- \n
- Discutir como los cambios de concentraci\u00f3n y permeabilidad i\u00f3nica afectan el potencial de membrana en reposo mediante el uso de un simulador.<\/li>\n
- Coordinar el an\u00e1lisis y la resoluci\u00f3n de vi\u00f1etas cl\u00ednicas relacionadas con el potencial de membrana y el potencial de acci\u00f3n a trav\u00e9s de la discusi\u00f3n grupal.<\/li>\n<\/ul>\n
Resultado de aprendizaje<\/strong><\/h3>\n
<\/strong><\/p>\n
- \n
- Integra el concepto de potencial de equilibrio, potencial de membrana en reposo y potencial de acci\u00f3n mediante un software de ecuaciones Nernst\/Goldman.<\/span><\/li>\n
- Analiza como los cambios en la concentraci\u00f3n y la permeabilidad i\u00f3nica afectan el potencial de equilibrio, el potencial de membrana y el potencial de acci\u00f3n en situaciones cl\u00ednicas.<\/li>\n<\/ul>\n
<\/strong><\/p>\n
Glosario de t\u00e9rminos<\/strong><\/p>\n
Conductancia (G): <\/strong>Propiedad de la membrana celular que representa la facilidad con la que los iones pasan o atraviesan un segmento de la membrana celular.<\/p>\n
Constante de longitud:<\/strong> Indica que distancia tendremos que alejarnos del sitio de m\u00e1ximo voltaje para encontrar que la se\u00f1al decae hasta el 37% de su valor (figura 1 glosario).<\/p>\n
Constante de tiempo:<\/strong> Indica el tiempo que una c\u00e9lula tarda en descargarse hasta el 37% del valor m\u00e1ximo que se alcanza cuando aplicamos un pulso de corriente (figura 1 glosario).<\/p>\n
![\"\"](\"https:\/\/fisiologia.facmed.unam.mx\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/P3.-imagen-1.jpg\")
<\/p>\nFigura 1 glosario<\/strong>. Se muestra la carga o despolarizaci\u00f3n de la membrana celular (izquierda) as\u00ed como el decaimiento de esta desde el 100%, al 37 % y luego al 1%. Cuando la se\u00f1al decae al 37% en funci\u00f3n del tiempo, es constante de tiempo y cuando lo hace en funci\u00f3n de la distancia, es constante de longitud.<\/p>\n
Despolarizaci\u00f3n: <\/strong>Es el proceso mediante el cual una c\u00e9lula excitable cambia su potencial el\u00e9ctrico, de negativo a positivo mediante el intercambio de iones y puede llegar a generar un potencial de acci\u00f3n.<\/p>\n
Ecuaci\u00f3n de Nernst:<\/strong> Ecuaci\u00f3n utilizada para calcular el potencial de equilibrio de un ion que se encuentre en ambos lados de una membrana permeable para \u00e9l<\/p>\n
Ecuaci\u00f3n de Goldman-Hodgkin-Katz:<\/strong> Ecuaci\u00f3n utilizada para calcular el potencial de membrana al interior de una c\u00e9lula permeable a Na+, K+ y Cl-.<\/p>\n
Equilibrio de Gibbs-Donnan: <\/strong>Se designa as\u00ed al equilibrio que se produce entre los iones que pueden atravesar la membrana y los que no son capaces de hacerlo.<\/p>\n
Ley de Ohm: <\/strong>Es la forma de calcular la relaci\u00f3n entre voltaje, corriente y resistencia en un circuito el\u00e9ctrico. La f\u00f3rmula es: V = I x R, donde: V = voltaje, I = corriente, R = resistencia.<\/strong><\/p>\n
mM:<\/strong> Milimolar, es una medida de concentraci\u00f3n de un soluto en una disoluci\u00f3n (10-3 <\/sup>molar).<\/p>\n
mV:<\/strong> milivoltios, es la unidad de medida de la tensi\u00f3n el\u00e9ctrica equivalente a la mil\u00e9sima parte de un voltio.<\/p>\n
nM:<\/strong> NanoMolar, es una medida de concentraci\u00f3n de un soluto en una disoluci\u00f3n (10-9<\/sup>\u00a0molar).<\/p>\n
Per\u00edodo refractario absoluto:<\/strong> Intervalo de tiempo que ocurre despu\u00e9s de que la membrana alcanza su nivel umbral y se lleva a cabo el potencial de acci\u00f3n, en este periodo es imposible excitar a la c\u00e9lula independientemente de la corriente de estimulaci\u00f3n que se le aplique.<\/p>\n
Per\u00edodo refractario relativo:<\/strong> Intervalo de tiempo que ocurre posterior al periodo refractario absoluto, en la cual es posible desencadenar el potencial de acci\u00f3n, pero se necesita de la aplicaci\u00f3n de est\u00edmulos m\u00e1s grandes que los requeridos normalmente para alcanzar el umbral.<\/p>\n
