El potencial d'acció és un fenomen elèctric que es produeix en cèl·lules excitables, com les neurones i les cèl·lules musculars, i juga un paper fonamental en la comunicació entre aquestes cèl·lules. Aquest procés implica la propagació d'un senyal elèctric al llarg de la membrana cel·lular, desencadenant una sèrie d'esdeveniments que resulten en la transmissió d'informació i la realització de diverses funcions fisiològiques. En aquest context, és important comprendre les etapes i la propagació del potencial d'acció per entendre com les cèl·lules responen als estímuls i coordinen les seves activitats.
Etapes del potencial d'acció: apreneu el procés complet en detall i pas a pas.
El potencial d'acció és un fenomen fonamental per a la transmissió dels impulsos nerviosos i la comunicació entre les cèl·lules del nostre cos. Per entendre millor aquest procés, és important entendre els passos pels quals el potencial d'acció es propaga al llarg d'una cèl·lula nerviosa.
La primera etapa del potencial d'acció és la despolarització de la membrana cel·lular. En aquest punt, els canals de sodi de la membrana s'obren, permetent que els ions positius entrin a la cèl·lula. Aquesta influència de sodi provoca una inversió del potencial de membrana, fent-lo més positiu.
El segon pas és la repolarització de la membrana. Després de la despolarització, els canals de potassi s'obren, permetent que els ions positius surtin de la cèl·lula. Això restaura el potencial de membrana al seu estat de repòs, preparant-la per a un nou potencial d'acció.
Finalment, la tercera etapa del potencial d'acció és la hiperpolarització de la membrana. En aquest punt, els canals de potassi romanen oberts durant un curt període de temps, cosa que fa que el potencial de membrana esdevingui més negatiu del normal. Aquesta hiperpolarització impedeix que es produeixi un nou potencial d'acció immediatament després de l'anterior.
Aquests processos són essencials per a la transmissió eficient dels impulsos nerviosos i asseguren una comunicació adequada entre les cèl·lules del nostre cos.
Quin paper juga el potencial d'acció en el cos?
El potencial d'acció juga un paper fonamental en el cos, ja que és responsable de la transmissió de senyals elèctrics a través de les cèl·lules nervioses i musculars. Aquest procés és essencial per a la comunicació entre les diferents parts del cos i per a la coordinació de diverses funcions fisiològiques.
Un potencial d'acció és un fenomen elèctric que es produeix en resposta a un estímul, que provoca un canvi ràpid i temporal en el potencial de membrana de la cèl·lula. Aquest fenomen consta de diverses etapes, com ara la despolarització, la repolarització i la hiperpolarització.
Durant la despolarització, els canals d'ions de sodi de la membrana cel·lular s'obren, cosa que provoca una ràpida entrada d'ions de sodi a la cèl·lula. Això provoca una inversió del potencial de membrana, fent que l'interior de la cèl·lula sigui més positiu en relació amb l'exterior.
Aleshores, durant la repolarització, els canals iònics de potassi s'obren, permetent que els ions de potassi surtin de la cèl·lula. Això restaura el potencial de membrana al seu estat de repòs, preparant la cèl·lula per a un nou potencial d'acció.
Finalment, en la hiperpolarització, el potencial de membrana cau breument per sota del seu nivell de repòs abans de tornar al seu estat basal. Aquest període refractari garanteix que el potencial d'acció es propagui unidireccionalment i evita el retrocés en la transmissió de l'impuls elèctric.
La seva disseminació eficient i les etapes ben definides asseguren una coordinació adequada de les funcions fisiològiques i el correcte funcionament de l'organisme en conjunt.
Comprensió del potencial d'acció de la membrana cel·lular: concepte i importància en la fisiologia cel·lular.
El potencial d'acció és un fenomen crucial en la fisiologia cel·lular, responsable de la propagació dels impulsos nerviosos i la comunicació entre cèl·lules. És un mecanisme elèctric que es produeix a la membrana cel·lular, que implica el canvi ràpid en la polaritat elèctrica de la cèl·lula.
Per entendre el potencial d'acció, cal entendre l'estructura de la membrana cel·lular. La membrana està composta de fosfolípids i proteïnes, formant una barrera semipermeable que regula l'entrada i sortida de substàncies. En repòs, la membrana té una diferència de càrrega elèctrica entre l'interior i l'exterior de la cèl·lula, coneguda com a potencial de repòs.
Quan un estímul arriba a la cèl·lula, es produeix un canvi sobtat en el potencial de membrana, anomenat despolarització. En aquest procés, els canals iònics s'obren, permetent que ions com el sodi i el potassi entrin a la cèl·lula. Aquesta afluència d'ions fa que el potencial elèctric de la membrana s'inverteixi, generant el potencial d'acció.
