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Para otros usos, consulte Despolarización (desambiguación) .

En biología , la despolarización (inglés británico: despolarisation) es un cambio dentro de una celda , durante el cual la celda sufre un cambio en la distribución de la carga eléctrica , lo que resulta en una carga menos negativa dentro de la celda. La despolarización es esencial para la función de muchas células, la comunicación entre células y la fisiología general de un organismo.

Potencial de acción en una neurona , que muestra despolarización, en la que la carga interna de la célula se vuelve menos negativa (más positiva), y repolarización, donde la carga interna vuelve a un valor más negativo.

La mayoría de las células de los organismos superiores mantienen un entorno interno que está cargado negativamente en relación con el exterior de la célula. Esta diferencia de carga se denomina potencial de membrana de la célula . En el proceso de despolarización, la carga interna negativa de la célula se vuelve temporalmente más positiva (menos negativa). Este cambio de un potencial de membrana negativo a uno más positivo ocurre durante varios procesos, incluido un potencial de acción . Durante un potencial de acción, la despolarización es tan grande que la diferencia de potencial a través de la membrana celular invierte brevemente la polaridad, y el interior de la célula se carga positivamente.

El cambio en la carga ocurre típicamente debido a un influjo de iones de sodio en una célula, aunque puede estar mediado por un influjo de cualquier tipo de catión o salida de cualquier tipo de anión . Lo opuesto a una despolarización se llama hiperpolarización .

El uso del término "despolarización" en biología difiere de su uso en física, donde se refiere en cambio a situaciones en las que cualquier forma de polaridad (  es decir, la presencia de cualquier carga eléctrica, ya sea positiva o negativa) cambia a un valor de cero.

A veces, la despolarización se denomina "hipopolarización". [1] [2]

Fisiología [ editar ]

El proceso de despolarización depende completamente de la naturaleza eléctrica intrínseca de la mayoría de las células. Cuando una célula está en reposo, la célula mantiene lo que se conoce como potencial de reposo . El potencial de reposo generado por casi todas las células da como resultado que el interior de la célula tenga una carga negativa en comparación con el exterior de la célula. Para mantener este desequilibrio eléctrico, las partículas microscópicas cargadas positiva y negativamente llamadas iones se transportan a través de la membrana plasmática de la célula. El transporte de iones a través de la membrana plasmática se logra a través de varios tipos diferentes de proteínas transmembrana incrustadas en la membrana plasmática de la célula que funcionan como vías para los iones tanto dentro como fuera de la célula, como los canales iónicos .bombas de sodio y potasio y canales iónicos activados por voltaje .

Potencial en reposo [ editar ]

El potencial de reposo debe establecerse dentro de una célula antes de que la célula pueda despolarizarse. Hay muchos mecanismos por los cuales una célula puede establecer un potencial de reposo, sin embargo, existe un patrón típico de generación de este potencial de reposo que siguen muchas células. La celda utiliza canales de iones, bombas de iones y canales de iones activados por voltaje para generar un potencial de reposo negativo dentro de la celda. Sin embargo, el proceso de generación del potencial de reposo dentro de la célula también crea un ambiente fuera de la célula que favorece la despolarización. La bomba de sodio y potasio es en gran parte responsable de la optimización de las condiciones tanto en el interior como en el exterior de la celda para la despolarización. Bombeando tres iones de sodio cargados positivamente (Na +) fuera de la célula por cada dos iones de potasio cargados positivamente (K + ) bombeados a la célula, no solo se establece el potencial de reposo de la célula, sino también un gradiente de concentración desfavorablese crea aumentando la concentración de sodio fuera de la célula y aumentando la concentración de potasio dentro de la célula. Aunque hay una cantidad excesiva de potasio en la célula y de sodio fuera de la célula, el potencial de reposo generado mantiene cerrados los canales iónicos activados por voltaje en la membrana plasmática, evitando que los iones que se bombean a través de la membrana plasmática se difundan a un área de menor concentración. Además, a pesar de la alta concentración de iones de potasio cargados positivamente, la mayoría de las células contienen componentes internos (de carga negativa), que se acumulan para establecer una carga interna negativa.

