Universidad Autnoma de Madrid. Facultad de Medicina.

2010 2011APUNTES DE FISIOLOGA 1Yeyo

S.C.S. Clase 1 COMPOSICIN DE LA MATERIA VIVA La materia viva se compone en primera instancia de tomos, cuya agrupacin da clulas y as sucesivamente para dar tejidos, rganos y sistemas y, al final, el organismo (en nuestro caso el ser humano). La clula es la unidad viva bsica del cuerpo. Existen 100 billones de clulas en el ser humano, las cuales se pueden agrupar en distintos tipos, pues realizan distintas funciones. Sin embargo, todas las clulas tienen caractersticas bsicas similares (obtencin de energa, secrecin de productos del metabolismo, etc.). Los rganos son agregados de clulas unidas mediante estructuras de soporte intercelulares. CONCEPTO DE FISIOLOGA Y HOMEOSTASIS La fisiologa estudia cmo se comporta el ser humano en condiciones de salud. Cuando se produce una alteracin, el organismo elabora una respuesta para tratar de volver a una situacin de normalidad: - Si lo consigue: se restablece el equilibrio salud. Si no lo consigue: enfermedad.

La homeostasis es el mantenimiento de unas condiciones casi constantes del medio interno (lquido extracelular). En ello colaboran todos los rganos y tejidos. LQUIDOS DEL SER HUMANO El ser humano est formado por: - clulas + lquido. A su vez, el lquido puede ser intracelular (2/3) o extracelular (1/3). El lquido extracelular se encuentra en movimiento constante por todo el cuerpo. Es el medio interno por ser aquel en el que se desarrollan todas las clulas, ya que contiene los iones y nutrientes necesarios para el mantenimiento de las mismas. El lquido extracelular est separado del intracelular mediante la membrana plasmtica. Existen diferencias entre el lquido extracelular y el intracelular: en el primero, es mayor la concentracin de Na+, Cl-, tampn bicarbonato y nutrientes, mientras que en el segundo es mayor la concentracin de K +, Mg2+, tampn fosfato y protenas. El lquido extracelular es el conjunto de: lquido intersticial + plasma + linfa (filtracin del plasma a travs de los capilares) + lquido transcelular (como el lquido sinovial o el cefalorraqudeo). El lquido intersticial y el transcelular estn separados por un epitelio. En el nacimiento, el lquido constituye el 75% del cuerpo, pero con la edad, este porcentaje va disminuyendo, pues aumenta el tejido adiposo, que contiene una menor cantidad de lquido. La concentracin de enzimas tambin es esencial y se debe, en parte, al volumen de lquido existente en el cuerpo. EXPULSIN: . Piel (no exclusivamente por el sudor). . Heces. . Vas respiratorias.

-

-

-

-

-

FUENTE Y EXPULSIN DE LQUIDOS FUENTE: . H2O que se bebe. . H2O que contienen los alimentos. . H2O que se produce metablicamente.

Pgina 2

S.C.S. . Orina (excrecin constante de productos txicos) VARIACIONES DEL VOLUMEN La medicin del volumen del lquido de un organismo se realiza mediante la comparacin de la concentracin del una cantidad de sustancia determinada en un volumen conocido y la concentracin de esa misma cantidad de sustancia en el volumen a conocer. Todo ello se expresa con la frmula:

Object 2

Siendo V el volumen conocido, V el volumen que se desea conocer y [ ] y [ ] las concentraciones de la cantidad de sustancia determinada en ambos volmenes. Para realizar esta medicin, la sustancia cuya concentracin se calcula debe distribuirse de manera homognea por ambos volmenes, no debe ser txica y s fcilmente eliminable, pues de lo contrario, se daara el organismo cuyo volumen de lquido se est calculando. El aumento o la disminucin del lquido extracelular causa dos efectos distintos en las clulas: - Si aumenta: por smosis entra agua al interior celular causando lisis de las clulas por turgencia. Si disminuye: por smosis sale agua del interior celular plasmolisis. Esto produce un plegamiento anormal de la clula, por lo que sus elementos transmembrana (con diferentes funciones) dejan de estar activos.

MANTENIMIENTO DE LAS CONCENTRACIONES Las concentraciones de los componentes del medio interno deben oscilar entre un intervalo de valores normales. En caso contrario se producen enfermedades e incluso la muerte. Varios ejemplos de esto los proporcionan el pH (oscila entre 7.3 y 7.5, ante un cambio del volumen del lquido del cuerpo, se tiende a variar la cantidad de protones para mantener el pH constante y evitar as alteraciones que conduzcan a la enfermedad o la muerte) o la temperatura. REGULACIN DE LA HOMEOSTASIS Retroalimentacin negativa: se da en la mayora de los casos. Si algn factor se vuelve excesivo o deficiente, un sistema de control inicia una retroalimentacin negativa que consiste en una serie de cambios que devuelven ese factor hacia un determinado valor medio, con lo que se mantiene la homeostasis. Retroalimentacin positiva: es muy inusual y generalmente produce crculos viciosos que conllevan una mayor alteracin del factor en desequilibrio dando lugar a una agravacin de la enfermedad o la muerte. Por ejemplo: la prdida de 2 litros de sangre hace que llegue menos sangre al corazn, por lo que se bombea menos sangre, entonces llega todava menos sangre al corazn y as hasta la muerte. En ocasiones excepcionales, la retroalimentacin positiva puede ser beneficiosa para el organismo como es el caso de las contracciones en el parto, que dan lugar a una dilatacin del cuello del tero y, esto a su vez, origina ms contracciones hasta que nace el beb. Clase 2 CLASIFICACIN DEL TRANSPORTE A TRAVS DE MEMBRANA Segn la forma de transporte: - Transporte por difusin. Transporte mediado por protenas: o Ponen en contacto el espacio intra y extracelular (canales).

Pgina 3

S.C.S. o No ponen en contacto el espacio intra y extracelular.

Transporte mediado por vesculas: o o o Endocitosis. Exocitosis. Fagocitosis.

Segn el gasto de energa: - Transporte pasivo: o o o Difusin simple. Protenas transportadoras (carriers). Canales: Pasivo. Activo: Transporte activo. o o Primario. Secundario: Cotransporte. Antiporte. Sensible a ligando. Sensible a potencial. Sensible a tensin.

DIFUSIN SIMPLE Es el transporte a travs de membrana que sufre cualquier molcula que sea capaz de difundir por una bicapa lipdica, principalmente aquellas liposolubles. Esta bicapa acta como una barrera entre dos compartimentos evitando el libre paso de determinadas sustancias a su travs. La membrana contiene, adems, transportadores, que suelen ser muy selectivos. La difusin simple usa la energa cintica de la molcula que difunde a favor de gradiente a travs de la membrana. No requiere de ninguna protena transportadora. Intenta llegar siempre a un equilibrio dinmico (de osmoles, no de partculas) en el que las molculas pasan hacia los dos lados de la membrana, pero en el que no existe movimiento neto. Por tanto, es bidireccional y no es saturable ni inhibible. La velocidad del transporte depende de varios factores: - Coeficiente de solubilidad: cuanto ms liposoluble sea una molcula, ms rpido difundir. El CO2 difunde ms rpido que el O2. Tamao de la molcula: cuanto mayor sea la molcula, ms lentamente difundir. Tambin han de ser elctricamente estables (sin carga neta). Grosor de la membrana: cuanto ms gruesa sea la membrana, ms lentamente difundir cualquier molcula que pase a su travs.

Pgina 4

S.C.S. Gradiente de concentracin: cuanto mayor sea la diferencia entre las concentraciones de los dos compartimentos, ms rpido difundir la molcula del de mayor concentracin al de menor concentracin. Superficie de difusin: cuanto mayor sea esta superficie, ms rpido difundirn las molculas. Temperatura: a mayor temperatura (dentro de un intervalo razonable), mayor velocidad de difusin. El excesivo aumento de la temperatura genera una coagulacin de protenas que puede conducir a la muerte. Presin: Si se aplica presin en uno de los compartimentos, las molculas difunden con mayor rapidez hacia el otro compartimento.