Potencial de acci\u00f3n: <\/strong>Impulso el\u00e9ctrico transitorio y regenerativo en el cual el potencial de membrana aumenta r\u00e1pidamente volvi\u00e9ndolo m\u00e1s positivo comparado con su estado de reposo.<\/p>\n
Potencial de equilibrio para un ion:<\/strong> Diferencia del potencial el\u00e9ctrico a trav\u00e9s de la membrana celular que equilibra exactamente el gradiente de concentraci\u00f3n de un ion.<\/p>\n
Potencial de membrana en reposo:<\/strong> Diferencia de voltaje a trav\u00e9s de la membrana, generado por la permeabilidad y la diferencia de concentraciones de ciertos iones en una c\u00e9lula que no se encuentra activa.<\/p>\n
Umbral:<\/strong> Punto cr\u00edtico o limite en el que un est\u00edmulo alcanza una magnitud suficiente para desencadenar una respuesta.<\/p>\n
Voltaje:<\/strong> Magnitud que establece la diferencia del potencial el\u00e9ctrico entre dos puntos.<\/p>\n
![\"\"](\"https:\/\/fisiologia.facmed.unam.mx\/wp-content\/uploads\/2023\/09\/P3.-imagen-9.jpg\")
<\/p>\n- \n
- <\/strong>Introducci\u00f3n<\/strong><\/li>\n<\/ol>\n
\u00a0<\/strong>Potencial de equilibrio <\/strong><\/p>\n
Toda c\u00e9lula est\u00e1 delimitada por una membrana plasm\u00e1tica formada por una bicapa de l\u00edpidos, lo que le confiere un car\u00e1cter hidrof\u00f3bico<\/strong>. No obstante, la membrana es semipermeable a una amplia variedad de mol\u00e9culas, lo que resulta en una diferencia en la composici\u00f3n del citoplasma y el medio extracelular. De entre todas las mol\u00e9culas, los iones resultan ser de vital importancia para m\u00faltiples funciones celulares. Los m\u00e1s abundantes son el Na+<\/sup>, K+<\/sup>, Ca2+<\/sup> y Cl–<\/sup>, cuyos valores fisiol\u00f3gicos en el humano se indican en la tabla 1<\/strong>.<\/strong><\/p>\n
![\"\"](\"https:\/\/fisiologia.facmed.unam.mx\/wp-content\/uploads\/2025\/09\/Sin-titulo-300x242.png\")
<\/p>\nTabla 1. <\/strong>Concentraciones t\u00edpicas de los principales iones en el medio intracelular y extracelular en humanos. (Hille B, 1992)<\/p>\n
<\/p>\n
Esta diferencia en las concentraciones i\u00f3nicas condiciona una diferencia entre las cargas a ambos lados de la membrana, las mismas que tratar\u00e1n de igualarse (equilibrio de Gibbs-Donnan<\/strong>). Bajo ciertas condiciones, la membrana permite el paso de algunos iones, lo que genera un flujo de cargas que depende de la permeabilidad relativa de la membrana a cada ion. Al pasar los iones a favor de su gradiente de concentraci\u00f3n (de donde hay m\u00e1s a donde hay menos) se genera una diferencia de potencial el\u00e9ctrico a trav\u00e9s de la membrana, llamado potencial de membrana (medida en milivoltios o mV). Es de crucial importancia comprender que dicho potencial de membrana ser\u00e1 determinado solo por las concentraciones i\u00f3nicas a cada lado de la membrana y por la permeabilidad de la misma membrana a cada ion. \u00a0<\/strong><\/p>\n
Antes de entender c\u00f3mo se genera el potencial de la membrana, debemos comprender lo que es el potencial de equilibrio. En la figura 1 vemos dos momentos: 1) estado de inicio y 2) en equilibrio. En el estadio inicial, tenemos dos compartimentos, adentro y afuera de la c\u00e9lula, y podemos ver que afuera de la c\u00e9lula hay mucho Na+<\/sup> y Cl–<\/sup>, en este caso, la membrana es IMPERMEABLE al Cl–<\/sup> pero PERMEABLE al Na+<\/sup>, porque existen canales de Na+<\/sup><\/strong> que permitir\u00e1n que \u00e9ste difunda hacia adentro de la c\u00e9lula (a favor del gradiente de concentraci\u00f3n). Y as\u00ed el Na+<\/sup>, comenzar\u00e1 a difundir hacia adentro de la c\u00e9lula, pero llegar\u00e1 el momento en donde se detendr\u00e1 su difusi\u00f3n porque las cargas del Cl–<\/sup> se encuentran atrayendo al Na+<\/sup> para que regrese al medio extracelular, en este momento el Na+<\/sup> ha llegado a su POTENCIAL DE EQUILIBRIO.<\/strong><\/p>\n
![\"\"](\"https:\/\/fisiologia.facmed.unam.mx\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/P3.-imagen-2.jpg\")
<\/strong><\/p>\nFigura 1.<\/strong> Se esquematiza el potencial de equilibrio para el Na+<\/sup>, logrado a trav\u00e9s de la difusi\u00f3n de este por canales i\u00f3nicos espec\u00edficos y la fuerza quimioatrayente del Cl–<\/sup>.<\/p>\n