Despolarización [ editar ]

Canal de sodio dependiente de voltaje . El canal abierto (arriba) transporta un influjo de iones de Na + , lo que da lugar a la despolarización. A medida que el canal se cierra / inactiva (parte inferior) , la despolarización finaliza.

Una vez que una célula ha establecido un potencial de reposo, esa célula tiene la capacidad de sufrir despolarización. Durante la despolarización, el potencial de membrana cambia rápidamente de negativo a positivo. Para que este cambio rápido tenga lugar dentro del interior de la célula, deben ocurrir varios eventos a lo largo de la membrana plasmática de la célula. Mientras la bomba de sodio-potasio continúa funcionando, los canales de sodio y calcio dependientes de voltajeque se habían cerrado mientras la celda estaba en potencial de reposo se abren en respuesta a un cambio inicial de voltaje. A medida que los iones de sodio vuelven a la célula, agregan carga positiva al interior de la célula y cambian el potencial de membrana de negativo a positivo. Una vez que el interior de la célula se carga más positivamente, la despolarización de la célula se completa y los canales se vuelven a cerrar.

Repolarización [ editar ]

Después de que una célula se ha despolarizado, sufre un cambio final en la carga interna. Después de la despolarización, los canales iónicos de sodio dependientes de voltaje que se habían abierto mientras la célula se despolarizaba se cierran nuevamente. La carga positiva aumentada dentro de la célula ahora hace que se abran los canales de potasio. Los iones de potasio (K + ) comienzan a descender por el gradiente electroquímico (a favor del gradiente de concentración y el gradiente eléctrico recién establecido). A medida que el potasio sale de la célula, el potencial dentro de la célula disminuye y se acerca a su potencial de reposo una vez más. La bomba de sodio y potasio funciona continuamente durante este proceso. [3]

Hiperpolarización [ editar ]

El proceso de repolarización provoca un sobreimpulso en el potencial de la célula. Los iones de potasio continúan saliendo del axón tanto que se excede el potencial de reposo y el potencial de la nueva célula se vuelve más negativo que el potencial de reposo. El potencial de reposo se restablece finalmente mediante el cierre de todos los canales iónicos activados por voltaje y la actividad de la bomba de iones sodio potasio. [4]

Neuronas [ editar ]

Estructura de una neurona

La despolarización es esencial para las funciones de muchas células del cuerpo humano, lo que se ejemplifica en la transmisión de estímulos tanto dentro de una neurona como entre dos neuronas. La recepción de estímulos, la integración neuronal de esos estímulos y la respuesta de la neurona a los estímulos dependen de la capacidad de las neuronas para utilizar la despolarización para transmitir estímulos, ya sea dentro de una neurona o entre neuronas.

Respuesta al estímulo [ editar ]

Los estímulos a las neuronas pueden ser físicos, eléctricos o químicos, y pueden inhibir o excitar la neurona que está siendo estimulada. Un estímulo inhibitorio se transmite a la dendrita de una neurona, provocando la hiperpolarización de la neurona. La hiperpolarización que sigue a un estímulo inhibitorio provoca una disminución adicional del voltaje dentro de la neurona por debajo del potencial de reposo. Al hiperpolarizar una neurona, un estímulo inhibidor da como resultado una mayor carga negativa que debe superarse para que se produzca la despolarización. Los estímulos de excitación, por otro lado, aumentan el voltaje en la neurona, lo que conduce a una neurona que es más fácil de despolarizar que la misma neurona en estado de reposo. Independientemente de que sea excitador o inhibitorio, el estímulo viaja por las dendritas de una neurona hasta el cuerpo celular para su integración.

Integración de estímulos [ editar ]

Suma de estímulos en un montículo de axones

Una vez que los estímulos han llegado al cuerpo celular, el nervio debe integrar los diversos estímulos antes de que el nervio pueda responder. Los estímulos que han viajado por las dendritas convergen en el montículo del axón , donde se suman para determinar la respuesta neuronal. Si la suma de los estímulos alcanza un cierto voltaje, conocido como potencial umbral , la despolarización continúa desde la colina del axón hasta el axón.