El potencial d'acció es propaga al llarg de la membrana cel·lular, desencadenant l'obertura i el tancament seqüencials dels canals iònics en diferents regions de la cèl·lula. Aquest procés permet una transmissió ràpida dels impulsos nerviosos i una comunicació eficient entre les cèl·lules.
La seva comprensió és fonamental per a la fisiologia cel·lular i per entendre els processos biològics.
Etapa inicial de la formació del potencial d'acció en el cos humà.
Un potencial d'acció és un fenomen elèctric que es produeix a les cèl·lules del cos humà, especialment a les neurones. Aquest procés és essencial per a la transmissió de senyals elèctrics a tot el sistema nerviós. En l'etapa inicial de formació del potencial d'acció, la membrana cel·lular es despolaritza.
Quan la cèl·lula rep un estímul, s'activen canals iònics específics i els ions Na+ entren a la cèl·lula. Això fa que la càrrega elèctrica dins de la cèl·lula esdevingui menys negativa, generant un potencial d'acció. Aquest procés és essencial per a la propagació de l'impuls nerviós al llarg de la neurona.
Després de la despolarització, la membrana cel·lular es repolaritza, activant els canals iònics de K+ i fent que els ions surtin de la cèl·lula. Això restaura la càrrega elèctrica negativa dins de la cèl·lula, preparant-la per a un nou potencial d'acció. Aquest cicle de despolarització i repolarització és essencial per a la transmissió eficient dels impulsos nerviosos.
Aquest procés és essencial per a la propagació dels senyals elèctrics a través del sistema nerviós i per a una comunicació eficient entre les cèl·lules.
Potencial d'acció: disseminació i etapes
O potencial d'acció és un fenomen elèctric o químic de curta durada que es produeix a les neurones del cervell. Es pot dir que és el missatge que una neurona transmet a altres neurones.
El potencial d'acció es produeix al cos cel·lular (nucli), també anomenat soma. Viatja al llarg de l'axó (l'extensió de la neurona en forma de cable) fins que arriba al seu extrem, anomenat botó terminal.
Els potencials d'acció en un axó determinat sempre tenen la mateixa durada i intensitat. Si l'axó es ramifica en altres extensions, el potencial d'acció es divideix, però la seva intensitat no es redueix.
Quan el potencial d'acció arriba als botons terminals de la neurona, aquestes secreten substàncies químiques anomenades neurotransmissors. Aquestes substàncies exciten o inhibeixen la neurona receptora i poden generar un potencial d'acció en aquesta neurona.
Gran part del que sabem sobre els potencials d'acció neuronal prové d'experiments amb axons de calamars gegants. Són fàcils d'estudiar per la seva mida, que s'estén del cap a la cua. Permeten que l'animal es mogui.
Potencial de membrana neuronal
Les neurones tenen càrregues elèctriques diferents a l'interior i a l'exterior. Aquesta diferència s'anomena potencial de membrana .
Quan una neurona es troba en potencial de repòs , això significa que la seva càrrega elèctrica no es veu alterada per potencials sinàptics excitadors o inhibidors.
D'altra banda, quan altres potencials l'influeixen, el potencial de membrana es pot reduir. Això es coneix com a despolarització .
D'altra banda, quan el potencial de membrana augmenta en relació amb el seu potencial normal, es produeix un fenomen anomenat hiperpolarització .
Quan es produeix de sobte una inversió molt ràpida del potencial de membrana, potencial d'acció Això consisteix en un breu impuls elèctric, que es tradueix en un missatge que viatja al llarg de l'axó de la neurona. Comença al cos cel·lular i arriba als botons terminals.
És important tenir en compte que perquè es produeixi un potencial d'acció, els canvis elèctrics han d'assolir un llindar, anomenat llindar d'excitació Aquest és el valor del potencial de membrana que s'ha d'assolir necessàriament perquè es produeixi el potencial d'acció.
Potencials d'acció i canvis en els nivells d'ions
En condicions normals, la neurona està preparada per rebre sodi (Na+). Tanmateix, la seva membrana no és gaire permeable a aquest ió.
A més, conté els coneguts "transportadors de sodi-potassi", una proteïna que es troba a la membrana cel·lular responsable d'eliminar els ions de sodi i introduir ions de potassi. Concretament, per cada tres ions de sodi extrets, introdueix dos ions de potassi.
Aquests transportadors mantenen un baix nivell de sodi dins la cèl·lula. Si la permeabilitat de la cèl·lula augmenta i entra més sodi de sobte, el potencial de membrana canviarà dràsticament. Això sembla ser el que desencadena un potencial d'acció.
Concretament, la permeabilitat de la membrana al sodi augmentaria, permetent que el sodi entrés a la neurona. Alhora, això permetria que els ions de potassi sortissin de la cèl·lula.
