en los túbulos distales de los riñones, aumentando así su excreción en la orina. Es decir, el sistema de "retroalimentación" asegura una regulación clara del equilibrio de sodio en el cuerpo.

Los expertos dicen que aproximadamente 1.500 mmol de sodio ingresan al cuerpo humano a través del tracto gastrointestinal cada día. Se reabsorben aproximadamente 10 mmol de sodio que se excreta en las heces. En caso de disfunción del tracto gastrointestinal, la cantidad de sodio reabsorbido disminuye, lo que conduce a su deficiencia en el organismo. Cuando el mecanismo de compensación renal se altera, comienzan a aparecer signos de esta deficiencia.

Mantener un equilibrio normal de sodio en el cuerpo depende de 3 factores principales:

• Funciones renales
• secreción de aldosterona
• Funcionamiento del tracto gastrointestinal.

POTASIO

El potasio participa en la conducción de los impulsos nerviosos, el proceso de contracción muscular y asegura la acción de muchas enzimas. El cuerpo humano contiene una media de 3.000 mmol de potasio, la mayor parte del cual se encuentra en las células. La concentración de potasio en el plasma sanguíneo es aproximadamente del 0,4%. Aunque se puede medir su concentración en la sangre, el resultado de la prueba no reflejará objetivamente el contenido total de potasio en el cuerpo. Sin embargo, para mantener el equilibrio general de potasio, es necesario mantener el nivel deseado de concentración de este elemento en el plasma sanguíneo.

Regulación del equilibrio de potasio.

El cuerpo pierde al menos 40 mmol de potasio al día a través de las heces y la orina. Mantener el equilibrio de potasio necesario requiere reponer estas pérdidas. Una dieta que contenga verduras, frutas, carne y pan aporta aproximadamente 100 mmol de potasio al día. Para garantizar el equilibrio necesario, el exceso de potasio se excreta por la orina. El proceso de filtración de potasio, como el sodio, ocurre en los glomérulos renales (por regla general, se reabsorbe en la parte proximal (inicial) de los túbulos renales. La regulación fina ocurre en los glomérulos colectores y los túbulos distales (el potasio se puede reabsorber o secretada a cambio de iones de sodio).

El sistema renina-angiotensina-aldosterona regula el metabolismo del sodio-potasio, o mejor dicho, lo estimula (la aldosterona desencadena la reabsorción de sodio y el proceso de excreción de potasio en la orina).

Además, la cantidad de potasio excretada en la orina está determinada por la función de los riñones al regular el equilibrio ácido-base (pH) de la sangre dentro de límites fisiológicos normales. Por ejemplo, un mecanismo para prevenir la oxidación de la sangre es eliminar el exceso de iones de hidrógeno del cuerpo a través de la orina (esto ocurre mediante el intercambio de iones de hidrógeno por iones de sodio en los túbulos renales distales). Por lo tanto, en la acidosis, se puede intercambiar menos sodio por potasio, lo que hace que los riñones excreten menos potasio. Existen otras formas de interacción entre el estado ácido-base y el potasio.

En condiciones normales, se liberan aproximadamente 60 mmol de potasio en el tracto gastrointestinal, donde la mayor parte se reabsorbe (el cuerpo pierde alrededor de 10 mmol de potasio en las heces). En caso de disfunción del tracto gastrointestinal, se altera el mecanismo de reabsorción, lo que puede provocar una deficiencia de potasio.

Transporte de potasio a través de las membranas celulares.

Las concentraciones bajas de potasio en el líquido extracelular y las concentraciones altas de potasio en el líquido intracelular están reguladas por la bomba de sodio-potasio. La inhibición (inhibición) o estimulación (intensificación) de este mecanismo afecta la concentración de potasio en el plasma sanguíneo, a medida que cambia la proporción de concentraciones en los líquidos extracelular e intracelular. Tenga en cuenta que los iones de hidrógeno compiten con los iones de potasio al atravesar las membranas celulares, es decir, el nivel de potasio en el plasma sanguíneo afecta el equilibrio ácido-base.

