En fisiología, el electrotón se refiere a la propagación pasiva de carga dentro de una neurona y entre las células del músculo cardíaco o las células del músculo liso . Pasivo significa que los cambios dependientes del voltaje en la conductancia de la membrana no contribuyen. Las neuronas y otras células excitables producen dos tipos de potencial eléctrico:
- Potencial electrotónico (o potencial graduado ), un potencial local no propagado, resultante de un cambio local en la conductancia iónica (por ejemplo, sináptico o sensorial que genera una corriente local). Cuando se extiende a lo largo de un tramo de membrana, se vuelve exponencialmente más pequeño (disminución).
- Potencial de acción , un impulso propagado.
Los potenciales electrotónicos representan cambios en el potencial de membrana de la neurona que no conducen a la generación de nueva corriente por potenciales de acción . [1] Sin embargo, todos los potenciales de acción comienzan cuando los potenciales electrotónicos despolarizan la membrana por encima del potencial umbral, lo que convierte el potencial electrotónico en un potencial de acción. [2] Las neuronas que son pequeñas en relación con su longitud, como algunas neuronas en el cerebro, sólo tienen potenciales electrotónicos ( se cree que las células amacrinas en estrella de la retina tienen estas propiedades); las neuronas más largas utilizan potenciales electrotónicos para activar el potencial de acción .
Los potenciales electrotónicos tienen una amplitud que suele ser de 5-20 mV y pueden durar desde 1 ms hasta varios segundos. [3] Para cuantificar el comportamiento de los potenciales electrotónicos, hay dos constantes que se utilizan comúnmente: la constante de tiempo de membrana τ y la constante de longitud de membrana λ. La constante de tiempo de la membrana mide la cantidad de tiempo que tarda un potencial electrotónico en caer pasivamente a 1 / e o al 37% de su máximo. Un valor típico para las neuronas puede ser de 1 a 20 ms. La constante de longitud de la membrana mide cuánto tarda un potencial electrotónico en caer a 1 / e o al 37% de su amplitud en el lugar donde comenzó. Los valores comunes para la constante de longitud de las dendritas son de 0,1 a 1 mm. [2] Los potenciales electrotónicos se conducen más rápido que los potenciales de acción, pero se atenúan rápidamente, por lo que no son adecuados para la señalización de larga distancia. El fenómeno fue descubierto por primera vez por Eduard Pflüger .
Suma
El potencial electrotónico viaja a través de la propagación electrotónica, lo que equivale a la atracción de iones opuestos y la repulsión de iones cargados similares dentro de la celda. Los potenciales electrotónicos pueden sumar espacial o temporalmente. La suma espacial es la combinación de múltiples fuentes de afluencia de iones (múltiples canales dentro de una dendrita o canales dentro de múltiples dendritas), mientras que la suma temporal es un aumento gradual en la carga general debido a afluencias repetidas en la misma ubicación. Debido a que la carga iónica entra en un lugar y se disipa en otros, perdiendo intensidad a medida que se propaga, la propagación electrotónica es una respuesta gradual. Es importante contrastar esto con la ley de todo o nada de propagación del potencial de acción por el axón de la neurona. [2]
EPSP
El potencial electrotónico puede aumentar el potencial de membrana con carga positiva o disminuirlo con carga negativa. Los potenciales electrotónicos que aumentan el potencial de membrana se denominan potenciales postsinápticos excitadores (EPSP). Esto se debe a que despolarizan la membrana, aumentando la probabilidad de un potencial de acción. A medida que se suman, pueden despolarizar la membrana lo suficiente como para empujarla por encima del potencial umbral, lo que provocará que se produzca un potencial de acción. Los EPSP a menudo son causados por la entrada de Na + o Ca 2+ en la célula. [2]
IPSP
Los potenciales electrotónicos que disminuyen el potencial de membrana se denominan potenciales postsinápticos inhibidores (IPSP). Ellos hiperpolarizan la membrana y hacer más difícil para que una célula tiene un potencial de acción. Los IPSP están asociados con el Cl - que ingresa a la celda o el K + que sale de la celda. Los IPSP pueden interactuar con los EPSP para "cancelar" su efecto. [2]
Transferencia de información