Este equilibrio est\u00e1 descrito por la ecuaci\u00f3n de Nernst<\/strong>, y se aplica para cada ion difusible a trav\u00e9s de la membrana celular:<\/p>\n
![\"\"](\"https:\/\/fisiologia.facmed.unam.mx\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/P3.-imagen-3.jpg\")
<\/p>\nD\u00f3nde:<\/p>\n
Ei<\/sub><\/strong>= Es el potencial de equilibrio del ion X [V]<\/p>\n
R<\/strong>= constante de los gases (8.315 J K-1 <\/sup>mol-1<\/sup>)<\/p>\n
T<\/strong> = temperatura absoluta en grados Kelvin. Se calcula como 273.16 + \u00b0C<\/p>\n
A temperatura corporal de 37\u00b0C = 273.16 + 37 = 310.16 \u00b0K<\/p>\n
z<\/strong> = valencia del ion (-1) para aniones y (+1) para cationes monovalentes<\/p>\n
F<\/strong> = constante de Faraday (9.648 x 104<\/sup> C mol-1<\/sup>)<\/p>\n
[ion]e<\/strong> = concentraci\u00f3n extracelular del ion<\/p>\n
[ion]i<\/sub><\/strong> = concentraci\u00f3n intracelular del ion<\/p>\n
<\/p>\n
Potencial de membrana en reposo. <\/strong><\/p>\n
Considerando que la membrana plasm\u00e1tica es principalmente permeable al K+<\/sup>, debido a la presencia de canales de fuga de K+<\/sup> que permiten que \u00e9ste salga de la c\u00e9lula cuando se encuentra en reposo, se puede simplificar el potencial de membrana en reposo como el potencial de equilibrio de K+<\/sup>. Usando la ecuaci\u00f3n de Nernst, usando los valores que hemos visto en esta pr\u00e1ctica, tenemos:<\/p>\n
![\"\"](\"https:\/\/fisiologia.facmed.unam.mx\/wp-content\/uploads\/2023\/09\/P3.-imagen-10.jpg\")
<\/p>\nEl potencial de equilibrio para el K+ es -93 mV y a este voltaje se acercar\u00e1 el potencial de membrana en reposo. Sin embargo, el potencial de membrana en reposo de las c\u00e9lulas es diferente, ya que tambi\u00e9n las c\u00e9lulas tambi\u00e9n son permeable as a otros iones como el Na+<\/sup> y Cl–<\/sup>. Por esto usamos la ecuaci\u00f3n de Goldman\u2013Hodgkin\u2013Katz:<\/p>\n
![\"\"](\"https:\/\/fisiologia.facmed.unam.mx\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/P3.-imagen-6.jpg\")
<\/p>\nDonde Em es el potencial de membrana en reposo y P equivale a la permeabilidad relativa de la membrana a cada ion.<\/strong> N\u00f3tese que dado que el Cl–<\/sup> tiene carga negativa, los valores de concentraci\u00f3n intra- y extracelular cambian de lugar para poder usar el mismo valor de RT\/zF. Considerando que la permeabilidad relativa respecto a K+<\/sup> del Na+<\/sup> es de 0.04 y de Cl–<\/sup> es de 0.45, a temperatura corporal y las concentraciones indicadas en la tabla 1, el potencial de membrana en reposo es aproximadamente -70 mV. La permeabilidad de la membrana a los diferentes iones est\u00e1 dada por la existencia de prote\u00ednas transmembranales llamadas canales i\u00f3nicos. Al abrirse, los canales i\u00f3nicos permiten el paso selectivo de iones a favor de su gradiente electroqu\u00edmico.<\/p>\n
<\/p>\n
Potencial de acci\u00f3n <\/strong><\/p>\n
Algunos tipos de c\u00e9lulas tienen la capacidad de cambiar el potencial de membrana en reposo que es negativo, y generar potenciales positivos y transientes que conocemos como potenciales de acci\u00f3n. Los potenciales de acci\u00f3n<\/strong> son cambios estereot\u00edpicos, abruptos y transitorios en el potencial de membrana que ocurren en c\u00e9lulas excitables, llamadas as\u00ed porque pueden responder ante la estimulaci\u00f3n directa con una corriente el\u00e9ctrica (por ejemplo, neuronas, c\u00e9lulas musculares y c\u00e9lulas endocrinas). Los potenciales de acci\u00f3n desempe\u00f1an un papel central en la comunicaci\u00f3n de celular, siendo la base de la propagaci\u00f3n de se\u00f1ales en neuronas y activando diversos procesos intracelulares como la contracci\u00f3n muscular y la liberaci\u00f3n de insulina en las c\u00e9lulas beta del p\u00e1ncreas. Numerosos y brillantes cient\u00edficos aportaron ideas novedosas que fueron consolidando la disciplina que hoy en d\u00eda conocemos como electrofisiolog\u00eda. En la p\u00e1gina \u200bhttp:\/\/www.facmed.unam.mx\/historia\/<\/a><\/span> se puede consultar un interesante recorrido por las ideas y descubrimientos que llevaron a nuestro entendimiento actual de la fisiolog\u00eda de las c\u00e9lulas excitables.<\/p>\n
