Potencial de acción
Objetivo. Describir las fases del potencial de acción (umbral, despolarización, repolarización) a partir de gráficos de voltaje, valorando la precisión al leer datos.
para partir
En los registros que publica OpenStax, un electrodo muy fino muestra la membrana de la neurona en −70 mV hasta que un estímulo la despolariza: sube de golpe a +30 mV y vuelve a caer en apenas dos milésimas de segundo. Ese pico es un evento de todo o nada y siempre tiene la misma amplitud. Esta clase explica las fases del potencial de acción sobre el gráfico voltaje-tiempo.
En reposo la membrana está a unos −70 mV gracias a la bomba Na⁺/K⁺ y a la fuga de K⁺. El paso siguiente es qué ocurre cuando un estímulo lleva esa diferencia de potencial hasta el umbral. El trabajo de esta clase es leer el gráfico voltaje-tiempo del potencial de acción e identificar sus fases.
Antes de empezar, decide para ti si cada afirmación es verdadera o falsa. No las corregiremos aún; volveremos a ellas al final:
- El potencial de acción empieza apenas llega cualquier estímulo, sin ningún valor mínimo.
- Si el estímulo es débil (subumbral), igual se produce un impulso pequeño.
- Durante la subida del gráfico (despolarización) lo que entra a la neurona es potasio (K⁺).
El potencial de reposo
El disparo parte de un estado eléctrico definido. En reposo el interior es negativo respecto al exterior, cerca de −70 mV: es el potencial de reposo, la diferencia de potencial que sostiene el gradiente.
Ese valor se sostiene por dos motivos que conviene tener frescos:
- La bomba Na⁺/K⁺ gasta ATP y mantiene mucho Na⁺ afuera y mucho K⁺ adentro.
- En reposo la membrana deja salir K⁺ con facilidad, y esa fuga de cargas positivas deja el interior negativo.
La señal se inicia en el cono axónico y recorre el axón hacia los botones terminales. Si el estímulo alcanza el umbral en el cono axónico, se genera el potencial de acción.
El voltaje de membrana compara el interior con el exterior de la célula. Un valor de −70 mV significa que el interior está 70 milivoltios más negativo que el exterior. Cuando el interior se vuelve menos negativo (por ejemplo, pasa de −70 a −55 mV), decimos que la membrana se despolariza. Cuando vuelve a hacerse más negativo, se repolariza. Esa convención es la que permite leer el gráfico.
El umbral
Un estímulo despolariza la membrana: el voltaje sube desde −70 mV. Existe un valor crítico, el umbral, cercano a −55 mV, y solo al alcanzarlo se genera el impulso.
- Si el estímulo no alcanza el umbral (estímulo subumbral), la membrana se despolariza un poco y luego vuelve al reposo. No hay potencial de acción.
- Si el estímulo alcanza o supera el umbral, el potencial de acción se genera con su amplitud completa.
Es común pensar que el potencial de acción empieza apenas llega cualquier estímulo. Eso es incorrecto, porque sin llegar al umbral no se abre el evento. También es común pensar que un estímulo subumbral produce un impulso pequeño. Eso es incorrecto, porque bajo el umbral no hay impulso: el umbral decide si el evento ocurre o no, y la amplitud no escala con la intensidad del estímulo.
Los canales de Na⁺ voltaje-dependientes se abren cuando el voltaje llega al umbral. Al abrirse, entra Na⁺, que despolariza aún más la membrana, lo que abre más canales de Na⁺, que dejan entrar más Na⁺. Es una retroalimentación positiva que, una vez iniciada, continúa hasta el pico. Por eso, al cruzar el umbral, el resultado siempre es el mismo. (La consecuencia formal de esto, la ley del todo o nada, se desarrolla más adelante.)
Leer el gráfico: subir con Na⁺, bajar con K⁺
Este es el gráfico que debemos aprender a leer: voltaje de membrana (mV) en función del tiempo (ms). Sigue la línea de izquierda a derecha e identifica cada tramo.
Recorramos la curva con nombre y causa iónica de cada tramo:
- Reposo: la línea está plana en −70 mV. Los canales voltaje-dependientes están cerrados.