-

-

DIFUSIN FACILITADA POR PROTENAS TRANSPORTADORAS Los carriers son protenas formadas por varias subunidades que mantienen el espacio intracelular separado del extracelular. Estas protenas tienen especificidad por una cierta estructura qumica de la molcula y no por la molcula completa, por lo que son capaces de transportar molculas muy similares (Ej: GLUT tambin reconoce a otras hexosas). Los carriers sufren cambios conformacionales para transportar molculas a travs de la membrana. Debido a eso son saturables y alcanzan una velocidad mxima. Sin embargo, al igual que la difusin simple, no requiere ms energa que la propia proporcionada por la diferencia de gradiente, y el transporte es bidireccional. En un caso particular, el transporte de glucosa se mantiene constante hacia el interior de las clulas fosforilando la glucosa a medida que entra, evitando as llegar al equilibrio entre las concentraciones intra y extracelular. TRANSPORTE ACTIVO: GENERALIDADES El transporte activo utiliza siempre protenas transportadoras, es especfico, transporta molculas de manera unidireccional (en contra de gradiente) y requiere, para ello, energa. TRANSPORTE ACTIVO PRIMARIO Este tipo de transporte activo obtiene la energa necesaria para el movimiento de molculas en contra de gradiente de la hidrlisis del ATP. El transporte en contra de gradiente puede ser de dos sustancias distintas, como es el caso de la bomba de Na+/K+, responsable de mantener las concentraciones de estos iones, as como de establecer un voltaje elctrico negativo en el interior celular. Otra funcin importante de esta ATP-asa es controlar el volumen celular. La bomba est formada por dos protenas (subunidades y ) y su mecanismo de funcionamiento es el siguiente: - Tres molculas Na+ se unen a sitios especficos dentro de la bomba cuando sta est abierta en el interior celular.

-

La bomba hidroliza ATP y une el fosfato inorgnico resultante, pero libera el ADP. Esta fosforilacin produce un cambio conformacional de la bomba, que queda abierta en el exterior celular y libera los Na+, por los que ya no tiene afinidad. En el exterior celular dos K+ se unen a sitios especficos. Acto seguido se desfosforila la bomba, que vuelve a sufrir un cambio conformacional tras el cual queda abierta en el interior celular, donde libera los dos K+, y se reinicia el ciclo.

-

La bomba de Ca2+ transporta este in en contra de gradiente desde el citoplasma tanto al exterior celular como al retculo sarcoplsmico. Tras la muerte, esta bomba deja de funcionar y los msculos adquieren gradualmente una mayor rigidez.

Pgina 5

S.C.S. La bomba de H+ se encuentra principalmente en clulas del tubo digestivo, donde libera protones al estmago desde el interior celular formando as HCl; y en clulas de los tbulos renales distales, donde transporta los protones hasta la orina para su posterior excrecin. TRANSPORTE ACTIVO SECUNDARIO Transporta una sustancia en contra de gradiente utilizando energa que procede de la energa acumulada en forma de diferencia de concentracin de otra sustancia distinta. La molcula que se transporta a favor de gradiente puede hacerlo en la misma direccin que la molcula que se transporta en contra de gradiente (cotransporte) o en direccin opuesta (antiporte). El cotransportador de Na+/glucosa se localiza en el tubo digestivo y en los tbulos renales y su funcin es la absorcin de glucosa por ser un nutriente esencial. El antiportador de Na+/Ca2+ realiza la misma funcin que la bomba de Ca2+. El antiportador de Na+/H+ se localiza en los tbulos renales proximales y realiza la misma funcin que la bomba de H+, pero no es tan efectivo. Clase 3 TRANSPORTE MEDIADO POR CANALES Los canales son protenas tubulares formadas por dos o ms subunidades que atraviesan la membrana conectando el espacio intra y extracelular. Sus principales caractersticas son: - Las sustancias que pasan a su travs se mueven siempre a favor de gradiente, ya sea de concentracin como de carga elctrica. Los canales cumplen la ley de Ohm (V = I R); las condiciones fsicas del canal determinan su resistencia al paso de iones. Tienen una velocidad muy elevada, necesaria para las funciones que realizan. Son saturables puesto que los iones que pasan interaccionan con el canal y dan lugar a una cintica similar a la enzimtica.

Con frecuencia son altamente selectivos y por ellos solo pasan determinadas sustancias, generalmente iones, los cuales crean un potencial de membrana, inamovible en determinados tipos celulares (clulas no excitables) y alterable en otros (clulas nerviosas y musculares). La selectividad de estos canales se debe a diversos factores como el dimetro del canal, el campo elctrico de la molcula que pasa a su travs (cuanto mayor campo elctrico, mayor adhesin al agua y, por tanto, mayor tamao de la molcula que atraviesa el canal. Esto ocurre, por ejemplo, en el canal de K+, capaz de ser atravesado por el K+ pero no por el Na+, que es de menor tamao, debido a que el Na+ tiene un mayor campo elctrico y se asocia a ms molculas de agua aumentando su tamao). Muchos canales se pueden abrir y cerrar por compuertas, por lo que, aunque tericamente no requieren energa para el transporte, s que utilizan energa para abrir las compuertas que lo permiten. De esta forma, se controla la permeabilidad inica de los canales. Los canales que tienen compuertas que pueden estar abiertas o cerradas se denominan activos y son de tres tipos: - Sensibles a potencial: estos canales contienen algunas subunidades con numerosos aminocidos cargados positivamente que son sensibles a un cambio de potencial en la membrana. Esto genera un cambio conformacional que abre el canal. Tras la apertura suele tener lugar un periodo refractario durante el cual el canal se cierra y no puede abrirse hasta que pasa un cierto tiempo. Un ejemplo de esto lo encontramos en los canales de clulas cardacas, cuyo periodo refractario sirve para que el corazn vuelva a llenarse de sangre antes de bombearla.

Pgina 6

S.C.S. Sensibles a ligando: estos canales contienen receptores de determinados ligandos con los cuales interaccionan. Los ligandos pueden ser agonistas (si su interaccin con el receptor del canal induce un cambio conformacional que abra o cierre la compuerta) o antagonistas (si su interaccin con el receptor impide que se produzca una respuesta determinada). Por otra parte, los receptores pueden ser ionotrpicos (la respuesta es rpida pero se desensibiliza rpidamente) o metabotrpicos (la respuesta es ms lenta pero se mantiene en el tiempo). Un ejemplo de este tipo de canales es el canal de acetilcolina. Sensibles a tensin: son aquellos que sufren un cambio conformacional (se abren o cierran sus compuertas) cuando se deforma la membrana debido a un impacto.

-

Por ltimo, mencionar que existen numerosas canalopatas relacionadas con deficiencias en la expresin o anomalas en las protenas de determinados canales. Entre las enfermedades de este tipo ms relevantes encontramos la epilepsia y la fibrosis qustica (deficiencias en el canal de Cl-). Clase 4 TRANSPORTE MEDIADO POR VESCULAS En este transporte encontramos: - Endocitosis: incorporacin selectiva de macromolculas con gasto de energa. Se crea una vescula que se invagina en la membrana plasmtica. Posteriormente, los receptores cuyos ligandos se han endocitado, regresan a la membrana en un endosoma de reciclaje. Al igual que la exocitosis, es dependiente de Ca2+.

