Depolarización
Cada célula de nuestro cuerpo tiene una membrana celular que la separa del entorno exterior del tejido. La concentración de los diferentes iones a través de la membrana celular es diferente.
Como resultado, se establece una polaridad en los dos lados de la membrana. Esto se denomina potencial de membrana.
La mayoría de las células tienen más iones negativos en el lado interno
de la membrana. Por lo tanto, la mayoría de las células tienen un potencial de membrana negativo.
La despolarización es un proceso por el cual las células sufren un cambio en el potencial de membrana. Es un proceso de cambio de carga eléctrica que da lugar a una menor carga negativa en el interior de la célula.
En este artículo, hablaremos de la fisiología de la
despolarización, de los canales iónicos que participan en este proceso y de cómo las diferentes
células experimentan la despolarización. También hablaremos de algunos fármacos que pueden alterar
el proceso de despolarización.
Fisiología de la despolarización
El proceso de despolarización depende en gran medida de la naturaleza eléctrica intrínseca de las células. Para entender el proceso de despolarización, tenemos que entender el concepto de potencial de membrana en reposo.
Potencial de membrana en reposo
Cuando una célula está en reposo, el potencial a través de su
membrana celular se llama potencial de membrana en reposo. Para la mayoría de las células, el
potencial de membrana en reposo es negativo con respecto al exterior de la célula.
En el proceso de generación del potencial de membrana en reposo intervienen los canales iónicos pasivos, las bombas iónicas y los canales iónicos con voltaje. Las células utilizan estas máquinas para mantener una alta concentración de iones negativos dentro de las células. Como resultado, se mantiene un potencial de membrana negativo.
Los factores que contribuyen al potencial de membrana en reposo
incluyen los siguientes:
Aniones orgánicos
Por lo general, las células tienen aniones orgánicos más abundantes dentro de las células, como los iones oxalato, etc. La carga negativa de estos aniones negativos contribuye al potencial de membrana en reposo.
Canales de K+
La mayoría de las células del cuerpo tienen abundantes canales de K+ en sus membranas. En el entorno habitual, en el interior de la célula hay diez veces más abundantes iones de potasio que en el espacio extracelular.
Estos iones de potasio tienen un gradiente de difusión dirigido hacia el espacio extracelular. Así, continúan difundiendo a través de los canales de K+ abiertos y salen de las células. Esta pérdida de iones con carga positiva contribuye aún más al potencial de membrana en reposo negativo dentro de la célula.
Bomba de sodio-potasio
La bomba de sodio-potasio contribuye en gran medida al potencial de membrana en reposo. La concentración de iones de sodio es más fuera de la célula que en el interior. Por otro lado, la concentración de iones de potasio es mayor en el interior de la célula que en el exterior.
Así, el gradiente de difusión de sodio se dirige hacia el interior de la célula y el de potasio se dirige hacia el exterior de la misma.
La bomba de sodio-potasio es una bomba impulsada por energía que utiliza ATP para bombear los iones de sodio y potasio contra su gradiente de concentración. Por cada dos iones de potasio bombeados al interior de la célula, tres iones de sodio son bombeados al exterior.
Se produce una pérdida neta de iones positivos de la célula.
Todos los factores mencionados contribuyen al
establecimiento y mantenimiento del potencial de membrana negativo dentro de la célula.
Proceso de despolarización
Después de entender el concepto de potencial de membrana en reposo, ahora hablaremos del proceso de despolarización.
Una célula tiene la capacidad de sufrir una despolarización después de haber establecido un potencial de reposo. La despolarización provoca el cambio rápido del potencial de membrana del estado negativo al positivo.
El proceso de despolarización comienza con un estímulo. Este estímulo puede ser un simple toque, una luz, una partícula extraña o incluso un estímulo eléctrico. Este estímulo provoca un cambio de voltaje en la célula.
Este cambio de voltaje inicial provoca la apertura de los canales de sodio y calcio activados por voltaje dentro de la membrana celular. Los iones con carga positiva se precipitan a través de estos canales. Como resultado, el interior de la célula se vuelve más positivo. El potencial de la membrana cambia del estado negativo al positivo.
Depolarización en diferentes células
El principio básico de la despolarización es el mismo que se describe en el apartado de fisiología. Sin embargo, las diferentes células del organismo responden a diferentes estímulos y utilizan diferentes canales iónicos para sufrir el proceso de despolarización. Todo ello en coherencia con la función de esa célula.
Discutiremos el proceso de despolarización en
referencia a las neuronas, las células endoteliales y las células cardíacas.
