Transcript Unidad 1 - Fenomenos bioelectricos

Cátedra Electromedicina
Docentes:
Ing. Edgardo Marino
Ing. Juan José Salerno
RANGO DE LOS FENÓMENOS BIOELÉCTRICOS
El conocimiento de los rangos dinámicos de los fenómenos biológicos es una
necesidad primaria tanto para el proyectista como para el reparador; Es fundamental
establecer las necesidades de: constantes de tiempo, sensibilidad y respuesta en
frecuencia de los equipos para: diseñar o elegir los transductores eléctricos
adecuados.
Respecto de las constantes de tiempo requeridas estas pueden variar entre
unos 5 mseg para fenómenos rápidos, como por ejemplo potenciales nerviosos
sensoriales, hasta respuestas en C.C. a 0,1 Hz para temperatura. La sensibilidad varía
entre 1 µV para E.E.G. y 1mv ó hasta 1 v en el caso de utilizar transductores.
CARACTERÍSTICA DE LA SEÑAL PRIMARIA Y TRANSDUCTORES REQUERIDOS
Aplicación
Característica de la señal
Transductor requerido
E.C.G.
Rango de frecuencia: 0,05 a Electrodos de contacto directo con gel,
Electrocardiografía
1.000 Hz (usual 0,05 a 100 Hz) pasta o crema. Los electrodos de agua
Frecuencia Cardiaca
Tensión 10 µv a 5 mv
son menos ruidosos.
Rango: 25 a 600 ppm
Obtenida del E.C.G., presión arterial o
Normal: 60 a 90 ppm
amplificadores de onda.
Ondas de Pulso
Arterial o Venoso
Fuente de luz y fotocélula para dedo o
0,05 a 60 Hz
lóbulos
de
oreja.
Transductor
piezoeléctrico
Flujo Sanguíneo
Rango flujo: 300 ml/seg
Electrodos
de
contacto
directo:
Arterial o Venoso
Rango frecuencia:
flujómetros impedanciométricos. Emisor-
0 a 100 Hz
receptor piezoeléctrico para flujómetros
doppler. Flujómetro electromagnético.
E.E.G.
Rango frecuencia: 0,1 a
100 Hz
Rango tensión: 2 a 400 µv
Electrodos de superficie o aguja
CARACTERÍSTICA DE LA SEÑAL PRIMARIA Y TRANSDUCTORES REQUERIDOS
Aplicación
Característica de la señal
Potenciales intracerebrales
Duración de pulso:
Transductor requerido
Electrodos tipo aguja de profundidad
0,6 mseg a 0,1 seg
Rango tensión:
10 µv a 100 mv
E.M.G.
Rango en frecuencia: 5 a
(Electromiografía)
2.000 Hz Rango tensión:
Electrodos de superficie o aguja
20 a 5.000 µv
Espirografía
Rango en frecuencia:
Espirómetro
con
salida
0 a 50 Hz
(transductor
diferencial
electrónica
de
presión)
turbina tacométrica
Frecuencia respiratoria
Rango en frecuencia:
0 a 50 ciclos/minuto
(humano)
Salida del canal de función respiratoria.
CARACTERÍSTICA DE LA SEÑAL PRIMARIA Y TRANSDUCTORES REQUERIDOS
Aplicación
Temperatura
Característica de la señal
Transductor requerido
Rango en frecuencia: C.C a Alambre. Diodo. Termocupla. Termistor.
1 Hz
Pletismografía
Rango en frecuencia: 0 a
(Medición de volumen de
30 Hz
tejidos)
Electrodos de superficie o aguja
POTENCIALES ELECTROBIOLÓGICOS
POTENCIAL DE REPOSO
Toda célula viviente, animal o vegetal, produce y mantiene
una diferencia de potencial entre su interior y el medio líquido que la
rodea que denominaremos potencial de reposo o potencial de reposo
de transmembrana: ya que es la membrana celular la que separa el
medio extracelular.
El rango de los potenciales de reposo que podemos
encontrar en la naturaleza va de 40 a 120 mv, siendo siempre el
interior celular negativo con respecto al exterior.