Com es produeixen aquests canvis de permeabilitat?
Les cèl·lules tenen nombroses proteïnes incorporades a les seves membranes anomenades canals iònics Tenen obertures per les quals els ions poden entrar o sortir de les cèl·lules, tot i que no sempre estan obertes. Els canals es tanquen o s'obren en funció de certs esdeveniments.
Hi ha diversos tipus de canals iònics, i cadascun està generalment especialitzat per transportar exclusivament certs tipus d'ions.
Per exemple, un canal de sodi obert pot deixar passar més de 100 milions d'ions per segon.
Com es produeixen els potencials d'acció?
Les neurones transmeten informació electroquímicament. Això vol dir que les substàncies químiques produeixen senyals elèctrics.
Aquests productes químics tenen càrrega elèctrica, per això s'anomenen ions. Els més importants del sistema nerviós són el sodi i el potassi, que tenen càrrega positiva, així com el calci (dues càrregues positives) i el clor (una càrrega negativa).
Canvis en el potencial de membrana
El primer pas perquè es produeixi un potencial d'acció és un canvi en el potencial de membrana de la cèl·lula. Aquest canvi ha de superar el llindar d'excitació.
Concretament, hi ha una reducció del potencial de membrana, anomenada despolarització.
Obertura dels canals de sodi
Com a resultat, els canals de sodi incrustats a la membrana s'obren, permetent que el sodi flueixi en massa cap a la neurona. Aquests canals són impulsats per forces de difusió i pressió electrostàtica.
Com que els ions de sodi tenen càrrega positiva, provoquen un canvi ràpid en el potencial de membrana.
Obertura dels canals de potassi
La membrana axonal conté canals de sodi i potassi. Tanmateix, aquests últims s'obren més tard perquè són menys sensibles. En altres paraules, requereixen un nivell de despolarització més alt per obrir-se, i per això s'obren més tard.
Tancament dels canals de sodi
Arriba un punt en què el potencial d'acció arriba al seu valor màxim. Després d'aquest període, els canals de sodi es bloquegen i es tanquen.
No es poden tornar a obrir fins que la membrana no torna a assolir el seu potencial de repòs. Com a resultat, el sodi ja no pot entrar a la neurona.
Tancament dels canals de potassi
No obstant això, els canals de potassi romanen oberts, permetent que els ions de potassi flueixin a través de la cèl·lula.
A causa de la difusió electrostàtica i la pressió, com que l'interior de l'axó està carregat positivament, els ions de potassi són expulsats de la cèl·lula. Així, el potencial de membrana recupera el seu valor normal. A poc a poc, els canals de potassi es van tancant.
Aquest flux de cations fa que el potencial de membrana torni al seu valor normal. Quan això passa, els canals de potassi comencen a tancar-se de nou.
Quan el potencial de membrana arriba al seu valor normal, els canals de potassi es tanquen completament. Una mica més tard, els canals de sodi es reactiven com a preparació per a una altra despolarització que els obri.
Finalment, els transportadors de sodi-potassi secreten el sodi entrant i recuperen el potassi que havia marxat prèviament.
Com es propaga la informació per l'axó?
L'axó és una part de la neurona, una extensió semblant a un filferro de la neurona. Poden ser molt llargs per permetre que les neurones físicament distants es connectin i s'enviïn informació entre si.
El potencial d'acció es propaga al llarg de l'axó i arriba als botons terminals per enviar missatges a la cèl·lula següent. Si mesuréssim la intensitat del potencial d'acció en diferents punts de l'axó, descobriríem que la seva intensitat roman igual a tot arreu.
Llei del tot o res
Això passa perquè la conducció axonal segueix una llei fonamental: la llei del tot o res. En altres paraules, un potencial d'acció o bé es desencadena o bé no. Un cop iniciat, viatja per l'axó fins al seu final, mantenint sempre la mateixa longitud, sense augmentar ni disminuir. A més, si un axó es ramifica, el potencial d'acció es divideix però manté la seva longitud.
Els potencials d'acció comencen al final de l'axó, que està unit al soma de la neurona. Normalment, viatgen en una direcció.
Potencials d'acció i conducta
En aquest punt, us podeu preguntar: si el potencial d'acció és un procés de tot o res, com poden variar certs comportaments, com la contracció muscular, entre diferents nivells d'intensitat? Això es deu a la llei de la freqüència.
Llei de la freqüència
El que passa és que un únic potencial d'acció no proporciona informació directament. En canvi, la informació està determinada per la freqüència de descàrrega o la taxa de tret d'un axó, és a dir, la freqüència amb què es produeixen els potencials d'acció. Això es coneix com a "llei de la taxa".
Així, una alta freqüència de potencials d'acció provocaria una contracció muscular molt intensa.