-

Exocitosis: Se da en todas las clulas del organismo y puede ser constitutiva (molculas sintetizadas en RE y Golgi que salen al exterior constantemente para formar parte de la matriz extracelular mientras que la membrana de la vescula se incorpora a la membrana plasmtica) o regulada (un estmulo es el responsable de la exocitosis de estas vesculas con contenido especfico). En las neuronas, las vesculas que contienen neurotransmisores (impiden que stos se metabolicen al estar separados del citoplasma por una membrana) no se exocitan hasta que un estmulo lo provoca (entrada de Ca2+ mediante canales de Ca2+ sensibles a potencial). Los neurotransmisores exocitados (como la acetilcolina) se unirn a receptores transmembrana de la neurona postsinptica generando un cambio de potencial. Transcitosis: es la actuacin conjunta de la endocitosis (en primer lugar) y la exocitosis. Suele darse en clulas polarizadas (clulas del intestino a travs de las cuales se transportan nutrientes o anticuerpos en la poca de la lactancia desde el lumen al espacio intercelular) o clulas planas y pequeas como las endoteliales, en las que la unin de vesculas de la transcitosis permite la creacin de pequeos poros transitorios. El mal funcionamiento de este sistema puede ser causa de diversas patologas como, por ejemplo, la que se da en el tejido endotelial cuando los poros son demasiados y favorecen la prdida de agua en las nefronas. La vasopresina genera una cascada de reacciones que crea acuaporinas para aumentar la reabsorcin de agua en la superficie del epitelio del tbulo renal.

-

IMPORTANCIA DEL Na+ EN EL ORGANISMO En el intestino, la absorcin de glucosa se realiza mediante transporte activo secundario (cotransportador de Na+/glucosa) gracias a que la concentracin de Na+ en el interior celular es menor que en el exterior. Sin embargo, la entrada continua de Na+ tiende a igualar las concentraciones intra y extracelulares de Na+. Esto se

Pgina 7

S.C.S. arregla mediante la bomba de Na+/K+, que en el dominio basolateral, transporta Na+ al exterior celular y K+ al interior. Tras absorcin de la glucosa del lumen por el dominio apical, sta saldr por el dominio basolateral, no ya mediante transporte activo, sino gracias a una protena transportadora (carrier). En los procesos de reabsorcin del rin, la entrada a las clulas desde el lumen del Na+ es esencial para llevar a cabo muchas funciones en las que participa este in. Esta reabsorcin se produce mediante canales en la parte proximal de los tbulos renales (donde la concentracin de Na+ es elevada) y mediante transporte activo en la parte distal de los tbulos renales (donde la concentracin ha disminuido respecto al interior celular). Posteriormente, el Na+ se transportara al espacio intercelular mediante la bomba de Na+/K+. La entrada de Na+ genera un gradiente elctrico que provoca la reabsorcin de aniones para compensar las cargas. Todo ello, crea una osmolaridad que introduce agua en las clulas desde el lumen de los tbulos renales. Tras esto, se reabsorben otras sustancias tales como urea o CO 2. REGULACIN DEL TRANSPORTE MEDIADO El organismo tiene su propio sistema de regulacin para el transporte a travs de membrana, siempre que este sea efectuado gracias a la ayuda de una protena (la difusin simple no es regulable). Existe una serie de protenas que intervienen en el transporte a travs de membrana, ya sean canales (acuaporinas) o carriers (Glut) que se acumulan en la membrana de vesculas del interior celular y slo se exocitan para incorporarse a la membrana plasmtica (secrecin regulada), cuando un receptor metabotrpico de la membrana plasmtica se une a un ligando determinado (vasopresina en el caso de la acuaporina o insulina en el caso de Glut). El receptor unido al ligando enva un estmulo (cAMP en el caso de las acuaporinas) que induce la liberacin de las vesculas cuyas membranas contienen estas protenas transportadoras. Por otra parte, determinados metabolitos (como la aldosterona) son capaces de regular la expresin gnica, dando lugar a un aumento de la transcripcin de ciertos genes, cuyos productos de traduccin son protenas precursoras de protenas de transporte a travs de membrana de todo tipo (canales, carriers y transporte activo) o protenas que activan protenas de transporte a travs de membrana ya preformadas. NEUROSECRECIN La entrada de calcio se produce por la activacin de canales de calcio voltaje dependientes que inducen la exocitosis. La fabricacin de los neurotransmisores se produce por la incorporacin del sustrato A (por difusin facilitada) que dar B y as sucesivamente hasta llegar al neurotransmisor. Las drogas conducen a la creacin del neurotransmisor modificado lo que dar problemas. Clase 5 RECEPTORES CELULARES Un receptor es una macromolcula celular a la que se une una sustancia (agonista). Esta unin comienza en un proceso que tiene como consecuencia cambios intracelulares responsables de que la clula realice una funcin fisiolgica. El 99% de estas sustancias son ligandos endgenos (producidos por el propio organismo), los cuales se pueden clasificar en: neurotransmisores, factores de crecimiento y hormonas (suele considerarse las citoquinas como parte de las hormonas). Existe un reconocimiento especfico entre el agonista y el receptor que se basa tanto en la estructura del agonista como en la del receptor. Las estructuras ms tpicas de los receptores son los canales inicos y los 7 dominios transmembrana. Sin embargo, receptores que poseen una estructura en canal, por ejemplo, no reconocen todos los iones, sino que existe una especificidad segn la cual, distintos receptores del mismo tipo (canales o 7 dominios transmembrana) reconocen sustancias distintas.

Pgina 8

S.C.S. Adems, se da tambin una va de sealizacin producida por la unin del agonista al receptor. El receptor acta sobre un efector, ya sea directamente o a travs de una serie de pasos (segundos mensajeros). Este ltimo modo de actuacin genera una cascada de reacciones que amplifica y acelera la seal. Dentro de estas cascadas de reacciones, encontramos como efectores muy comunes la guanilato ciclasa, que genera el segundo mensajero cGMP, la adenilato ciclasa, que genera el segundo mensajero cAMP, el Ca2+ y las kinasas. Segn el esquema anterior (el agonista se une al receptor y ste produce una respuesta), es posible conocer el tipo de ligando, gracias al conocimiento de la estructura del receptor, y la accin de dicho receptor, es decir, su funcin fisiolgica. Esto ltimo se consigue mediante la manipulacin gnica, que permite producir la sobreexpresin o infraexpresin de un receptor para determinar su funcin. CLASIFICACIN DE LOS LIGANDOS Dentro de la estructura del receptor, hay pequeas modificaciones que inducen una conformacin activa o inactiva del mismo. Cuando la conformacin es inactiva, la unin de un ligando no produce ninguna respuesta intracelular. Los ligandos pueden tener mayor afinidad por uno u otro estado del receptor (activo o inactivo). - Si la afinidad del ligando por un receptor activo es casi del 100%, el ligando se denomina agonista. Si la afinidad del ligando por un receptor activo es media y por un receptor inactivo es todava menor, el ligando se denomina agonista parcial. Si la afinidad del ligando por un receptor inactivo es elevada, el ligando se denomina agonista inverso (antiguamente era llamado antagonista).

REGULACIN DE LOS RECEPTORES Las interacciones intracelulares modifican la respuesta que produce la unin de un ligando a un receptor. Esta puede producir: - Procesos sinrgicos: en los que la interaccin de varias sustancias potencie la actuacin individual de las mismas (cooperan). Interacciones inhibidoras: la interaccin de las sustancias disminuye la respuesta.

Los receptores pueden sufrir procesos de: - Desensibilizacin: entre ellos encontramos: o Taquifilaxia: es la desensibilizacin de los receptores que tiene lugar tras largos periodos expuestos a elevadas dosis de su agonista especfico. Da lugar a una mayor necesidad en la dosis del ligando con el fin de obtener la misma respuesta. Este sistema puede ser heterlogo si la clula se desensibiliza debido a que el receptor del frmaco se separa del sistema de transduccin de la seal, u homlogos, si el motivo de la desensibilizacin reside en la estructura molecular del receptor. Down regulation: es el proceso por el cual una clula disminuye la cantidad de receptores que presenta en respuesta a un estmulo. Por ejemplo: altas concentraciones de insulina en sangre provocan que, cuando la insulina se une a su receptor, ste se internaliza en la clula donde es degradado por enzimas lisosomales junto con la insulina. Con el tiempo, esta prdida autoinducida de receptores de insulina de la superficie de la membrana, desensibiliza la clula a la elevada concentracin de insulina.

o

Pgina 9

S.C.S. Supersensibilizacin: ocurre cuando, tras un periodo largo de dosis baja, una dosis elevada de el mismo ligando produce una mayor respuesta por parte del receptor especfico.