Una disminución o un aumento significativo en la concentración de potasio en el plasma sanguíneo no indica en absoluto una deficiencia o un exceso de este elemento en el cuerpo en su conjunto; puede indicar una violación del equilibrio necesario de potasio extra e intracelular.

La regulación de la concentración de potasio en el plasma sanguíneo se produce debido a los siguientes factores:

• Ingesta de potasio de los alimentos.
• Funciones renales
• Funciones del tracto gastrointestinal.
• producción de aldosterona
• Equilibrio ácido-base
• Bomba de sodio-potasio

Entre la superficie exterior de la célula y su citoplasma en reposo existe una diferencia de potencial de aproximadamente 0,06-0,09 V y la superficie celular está cargada electropositivamente con respecto al citoplasma. Esta diferencia de potencial se llama potencial de reposo o potencial de membrana. La medición precisa del potencial de reposo solo es posible con la ayuda de microelectrodos diseñados para el drenaje de corriente intracelular, amplificadores muy potentes e instrumentos de registro sensibles: osciloscopios.

El microelectrodo (Fig. 67, 69) es un capilar de vidrio delgado, cuya punta tiene un diámetro de aproximadamente 1 micrón. Este capilar se llena con solución salina, se sumerge en él un electrodo metálico y se conecta a un amplificador y un osciloscopio (Fig. 68). Tan pronto como el microelectrodo perfora la membrana que recubre la célula, el haz del osciloscopio se desvía hacia abajo de su posición original y se establece en un nuevo nivel. Esto indica la presencia de una diferencia de potencial entre las superficies exterior e interior de la membrana celular.

El origen del potencial de reposo se explica mejor mediante la llamada teoría del ion de membrana. Según esta teoría, todas las células están cubiertas por una membrana que es desigualmente permeable a los diferentes iones. En este sentido, dentro de la célula, en el citoplasma, hay entre 30 y 50 veces más iones de potasio, entre 8 y 10 veces menos iones de sodio y 50 veces menos iones de cloro que en la superficie. En reposo, la membrana celular es más permeable a los iones de potasio que a los iones de sodio. La difusión de iones de potasio cargados positivamente desde el citoplasma a la superficie celular le da a la superficie exterior de la membrana una carga positiva.

Así, la superficie de la célula en reposo lleva una carga positiva, mientras que el lado interno de la membrana resulta estar cargado negativamente debido a iones de cloro, aminoácidos y otros aniones orgánicos grandes que prácticamente no penetran la membrana (Fig.70). ).

Potencial de acción

Si una sección de un nervio o fibra muscular se expone a un estímulo suficientemente fuerte, entonces se produce una excitación en esta sección, que se manifiesta en una rápida oscilación del potencial de membrana y se llama potencial de acción.

El potencial de acción se puede registrar utilizando electrodos aplicados a la superficie exterior de la fibra (cable extracelular) o un microelectrodo insertado en el citoplasma (cable intracelular).

Con la abducción extracelular, se puede encontrar que la superficie del área excitada durante un período muy corto, medido en milésimas de segundo, se carga electronegativamente con respecto al área de reposo.

La razón de la aparición de un potencial de acción es un cambio en la permeabilidad iónica de la membrana. Cuando se irrita, aumenta la permeabilidad de la membrana celular a los iones de sodio. Los iones de sodio tienden a ingresar a la celda porque, en primer lugar, están cargados positivamente y son atraídos hacia adentro por fuerzas electrostáticas y, en segundo lugar, su concentración dentro de la celda es baja. En reposo, la membrana celular era poco permeable a los iones de sodio. La irritación ha cambiado la permeabilidad de la membrana y el flujo de iones de sodio cargados positivamente desde el entorno externo de la célula hacia el citoplasma excede significativamente el flujo de iones de potasio desde la célula hacia el exterior. Como resultado, la superficie interior de la membrana se carga positivamente y la superficie exterior se carga negativamente debido a la pérdida de iones de sodio cargados positivamente. En este momento se registra el pico del potencial de acción.