El mateix s'aplica a la percepció. Per exemple, un estímul visual molt brillant, per ser captat, ha de produir una alta "taxa de tret" als axons connectats als ulls. Així, la freqüència dels potencials d'acció reflecteix la intensitat d'un estímul físic.
Per tant, la llei del tot o res es complementa amb la llei de la freqüència.
Altres formes d'intercanvi d'informació
Els potencials d'acció no són els únics tipus de senyals elèctrics que es produeixen a les neurones. Per exemple, l'enviament d'informació a través d'una sinapsi proporciona un petit impuls elèctric a la membrana de la neurona receptora.
En ocasions, una lleugera despolarització massa feble per produir un potencial d'acció pot alterar lleugerament el potencial de membrana.
Tanmateix, aquest canvi disminueix gradualment a mesura que viatja per l'axó. En aquest tipus de transmissió d'informació, ni els canals de sodi ni els de potassi s'obren ni es tanquen.
Així, l'axó actua com un cable submarí. A mesura que el senyal viatja a través d'ell, la seva amplitud disminueix. Això es coneix com a conducció de decaïment i es produeix a causa de les característiques de l'axó.
Potencials d'acció i mielina
Els axons de gairebé tots els mamífers estan recoberts de mielina. És a dir, tenen segments envoltats per una substància que permet la conducció nerviosa, fent-la més ràpida. La mielina envolta l'axó, impedint que hi arribi el líquid extracel·lular.
La mielina és produïda al sistema nerviós central per cèl·lules anomenades oligodendròcits, mentre que al sistema nerviós perifèric és produïda per cèl·lules de Schwann.
Els segments de mielina, coneguts com a beines de mielina, estan dividits per zones descobertes de l'axó. Aquestes zones s'anomenen nodes de Ranvier i estan en contacte amb el líquid extracel·lular.
El potencial d'acció es transmet de manera diferent en un axó no mielinitzat (que no està recobert de mielina) i en un axó mielinitzat.
El potencial d'acció pot viatjar a través de la membrana axonal recoberta de mielina a causa de les propietats del cable. L'axó, doncs, realitza el canvi elèctric des del lloc on es produeix el potencial d'acció fins al següent node de Ranvier.
Aquest canvi està disminuint lleugerament, però és prou intens per desencadenar un potencial d'acció al següent node. Aquest potencial es reactiva o es repeteix a cada node de Ranvier, transportant-lo a través de l'àrea mielinitzada fins al següent node.
Aquest tipus de conducció del potencial d'acció s'anomena conducció saltatòria. El seu nom prové del llatí "saltare", que significa "ballar". El concepte és que l'impuls sembla saltar de node a node.
Avantatges de la conducció saltatòria per a la transmissió de potencials d'acció
Aquest tipus de conducció té els seus avantatges. En primer lloc, estalvia energia. Els transportadors de sodi-potassi gasten molta energia extraient l'excés de sodi de l'interior de l'axó durant els potencials d'acció.
Aquests transportadors de sodi-potassi es troben a les zones de l'axó que no estan cobertes de mielina. Tanmateix, en un axó mielinitzat, el sodi només pot entrar pels nodes de Ranvier. Per tant, hi entra molt menys sodi i, per tant, s'ha de bombar menys sodi cap a fora, de manera que els transportadors de sodi-potassi han de treballar menys.
Un altre benefici de la mielina és la velocitat. Un potencial d'acció es condueix més ràpidament en un axó mielinitzat, ja que l'impuls "salta" d'un node a un altre sense haver de viatjar al llarg de tot l'axó.
Aquest augment de velocitat permet als animals pensar i reaccionar més ràpidament. Altres éssers vius, com els calamars, tenen axons sense mielina que guanyen velocitat a mesura que augmenten de mida. Els axons dels calamars tenen un diàmetre gran (uns 500 µm), cosa que els permet viatjar més ràpid (uns 35 metres per segon).
Tanmateix, a la mateixa velocitat, els potencials d'acció viatgen en els axons dels gats, tot i que només tenen 6 µm de diàmetre. Aquests axons contenen mielina.
Un axó mielinitzat pot transportar potencials d'acció a una velocitat d'uns 432 quilòmetres per hora amb un diàmetre de 20 µm.
Referències
- Potencials d'acció. (n.d.). Recuperat el 5 de març de 2017 de Hyperphysics, Universitat Estatal de Geòrgia: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
- Carlson, N.R. (2006). Fisiologia del comportament, 8a ed. Madrid: Pearson.
- Chudler, E. (n.d.). Llums, càmera, potencial d'acció. Recuperat el 5 de març de 2017 de la Universitat de Washington: faculty.washington.edu.
- Etapes del potencial d'acció. (n.d.). Recuperat el 5 de març de 2017 de Boundless: boundless.com.