Clase 6 COMUNICACIN INTERCELULAR Las clulas se comunican entre s mediante sustancias que secretan al medio. Esta comunicacin puede ser de tres maneras: - Autocrina: la sustancia secretada por una clula interacciona con receptores de la propia clula. Suele dar lugar a una retroalimentacin positiva. Paracrina: las sustancias secretadas por una clula interacciona con receptores de clulas cercanas de un tipo distinto. Puede darse mediante citoquinas y mediante neurotransmisores. Endocrina: las sustancias que liberan glndulas y clulas especializadas son secretadas a la sangre circulante, que las transporta, hasta que, desde los capilares, contactan con otros tipos celulares.

-

COMUNICACIN PARACRINA A TRAVS DE CITOQUINAS Las citoquinas son pptidos secretados por las clulas hacia el lquido extracelular. Actan siempre a travs de receptores dependientes de tirosina quinasa. Participan en la proliferacin, diferenciacin, supervivencia y activacin celular. Son producidas por diversos tipos celulares tales como linfocitos B y T y macrfagos (inmunidad), fibroblastos, clulas endoteliales, neuronas y tejidos inervados. La produccin de estas citoquinas es muy especfica, pero una misma clula puede ser capaz de producir distintas citoquinas. Tambin una clula puede ser capaz de reconocer distintas citoquinas. Entre las citoquinas encontramos factores estimuladores de colonias, factores de crecimiento, interleucinas (se liberan como respuesta inmune ante elementos extraos al organismo. Tienen efectos reguladores sobre el SNC y el sistema endocrino), neurotrofinas (tienen gran importancia a nivel propioceptivo. Por ejemplo: en ausencia de actividad mental, como en la incapacidad para mover un msculo, no se liberan neurotransmisores, por lo que no hay liberacin de factores trficos y, por tanto, el msculo se atrofia), linfocinas, etc. COMUNICACIN NEUROCRINA A grandes rasgos, este tipo de comunicacin paracrina se resume en varios pasos: - Llegada de un potencial de accin al axn de una neurona.

-

Apertura de los canales de Ca2+, que permite la entrada de este in desde el exterior celular. Liberacin del neurotransmisor al espacio sinptico. Interaccin del neurotransmisor con receptores postsinpticos especficos. Induccin de un potencial de accin en la neurona postsinptica.

El neurotransmisor que es liberado al espacio intercelular es, en parte, metabolizado y, en algunos casos, puede ser convertido en un precursor de este neurotransmisor, que se introduce de nuevo en la neurona presinptica para su posterior reutilizacin. Existe un mecanismo de control por retroalimentacin negativa mediado por receptores presinpticos especficos para el neurotransmisor que se libera. Estos receptores se diferencian de los postsinpticos en que tienen una menor afinidad por el neurotransmisor, por lo que slo se unen a l cuando hay un exceso de liberacin del mismo.

Pgina 10

S.C.S. Si se modifica el metabolismo de los neurotransmisores (drogas) pueden producirse alteraciones graves en el organismo. HORMONAS Existen tres clases generales de hormonas: - Protenas y polipptidos: como las secretadas por la adenohipfisis, el pncreas (insulina y glucagn), etc. Estas hormonas constituyen la mayora de las existentes y se sintetizan en el retculo endoplsmico rugoso, generalmente como preprohormonas y se escinden del retculo para formar prohormonas, ambas sin actividad. Estas prohormonas pueden sufren modificaciones en el Golgi y, por escisin proteoltica, pueden dar lugar a diferentes hormonas funcionales. Las hormonas funcionales se almacenan en vesculas hasta que son secretadas cuando un estmulo as lo determina. Esteroides: secretados por la corteza suprarrenal (cortisol y aldosterona), los ovarios (estrgeno y progesterona), los testculos (testosterona), etc. Estas hormonas suelen ser derivados del colesterol, por lo que apenas se almacenan, sino que se sintetizan tras un estmulo determinado (se movilizan las reservas de steres de colesterol, que se utilizan para sintetizar hormonas esteroideas). Derivados de la tirosina (aminas): secretadas por la glndula tiroides (tiroxina y triyodotironina, incapaces de disolverse en agua) y la mdula suprarrenal (adrenalina y noradrenalina, que son catecolaminas).

-

REGULACIN DE HORMONAS La secrecin de hormonas se produce en respuesta a un estmulo, pero esta secrecin est muy controlada, generalmente mediante retroalimentacin negativa, es decir, los estados, o los productos de liberacin de esa hormona tienden a detener su accin y liberacin. Este proceso no va tan orientado hacia la velocidad de secrecin de hormonas como a la hiperactividad o influencia de stas en los tejidos en los que acta. No obstante, tambin existen casos de regulacin por retroalimentacin positiva. Este es el caso de la hormona luteinizante y los estrgenos (la secrecin de hormona luteinizante en el ovario favorece la sntesis de estrgenos, que acta sobre la adenohipfisis estimulando la secrecin de ms hormona luteinizante. Este ciclo acaba cuando los niveles de hormona luteinizante son suficientes y comienza entonces un control mediante retroalimentacin negativa). Adems del control por retroalimentacin (negativa o positiva), la secrecin de hormonas tambin est regulada por variaciones peridicas que dependen de cambios de estacin, de distintas etapas del desarrollo y del envejecimiento, del ciclo diurno (circadiano), o del sueo. En muchos casos, estas variaciones cclicas de la secrecin hormonal, obedecen a cambios en la actividad de las vas nerviosas, que intervienen en el control de la liberacin de hormonas. TRANSPORTE DE HORMONAS EN LA SANGRE Las hormonas hidrosolubles (pptidos y catecolaminas) se transportan disueltas en el plasma desde su origen hasta los tejidos efectores, donde difunden a travs de los capilares para llegar a las clulas diana. Por otra parte, las hormonas esteroideas y tiroideas, circulan en la sangre unidas a protenas del plasma (principalmente a la albmina srica). Generalmente, menos del 10% de estas hormonas circulan de forma libre. No obstante, las hormonas unidas a protenas tienen muchas dificultades para atravesar los capilares, por lo que carecen de actividad biolgica hasta que se disocian de las protenas del plasma. Las cantidades relativamente grandes de hormonas unidas a protenas actan como depsito y reponen las concentraciones de hormona libre cuando se unen a sus clulas diana o desaparecen de la circulacin. La unin de hormonas a protenas plasmticas retrasa considerablemente su eliminacin del plasma. As pues, tienen una vida ms larga que las hormonas hidrosolubles.

Pgina 11

S.C.S.

Clase 7 COMUNICACIN POR CONTACTO CELULAR Este tipo de unin se establece a travs de molculas de adhesin. Se trata de protenas transmembrana (normalmente tipo 1, es decir, grupo amino extracelular y grupo carboxilo intracelular), que unen dos clulas entre s, o una clula a la matriz extracelular. Estas uniones van a dar estabilidad mecnica a los tejidos. Adems, estas molculas de adhesin van a servir para que las clulas se reconozcan unas a otras de manera especfica (estas uniones pueden ser homotpicas, si se producen entre clulas del mismo tejido, o heterotpicas, si se producen entre clulas de distintos tejidos). La parte citoslica de estas protenas transmembrana suele estar asociada a protenas que las ponen en contacto con el citoesqueleto de la clula (como las cateninas) y con el sistema de sealizacin intracelular, por lo que un cambio conformacional inducido por un estmulo extracelular, se transmite al interior celular desarrollando una compleja cascada de reacciones que produce una respuesta fisiolgica concreta. Debido a esto, su alteracin es responsable de muchas patologas. Las funciones de estas molculas de adhesin se pueden clasificar en: - Desarrollo e integridad de rganos y tejidos: actuando en la formacin del tejido y el mantenimiento de la estructura del mismo.