El aumento de la permeabilidad de la membrana a los iones de sodio dura muy poco tiempo. A continuación, se producen procesos de reducción en la célula, lo que lleva al hecho de que la permeabilidad de la membrana a los iones de sodio vuelve a disminuir y a los iones de potasio aumenta. Dado que los iones de potasio también están cargados positivamente, cuando salen de la célula, restablecen la relación original entre el exterior y el interior de la célula.

La acumulación de iones de sodio dentro de la célula durante la excitación repetida no ocurre porque los iones de sodio se evacuan constantemente debido a la acción de un mecanismo bioquímico especial llamado "bomba de sodio". También hay evidencia de transporte activo de iones de potasio mediante la "bomba de sodio-potasio".

Así, según la teoría del ion membrana, la permeabilidad selectiva de la membrana celular tiene una importancia decisiva en el origen de los fenómenos bioeléctricos, lo que determina la diferente composición iónica en la superficie y en el interior de la célula y, en consecuencia, la diferente carga de los iones. estas superficies. Cabe señalar que muchas disposiciones de la teoría de los iones de membrana aún son discutibles y requieren un mayor desarrollo.

Historia del descubrimiento

En 1902, Julius Bernstein propuso una hipótesis según la cual la membrana celular permite que los iones K + entren en la célula y se acumulen en el citoplasma. El cálculo del valor del potencial de reposo utilizando la ecuación de Nernst para el electrodo de potasio coincidió satisfactoriamente con el potencial medido entre el sarcoplasma muscular y el medio ambiente, que fue de aproximadamente -70 mV.

Según la teoría de Yu. Bernstein, cuando una célula se excita, su membrana se daña y los iones K + salen de la célula a lo largo de un gradiente de concentración hasta que el potencial de membrana se vuelve cero. Luego, la membrana restaura su integridad y el potencial vuelve al nivel de potencial de reposo. Esta afirmación, que se relaciona más bien con el potencial de acción, fue refutada por Hodgkin y Huxley en 1939.

La teoría de Bernstein sobre el potencial de reposo fue confirmada por Kenneth Stewart Cole, a veces escrito erróneamente como K.C. Cole, por su apodo, Casey ("Kacy"). PP y PD están representados en una famosa ilustración de Cole y Curtis, 1939. Este dibujo se convirtió en el emblema del Grupo de Biofísica de Membranas de la Sociedad de Biofísica (ver ilustración).

Provisiones generales

Para que se mantenga una diferencia de potencial a través de la membrana, es necesario que exista una cierta diferencia en la concentración de varios iones dentro y fuera de la célula.

Concentraciones de iones en la célula del músculo esquelético y en el ambiente extracelular.

El potencial de reposo de la mayoría de las neuronas es del orden de −60 mV - −70 mV. Las células de tejidos no excitables también tienen una diferencia de potencial en la membrana, que es diferente para células de diferentes tejidos y organismos.

Formación del potencial de reposo.

El PP se forma en dos etapas.

Primera etapa: la creación de una ligera negatividad (-10 mV) dentro de la célula debido al intercambio asimétrico desigual de Na + por K + en una proporción de 3: 2. Como resultado, más cargas positivas salen de la célula con sodio que las que regresan con potasio. Esta característica de la bomba de sodio-potasio, que intercambia estos iones a través de la membrana con el gasto de energía ATP, asegura su electrogenicidad.

Los resultados de la actividad de las bombas de intercambio iónico de membrana en la primera etapa de formación del PP son los siguientes:

1. Deficiencia de iones sodio (Na+) en la célula.

2. Exceso de iones potasio (K+) en la célula.

3. La aparición de un potencial eléctrico débil (-10 mV) en la membrana.

Segunda fase: creación de una negatividad significativa (-60 mV) dentro de la célula debido a la fuga de iones K + a través de la membrana. Los iones de potasio K+ abandonan la célula y le quitan las cargas positivas, llevando la carga negativa a -70 mV.