EXCITABILIDAD CELULAR Y POTENCIAL DE ACCIÓN
Todas las células del organismo responden de alguna manera a
cualquier estímulo, pero sean cuales fueran los efectos finales
(contracción muscular, secreción de una hormona, secreción de
soluciones electrolíticas tales como sudor o lágrimas, etc.)
subyacente a ellos habrá siempre un intercambio iónico entre el
interior celular y el exterior (líquido intersticial) que alterará el
potencial de reposo de manera mas o menos ostensible según la
célula de que se trate.
Las células pueden clasificarse como:
“Muy Excitables” ( M.E.) o “Poco Excitables” (P.E.)
Las “M.E.” son aquellas que responden produciendo un gran efecto ante
estímulos apropiados únicos y leves. Ellas son las células nerviosas y
musculares.
Las “P.E.” son las que para producir un efecto ostensible necesitan
estímulos apropiados fuertes o bien iterativos (células glandulares o
epiteliales)
“Todos los métodos de registro de la actividad
eléctrica del organismo, actualmente en uso,
captan las variaciones de potencial que se
producen como consecuencia de los potenciales
de acción de las células nerviosas y musculares
agrupadas en tejidos”.
ORIGEN DE LOS POTENCIALES BIOLÓGICOS
 La génesis de cualquier potencial biológico debe
buscarse en la diferencia de concentración iónica a uno
y otro lado de la membrana celular.
ORIGEN DE LOS POTENCIALES BIOLÓGICOS
 La membrana celular es permeable aunque con
distintos valores de conductibilidad al:
K+,
Na+,
Cl ˉ,
Mg++
Ca++;
ORIGEN DE LOS POTENCIALES BIOLÓGICOS
 En cambio es impermeable a todos los aniones grandes
como:
Proteína,
Fosfato monoácido y
Bicarbonato.
ORIGEN DE LOS POTENCIALES BIOLÓGICOS
 La experimentación muestra que los únicos iones que
deben tenerse en cuenta como “formadores del
potencial de reposo” y así mismo como “generadores
del potencial de acción” son el Clˉ, el K+ y el Na+.
ORIGEN DE LOS POTENCIALES BIOLÓGICOS
 El Mg++ y el Ca++ influyen con su mayor o menor
concentración en la permeabilidad que presenta la
membrana al Na+, pero la permeabilidad de esta hacia
ellos mismos es pequeña, de aquí es que no se los
considera en la formación de potenciales eléctricos.
ORIGEN DE LOS POTENCIALES BIOLÓGICOS
 El K+ es el ion más importante en el interior de la
célula así como lo es el Na+ en el medio extracelular.
 El Clˉ si bien tiene un papel más secundario en la
generación de los potenciales es el que logra el
equilibrio de la tendencia de lograr iguales
concentraciones a ambos lados de la membrana.
POTENCIALES DE EQUILIBRIO
Durante los procesos biológicos no sólo se genera un
potencial eléctrico por diferencia de concentración sino
que aparecen otros fenómenos, resultando todo un poco
más complejo .
Con la actuación de iones negativos de la solución más
concentrada en nuestro caso Cl ̄ se genera un campo
eléctrico que frena el ulterior paso de Na+.
Estos dos grupos iónicos se aplicarán contra la membrana
formando un capacitor.
El potencial eléctrico generado tiene un límite que llamamos
“Potencial de Equilibrio”.
POTENCIALES DE EQUILIBRIO
POTENCIALES DE EQUILIBRIO
Los potenciales de equilibrio tienden a disminuir hasta desaparecer como consecuencia de la acumulación de cargas en
ambas soluciones que llegan a frenar, por atracción o repulsión electrostática, la circulación electrónica.
POTENCIALES DE DIFUSIÓN
Ahora bien tal como sucede en la realidad, la membrana celular resulta
ser permeable también al ion Cl ̄.