-

Migracin y transporte: reconocimiento del camino que han de seguir clulas movilizadas y del lugar de accin de las mismas, como puede ser la iniciacin y propagacin del sistema inmune (procesos inflamatorios). Ej: la expresin de protenas de adhesin en clulas sanguneas aumenta, lo que consigue frenar a las clulas portadoras de estas protenas y anclarlas a clulas endoteliales, tras lo cual atraviesan el endotelio por diapdesis y se dirigen al lugar de la inflamacin por quimiotaxis. Cicatrizacin: procesos de agregacin plaquetaria o de regeneracin de nuevas clulas tras un insulto a un tejido. Metstasis: la no expresin de molculas de adhesin en determinadas clulas, provoca que estas clulas se separen de su tejido originario, el cual tiene sustancias que regulan su proliferacin. Las clulas sueltas circulan por el torrente sanguneo hasta llegar a un tejido, que invaden, en el que proliferan. Esto es posible gracias a que el tejido invadido contiene factores de crecimiento y citoquinas que favorecen la reproduccin de clulas cancerosas, pero no tiene inhibidores de su crecimiento.

-

CLASIFICACIN DE MOLCULAS DE ADHESIN En primera instancia, las protenas de adhesin se clasifican en: - Homoflicas o heteroflicas: dependiendo de si se unen a protenas del mismo tipo o de distinto tipo.

-

Dependientes o independientes de Ca2+: la unin de este in a la protena de adhesin puede, o no, influir en la actividad de la misma.

Sin embargo, adems de esta clasificacin a gran escala, se pueden distinguir cuatro familias de protenas de adhesin: - Cadherinas: median uniones homotpicas y son homofllicas (salvo excepciones) y dependientes de Ca2+, que se encuentra en el espacio extracelular. Estn implicadas en el mantenimiento de los tejidos, la morfognesis y la carcinognesis. Se observan subfamilias de cadherinas (entre las que s pueden darse uniones):

Pgina 12

S.C.S. o E- cadherinas: localizadas en tejido epitelial. Cuando dejan de expresarse pueden dar lugar a tumores epiteliales que proliferan en otros tejidos. N- cadherinas: se expresan en el tejido neural y son importantes en el desarrollo. Dirigen el crecimiento del axn por un camino especfico (estableciendo uniones con clulas de alrededor), hasta que llega a la estructura a inervar. EV- cadherinas: se encuentran en el endotelio vascular y tienen que ver con la permeabilidad del endotelio (procesos de diapdesis), la barrera hematoenceflica y procesos apoptticos.

o

o

-

Inmunoglobulinas: son heteroflicas e independientes de Ca2+. Su estructura es similar a los anticuerpos del mismo nombre. Tendrn una funcin de desarrollo del sistema nervioso central (SNC) y del complejo mayor de histocompatibilidad. Tambin participan en la respuesta inmune. Estn localizadas en endotelios y clulas sanguneas. Selectinas: son heteroflicas y dependientes de Ca2+. Se diferencian de las dems molculas de adhesin en que lleva unidos hidratos de carbono. Se encuentran solubles en el plasma y en el tejido endotelial. Pueden ser de varios tipos: SE (endotelio), SL (leucocitos) o SP (plaquetas). Ej: los glbulos blancos se desplazan rodando por el endotelio debido a que sufren reacciones dbiles de adhesin entre las selectinas del endotelio y los hidratos de carbono de los glbulos blancos. Integrinas: son heteroflicas (con especificidad relativa, pues se unen a varias sustancias) y dependientes de Ca2+. Hay varios tipos de integrinas. Son heterodmeros formados por una cadena y una cadena distintas. Son las protenas que van a unir principalmente a la clula con la lmina basal (en uniones clula matriz). Sin embargo, tambin participan en uniones clula clula, como es el caso del ejemplo anterior: cuando el glbulo blanco llega al lugar de la inflamacin, se expresan integrinas que se unen a inmunoglobulinas (expresadas por el endotelio). La unin de las integrinas con las inmunoglobulinas es ms fuerte que la de las selectinas y frena al glbulo blanco, que atraviesa el endotelio. Existe una enfermedad llamada deficiencia de adhesin leucocitaria que consiste en una falta de integrinas, lo que aumenta el riesgo de las infecciones que se contraigan.

-

-

Clase 8 INTRODUCCIN A LAS CLULAS EXCITABLES Las funciones del organismo se pueden resumir en dos: movimiento y sensacin. Por movimiento comprendemos, por ejemplo, impulsar la sangre, la locomocin, la respiracin, la alimentacin (digestin), o la reproduccin. Por lo tanto, la muerte se entiende como un cese de movimiento. La clula funciona gracias a que la membrana plasmtica, que puede considerarse como una interfase especializada, la separa del medio externo. Adems, la membrana tambin le permite relacionarse con el medio (mediante canales inicos, transportadores, fagocitosis...), en ambas direcciones (hacia el interior y el exterior celular). Esto va a dar lugar a distintas funciones celulares, tales como la respiracin, la nutricin, la excrecin, la motilidad, la reproduccin... Las clulas de un ser evolucionado (el hombre) estn rodeadas de un medio interno acuoso y el individuo est a su vez rodeado por un medio externo areo. El medio interno acuoso es muy fino en relacin con el medio exterior acuoso de algunos seres unicelulares. Esto tiene relevancia por ejemplo en la excrecin, ya que los organismos pluricelulares no pueden secretar sustancias de desecho al medio

Pgina 13

S.C.S. interno sin control. Para ello se produce la especializacin de las clulas, con la aparicin de los sistemas digestivo, locomotor, excretor, reproductor (funciones que ya tenan los seres unicelulares); y respiratorio, cardiovascular, nervioso y endocrino (sistemas nuevos que realizan funciones que las clulas no realizaban). La tarea de coordinar el funcionamiento de los distintos rganos y aparatos la lleva a cabo el sistema nervioso. Cuando el cuerpo est perfectamente coordinado, funciona perfectamente. Claude Bernard estableci que para mantener el medio interno relativamente constante (homeostasis) haca falta una serie de sistemas coordinados, de forma que si se alteraba eso, era el sistema nervioso el encargado de arreglarlo, y en caso de que no pudiera se produca la enfermedad. La excitabilidad es una propiedad celular de modificar su potencial de membrana debido a un estmulo elctrico, mientras que la conductividad es la capacidad de las clulas de propagar un cambio de potencial desde un punto de estimulacin a todo lo largo de la membrana celular. La base de la coordinacin y la regulacin son las clulas excitables, que pueden ser de dos tipos: - Las neuronas: recogen la informacin (sensacin) tanto del interior como del exterior del organismo y la procesan. Las clulas musculares. Convierten la informacin en una respuesta (movimiento).