Respuesta [ editar ]

La oleada de despolarización que viaja desde el montículo del axón hasta la terminal del axón se conoce como potencial de acción . Los potenciales de acción llegan a la terminal del axón, donde el potencial de acción desencadena la liberación de neurotransmisores de la neurona. Los neurotransmisores que se liberan del axón continúan estimulando otras células, como otras neuronas o células musculares. Después de que un potencial de acción viaja por el axón de una neurona, el potencial de membrana en reposo del axón debe restaurarse antes de que otro potencial de acción pueda viajar por el axón. Esto se conoce como el período de recuperación de la neurona, durante el cual la neurona no puede transmitir otro potencial de acción.

Células bastón del ojo [ editar ]

La importancia y versatilidad de la despolarización dentro de las células se puede ver en la relación entre los bastoncillosen el ojo y sus neuronas asociadas. Cuando los bastoncillos están en la oscuridad, se despolarizan. En las células de bastón, esta despolarización se mantiene mediante canales iónicos que permanecen abiertos debido al voltaje más alto de la celda de bastón en el estado despolarizado. Los canales iónicos permiten que el calcio y el sodio pasen libremente a la célula, manteniendo el estado despolarizado. Las células bastón en el estado despolarizado liberan constantemente neurotransmisores que a su vez estimulan los nervios asociados con las células bastón. Este ciclo se rompe cuando los bastoncillos se exponen a la luz; la absorción de luz por el bastón hace que se cierren los canales que habían facilitado la entrada de sodio y calcio en el bastón. Cuando estos canales se cierran, los bastoncillos producen menos neurotransmisores, lo que el cerebro percibe como un aumento de la luz. Por lo tanto,en el caso de los bastoncillos y sus neuronas asociadas, la despolarización en realidad evita que una señal llegue al cerebro en lugar de estimular la transmisión de la señal.[5] [ página necesaria ]

Endotelio vascular [ editar ]

Endotelioes una capa delgada de células epiteliales escamosas simples que recubren el interior de los vasos sanguíneos y linfáticos. El endotelio que recubre los vasos sanguíneos se conoce como endotelio vascular, que está sujeto y debe resistir las fuerzas del flujo sanguíneo y la presión arterial del sistema cardiovascular. Para resistir estas fuerzas cardiovasculares, las células endoteliales deben tener simultáneamente una estructura capaz de resistir las fuerzas de la circulación manteniendo al mismo tiempo un cierto nivel de plasticidad en la resistencia de su estructura. Esta plasticidad en la resistencia estructural del endotelio vascular es esencial para el funcionamiento general del sistema cardiovascular. Las células endoteliales dentro de los vasos sanguíneos pueden alterar la fuerza de su estructura para mantener el tono vascular del vaso sanguíneo que recubren, prevenir la rigidez vascular,e incluso ayudar a regular la presión arterial dentro del sistema cardiovascular. Las células endoteliales logran estas hazañas mediante el uso de la despolarización para alterar su resistencia estructural. Cuando una célula endotelial se despolariza, el resultado es una marcada disminución de la rigidez y la resistencia estructural de la célula al alterar la red de fibras que proporcionan a estas células su soporte estructural. La despolarización en el endotelio vascular es esencial no solo para la integridad estructural de las células endoteliales, sino también para la capacidad del endotelio vascular para ayudar en la regulación del tono vascular, la prevención de la rigidez vascular y la regulación de la presión arterial.Cuando una célula endotelial se despolariza, el resultado es una marcada disminución de la rigidez y la resistencia estructural de la célula al alterar la red de fibras que proporcionan a estas células su soporte estructural. La despolarización en el endotelio vascular es esencial no solo para la integridad estructural de las células endoteliales, sino también para la capacidad del endotelio vascular para ayudar en la regulación del tono vascular, la prevención de la rigidez vascular y la regulación de la presión arterial.Cuando una célula endotelial se despolariza, el resultado es una marcada disminución de la rigidez y la resistencia estructural de la célula al alterar la red de fibras que proporcionan a estas células su soporte estructural. La despolarización en el endotelio vascular es esencial no solo para la integridad estructural de las células endoteliales, sino también para la capacidad del endotelio vascular para ayudar en la regulación del tono vascular, la prevención de la rigidez vascular y la regulación de la presión arterial.pero también a la capacidad del endotelio vascular para ayudar en la regulación del tono vascular, la prevención de la rigidez vascular y la regulación de la presión sanguínea.pero también a la capacidad del endotelio vascular para ayudar en la regulación del tono vascular, la prevención de la rigidez vascular y la regulación de la presión sanguínea.[6]

