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Impulso Nervioso: Potencial de Acción en un Axón

Fenómeno del mundo real · El Hospital Yale–New Haven usa pruebas de velocidad de conducción nerviosa (VCN) para diagnosticar esclerosis múltiple — una enfermedad que destruye la mielina y reduce las señales neurales de ~50 m/s a <2 m/s · NGSS HS-LS1-2

¿Cómo puede una sola célula nerviosa transmitir una señal desde la punta del dedo hasta la médula espinal en milisegundos? La respuesta abarca cuatro niveles de organización biológica: los canales iónicos individuales (molecular) se abren y cierran para mover cargas a través de la membrana (celular), creando una onda de actividad eléctrica que viaja a lo largo del axón (tejido), y que finalmente entrega una señal a través del sistema nervioso periférico (sistema de órganos). Este modelo de cable Hodgkin-Huxley te permite manipular cada nivel y ver cómo los cambios se propagan hacia arriba.

NGSS HS-LS1-2: Desarrolla y usa un modelo para ilustrar la organización jerárquica de sistemas que interactúan y proporcionan funciones específicas dentro de organismos multicelulares — desde canales iónicos hasta el potencial de acción y la conducción nerviosa completa.
Electrodo de registro en compartimento 9 · longitud del axón: 40 mm Na⁺ entra   K⁺ sale

🔬 Antes de hacer clic en "¡Disparar!"

El control deslizante de intensidad está en 25 µA/cm². Dispara y observa. Luego reinicia y prueba con 10 µA/cm². ¿Qué cambia? Encuentra el valor de umbral — la intensidad mínima que produce un potencial de acción completo. ¿Por qué el principio de todo o nada implica un límite tan marcado?

📐 Organización Jerárquica (HS-LS1-2)

⚛️
Molecular: Los canales iónicos de Na⁺ y K⁺ controlados por voltaje se abren y cierran según el potencial de membrana — el mecanismo que impulsa todo lo demás.
🔋
Celular: Los flujos de iones desplazan el potencial de membrana de la neurona, generando el característico pico del potencial de acción (pico de +40 mV).
〰️
Tejido: El acoplamiento de cable entre compartimentos propaga el PA como una onda viajera a lo largo del axón — velocidad medible en m/s.
🧠
Sistema de órganos: Las redes de axones mielinizados en los nervios periféricos llevan señales sensoriales y motoras; las pruebas de VCN detectan desmielinización (EM).

📊 Preguntas de Análisis

  1. Ajusta la intensidad del estímulo a 10 µA/cm², dispara y observa. Luego ajústala a 25 µA/cm² y dispara de nuevo (reiniciando entre pruebas). ¿Por qué el segundo estímulo produce un potencial de acción completo pero el primero no, aunque igualmente despolariza la membrana levemente? ¿Cómo ilustra esto el principio de todo o nada?
  2. Sin bloqueo de Na⁺, dispara un estímulo y registra la velocidad de conducción. Ahora aumenta el bloqueo de Na⁺ al 60%, reinicia y dispara de nuevo. ¿Qué le sucede a la forma de onda del PA y a la velocidad? ¿A qué porcentaje de bloqueo falla el PA completamente? Esto modela cómo la lidocaína (anestésico dental) silencia las señales de dolor bloqueando los canales de Na⁺.
  3. Activa la mielinización. Dispara un estímulo y compara la velocidad de conducción con el caso no mielinizado. ¿En qué se diferencia visualmente la señal que se propaga (onda continua vs. patrón saltatorio)? ¿Por qué la mielina aumenta la velocidad? ¿Cómo la esclerosis múltiple — que destruye la mielina — reduce la velocidad de conducción?
  4. Traza la cadena causal a través de la jerarquía: comenzando desde la apertura de un solo canal iónico (molecular), explica cómo cada nivel (celular → tejido → sistema de órganos) depende del nivel inferior para transmitir una señal neural. Usa tus mediciones de velocidad como evidencia cuantitativa.