🧠 Laboratorio de Neurofisiología: Potencial de Acción y Ecuación de Nernst

Estimula la membrana neuronal, ajusta las concentraciones extracelulares de Sodio ($[\text{Na}^+]_{\text{ext}}$) y Potasio ($[\text{K}^+]_{\text{ext}}$), y compara la conducción continua frente a la conducción saltatoria con vaina de mielina.

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Potencial de Equilibrio $E_{\text{Na}}$ +61.5 mV $[\text{Na}^+]_{\text{int}} = 14\text{ mM}$
Potencial de Equilibrio $E_{\text{K}}$ -92.8 mV $[\text{K}^+]_{\text{int}} = 150\text{ mM}$
Pico de Despolarización +36.2 mV Umbral: -55.0 mV
Velocidad de Conducción 90 m/s Conducción Saltatoria
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¿Cómo se genera el Potencial de Acción y cómo aplica la Ecuación de Nernst?

En reposo, el interior de una neurona es eléctricamente negativo respecto al líquido extracelular (alrededor de $-70\text{ mV}$) debido a la acción continua de la bomba $\text{Na}^+/\text{K}^+$ ATPasa (que expulsa $3\text{ Na}^+$ e introduce $2\text{ K}^+$) y a la alta permeabilidad basal de la membrana al potasio. El potencial de equilibrio electroquímico para cada ion a temperatura corporal ($37\text{ °C}$) se calcula mediante la Ecuación de Nernst: $E_{\text{ion}} = \frac{61.5\text{ mV}}{z}\log_{10}\left(\frac{[\text{ion}]_{\text{ext}}}{[\text{ion}]_{\text{int}}}\right)$.

Cuando un estímulo despolariza la membrana pero no llega al umbral crítico ($-55\text{ mV}$), solo se produce una respuesta local subumbral que se disipa rápidamente. Sin embargo, si el estímulo alcanza $-55\text{ mV}$, se abren en cascada los canales de $\text{Na}^+$ dependientes de voltaje: el sodio entra masivamente impulsado hacia su potencial de Nernst ($E_{\text{Na}} \approx +61.5\text{ mV}$), invirtiendo la polaridad de la membrana hasta unos $+35\text{ mV}$ (fase de despolarización).

Un milisegundo después, los canales de $\text{Na}^+$ se inactivan y se abren los canales lentos de $\text{K}^+$, permitiendo la salida de potasio que devuelve el voltaje hacia $E_{\text{K}} \approx -93\text{ mV}$ (fases de repolarización e hiperpolarización).

Experimento guiado paso a paso

1. Ley del Todo o Nada: Ajusta el deslizador de Corriente de Estímulo a $+10\text{ mV}$ (de $-70\text{ mV}$ sube apenas a $-60\text{ mV}$, sin tocar el umbral de $-55\text{ mV}$). Verás en el osciloscopio una pequeña onda gris frustrada. Ahora súbelo a $+18\text{ mV}$: al cruzar $-55\text{ mV}$, se dispara el potencial de acción completo.

2. Efecto de la Hiperpotasemia: Aumenta $[\text{K}^+]_{\text{ext}}$ de $4.5\text{ mM}$ a $9.0\text{ mM}$. Observa cómo el potencial de Nernst $E_{\text{K}}$ se vuelve menos negativo (de $-92.8\text{ mV}$ a $-75.0\text{ mV}$), despolarizando el potencial de reposo de la célula.

Preguntas Frecuentes (FAQ)

¿Qué es la ley del "todo o nada" en el potencial de acción neuronal?

Si un estímulo despolarizante no alcanza el umbral crítico (alrededor de $-55\text{ mV}$), la neurona sólo produce un potencial local graduado que se extingue. En cambio, al cruzar el umbral de $-55\text{ mV}$, los canales de $\text{Na}^+$ dependientes de voltaje se abren masivamente disparando un potencial de acción completo.

¿Qué fases componen el potencial de acción de una neurona?

Parte del potencial de reposo ($-70\text{ mV}$), seguido de la despolarización rápida por entrada de $\text{Na}^+$ hasta $+35\text{ mV}$, la repolarización por inactivación de $\text{Na}^+$ y salida de $\text{K}^+$, y una breve hiperpolarización cercana a $-80\text{ mV}$ antes de volver al reposo.

¿Cómo acelera la vaina de mielina la velocidad del impulso nervioso?

La mielina actúa como aislante eléctrico aumentando la resistencia transversal y reduciendo la capacitancia de la membrana. Así el potencial de acción salta de un Nodo de Ranvier al siguiente (conducción saltatoria), elevando la velocidad de $\sim 2\text{ m/s}$ hasta más de $90\text{ m/s}$.

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