Corazón [ editar ]

Electrocardiograma

La despolarización ocurre en las cuatro cámaras del corazón: primero en ambas aurículas y luego en ambos ventrículos.

  1. El nódulo sinoauricular (SA) en la pared de la aurícula derecha inicia la despolarización en las aurículas derecha e izquierda, provocando la contracción, que corresponde a la onda P en un electrocardiograma.
  2. El nodo SA envía la onda de despolarización al nodo auriculoventricular (AV) que, con un retraso de aproximadamente 100 ms para dejar que las aurículas terminen de contraerse, provoca la contracción en ambos ventrículos, que se observa en la onda QRS. Al mismo tiempo, las aurículas se repolarizan y se relajan.
  3. Los ventrículos se vuelven a polarizar y se relajan en la onda T.

Este proceso continúa con regularidad, a menos que haya un problema en el corazón. [7]

Bloqueadores de despolarización [ editar ]

Existen fármacos, denominados bloqueantes de la despolarización , que provocan una despolarización prolongada al abrir los canales responsables de la despolarización y no permitir que se cierren, evitando la repolarización. Los ejemplos incluyen los agonistas nicotínicos suxametonio y decametonio . [8]

Referencias [ editar ]

  1. ↑ Zuckerman, Marvin (31 de mayo de 1991). Psicobiología de la personalidad . Prensa de la Universidad de Cambridge. ISBN 9780521359429.
  2. ↑ Gorsuch, Joseph W. (1 de enero de 1993). Toxicología ambiental y evaluación de riesgos: 2º volumen . ASTM International. ISBN 9780803114852.
  3. ^ Lodish, H; Berk, A; Kaiser, C; Krieger, M; Bretscher, A; Ploegh, H; Amón, A (2000). Biología celular molecular (7ª ed.). Nueva York, NY: WH Freeman and Company. pp.  1,021 mil -1022, 1025, 1045.
  4. ^ Biología avanzada de Salters-Nuffield para la biología de Edexcel A2. Pearson Wducation, por Angela Hall, 2009, ISBN 9781408205914 
  5. ^ Lodish, H; Berk, A; Kaiser, C; Krieger, M; Bretscher, A; Ploegh, H; Amón, A (2000). Biología celular molecular (7ª ed.). Nueva York, NY: WH Freeman and Company. págs.  695 .
  6. ^ Callies, C; Fels, J; Liashkovich, yo; Kliche, K; Jeggle, P; Kusche-Vihrog, K; Oberleithner, H (1 de junio de 2011). "La despolarización del potencial de membrana disminuye la rigidez de las células endoteliales vasculares" . Revista de ciencia celular . 124 (11): 1936-1942. doi : 10.1242 / jcs.084657 . PMID 21558418 . 
  7. ^ Marieb, EN y Hoehn, K. (2014). Anatomía y fisiología humana. San Francisco, CA: Pearson Education Inc.
  8. ^ Rang, HP (2003). Farmacología . Edimburgo: Churchill Livingstone. ISBN 978-0-443-07145-4. Página 149

Lectura adicional [ editar ]

  • Purves D, Augustine GJ, Fitzpatrick D, et al., Eds. (2001). Neurociencia (2. ed.). Sunderland, Mass: Sinauer Assoc. ISBN 978-0-87893-742-4.

Enlaces externos [ editar ]

  • "Despolarización (animación)" . Departamento de Psicología, Hanover College . Consultado el 18 de mayo de 2013 .