CONCEPTOS BSICOS DEL FENMENO ELCTRICO Las clulas excitables basan su funcionamiento en el cambio del potencial elctrico, y por tanto, en corrientes elctricas. Se puede definir la electricidad como el flujo de electrones sobre la superficie de un conductor (nunca se desplazarn por el interior, ya que el campo elctrico en su interior es nulo, y por lo tanto, el desplazamiento es nulo). En las neuronas las cargas elctricas van a moverse por la superficie de la membrana, tanto por la parte interna como por la parte externa, pero no a su travs ni tampoco por el citosol. Las cargas elctricas negativas se generan en el polo negativo y se mueven hacia el polo positivo mediante la superficie del conductor, lo que ha sido establecido por convencin. Para entender el concepto de potencial, se puede igualar a un dispositivo hidrulico, en el que el lquido va del recipiente con mayor volumen mediante una tubera hasta el que tiene un volumen menor de lquido; que se va llenando, hasta que se igualan los volmenes. Eso se debe a que hay una diferencia de alturas que da lugar a un gradiente de presiones. LEY DE OHM La ley de Ohm es la ley fundamental que rige el flujo elctrico por un circuito. Una pila es una fuente de corriente elctrica que da lugar a una diferencia de potencial (Voltios); y un conductor es un material que permite el paso de la corriente elctrica, pero tiene siempre una cierta resistencia (Ohmios), ya que si sta fuese nula sera un aislante. Una resistencia es la oposicin que ofrece el conductor al paso de la corriente elctrica, y en ella hay siempre una cada de potencial, pues parte de la energa se utiliza para atravesarla. La resistencia depende del material empleado en el circuito, de la longitud, del rea de la seccin (lo que a su vez depende del radio) y de la temperatura, que provoca efectos variados. La intensidad es el flujo de corriente (Amperios) y la conductancia es la inversa de la resistencia (Siemens), e indica la facilidad con la que los iones o las cargas (Culombios) atraviesan un conductor (la facilidad que presenta el conductor a que pase la electricidad a su travs). Para que circule corriente, el circuito debe estar cerrado, puesto que si no lo est no existe una diferencia de potencial.

Pgina 14

S.C.S.

La ley de Ohm mide la diferencia de potencial entre dos puntos o la intensidad de corriente segn: I = V/R

RESISTENCIAS EN SERIE O EN PARALELO Los circuitos sencillos se pueden complicar mucho, de forma que las redes elctricas no se rigen slo por la ley de Ohm, sino por los principios de Kirchoff. En estos circuitos, se pueden encontrar dos disposiciones diferentes de sus elementos: Las resistencias estn en serie, de forma que la electricidad que surge de la pila slo tiene un camino con varios condensadores (uno detrs de otro). En este caso, por todos fluye la misma intensidad, pero el voltaje se va dividiendo porque en cada uno hay una cada de voltaje. As, en una conexin en serie, la resistencia total ser:

RT = R1 + R2 + + Rn

-

Las resistencias estn en paralelo, lo que indica que todos los elementos estn conectados a la energa que surge de la pila, llegan a un punto de confluencia de varios conductores. El voltaje aplicado a todos los

Pgina 15

S.C.S. conductores es idntico, pero no la intensidad, por lo que se puede utilizar la Ley de Ohm para sacar la resistencia:

RT = R1 x R2 x x Rn / (R1 + R2 + + Rn)

PRIMER PRINCIPIO DE KIRCHOFF Cuando la corriente elctrica llega a un punto de confluencia entre dos resistencias (llamado nodo) en un circuito en paralelo, se divide o se bifurca de tal manera que parte de la corriente va por una resistencia y parte por la otra. As, la intensidad antes del nodo es igual a la suma de las intensidades que se bifurcan tras el nodo. Tambin se puede decir que: la suma algebraica de las intensidades que llegan menos las que salen es cero. Por lo que en cada nodo de la maya, el sumatorio de las intensidades de corriente ser cero.

SEGUNDO PRINCIPIO DE KIRCHOFF Todo el voltaje disponible se usa siempre para que la electricidad fluya por el circuito. As, el voltaje total en un circuito en serie con varias resistencias es igual a la suma de los voltajes parciales (obtenidos por la ley de Ohm en funcin de cada resistencia). VT = V1 + V2 + V3 = (I x R1) + (I x R2) + (I x R3) = I x (R1 + R2 + R3) PILAS Y CONDENSADORES Los circuitos tambin pueden tener condensadores. Un condensador es un dispositivo elctrico formado por dos placas conductoras separadas por un dielctrico (un aislante, como el vidrio). Cuando est descargado, los dipolos estn al azar, pero si las placas se conectan a una pila, se carga, y los dipolos se orientan. El comportamiento de una pila y de un condensador es distinto, pues en la pila, la intensidad de corriente permanece constante mientras el circuito est cerrado (y si se abre hay una cada repentina de la diferencia de potencial). Sin embargo, en un circuito que presenta nicamente un condensador no se medir ninguna diferencia de potencial (ni habr cadas de potencial) porque dicho condensador no ofrece ninguna resistencia al paso de la corriente, sino que acumula las cargas que le van llegando bajo una diferencia de potencial. As, est abierto o cerrado, el potencial es nulo debido a que no hay flujo elctrico. La capacitancia (Faradios= Culombio/Voltio) es la cantidad de carga que puede acumular un condensador por cada voltio aplicado: C = Q/V

Pgina 16

S.C.S. Cuando se tiene un condensador y una resistencia, se ve una variacin exponencial de la diferencia de potencial, ya que el condensador mueve las cargas descargndolas por la resistencia. Hay una cada de potencial progresiva y no repentina, como en el caso de un generador (pila o batera) y una resistencia. Esto es debido a que la poca diferencia de potencial que est acumulada en el condensador se disipa rpidamente por la resistencia, porque se va descargando poco a poco. As, es diferente el comportamiento temporal de una pila y de un condensador al descargarse: hay un aumento instantneo del voltaje que se mantiene y decae tambin rpidamente en la pila; mientras que en el condensador siempre disminuye pero temporalmente.

Clase 9 POTENCIAL DE MEMBRANA Se define potencial de membrana como la diferencia de voltaje a travs de la membrana de una clula. Todas las clulas presentan un potencial de membrana o una diferencia de potencial entre ambas caras de la membrana (Vm). Se mide con cierta facilidad en el axn gigante del calamar cuyo dimetro externo es 50 veces mayor que el del humano, y se calcula: (Vm = Vint Vext = -60mV en reposo y a 25). El potencial de membrana sirve para la contraccin muscular y la generacin y propagacin del impulso nervioso. DISTRIBUCIN DE IONES: CAUSA DEL POTENCIAL DE MEMBRANA En el lquido extracelular hay cargas positivas y negativas (cationes y aniones) en la misma concentracin. En el lquido intracelular existe una mayor cantidad de cargas negativas debidas a los aniones proteicos, aunque stas son compensadas por cargas positivas resultando un voltaje muy prximo a 0. Por ello, se dice que estos dos compartimentos tienen un voltaje nulo. En la membrana celular se alinean, en la parte externa, cargas positivas y, en la parte interna, cargas negativas. Aunque las cargas se compensen, el voltaje (diferencia de potencial a travs de la membrana) es distinto de 0. Las cargas negativas excedentes se alinean en el interior de la membrana y por accin de fuerzas atraen a cargas positivas que se alinean en la cara externa de la membrana. As, las cargas quedan atrapadas en un equilibrio dinmico con otros iones de su compartimento. De esta forma, la clula se comporta como una pila elctrica, donde el voltaje es la distribucin de iones a ambos lados; y el condensador es la propia bicapa lipdica. No obstante, el porcentaje de cargas atrapadas es muy pequeo, tanto que no modifica la electroneutralidad de cada compartimento.

Pgina 17

S.C.S.

Determinados iones se distribuyen de manera asimtrica a ambos lados de la membrana. - El K+ predomina en el lquido intracelular.

-

El Na+ y el Cl- predominan en el lquido extracelular. Los aniones orgnicos, que suelen ser protenas con grupos fosfato cargados negativamente a pH fisiolgico slo estn en el lquido intracelular.