Entonces, el potencial de membrana en reposo es una deficiencia de cargas eléctricas positivas dentro de la célula, resultante de la fuga de iones de potasio positivos y de la acción electrogénica de la bomba de sodio-potasio.

ver también

Notas

Enlaces

Dudel J, Rüegg J, Schmidt R, et al. Fisiología humana: en 3 volúmenes. Por. Del inglés / editado por R. Schmidt y G. Teus. - 3. - M.: Mir, 2007. - T. 1. - 323 con ilustraciones. Con. - 1500 ejemplares. -ISBN 5-03-000575-3

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POTENCIAL DE REPOSO, el potencial eléctrico entre el ambiente interno y externo de la célula, que surge en su membrana; en neuronas y células musculares alcanza un valor de 0,05 a 0,09 V; Surge debido a la distribución desigual y acumulación de iones en diferentes... diccionario enciclopédico

Potencial de membrana en reposo, la diferencia de potencial que existe en las células vivas en estado de fisiol. reposo, entre su citoplasma y el líquido extracelular. En las células nerviosas y musculares, P. p. suele variar en el rango de 60 a 90 mV y es interno. lado …

potencial de reposo- voltaje en reposo - [Ya.N.Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Yu.S.Kabirov. Diccionario inglés-ruso de ingeniería eléctrica e ingeniería energética, Moscú, 1999] Temas ingeniería eléctrica, conceptos básicos Sinónimos voltaje en reposo EN potencial en reposodescanso... ... Guía del traductor técnico

potencial de reposo- Potencial de reposo El potencial que existe entre el entorno en el que se encuentra la célula y su contenido... Diccionario explicativo inglés-ruso sobre nanotecnología. -M.

Potencial de reposo- Potencial de una neurona inactiva. También llamado potencial de membrana... Psicología de las sensaciones: glosario

potencial de reposo- la diferencia de potencial entre el contenido celular y el líquido extracelular. En las células nerviosas pp. Participa en el mantenimiento de la preparación de la célula para la excitación. * * * Potencial bioeléctrico de membrana (aproximadamente 70 mV) en una célula nerviosa ubicada en... ... Diccionario enciclopédico de psicología y pedagogía.

Potencial de reposo- – la diferencia de cargas eléctricas entre las superficies exterior e interior de la membrana en un estado de reposo fisiológico de la célula, registrada antes del inicio del estímulo... Glosario de términos sobre fisiología de los animales de granja.

Potencial de membrana registrado antes del inicio del estímulo... Gran diccionario médico

- diferencia de potencial (fisiológica) entre el contenido de la célula (fibra) y el líquido extracelular; el salto de potencial se localiza en la superficie de la membrana, mientras que su lado interior está cargado electronegativamente con respecto a... ... Gran enciclopedia soviética

Una oscilación rápida (pico) del potencial de membrana que se produce tras la excitación de nervios, músculos y ciertas células glandulares y vegetativas; eléctrico una señal que asegura una rápida transmisión de información en el cuerpo. Sujeto a la regla del “todo o nada”... ... Diccionario enciclopédico biológico

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• 100 maneras de cambiar tu vida. Parte 1, Parfentyeva Larisa. Acerca del libro Una colección de historias inspiradoras sobre cómo cambiar tu vida para mejor, de la mano de un hombre que logró cambiar su propia vida 180 grados. Este libro nació de una columna semanal...

Cualquier célula viva está cubierta por una membrana semipermeable, a través de la cual se produce el movimiento pasivo y el transporte selectivo activo de iones cargados positiva y negativamente. Debido a esta transferencia, existe una diferencia en las cargas eléctricas (potenciales) entre las superficies exterior e interior de la membrana: el potencial de membrana. Hay tres manifestaciones distintas del potencial de membrana: potencial de membrana en reposo, potencial local, o respuesta local, Y potencial de acción.

Si la célula no se ve afectada por estímulos externos, el potencial de membrana permanece constante durante mucho tiempo. El potencial de membrana de dicha célula en reposo se denomina potencial de membrana en reposo. Para la superficie exterior de la membrana celular, el potencial de reposo es siempre positivo y para la superficie interior de la membrana celular siempre es negativo. Es habitual medir el potencial de reposo en la superficie interna de la membrana, porque La composición iónica del citoplasma celular es más estable que la del líquido intercelular. La magnitud del potencial de reposo es relativamente constante para cada tipo de célula. Para las células del músculo estriado oscila entre –50 y –90 mV, y para las células nerviosas, entre –50 y –80 mV.