Neuronas
Las neuronas pueden sufrir una despolarización en respuesta a una serie de estímulos como el calor, la química, la luz, el estímulo eléctrico o físico. Estos estímulos generan un potencial positivo en el interior de las neuronas.
Cuando el potencial positivo es mayor que el potencial umbral, provoca la apertura de los canales de sodio. Los iones de sodio se precipitan al interior de la neurona y provocan el cambio del potencial de membrana de negativo a positivo.
La despolarización de una pequeña parte de la neurona genera un fuerte impulso nervioso. El impulso nervioso viaja a lo largo de toda la neurona hasta el terminal sináptico.
Una vez que el impulso nervioso llega al terminal sináptico, provoca la liberación de neurotransmisores. Estos neurotransmisores se difunden a través de la hendidura sináptica. Actúan como un estímulo químico para la neurona postsináptica. Estos neurotransmisores, a su vez, provocan la despolarización de las neuronas postsinápticas.
Células endoteliales
Las células endoteliales vasculares recubren la superficie interna de los vasos sanguíneos. Estas células tienen capacidad estructural para soportar las fuerzas cardiovasculares. También desempeñan un papel importante en el mantenimiento de la funcionalidad del sistema cardiovascular.
Estas células utilizan el proceso de despolarización para alterar su resistencia estructural. Cuando las células endoteliales se encuentran en un estado despolarizado, presentan una marcada disminución de la resistencia estructural y de la rigidez. En estado despolarizado, las células endoteliales también provocan una marcada disminución del tono vascular de los vasos sanguíneos.
Células cardíacas
La despolarización de los miocitos cardíacos provoca la contracción de las células y así se produce la contracción del corazón.
La despolarización comienza primero en el nodo SA, que también se llama el marcapasos cardíaco. El nodo SA tiene automatismo. El potencial de membrana en reposo del nodo SA es menos negativo que el de otras células cardíacas. Esto provoca la apertura de los canales de sodio. Los iones de sodio siguen difundiendo en las células del nodo SA.
Cuando el potencial de membrana se hace mayor que el potencial umbral, provoca la apertura de los canales de Ca+2. Los iones de calcio se precipitan entonces, provocando la despolarización.
Comenzando en el nodo SA, la despolarización se extiende
a las aurículas y a través del nodo AV un haz AV a las fibras de Purkinje causando
despolarización y contracción de los ventrículos.
Músculos esqueléticos
La excitación del músculo esquelético por parte de las neuronas motoras provoca la apertura de los canales de sodio activados por voltaje. La apertura de los canales de sodio provoca la despolarización del músculo esquelético.
El potencial de acción de la motoneurona también viaja a través de los túbulos T. Provoca la liberación de iones Ca2+ del retículo sarcoplásmico. Así, se produce la contracción del músculo esquelético. Todo este proceso se denomina también acoplamiento de excitación-contracción.
Fármacos que bloquean el proceso de despolarización
Hay ciertos fármacos que pueden bloquear el proceso de despolarización. Provocan una apertura persistente de los canales iónicos. Los iones cargados positivamente siguen difundiendo en las células.
Como resultado, las células son incapaces de recuperarse del periodo inicial de despolarización. Permanecen en un estado persistente de despolarización y no responden a los estímulos.
Entre estos fármacos se encuentran los agonistas nicotínicos como el
suxametonio y el decametonio.
Conclusión/Resumen:
La despolarización es un proceso que provoca un rápido cambio en el potencial de membrana de un estado negativo a uno positivo.
Cuando se aplica un determinado estímulo a una célula, éste
provoca un cambio de voltaje inicial en la célula.
Cuando se alcanza el potencial umbral, se produce la
apertura de los canales iónicos. Como resultado, el potencial de membrana cambia de estado negativo a positivo.
Para que se produzca la despolarización, las células deben
establecer y mantener un potencial de membrana de reposo negativo. Los factores que desempeñan
un papel importante en el establecimiento del potencial de membrana en reposo incluyen:
- Aniones orgánicos
- Canales de K+
- Bomba de sodio-potasio
El proceso de despolarización tiene diferentes
consecuencias en distintas células del organismo.
En las neuronas, la transmisión del impulso nervioso se produce a través del proceso de despolarización.
En las células endoteliales vasculares, el proceso de
despolarización ayuda a regular la rigidez estructural y el tono vascular.
En los músculos cardíacos, la despolarización provoca la contracción
de los músculos cardíacos.
Los músculos esqueléticos también responden a la despolarización mediante
contracción.
Los agonistas nicotínicos pueden provocar un prolongado estado de despolarización
de las células. Impiden que las células se repolaricen. Como
resultado, las células no responden a los nuevos estímulos.
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