El potencial de acci\u00f3n se debe a que existe un est\u00edmulo espec\u00edfico que abre canales de Na+<\/sup> dependientes de voltaje, hasta que son tantos que el Na+<\/sup> comienza a difundir desde afuera de la c\u00e9lula al interior, haciendo el citosol m\u00e1s positivo, es por ello por lo que el potencial de acci\u00f3n se acerca al potencial de equilibrio del Na+<\/sup>, porque con la apertura de estos canales, se aumenta su permeabilidad y el Na+ busca llegar a su equilibrio. El potencial de acci\u00f3n pasa por distintas fases dependiendo del tipo de c\u00e9lula excitable (Figura 2). En cada fase, la membrana celular cambia su permeabilidad abriendo y cerrando canales i\u00f3nicos para que \u00e9stos fluyan, regresando al potencial de membrana en reposo al terminar estos cambios.<\/p>\n
![\"\"](\"https:\/\/fisiologia.facmed.unam.mx\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/P3.-imagen-7.jpg\")
<\/p>\nFigura 2. Potencial de acci\u00f3n t\u00edpico de una neurona.<\/strong> El potencial de acci\u00f3n en una neurona tiene tres fases, 1. Despolarizaci\u00f3n, 2. Repolarizaci\u00f3n, 3. Hiperpolarizaci\u00f3n. La fase de despolarizaci\u00f3n consta de un incremento r\u00e1pido y homog\u00e9neo del potencial de membrana en reposo (-65 mV) hasta un valor positivo m\u00e1ximo (entre +10 a +40 mV), el fen\u00f3meno responsable de esta fase es el aumento en la conductancia de la membrana celular al Na. La fase de repolarizaci\u00f3n consta de un descenso desde el punto m\u00e1ximo de la despolarizaci\u00f3n y hasta el regreso al potencial de membrana en reposo. La fase de hiperpolarizaci\u00f3n puede dar lugar a un voltaje m\u00e1s negativo que el potencial de membrana en reposo. El fen\u00f3meno responsable de las fases de repolarizaci\u00f3n e hiperpolarizaci\u00f3n es el aumento en la conductancia de la membrana celular al potasio.<\/p>\n
Para iniciar el potencial de acci\u00f3n, se tiene que generar un est\u00edmulo que alcance el umbral y en ese momento se genere la fase de despolarizaci\u00f3n (canales de Na+ <\/sup>abiertos), llegando al sobretiro que es la parte m\u00e1s elevada del potencial (canales de Na+ inactivos), continuando la repolarizaci\u00f3n (canales de K+<\/sup> abiertos), regresando al estado de reposo. El intervalo posterior al inicio de un potencial de acci\u00f3n en el que es imposible o resulta m\u00e1s dif\u00edcil producir una segunda espiga se denomina per\u00edodo refractario<\/strong>. \u00a0El periodo refractario consta de dos fases, el periodo refractario absoluto y el relativo. El primero (absoluto) abarca desde el inicio del potencial de acci\u00f3n hasta casi el final de la repolarizaci\u00f3n, en esta fase es imposible desencadenar un segundo potencial de acci\u00f3n, independientemente de la intensidad o duraci\u00f3n del est\u00edmulo aplicado. El periodo refractario relativo abarca el final de la repolarizaci\u00f3n y la hiperpolarizaci\u00f3n, en este, el est\u00edmulo necesario para que se lleve a cabo un nuevo potencial de acci\u00f3n deber\u00e1 ser de mayor intensidad y duraci\u00f3n que el est\u00edmulo que provoco el primer potencial de acci\u00f3n.<\/p>\n
- \n
- <\/strong>Actividades en la sesi\u00f3n<\/strong><\/li>\n<\/ol>\n
Actividad 1. Predicci\u00f3n de cambios en el potencial de membrana<\/strong><\/p>\n
Materiales: Requieres una computadora por equipo de 3 personas con el programa ya descargado para la clase. Formula hip\u00f3tesis en funci\u00f3n de los cambios de concentraciones i\u00f3nicas, temperatura y compru\u00e9balas en el software.<\/em><\/p>\n
Indicaciones para descargar el Software<\/strong><\/p>\n
1) Descarga en tu computadora el programa Simulador de ecuaciones Nernst\/Goldman<\/em>, desarrollado por la Universidad de Arizona y disponible para Windows o Mac en el siguiente enlace (te recomendamos dar click en \u201cDownload Standlone Flash Version<\/strong>\u201d):<\/p>\n
https:\/\/www.azps.life\/home\/2016\/4\/28\/teaching-spotlight-nernstgoldman-simulator<\/a><\/span><\/p>\n