Si la permeabilidad no es la misma para el Na+ que para el Cl ̄ se
generará el siguiente fenómeno:
“Suponiendo que la membrana sea más permeable al Cl ̄que al Na+,
apenas formado el sistema difundirá más Cl ̄ que Na+ desde el lado
más concentrado al de menos concentración.
Entonces se generará en el lado de menor concentración una carga
negativa que frenará algo el ingreso de más Cl ̄ por rechazo
electrostático, así como forzará el ingreso de más Na+ hasta que las
velocidades de traspaso de ambos iones sean constantes (velocidades
de equilibrio).
POTENCIALES DE DIFUSIÓN
Estos diferentes flujos de Na+ y Cl ̄, en el equilibrio
inducirán una diferencia de potencial que llamaremos
“Potencial de Difusión”
y que resultan ser entonces
“Una medida de la permeabilidad de la membrana a las
“movilidades” de los iones en ella”.
LA BOMBA DE NA-K
Un potencial de difusión tal como pensamos que sea, un
potencial biológico, tenderá a decaer rápidamente
pues los iones involucrados en él tratarán de
concentrarse igualmente a ambos lados de la
membrana. En consecuencia para que estos
potenciales no decaigan y desaparezcan, habrá que
obrar sobre los sistemas para mantener constante el
gradiente de concentración de los iones involucrados
LA BOMBA DE NA-K
Para ello
 Se podrá ir agregando estos iones en cantidades
adecuadas del lado más concentrado (o bien extraerlos
del menos concentrado)
 Se podrá ir bombeando iones del lado menos
concentrado al más concentrado
LA BOMBA DE NA-K
Este último fenómeno lo encontramos en la célula,
donde existe en la membrana celular un mecanismo
que funciona a expensas de la energía metabólica (
8.000 cal/mol) que proviene de la pérdida de un
radical fosfato del ATP (trifosfato de adenosina), que
en estado de reposo expulsa Na+ e introduce K+ en
proporción:
2 K+ : 3 Na+ a 2 K+ : 5 Na+
LA BOMBA DE NA-K
LA BOMBA DE NA-K
 Esta ‘Bomba de Na-K” obliga al Na+ a mantenerse en una
concentración 15 veces menor en el interior que en el exterior y al K+ a
alcanzar una concentración 30 veces mayor dentro que fuera. Esta
situación es la que origina un “Potencial de difusión mantenido” que
será el “Potencial de Reposo” mencionado al comenzar en capítulo.
 En los ejemplos de soluciones salinas nos referimos al Na+, para el caso
de los iones de K+ se produce exactamente el mismo efecto de difusión
presentado para los iones de Na+. El ingreso de K+ a la célula por
intermedio de la Bomba de Na-K se realiza para mantener constante la
concentración de los mismos.
FENÓMENOS INTEGRADOS HALLADOS DURANTE LA
ACTIVIDAD ELÉCTRICA CELULAR.
Cuando una célula recibe un estímulo apropiado (eléctrico, por ejemplo) entre
los fenómenos más significativos que se suceden mencionaremos:
FENÓMENOS INTEGRADOS HALLADOS DURANTE LA
ACTIVIDAD ELÉCTRICA CELULAR.
Cuando una célula recibe un estímulo apropiado (eléctrico, por ejemplo) entre
los fenómenos más significativos que se suceden mencionaremos:
1. Brusco cambio de permeabilidad de la membrana hacia el Na+ (10.000 veces)
en un lapso de 0,5 mseg. Este cambio parece estar mediado por el Ca++
FENÓMENOS INTEGRADOS HALLADOS DURANTE LA
ACTIVIDAD ELÉCTRICA CELULAR.
Cuando una célula recibe un estímulo apropiado (eléctrico, por ejemplo) entre
los fenómenos más significativos que se suceden mencionaremos:
1. Brusco cambio de permeabilidad de la membrana hacia el Na+ (10.000 veces)
en un lapso de 0,5 mseg. Este cambio parece estar mediado por el Ca++
2. Generación automática de potenciales de acción (propios de la reacción
surgida ante el estímulo)
FENÓMENOS INTEGRADOS HALLADOS DURANTE LA
ACTIVIDAD ELÉCTRICA CELULAR.