Estos iones se pueden mover a travs de la membrana celular a travs de canales inicos pasivos (siempre abiertos), para lo cual necesitan que exista una diferencia de concentracin y de carga elctrica. POTENCIAL DE EQUILIBRIO Para calcular el potencial de equilibrio de una molcula, se imagina que la membrana slo fuese permeable a ella, y no hubiese paso de otros iones. As, el potencial de membrana slo dependera de su movimiento, y no del resto de cargas. - Potasio (K+): El K+ se encuentra en mayor concentracin dentro de la clula, por lo que sale de ella a favor de gradiente de concentracin. Sin embargo, el gradiente elctrico lleva el K+ al interior celular, que es negativo. Llegar un momento en el que la fuerza elctrica que atrae al K+ se vuelve igual en magnitud al gradiente de concentracin qumico que impulsa al K+ hacia fuera de la clula. En dicho punto el movimiento neto del K + es 0, por lo que se alcanza el potencial de equilibrio para el potasio (Ek).

Pgina 18

S.C.S.

El potencial de membrana al cual se produce dicho equilibrio se calcula con la ecuacin de Nernst, pero es propio de cada in:

Object 4

Donde x es el ion del cual se est calculando el potencial de equilibrio; R la constante de los gases; T la temperatura; Z la valencia del ion; y F la constante de Faraday.

En el caso del ion Potasio, el potencial de equilibrio es de E K=-75mV, lo que quiere decir que sera necesaria una diferencia de potencial de 75mV para impedir que el potasio saliese al exterior a favor de gradiente, y que con la membrana en reposo, sale (hay fuga de iones). Tiene signo negativo porque si sale, dejara el citoplasma con un exceso de cargas negativas. Si la clula slo fuera permeable a K+, su potencial de membrana coincidira con el de equilibrio del in y sera de -75mV. No obstante, si se representa en una grfica el potencial del K+ con respecto a su concentracin, se observa que para una concentracin exterior de aproximadamente 20mM su potencial ha llegado a -70mV, y conforme se aumenta, se sigue haciendo ms positivo. As, llega un determinado valor en el que el potencial de equilibrio coincide con el potencial de membrana (las dos curvas coinciden para valores altos de la concentracin de K+ externo). Pero en los casos en los que la concentracin es muy baja, esos valores de potencial difieren conforme a los tericos, lo que indica que el potencial de membrana no slo depende del trasiego de iones K+. El otro ion que repercute de gran manera en el potencial de membrana es el Na+.

-

El sodio pasa a favor de gradiente de concentraciones al interior celular (en el exterior hay mayor concentracin que en el interior), y adems aparece un gradiente elctrico favorable porque es un catin y le atrae el interior negativo celular. Pero la entrada de Na+ al interior de la clula hace que disminuya la carga negativa de su interior, y que en el lquido extracelular falten cargas

Pgina 19

S.C.S. positivas. Llega igualmente entonces un momento en el que el gradiente elctrico se invierte y empieza a salir Na+, alcanzndose tambin un equilibrio dinmico donde la diferencia de potencial que equilibra al gradiente de concentraciones es el potencial de equilibrio del Na +.

Si se calcula el potencial con la ecuacin de Nernst, se obtiene que ENa=+55mV, lo que quiere decir que para impedir la entrada de Na+ a favor de gradiente de concentracin hara falta una diferencia de potencial de 55mV, y que en la membrana en reposo entra. La polaridad es positiva porque el interior de la clula quedara cargado positivamente.

-

Con el Cl- se hace el mismo razonamiento visto, pero su potencial de equilibrio es parecido al de la membrana por lo que apenas interviene en este ltimo. Prcticamente no influye en el potencial de membrana, porque est en equilibrio y su permeabilidad es muy baja. Con la membrana en reposo ni entra ni sale.

CLCULO DEL POTENCIAL DE MEMBRANA - Modelo de canales pasivos: El potencial de equilibrio no mide el potencial de membrana porque intervienen al menos dos iones, es decir, la ecuacin de Nerst no sirve para calcular el potencial de membrana. Sin embargo, podemos saber que el potencial de membrana tendr un valor comprendido entre los potenciales de equilibrio de K+ y Na+, aunque ms cercano al del K+, puesto que, aunque los canales de Na+ son ms permeables, existen muchos ms canales de K+ que de Na+, y, por tanto, la membrana es ms permeable al K+. Se necesita entonces una ecuacin para calcular el potencial de la membrana en reposo que describa conjuntamente el comportamiento de los

Pgina 20

S.C.S. tres iones, teniendo en cuenta sus factores de permeabilidad y concentracin. Para calcular el potencial de membrana se utiliza la ecuacin de campo constante de Goldman, donde se tienen en cuenta las concentraciones intracelulares y extracelulares de cada ion, as como la permeabilidad de la membrana para cada ion:

Object 6

-

De esta forma, se tienen en cuenta ambas concentraciones, considerando que si el in es positivo ir la concentracin extracelular en el numerador, y si es negativo, en el denominador (para evitar restar valores, por ser aniones). Modelo elctrico: Asume que la membrana tienen un carcter elctrico cuyos componentes seran: o El condensador que acumula cargas ser la bicapa lipdica. Por definicin, acta como un dielctrico, pues tiene cargas positivas y negativas ordenadas, y es un aislante debido a su carcter lipoflico.

o El generador de electricidad ser la ATPasa dependiente de Na+/K+,que se encarga de moverlos contra gradiente para generar el potencial de membrana. El paso de corriente en uno y otro sentido hara que finalmente el potencial de membrana llegase a 0, pero para que esto no pase, esa ATPasa bombea 3 Na+ y slo 2 K+ contra gradiente, por lo que en cada ciclo deja un exceso de carga positiva en el exterior y un dficit en el interior. Es por ello una bomba electrognica que contribuye a mantener el potencial de membrana en reposo haciendo que sea ms negativo (contribuye con 11 mV). Establece y mantiene los gradientes de concentracin inica, de modo que sin ella no hay potencial de membrana.

o Un canal es una abertura de la membrana que permite que pase unin, generndose corriente elctrica. As, se supone que en la membrana celular hay una corriente de Potasio hacia fuera que depende de la ley de Ohm y de la conductancia del canal, y se

Pgina 21

S.C.S. produce por una fuerza de conduccin inica. La conductancia del canal es la facilidad al paso del flujo de potasio a su travs, mientras que la conduccin inica es la diferencia de potencial que mueve la corriente de potasio al exterior. La conductancia en reposo permanece constante, ya que el nmero de canales en reposo no vara, por ello, la corriente depende del otro factor.

Para calcular entonces el potencial de la membrana en reposo con las condiciones de cada in y la permeabilidad de dichos iones, se utiliza un equivalente a la ecuacin de Goldman, sustituyendo permeabilidad por conductancia:

Object 8

CAMBIOS EN EL POTENCIAL DE MEMBRANA El potencial de membrana puede cambiar de forma funcional en clulas excitables. Se puede hacer ms positivo (despolarizacin) o ms negativo (hiperpolarizacin). Sin embargo, el propio sistema hace que estos cambios de potencial vuelvan al valor inicial (proceso de repolarizacin), en el que estn implicados los iones Na + y K+. - Si la membrana estaba despolarizada, la corriente de Na+ disminuye y aumenta el de K+.

-

Si estaba hiperpolarizada, se aumenta la corriente de Na+ y se disminuye la de K+.

Clase 10 PARTES DE LA NEURONA Una neurona tpica est formada por un soma, varias dendritas y el axn. La dendrita es la zona donde la neurona recibe e integra seales de diversos tipos. Del cuerpo neuronal sale un nico axn. La zona inicial del axn se denomina cono axnico (zona de integracin), donde los cambios locales de potencial de membrana se transforman en potenciales de accin (no pierden amplitud), que se transmiten a lo largo del axn y llegan a las terminales sinpticas donde se establece contacto con una neurona de 2 orden mediante la sinapsis. Estas son las zonas funcionales de la neurona. CAMBIOS LOCALES DEL POTENCIAL DE MEMBRANA El potencial de membrana no es un valor fijo, sino que puede variar. Se extiende a lo largo de toda la membrana. Las propiedades pasivas de la membrana neuronal vienen determinadas por las caractersticas elctricas de la propia membrana que se comporta como una resistencia y un condensador, lo que hace que una despolarizacin localizada del potencial de membrana producida por un pulso cuadrado disminuya en funcin del tiempo y la distancia recorrida para llegar de nuevo al valor de reposo (-60 mV).