O puedes entrar a descargarlo desde el drive del departamento en:<\/p>\n
https:\/\/drive.google.com\/file\/d\/1SRHf796wcYYI4cTveEK-BuCvYBl2_Y2s\/view?usp=drive_link<\/a><\/span><\/p>\n
Recuerda que este paso debes hacerlo con anticipaci\u00f3n porque te pediremos acceso para registrarte. Se descargar\u00e1 un archivo con terminaci\u00f3n .zip\/.exe.<\/p>\n
2) Se abrir\u00e1 una pantalla inicial de la Universidad de Arizona y solo debes dar clic en el centro para ingresar al Software.<\/p>\n
![\"\"](\"https:\/\/fisiologia.facmed.unam.mx\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/P3.-imagen-8.jpg\")
<\/p>\nEn esta pantalla se pueden observar varios controles:<\/p>\n
Del lado izquierdo:<\/strong><\/p>\n
a) Barras deslizables (rojas, azules y verdes) que permiten controlar las permeabilidades (Px<\/em>, visibles cuando se selecciona la ecuaci\u00f3n Goldman) y las concentraciones intra y extracelulares ([x]i<\/em> y [x]0<\/em>, respectivamente) de los iones potasio, sodio y cloro. b) Barra deslizable (amarilla) que permite controlar la temperatura.<\/p>\n
Del lado derecho:<\/strong><\/p>\n
a) Pesta\u00f1as superiores: permiten seleccionar si el simulador funciona con la ecuaci\u00f3n de Nernst o la ecuaci\u00f3n de Goldman, y si se da la opci\u00f3n a variar la temperatura o se toma un valor fijo de temperatura a 37 \u00b0C. b) Ecuaci\u00f3n que se usa para correr la simulaci\u00f3n con la pesta\u00f1a seleccionada. c) Panel de en medio: gr\u00e1fica que muestra el potencial de membrana en funci\u00f3n del tiempo, con los par\u00e1metros estipulados. N\u00f3tese que se puede tener control de la escala en los ejes X y Y (con unidades en segundos y mV, respectivamente). Tambi\u00e9n puede pausarse para observar con detenimiento los cambios. d) Panel inferior izquierdo: animaci\u00f3n que ejemplifica la concentraci\u00f3n de iones dentro y fuera de las c\u00e9lulas (no intenta demostrar el movimiento relativo de las part\u00edculas). e) Panel inferior derecho: muestra los valores calculados del potencial de equilibrio con las concentraciones y temperatura elegidos. f) Lista desplegable inferior: permite cambiar los valores predeterminados por los correspondientes a cuatro preparaciones experimentales t\u00edpicas (c\u00e9lula gen\u00e9rica, m\u00fasculo esquel\u00e9tico, ax\u00f3n de calamar y eritrocito).<\/p>\n
<\/p>\n
Desarrollo de la pr\u00e1ctica:<\/strong><\/p>\n
Formen equipos para resolver los siguientes problemas. Cada equipo con base en el conocimiento previo de la ecuaci\u00f3n de Nernst y la generaci\u00f3n del potencial de membrana har\u00e1 una hip\u00f3tesis de c\u00f3mo se modificar\u00e1 el potencial de membrana en las siguientes condiciones:<\/p>\n
- \n
- Cuando la c\u00e9lula s\u00f3lo es permeable al potasio, \u00bfqu\u00e9 pasar\u00e1 con el potencial si\u2026?<\/span><\/li>\n<\/ul>\n
A) Duplicas las concentraciones de Na+ extracelular.<\/span><\/p>\n
B) Igualas la concentraci\u00f3n intracelular y extracelular de K+.<\/span><\/p>\n
D) Disminuyendo la concentraci\u00f3n de potasio extracelular.<\/span><\/p>\n
E) Disminuyendo la concentraci\u00f3n de potasio intracelular.<\/span><\/p>\n
C) Aumentas la temperatura.<\/span><\/p>\n
<\/p>\n
- \n
- Cuando la c\u00e9lula es permeable al potasio, sodio y cloro, \u00bfqu\u00e9 pasar\u00e1 con el potencial si\u2026?<\/span><\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
A) Aumentas las concentraciones de sodio extracelular al doble.<\/p>\n
B) Aumentas la permeabilidad al sodio.<\/span><\/p>\n
C) Aumentas la permeabilidad al potasio.<\/span><\/p>\n
D) Aumentas la permeabilidad al cloro.<\/span><\/p>\n
E) Aumentas la permeabilidad al sodio y al cloro simult\u00e1neamente.<\/span><\/p>\n
- <\/ol>\n
- Despu\u00e9s de hacer una hip\u00f3tesis para cada una de las preguntas previas, utilizar\u00e1n el simulador en la modalidad Goldman para realizar experimentos en los que sistem\u00e1ticamente se obtenga y grafique el valor de potencial de membrana en funci\u00f3n de modificar:<\/li>\n<\/ul>\n
A) La concentraci\u00f3n extracelular de cada uno de los iones.<\/p>\n