Las causas del potencial de reposo son diferentes concentraciones de cationes y aniones fuera y dentro de la célula, así como permeabilidad selectiva para ellos la membrana celular. El citoplasma de una célula nerviosa y muscular en reposo contiene aproximadamente de 30 a 50 veces más cationes de potasio, de 5 a 15 veces menos cationes de sodio y de 10 a 50 veces menos aniones de cloro que el líquido extracelular.

En reposo, casi todos los canales de sodio de la membrana celular están cerrados y la mayoría de los canales de potasio están abiertos. Siempre que los iones de potasio encuentran un canal abierto, atraviesan la membrana. Como hay muchos más iones de potasio dentro de la célula, la fuerza osmótica los empuja fuera de la célula. Los cationes de potasio liberados aumentan la carga positiva en la superficie exterior de la membrana celular. Como resultado de la liberación de iones de potasio de la célula, pronto se igualarían sus concentraciones dentro y fuera de la célula. Sin embargo, esto se evita mediante la fuerza eléctrica de repulsión de los iones de potasio positivos desde la superficie exterior de la membrana cargada positivamente.

Cuanto mayor sea la carga positiva en la superficie exterior de la membrana, más difícil será para los iones de potasio pasar desde el citoplasma a través de la membrana. Los iones de potasio abandonarán la célula hasta que la fuerza de repulsión eléctrica sea igual a la fuerza de presión osmótica K+. A este nivel de potencial en la membrana, la entrada y salida de los iones de potasio de la célula están en equilibrio, por lo que la carga eléctrica en la membrana en este momento se llama potencial de equilibrio de potasio. Para las neuronas es de –80 a –90 mV.

Dado que en una célula en reposo casi todos los canales de sodio de la membrana están cerrados, los iones Na+ ingresan a la célula a lo largo del gradiente de concentración en pequeñas cantidades. Sólo compensan en muy pequeña medida la pérdida de carga positiva en el ambiente interno de la célula provocada por la liberación de iones potasio, pero no pueden compensar significativamente esta pérdida. Por lo tanto, la penetración (fuga) de iones de sodio en la célula conduce solo a una ligera disminución del potencial de membrana, como resultado de lo cual el potencial de membrana en reposo tiene un valor ligeramente menor en comparación con el potencial de equilibrio del potasio.

Por tanto, los cationes de potasio que salen de la célula, junto con un exceso de cationes de sodio en el líquido extracelular, crean un potencial positivo en la superficie exterior de la membrana celular en reposo.

En reposo, la membrana plasmática de la célula es muy permeable a los aniones de cloro. Los aniones de cloro, que son más abundantes en el líquido extracelular, se difunden hacia el interior de la célula y llevan consigo una carga negativa. No se produce una igualación completa de las concentraciones de iones de cloro fuera y dentro de la celda, porque esto se evita mediante la fuerza de repulsión eléctrica mutua de cargas similares. Creado potencial de equilibrio del cloro, en el que la entrada de iones de cloro a la celda y su salida de ella están en equilibrio.

La membrana celular es prácticamente impermeable a grandes aniones de ácidos orgánicos. Por lo tanto, permanecen en el citoplasma y, junto con los aniones de cloro entrantes, proporcionan un potencial negativo en la superficie interna de la membrana de una célula nerviosa en reposo.

El significado más importante del potencial de membrana en reposo es que crea un campo eléctrico que actúa sobre las macromoléculas de la membrana y proporciona a sus grupos cargados una determinada posición en el espacio. Es especialmente importante que este campo eléctrico determine el estado cerrado de las puertas de activación de los canales de sodio y el estado abierto de sus puertas de inactivación (Fig. 61, A). Esto asegura que la célula esté en estado de reposo y esté lista para ser excitada. Incluso una disminución relativamente pequeña en el potencial de membrana en reposo abre la "puerta" de activación de los canales de sodio, que saca a la célula del estado de reposo y da lugar a la excitación.