- Hacia el umbral: un estímulo despolariza y el voltaje sube hasta −55 mV. Al cruzar ese valor se abren los canales de Na⁺ voltaje-dependientes.
- Despolarización: se abren los canales de Na⁺ voltaje-dependientes; entra Na⁺ y el interior se vuelve positivo. La línea sube de golpe hasta el pico ≈ +30 mV.
- Repolarización: los canales de Na⁺ se inactivan y se abren los canales de K⁺; sale K⁺ y el interior vuelve a negativizarse. La línea baja.
- Hiperpolarización: el K⁺ sigue saliendo un instante de más y el voltaje cae por debajo de −70 mV (cerca de −80). Luego se estabiliza y vuelve al reposo.
Al leer el gráfico, el ion de cada tramo es: la subida es Na⁺ que ENTRA (despolarización); la bajada es K⁺ que SALE (repolarización). El Na⁺ hace subir la curva y el K⁺ la hace bajar.
El disparo lo hacen los canales voltaje-dependientes de Na⁺ y K⁺, que se abren y cierran en milisegundos. La bomba trabaja más lento y restablece los gradientes después: saca el Na⁺ que entró y recupera el K⁺ que salió, de modo que la membrana vuelve a estar lista para el próximo potencial de acción.
Sondeo — Un estímulo subumbral (que no alcanza los −55 mV) produce igual un potencial de acción, aunque más pequeño.
Completa la lectura del gráfico voltaje-tiempo:
La neurona parte en reposo, cerca de mV. Un estímulo la despolariza hasta el , cercano a −55 mV. Entonces se abren los canales de y ese ion a la célula: es la , y la curva sube hasta el pico de +30 mV. Luego se abren los canales de , que sale de la célula: es la , y la curva baja. Al final el voltaje cae por debajo del reposo: la .
En el gráfico de un potencial de acción, el tramo en que la curva SUBE rápidamente desde −55 mV hasta +30 mV corresponde a:
Empareja cada fase del potencial de acción con su evento iónico:
Toca un término y luego su definición para emparejarlos.
Se registra una neurona y se le aplican estímulos de distinta intensidad. Con un estímulo de −68 mV de despolarización no ocurre nada; con uno que lleva la membrana a −54 mV se dispara un pico completo hasta +30 mV. ¿Qué interpretación del gráfico es correcta?
Un compañero mira el gráfico del potencial de acción y afirma: 'La curva sube porque sale sodio de la célula y baja porque entra potasio'. Usando los canales iónicos, explica qué está confundiendo y cómo se lee correctamente cada tramo.
síntesis
Para cerrar
El gráfico voltaje-tiempo del potencial de acción se lee fase por fase. La neurona parte del reposo (−70 mV) y la señal se inicia en el cono axónico. Hay que cruzar el umbral (≈ −55 mV) para generar el evento; la despolarización (entra Na⁺) sube hasta el pico de +30 mV; la repolarización (sale K⁺) baja la curva; y la hiperpolarización la lleva un instante bajo el reposo. La subida es Na⁺ que entra; la bajada es K⁺ que sale.
Queda por formalizar la ley del todo o nada (por qué el pico tiene siempre la misma amplitud y cómo se codifica la intensidad por frecuencia), y el papel de la mielina y la conducción saltatoria en la velocidad del impulso, con casos clínicos como la esclerosis múltiple y la anestesia local.
Piensa sobre tu aprendizaje
- Vuelve a las tres afirmaciones del inicio. ¿Cuáles resultaron falsas y por qué?
- Sin mirar el gráfico, ¿podrías dibujar de memoria la curva marcando reposo, umbral, pico e hiperpolarización?
- ¿Qué te costó más leer bien: identificar el umbral o no confundir Na⁺ (sube) con K⁺ (baja)?
referencias
Bibliografía
- 01Ministerio de Educación de Chile. Temario PAES Ciencias (Biología), DEMRE. https://demre.cl
- 02OpenStax (2022). Anatomy & Physiology 2e, cap. 12.4 'The Action Potential'. https://openstax.org
- 03Tortora, G. & Derrickson, B. (2018). Principios de Anatomía y Fisiología (15ª ed.). Panamericana.
- 04Khan Academy. Despolarización, hiperpolarización y potenciales de acción. https://es.khanacademy.org