B) La concentraci\u00f3n intracelular de cada uno de los iones.<\/p>\n
C) La temperatura.<\/p>\n
D) Las permeabilidades de los iones.<\/p>\n
Con los datos y gr\u00e1ficas obtenidas, contrasten los resultados obtenidos con sus hip\u00f3tesis previas y hagan un reporte de pr\u00e1ctica (se recomienda hacer un diagrama metodol\u00f3gico).<\/p>\n
Actividad 2. Vi\u00f1etas cl\u00ednicas<\/strong><\/p>\n
Instrucciones: Antes de comenzar a resolver las preguntas, lee cuidadosamente cada vi\u00f1eta e investiga las palabras que desconozcas. Posteriormente, vuelve a leer las vi\u00f1etas y responde en equipo las preguntas que aparecen en cada una.<\/p>\n
<\/p>\n
Vi\u00f1eta 1. <\/strong>Acude a usted un paciente masculino de 2 a\u00f1os y 10 meses, sano desde el nacimiento quien en los \u00faltimos 3 meses ha presentado 2 cuadros de dolor abdominal, debilidad, cansancio, dolor en las extremidades inferiores, hipoton\u00eda y debilidad generalizada que imposibilita la marcha y la sedestaci\u00f3n. Como \u00fanico antecedente, el paciente ingiri\u00f3 una alta cantidad de carbohidratos (pastel y helado) el d\u00eda anterior a los s\u00edntomas. Se le tomaron muestras, obteniendo como \u00fanico valor alterado el potasio s\u00e9rico: 1.9 mmol\/L (valores normales entre 3.5 – 5.0 mmol\/L).<\/p>\n
Puedes ayudarte del simulador para razonar de una mejor manera la vi\u00f1eta cl\u00ednica.<\/em><\/p>\n
- \n
- Los resultados de laboratorio mencionados en el caso, \u00bfrepresentan al l\u00edquido intra o extracelular?<\/li>\n
- \u00bfConsideras que los valores de potasio s\u00e9rico tienen relaci\u00f3n con el cuadro cl\u00ednico del paciente?<\/li>\n
- \u00bfC\u00f3mo contribuye el potasio al potencial de equilibrio de la membrana celular?<\/li>\n
- \u00bfQu\u00e9 s\u00edntomas esperar\u00edas encontrar en un paciente con los niveles elevados o disminuidos de potasio?<\/li>\n<\/ol>\n
Comentario:<\/strong> Para que exista un potencial el\u00e9ctrico en la membrana celular es fundamental el paso de iones del espacio intracelular al extracelular y viceversa, a trav\u00e9s de canales transportadores de iones. Esto es necesario para que la c\u00e9lula pueda recibir y transmitir impulsos hacia otras c\u00e9lulas vecinas y as\u00ed compartir informaci\u00f3n. Cuando uno de dichos canales se ve alterado, se producen enfermedades denominadas canalopat\u00edas. Al dispararse un potencial de acci\u00f3n, ingresan numerosas cantidades de Na+ al espacio intracelular, por lo que para regresar a los valores de potencial de membrana a sus valores negativos en reposo es necesario que los canales de potasio dependientes de voltaje se activen para permitir el paso de K+ al espacio extracelular y as\u00ed disminuir el voltaje de la membrana celular hacia los valores de iniciales de reposo. El paciente en cuesti\u00f3n padece una canalopat\u00eda llamada par\u00e1lisis peri\u00f3dica hipocal\u00e9mica familiar<\/em>, en la cual los canales de salida de potasio dependientes de voltaje se ven alterados.<\/p>\n
- \n
- \u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 \u00bfQu\u00e9 esperas que suceda en el potencial de membrana en reposo en pacientes con esta enfermedad?<\/li>\n
- \u00bfQu\u00e9 cambios se esperar\u00edan en el umbral para desencadenar un potencial de acci\u00f3n?<\/li>\n<\/ol>\n
<\/p>\n
Si deseas conocer m\u00e1s a detalle el caso cl\u00ednico de la actividad, puedes consultar el art\u00edculo completo en las referencias (5)<\/em><\/p>\n