Cuando una célula recibe un estímulo apropiado (eléctrico, por ejemplo) entre
los fenómenos más significativos que se suceden mencionaremos:
1. Brusco cambio de permeabilidad de la membrana hacia el Na+ (10.000 veces)
en un lapso de 0,5 mseg. Este cambio parece estar mediado por el Ca++
2. Generación automática de potenciales de acción (propios de la reacción
surgida ante el estímulo)
3. Aumento de la permeabilidad hacia el K+ (20 a 40 veces)
FENÓMENOS INTEGRADOS HALLADOS DURANTE LA
ACTIVIDAD ELÉCTRICA CELULAR.
1.
2.
3.
4.
Cuando una célula recibe un estímulo apropiado (eléctrico, por ejemplo) entre
los fenómenos más significativos que se suceden mencionaremos:
Brusco cambio de permeabilidad de la membrana hacia el Na+ (10.000 veces)
en un lapso de 0,5 mseg. Este cambio parece estar mediado por el Ca++
Generación automática de potenciales de acción (propios de la reacción
surgida ante el estímulo)
Aumento de la permeabilidad hacia el K+ (20 a 40 veces)
Inactivación de la Bomba Na-K, por lo cual los iones fluyen libremente según
las leyes de la difusión, generando los potenciales de acción.
FENÓMENOS INTEGRADOS HALLADOS DURANTE LA
ACTIVIDAD ELÉCTRICA CELULAR.
1.
2.
3.
4.
5.
Cuando una célula recibe un estímulo apropiado (eléctrico, por ejemplo) entre
los fenómenos más significativos que se suceden mencionaremos:
Brusco cambio de permeabilidad de la membrana hacia el Na+ (10.000 veces)
en un lapso de 0,5 mseg. Este cambio parece estar mediado por el Ca++
Generación automática de potenciales de acción (propios de la reacción
surgida ante el estímulo)
Aumento de la permeabilidad hacia el K+ (20 a 40 veces)
Inactivación de la Bomba Na-K, por lo cual los iones fluyen libremente según
las leyes de la difusión, generando los potenciales de acción.
No hay variación de la permeabilidad hacia el Cl
FENÓMENOS INTEGRADOS HALLADOS DURANTE LA
ACTIVIDAD ELÉCTRICA CELULAR.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Cuando una célula recibe un estímulo apropiado (eléctrico, por ejemplo) entre
los fenómenos más significativos que se suceden mencionaremos:
Brusco cambio de permeabilidad de la membrana hacia el Na+ (10.000 veces)
en un lapso de 0,5 mseg. Este cambio parece estar mediado por el Ca++
Generación automática de potenciales de acción (propios de la reacción
surgida ante el estímulo)
Aumento de la permeabilidad hacia el K+ (20 a 40 veces)
Inactivación de la Bomba Na-K, por lo cual los iones fluyen libremente según
las leyes de la difusión, generando los potenciales de acción.
No hay variación de la permeabilidad hacia el Cl
Proceso de despolarización y repolarización ( 2 mseg): proceso durante el cual
los cambios de permeabilidad retornan a los valores originales y en
consecuencia el potencial de membrana comienza a disminuir hasta alcanzar
el potencial de reposo, momento en que comienza a funcionar la Bomba de
Na-K.
REGISTRO DE LOS POTENCIALES BIOLÓGICOS
La relación temporal entre los cambios de conductancia de la
membrana de una célula y el potencial de acción derivado puede ser
medida de dos formas, obteniendo dos potenciales que son expresión
del mismo fenómeno:
 Potencial intracelular o monofásico: para realizar la medición se utiliza
un electrodo extracelular y otro intracelular (el descripto hasta el
momento).
 Potencial extracelular o bifásico: en este caso los dos electrodos son
extracelulares; Es decir se colocan los dos electrodos por fuera de la
membrana, siendo este potencial el obtenido en la mayoría de los
procedimientos electrodiagnósticos y al que vamos a referirnos en los
capítulos posteriores.