Debido a la naturaleza continuamente variable del potencial electrotónico frente a la respuesta binaria del potencial de acción, esto crea implicaciones sobre la cantidad de información que puede codificar cada potencial respectivo. Los potenciales electrotónicos pueden transferir más información dentro de un período de tiempo determinado que los potenciales de acción. Esta diferencia en las tasas de información puede ser hasta casi un orden de magnitud mayor para los potenciales electrotónicos. [4] [5]
Teoría del cable
La teoría del cable puede ser útil para comprender cómo fluyen las corrientes a través de los axones de una neurona. [6] En 1855, Lord Kelvin ideó esta teoría como una forma de describir las propiedades eléctricas de los cables telegráficos transatlánticos. [7] Casi un siglo después, en 1946, Hodgkin y Rushton descubrieron que la teoría del cable también podía aplicarse a las neuronas. [8] Esta teoría tiene la neurona aproximada como un cable cuyo radio no cambia, y permite representarla con la ecuación diferencial parcial [6] [9]
donde V ( x , t ) es el voltaje a través de la membrana en un tiempo t y una posición x a lo largo de la neurona, y donde λ y τ son las escalas de duración y tiempo características en las que esos voltajes decaen en respuesta a un estímulo . Con referencia al diagrama de circuito de la derecha, estas escalas se pueden determinar a partir de las resistencias y capacitancias por unidad de longitud. [10]
A partir de estas ecuaciones, se puede comprender cómo las propiedades de una neurona afectan la corriente que la atraviesa. La constante de longitud λ aumenta a medida que aumenta la resistencia de la membrana y a medida que la resistencia interna se reduce, lo que permite que la corriente viaje más abajo por la neurona. La constante de tiempo τ aumenta a medida que aumentan la resistencia y la capacitancia de la membrana, lo que hace que la corriente viaje más lentamente a través de la neurona. [2]
Sinapsis de cinta
Las sinapsis de cinta son un tipo de sinapsis que a menudo se encuentran en las neuronas sensoriales y tienen una estructura única que las equipa especialmente para responder dinámicamente a las entradas de los potenciales electrotónicos. Se llaman así por un orgánulo que contienen, la cinta sináptica. Este orgánulo puede contener miles de vesículas sinápticas cerca de la membrana presináptica, lo que permite la liberación de neurotransmisores que pueden reaccionar rápidamente a una amplia gama de cambios en el potencial de membrana. [11] [12]
Ver también
- Potenciales de meseta
- Teoría del cable
- Bioelectroquímica
- Canal iónico controlado por voltaje
Referencias
- ^ electrotónico - definición de electrotónico en el diccionario médico - por el diccionario médico en línea gratuito, tesauro y enciclopedia
- ↑ a b c d e f Sperelakis, Nicholas (2011). Libro de consulta de fisiología celular . Prensa académica. págs. 563–578. ISBN 978-0-12-387738-3.
- ^ Pauls, John (2014). Neurociencia clínica . Churchill Livingstone. págs. 71–80. ISBN 978-0-443-10321-6.
- ^ Juusola, Mikko (julio de 1996). "Procesamiento de información por transmisión de potencial graduado a través de sinapsis tónicamente activas". Tendencias en neurociencias . 19 (7): 292–7. doi : 10.1016 / S0166-2236 (96) 10028-X . PMID 8799975 . S2CID 13180990 .
- ^ Niven, Jeremy Edward (enero de 2014). "Consecuencias de la conversión graduada en potenciales de acción sobre la codificación de información neuronal y la eficiencia energética" . PLOS Biología Computacional . 10 (1): e1003439. Código Bibliográfico : 2014PLSCB..10E3439S . doi : 10.1371 / journal.pcbi.1003439 . S2CID 15385561 .
- ^ a b Rall, W en Koch y Segev 1989 , Teoría del cable para neuronas dendríticas , págs. 9–62.
- ^ Kelvin WT (1855). "Sobre la teoría del telégrafo eléctrico". Actas de la Royal Society . 7 : 382–99.
- ^ Hodgkin, AL (1946). "Las constantes eléctricas de una fibra nerviosa de crustáceos" . Proceedings of the Royal Society B . 133 (873): 444–79. Código bibliográfico : 1946RSPSB.133..444H . doi : 10.1098 / rspb.1946.0024 . PMID 20281590 .
- ^ Gabbiani, Fabrizio (2017). Matemáticas para neurocientíficos . Prensa académica. págs. 73–91. ISBN 978-0-12-801895-8.
- ^ Purves y col. 2008 , págs. 52–53.
- ^ Matthews, Gary (enero de 2005). "Estructura y función de las sinapsis de cinta". Tendencias en neurociencias . 28 (1): 20-29. doi : 10.1016 / j.tins.2004.11.009 . PMID 15626493 . S2CID 16576501 .
- ^ Lagnado, León (agosto de 2013). "Picos y sinapsis de cinta en la visión temprana". Tendencias en neurociencias . 36 (8): 480–488. doi : 10.1016 / j.tins.2013.04.006 . PMID 23706152 . S2CID 28383128 .
enlaces externos
- Khan Academy: Electrotónico y potencial de acción