Vi\u00f1eta 2. <\/strong>Llega a urgencias un paciente masculino de 48 a\u00f1os con deshidrataci\u00f3n y dolor abdominal. Despu\u00e9s de realizar el interrogatorio y la exploraci\u00f3n f\u00edsica, se solicitan laboratorios de acuerdo con la sospecha diagn\u00f3stica. Los resultados de los laboratorios (glucosa 268 mg\/dl, bicarbonato 12 meq\/L, pH 7.2 y una cetonemia moderada) confirman el diagn\u00f3stico de cetoacidosis<\/em> diab\u00e9tica<\/em>, una complicaci\u00f3n aguda de la diabetes mellitus tipo 2, por lo que se inicia tratamiento con insulina y soluciones intravenosas (para corregir la deshidrataci\u00f3n). Despu\u00e9s de algunas horas, mejora la hiperglucemia y la acidosis, pero el paciente empieza a presentar debilidad muscular e hiporreflexia<\/em>. Adicionalmente, el electrocardiograma presenta anomal\u00edas y se detecta distensi\u00f3n abdominal con disminuci\u00f3n de ruidos perist\u00e1lticos. Entonces, uno de los residentes explica que la insulina es una hormona que, adem\u00e1s de permitir la entrada de glucosa a las c\u00e9lulas, favorece el movimiento de potasio del l\u00edquido extracelular al intracelular. Se miden los electrolitos s\u00e9ricos y se encuentra hipopotasemia grave, por lo que se inicia tratamiento con cloruro de potasio (KCl) intravenoso.<\/p>\n
Con ayuda del simulador, responde las siguientes preguntas. Selecciona la ecuaci\u00f3n de Goldman a 37 \u00b0C y los valores de c\u00e9lula gen\u00e9rica.<\/em><\/p>\n
- \n
- \u00bfQu\u00e9 cambio genera en el potencial de membrana una disminuci\u00f3n del potasio extracelular? \u00bfSe vuelve m\u00e1s negativo (hiperpolarizaci\u00f3n), menos negativo (despolarizaci\u00f3n) o no se modifica? Justifica tu respuesta. (Al utilizar el simulador, puedes disminuir la [K+]0 a 1 mM.)<\/li>\n
- La insulina administrada no solo cambi\u00f3 la concentraci\u00f3n extracelular de potasio, sino que aument\u00f3 la permeabilidad al potasio de la membrana celular. \u00bfQu\u00e9 efecto tiene en el potencial de membrana el incremento de la permeabilidad al potasio? \u00bfLo hace m\u00e1s o menos negativo? \u00bfLo aleja o acerca al EK? Justifica tu respuesta. (En el simulador, puedes incrementar por tres la permeabilidad para observar el cambio.)<\/li>\n
- Ahora prueba disminuir la concentraci\u00f3n de potasio extracelular a 1 mM y aumentar su permeabilidad por tres de manera simult\u00e1nea, lo cual es una aproximaci\u00f3n de lo que ocurri\u00f3 con el paciente de la vi\u00f1eta. \u00bfCu\u00e1nto cambi\u00f3 el potencial de membrana con respecto al basal? \u00bfLa magnitud del cambio fue mayor que antes? \u00bfPor qu\u00e9?<\/li>\n<\/ol>\n
Comentario: <\/strong>la hipopotasemia hiperpolariza a las c\u00e9lulas. Esto se debe a que el incremento en el gradiente de concentraci\u00f3n de potasio vuelve m\u00e1s negativo su potencial de equilibrio (EK), como se deduce de la ecuaci\u00f3n de Nernst. A su vez, el EK es el que tiene m\u00e1s influencia<\/em> sobre el potencial de membrana en reposo, como se infiere a partir de la ecuaci\u00f3n de Goldman. Si se incrementa la permeabilidad al potasio, esta influencia aumenta todav\u00eda m\u00e1s. La combinaci\u00f3n de estos factores afecta a las c\u00e9lulas excitables, disminuyendo su excitabilidad. Las consecuencias son principalmente card\u00edacas (arritmias), musculares (debilidad, hiporreflexia) e intestinales (\u00edleo paral\u00edtico). Por ello, antes de dar grandes cantidades de insulina a un paciente, se debe corroborar la concentraci\u00f3n de potasio s\u00e9rico, calcular la magnitud esperada de su descenso y, si est\u00e1 indicado, administrar KCl de manera oportuna.<\/p>\n
<\/p>\n
<\/p>\n
REFERENCIAS<\/strong><\/p>\n
- \n
- Boron & Boulpaep. Fisiolog\u00eda M\u00e9dica. 3\u00aa Edici\u00f3n. Madrid: Elsevier. 2017<\/span><\/li>\n
- Guyton & Hall. Tratado de Fisiolog\u00eda M\u00e9dica. 13 \u00aa Edici\u00f3n. Espa\u00f1a: Elsevier. 2016.<\/span><\/li>\n
- Kandel, E; Schwartz, J y Jessell, T. (2000). Principios de Neurociencia. Cuarta edici\u00f3n. Editorial McGraw Hill Interamericana. Madrid. Espa\u00f1a. 2000.<\/span><\/li>\n
- V\u00e9lez MM, Carrizosa J, Cornejo W. (junio 2002). Par\u00e1lisis peri\u00f3dica hipocal\u00e9mica familiar (PPHF): Reporte de un caso y revisi\u00f3n del tema. IATERIA, 15, 114-120.<\/li>\n
- Goldman L. (1961). The effect of stretch on the conduction velocity of single nerve fibers in Aplysia. Journal of cellular and comparative physiology, 57, 185\u2013191. https:\/\/doi.org\/10.1002\/jcp.1030570306<\/a><\/span><\/li>\n
- Moreno G\u00f3mez, M. del M., & Garc\u00eda Romanos, F. (2021). Clinical case: atypical presentation of multiple sclerosis in a 42-year-old patient. Atencion Primaria Practica, 3(1), 100082. https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.appr.2021.100082<\/a><\/span><\/li>\n
