La chispa: el potencial de acción, fase por fase
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 plana en −70 mV hasta que un estímulo la toca: sube de golpe a +30 mV y vuelve a caer en apenas dos milésimas de segundo. Ese pico brusco es una decisión de todo o nada, y siempre tiene la misma altura. Hoy vamos a leerlo como se lee un electrocardiograma, fase por fase.
Ya conoces la estructura de la neurona y sabes que en reposo la membrana está cargada en unos −70 mV gracias a la bomba Na⁺/K⁺. Hoy damos el paso siguiente: qué pasa cuando esa pila se dispara. Nos concentraremos en 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⁺).
Retomemos: la neurona en reposo es una pila lista
Para leer el disparo hay que recordar de dónde parte. Una neurona en reposo no está apagada: está cargada, con el interior negativo respecto al exterior, cerca de −70 mV: es el potencial de reposo.
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.
Recuerda también la estructura: la señal se inicia en el cono axónico (la “zona gatillo”) y viaja por el axón hacia los botones terminales. Es justo en esa zona gatillo donde, si el estímulo es suficiente, se disparará 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. Tener claro esto es la mitad de saber leer el gráfico.
El umbral: el punto de no retorno
Un estímulo despolariza la membrana un poco: el voltaje sube desde −70 mV. Pero no cualquier subida dispara el impulso. Existe un valor crítico, el umbral, cercano a −55 mV.
- 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: ni pequeño, ni grande. No hay.
- Si el estímulo alcanza o supera el umbral, se cruza un punto de no retorno y el potencial de acción se dispara con toda su fuerza.
Aquí conviene detenerse en dos ideas equivocadas muy frecuentes:
- Algunos piensan que “el potencial de acción empieza sin un umbral, apenas llega algo”. Falso: sin llegar al umbral, no arranca nada. El umbral es el filtro que decide.
- Otros creen que “un estímulo subumbral igual produce un impulso, aunque chiquitito”. Falso otra vez: bajo el umbral no hay impulso. Es un interruptor, no un atenuador.
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, se dispara sola 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, la desarrollaremos 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. Aquí se cruza el punto de no retorno.
- 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.
La confusión más peligrosa al leer el gráfico es cruzar los iones: la subida es Na⁺ que ENTRA (despolarización); la bajada es K⁺ que SALE (repolarización). Si inviertes eso, todo el resto se lee mal. Una regla para no olvidarla: so-Na sube, K baja. El Na⁺ hace subir la curva y el K⁺ la hace bajar.
No directamente. 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 su papel es restablecer los gradientes después: devuelve el Na⁺ que entró y recupera el K⁺ que salió, para dejar la neurona lista para el próximo disparo. Canales = el evento rápido del gráfico; bomba = la reposición de fondo.
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
Hoy aprendimos a leer el gráfico voltaje-tiempo del potencial de acción. Recordamos que la neurona parte del reposo (−70 mV) y que la señal se gatilla en el cono axónico de su estructura. Luego seguimos la curva fase por fase: se necesita cruzar el umbral (≈ −55 mV) para disparar; 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 clave que más se equivoca: Na⁺ entra y sube, K⁺ sale y baja.
El paso siguiente formaliza la ley del todo o nada (por qué el pico siempre tiene el mismo tamaño y cómo el cuerpo codifica la intensidad por frecuencia), muestra cómo la mielina y la conducción saltatoria hacen que el impulso vuele por el axón, y aplica todo a 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