Potencial de Acción

El potencial de acción es un fenómeno electrofisiológico esencial en células como neuronas y músculos. Se inicia con un cambio en el potencial de membrana que desencadena una secuencia de eventos iónicos. Este proceso incluye fases de despolarización y repolarización, y es seguido por un período refractario que asegura la propagación unidireccional de la señal. Los potenciales locales pueden sumarse para alcanzar el umbral que desencadena un potencial de acción, esencial para la comunicación neuronal.

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Definición y Características del Potencial de Acción

El potencial de acción es un proceso electrofisiológico clave que se produce en células excitables, como las neuronas y las células musculares cardíacas y esqueléticas. Este fenómeno se caracteriza por un cambio rápido y transitorio en el potencial eléctrico a través de la membrana celular, que resulta en la inversión de la polaridad habitual de la célula. Este cambio permite la transmisión de señales eléctricas a lo largo de la célula y se desencadena cuando el potencial de membrana alcanza un umbral específico, desatando una secuencia predecible y no graduable de eventos iónicos, conocida como un mecanismo de "todo o nada".

Red de neuronas interconectadas con una neurona central de tono naranja brillante y dendritas en un fondo azul profundo, destacando su axón con nódulos de Ranvier y vaina de mielina.

Fases del Potencial de Acción

El potencial de acción se desarrolla en varias fases sucesivas: la fase de reposo, la fase de despolarización, la fase de repolarización y, ocasionalmente, una fase de hiperpolarización. Durante la fase de reposo, la membrana celular mantiene un potencial negativo en su interior respecto al exterior, conocido como potencial de membrana en reposo. En la fase de despolarización, los canales de sodio dependientes de voltaje se abren, permitiendo un flujo masivo de iones sodio hacia el interior de la célula, lo que reduce la polaridad negativa interna. La repolarización sigue cuando los canales de potasio se activan, permitiendo la salida de iones potasio y devolviendo el potencial de membrana hacia su valor de reposo. En algunos casos, la hiperpolarización ocurre cuando el potencial de membrana se vuelve temporalmente más negativo que el potencial de reposo.

Dinámica de los Iones Durante el Potencial de Acción

La dinámica de los iones es fundamental para el potencial de acción. Los iones sodio, que tienen una mayor concentración fuera de la célula, fluyen hacia adentro durante la despolarización, movidos por gradientes electroquímicos. En contraste, los iones potasio, con una mayor concentración dentro de la célula, fluyen hacia afuera durante la repolarización. Estos movimientos son facilitados por canales iónicos específicos que se abren o cierran en respuesta a cambios en el potencial de membrana. La conductancia de estos canales, es decir, su capacidad para permitir el paso de iones, cambia dinámicamente y es esencial para la generación y propagación del potencial de acción.

Período Refractario y Regeneración del Potencial de Acción

Tras un potencial de acción, la célula entra en un período refractario, que impide la generación inmediata de otro potencial de acción. Este período se divide en refractario absoluto, donde es imposible generar un nuevo potencial de acción, y refractario relativo, donde se requiere un estímulo más fuerte de lo normal para desencadenar un potencial de acción. Esta refractariedad se debe a la inactivación temporal de los canales de sodio y a la hiperpolarización que puede seguir a la repolarización. Los canales de sodio pasan por estados de activación e inactivación antes de retornar a su estado cerrado, lo que contribuye al período refractario y asegura la dirección unidireccional de la propagación del potencial de acción.

Potenciales Locales y su Relación con el Potencial de Acción

Los potenciales locales son variaciones graduadas del potencial de membrana que se producen en respuesta a estímulos subumbral y se limitan a una región pequeña de la membrana. Estos pueden ser depolarizantes, disminuyendo la polaridad negativa de la membrana, o hiperpolarizantes, aumentando la negatividad. A diferencia de los potenciales de acción, los potenciales locales son graduables y pueden sumarse, ya sea temporalmente o espacialmente, para alcanzar el umbral necesario para desencadenar un potencial de acción. Si el umbral no se alcanza, el potencial local se disipa sin generar una respuesta de "todo o nada".

Conducción del Potencial de Acción en Neuronas

En las neuronas, el potencial de acción se inicia típicamente en el área del axón adyacente al cuerpo celular, conocida como el segmento inicial del axón, y se propaga a lo largo del axón hasta el terminal sináptico. La conducción del potencial de acción puede ser de dos tipos: continua, en axones no mielinizados, donde la señal se regenera en cada punto de la membrana; o saltatoria, en axones mielinizados, donde la mielina actúa como aislante y el potencial de acción se propaga de un nódulo de Ranvier al siguiente. La conducción saltatoria es más rápida y eficiente energéticamente que la conducción continua, ya que la mielina reduce la capacitancia de la membrana y aumenta la resistencia eléctrica, permitiendo que los potenciales de acción se transmitan a velocidades más altas.

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