- Hille B. Ionic channels in excitable membranes. Current problems and biophysical approaches. Biophys J. 1978 May;22(2):283-94. doi: 10.1016\/S0006-3495(78)85489-7. PMID: 656545; PMCID: PMC1473440.<\/li>\n<\/ol>\n
<\/p>\n
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<\/p>\nEsta obra est\u00e1 bajo una\u00a0 Licencia Creative Commons Atribuci\u00f3n 4.0 Internacional<\/p>\n
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Objetivos de aprendizaje Discutir como los cambios de concentraci\u00f3n y permeabilidad i\u00f3nica afectan el potencial de membrana en reposo mediante el uso de un simulador. Coordinar el an\u00e1lisis y la resoluci\u00f3n de vi\u00f1etas cl\u00ednicas relacionadas con el potencial de membrana y el potencial de acci\u00f3n a trav\u00e9s de la discusi\u00f3n grupal. Resultado de aprendizaje Integra […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":5899,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_et_pb_use_builder":"on","_et_pb_old_content":"","_et_gb_content_width":"","_jetpack_memberships_contains_paid_content":false,"footnotes":""},"categories":[12],"tags":[22,21,23,20,24],"jetpack_sharing_enabled":true,"jetpack_featured_media_url":"https:\/\/fisiologia.facmed.unam.mx\/wp-content\/uploads\/2021\/09\/UTIII-img-principal.jpg","_links":{"self":[{"href":"https:\/\/fisiologia.facmed.unam.mx\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/5898"}],"collection":[{"href":"https:\/\/fisiologia.facmed.unam.mx\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/fisiologia.facmed.unam.mx\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/fisiologia.facmed.unam.mx\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/fisiologia.facmed.unam.mx\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=5898"}],"version-history":[{"count":19,"href":"https:\/\/fisiologia.facmed.unam.mx\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/5898\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":9602,"href":"https:\/\/fisiologia.facmed.unam.mx\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/5898\/revisions\/9602"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/fisiologia.facmed.unam.mx\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media\/5899"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/fisiologia.facmed.unam.mx\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=5898"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/fisiologia.facmed.unam.mx\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=5898"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/fisiologia.facmed.unam.mx\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=5898"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}
- Guyton & Hall. Tratado de Fisiolog\u00eda M\u00e9dica. 13 \u00aa Edici\u00f3n. Espa\u00f1a: Elsevier. 2016.<\/span><\/li>\n
- Boron & Boulpaep. Fisiolog\u00eda M\u00e9dica. 3\u00aa Edici\u00f3n. Madrid: Elsevier. 2017<\/span><\/li>\n
- \n
- Despu\u00e9s de hacer una hip\u00f3tesis para cada una de las preguntas previas, utilizar\u00e1n el simulador en la modalidad Goldman para realizar experimentos en los que sistem\u00e1ticamente se obtenga y grafique el valor de potencial de membrana en funci\u00f3n de modificar:<\/li>\n<\/ul>\n
- Cuando la c\u00e9lula es permeable al potasio, sodio y cloro, \u00bfqu\u00e9 pasar\u00e1 con el potencial si\u2026?<\/span><\/li>\n<\/ul>\n
- Cuando la c\u00e9lula s\u00f3lo es permeable al potasio, \u00bfqu\u00e9 pasar\u00e1 con el potencial si\u2026?<\/span><\/li>\n<\/ul>\n
- <\/strong>Actividades en la sesi\u00f3n<\/strong><\/li>\n<\/ol>\n
- Analiza como los cambios en la concentraci\u00f3n y la permeabilidad i\u00f3nica afectan el potencial de equilibrio, el potencial de membrana y el potencial de acci\u00f3n en situaciones cl\u00ednicas.<\/li>\n<\/ul>\n
- Integra el concepto de potencial de equilibrio, potencial de membrana en reposo y potencial de acci\u00f3n mediante un software de ecuaciones Nernst\/Goldman.<\/span><\/li>\n