Conducción eléctrica

¿En donde?

En células nerviosas

Estructura de las células nerviosas

• Posee un cuerpo central del cual irradian una protuberancias llamadas dendritas y una estructura larga , fina llamada axón ( un axón humano puede medir un metro ) y tienen un diámetro comprendido entre 1 y 20 micrómetros

Una célula nerviosa influye sobre otra en puntos

llamados sinapsis donde las dendritas entran en contacto funcional

• Al igual que otras células se halla separada de sus alrededores por una membrana que restringe el flujo de materiales .

• Enrolladas alrededor de algunos axones (animales vertebrados ) hay células de Schawn que forma una vaina de mielina (material graso que funciona como aislante algo así como lo que recubre los cables) de varias capas lo que hace que aumente su resistencia eléctrica la velocidad y el rendimiento con que se conducen los potenciales de acción

• Cada célula de Schawn tiene aprox. 1mm de longitud, la distancia entre células de Schawn es de 1 μm.

• Existen espacios entre células sucesivas llamados nodos de Ranvier en donde se lleva a cabo la amplificación del pulso nervioso.

Carga eléctrica

• La permeabilidad relativa normal de la membrana a los iones Na+y K+ y los gradientes de concentración entre otros factores ,dan origen al establecimiento y mantenimiento de una CARGA ELECTRICA a cada lado de la membrana y por lo tanto una Diferencia de Potencial

• La membrana esta polarizada y esto es semejante a una pila que tenga el terminal negativo en el interior de la célula y el positivo en el exterior

Que sucede en la membrana?

• Por existir zonas de carga positiva y negativa contiguas se crea una situación inestable en el interior de la célula (tanto en el exterior como interior de la membrana) –

• En ausencia de perturbaciones el interior de un axón esta a un potencial menor que el líquido intersticial circundante.

• Este es el potencial de reposo El potencial de reposo es negativo dentro de la célula , varìa entre -40 mV y -90 mV

• Cuando se estimulan los iones Na+ y K + y otros atraviesan la membrana ,la membrana se despolariza en ese lugar ,

• Por lo tanto se reduce el potencial normal llamado potencial de reposo

• Se aumenta la permeabilidad al sodio que penetran al interior de la célula y este se vuelve menos negativo

• Una vez despolarizada lo cual pasa hasta cierto nivel llamado potencial umbral

• Un pulso de corriente se trasmite a lo largo del axón por lo tanto aparece un cambio de potencial transitorio que se llama potencial de acción

Estos Potencial de acción se mueven a través del axón

Los potenciales de acción pueden trasmitir mensajes

• Las señales de las neuronas se trasmiten a grandes distancias mediante los potenciales de acción

• La carga positiva introducida en el axón Na+ hace que se abra mas canales Na+ entonces entra mas Na+ y abre mas adelante en el axón Entonces avanza el potencial de acción

• Cuando pasa la perturbación de cargas positivas por una zona dada del axón se restablece el potencial de reposo mediante el flujo de K+.

Grafico del potencial en función del tiempo

Cuando un PPS estimula la célula hasta el umbral 1(ver figura )

• Se abren los canales para los iones Na +y entran en la célula impulsados por la atracción eléctrica difusión en el interior ,2 adquiere carga positiva

• 3 poco después se abren en la membrana canales permeables al potasio K+ impulsados por repulsión eléctrica y difusión hasta que se restablece el potencial de reposo

• El proceso total tiene lugar en unos pocos milisegundos

Resumiendo • Los potenciales de acción suelen

moverse a lo largo del axón Los potenciales de acción son

fenómenos del todo o nada .• Es decir si la neurona no alcanza el

umbral No hay potencial de acción , pero si hay llega al umbral se desarrollara un potencial de acción que recorrerá todo el axón

• El movimiento global a lo largo del axón se llama impulso nervioso

• La conducción a lo largo de un axón con mielina es mas rápida aprox. 100m/s

• La velocidad de un impulso nervioso aumenta con el diámetro y con la temperatura

Algunas propiedades

físicas del Axón

Resistencia y capacidad eléctrica

• El axón consiste en una membrana cilíndrica que contiene un liquido conductor axoplasma liquido conductor axoplasma .

• Es una fibra nerviosa encargada de conducir impulsos eléctricos.

• El axón se asimila a un cable eléctrico recubierto de un aislante defectuoso

. • El axoplasma presenta una

resistencia R cuando circula una corriente i llamada iaxon fig. a)

• La corriente puede circular en este fluido y escapar a través de la membrana .

• La resistencia de una unidad de área de membrana es Rm fig. b)

2.sec RltransversacionladeareaelAsiendoA

lR

A

lR

.

Usando la ecuación • La resistencia depende de la

longitud determinada del axón ,de la resistividad del axoplasma ρ

• Por lo tanto la ecuación será :

• R=ρ.l/A siendo A el área de sección transversal que se calcula Л. R2

Por ejemplo

• Calculemos la resistencia eléctrica de un axón típico de 0,01 m

• R= 2ohm m .0.01m /Л.(5 X10-6m)2

• R=2,5 x10 8ohm esta resistencia es enorme!!!

Capacidad eléctrica• La membrana es muy fina por lo que

una pequeña sección parece plana, entonces se puede asemejar a un capacitor plano

• En las dos caras de la membrana se acumulan cargas .

• La capacidad eléctrica C=K.є0 .A/l K es una constante dieléctrica , A es el área

de las placas l separación entre placas

• La capacidad por unidad de área es Cm

La capacidad de un trozo de axón de longitud l es C=Cm (2.Л.r.l)

• Por ejemplo 1,0 cm de axón sin mielina de 5 μm de radio tiene una capacidad de 3,1x10_9 F

• Un segmento similar de axón revestido de mielina tiene una distancia mayor entre fluido intersticial y el axoplasma esto hace que su capacidad sea 200 veces menor

• La membrana no es un aislador perfecto entonces la carga se escapa del axoplasma al fluido intersticial

Aplicación • 1) Calcular la resistencia del

axoplasma de un segmento de axòn1,0 cm de longitud y 2 μm de radio

i) sin mielina ii) con mielina

• 2) Hallar la capacidad de la membrana del axón del problema anterior

• 3) Una membrana tiene una diferencial de 90mV entre sus lados

• ¿Que carga por metro cuadrado hay a cada lado si a) posee mielina b) no tiene mielina?

Bibliografía

• Paul A Tipler “ Física preuniversitaria “ Tomo II

• Kane J.W. STERNHEIM.M.M “Física “ editorial Reverte 1986

• Teresa Audesifk, G. Audesifk “ Biologia ,la vida en la tierra “ editorial