Pgina 22

S.C.S. Esta variacin localizada del potencial de la membrana en reposo se denomina potencial electrotnico o escalonado, el cual, gracias a las distintas corrientes inicas producidas por los canales inicos, va disminuyendo hasta que se recupera el potencial de reposo. Es una variacin relativamente pequea, pues, para ella, no abre a penas canales dependientes de voltaje (participan canales pasivos), y es creado por el receptor. Este tipo de potencial est sujeto a las propiedades pasivas de la membrana (constante de tiempo y constante de longitud ), que acta como resistencia y como condensador. Por ello, dura poco tiempo, y no se propaga. Adems, tiene un grado de despolarizacin proporcional al estmulo. Cuando la neurona se encuentra sin activar, su potencial de membrana puede cambiar por diversos estmulos (funcionales o experimentales): - Funcionales o fisiolgicos: producen la apertura de los canales inicos. Los ms usuales son los estmulos sensoriales (luz, sonido), que provocan un cambio de potencial de membrana llamado potencial de receptor. Otro tipo de potencial de membrana se asocia con la comunicacin entre clulas (potencial postsinptico).

-

Experimentales: en este caso el estmulo es una corriente elctrica aplicada directamente a la membrana (pulso cuadrado) con una amplitud y duracin determinadas: o Intracelular: se dispone de un estimulador elctrico, cuyo nodo (+) se introduce en la parte intracelular de la membrana y el ctodo (-) se coloca en la parte externa del axn. Se activa el pulso cuadrado y las cargas positivas que parten del interior celular (nodo) hacia el exterior (ctodo) despolarizan la membrana, es decir, el potencial de membrana se hace ms positivo. Extracelular: El nodo y el ctodo se sitan en el exterior de la membrana del axn. Se aplica un pulso cuadrado que hace pasar la corriente elctrica (cargas positivas) del polo positivo al negativo, con lo que se despolariza el potencial de membrana. Estos cambios se pueden visualizar con otros electrodos (de registro) situados a cierta distancia e indican que el cambio de potencial de membrana es proporcional al estmulo aplicado. Al medir el cambio que se produce en el potencial de la membrana tras una estimulacin elctrica, se observa que la seal cambia porque la membrana de la clula acta como resistencia y como condensador. Este cambio que se produce es local y gradual (depende del voltaje) y crea un potencial electrotnico que va disminuyendo con distancia y el tiempo. Se utiliza en clnica para realizar pruebas neurolgicas.

o

LA MEMBRANA COMO RESISTENCIA Si consideramos que la membrana slo funciona como una malla de resistencias (resistencia de la membrana; resistencia externa, que es la que ofrece el lquido extracelular; y la resistencia axoplsmica, la que ofrece el citoplasma) conectadas entre s por los llamados nudos, la intensidad con la que fluye la corriente elctrica a travs de la membrana va disminuyendo a medida que se divide o bifurca en dichos nudos (primer principio de Kirchoff), es decir, que disminuye segn se aleja del punto de estimulacin de manera exponencial, lo que viene indicado por la constante de longitud (), que depende de las resistencias de la membrana y del axoplasma (la resistencia del lquido extracelular no interviene en el valor de la constante de longitud).

Pgina 23

S.C.S.

La resistencia de la membrana (Rm) es inversamente proporcional al permetro de la membrana.

Rm=

1 2r

La resistencia axoplsmica (Ra), que es la dificultad que ofrece el axoplasma para que la electricidad se mueva longitudinalmente, es inversamente proporcional a la seccin del axn y, por tanto, a su dimetro. Es decir, si el axn es ancho se amortigua poco la seal y se propaga a una gran distancia. Si es estrecho la seal se propagar muy poco.

Ra=

1 r2

As, la constante de longitud se expresa:Object 14

El voltaje de una neurona a una distancia X del punto de estimulacin viene dado por la expresin:Object 16

e-x/Object 18

Por lo que si X = , entonces, V

LA MEMBRANA COMO CONDENSADOR Si la membrana se comporta como un condensador, entonces acumula cargas debido a su naturaleza lipdica. La parte central de la bicapa es hidrfoba (mala conductora). Sin embargo, las dos partes externas de la membrana son buenas conductoras, de tal manera que en la parte externa se acumulan cargas positivas y en la interna, cargas negativas cuando la membrana est conectada a un generador de voltaje (Na+/K+ ATPasa). Cuando se conecta el pulso cuadrado, la electricidad pasa primero por las placas del condensador que tiene la membrana (parte externa e interna) que al principio se cargan muy deprisa, pero despus lo hacen de manera hiperblica. A continuacin, la electricidad pasa por las resistencias de la membrana. Cuando se desconecta el pulso, el voltaje disminuye de manera exponencial hasta que se hace constante.

Pgina 24

S.C.S.

La constante de tiempo es el tiempo que tarda en alcanzarse el 63% del voltaje mximo (Vmx) tras haberse aplicado un pulso cuadrado que genera un potencial electrotnico. Vt = Vmax (1 e-t/); Si t = ; V = Vmax (1 e-1) V = Vmax 0,63 FUNCIN DE LAS CONSTANTES La ventaja de estas constantes es que se pueden sumar espacial y temporalmente para crear una seal mayor. Por ejemplo: si es grande, se transmitir a ms espacio en ms tiempo. Por eso, si llegan dos seales de diferentes intensidades, I A e IB, se producir una despolarizacin mucho mayor IC = IA + IB. Si llegan dos seales muy prximas en el tiempo, las seales se suman, obtenindose un efecto mayor. Clase 11 EL POTENCIAL DE ACCIN El potencial de accin es una propiedad fundamental de las clulas excitables, as como la base de dichas clulas. Se trata de un cambio brusco y pasajero del potencial de reposo de la membrana de las clulas excitables. Puede generarse por estmulos funcionales (estmulos sensoriales como la luz o el sonido; llegada de neurotransmisores en la sinapsis) o experimentales (estimulacin elctrica, es decir, se aplica un pulso cuadrado muy grande para que el potencial de membrana supere un cierto valor, con lo que se producen potenciales de accin o picos mientras dura la aplicacin del estmulo). El potencial de accin se caracteriza por tener una amplitud (mV) y duracin (milisegundos) muy pequeas. Se diferencia del potencial electrotnico en que no est sujeto a las propiedades de cable de la membrana (no depende de la constante de longitud, , ni de la de tiempo, ), el pulso cuadrado que se aplica es mucho mayor en amplitud y duracin y la despolarizacin, por tanto, tambin lo es, ya que implica no slo canales pasivos, sino tambin canales dependientes de voltaje. Por esta razn, el potencial de accin s que se propaga. Adems, el potencial de accin se produce siempre con la misma intensidad cuando se sobrepasa una despolarizacin umbral, mientras que el potencial electrotnico es proporcional al estmulo aplicado.

FASES DEL POTENCIAL DE ACCIN - Nivel umbral de disparo: El umbral de activacin es el voltaje al que se abre una masa crtica de canales de sodio dependientes de voltaje. A ese voltaje, la apertura es mxima y para el sodio coincide con -45mV.

Pgina 25

S.C.S. Fase de latencia: Es el tiempo que se tarda desde que se alcanza el voltaje umbral hasta que se inicia la fase ascendente. Es decir, el tiempo que tarda en abrirse esa masa crtica de canales de sodio tras llegar al voltaje umbral. La fase de latencia vara en funcin del pulso aplicado.

-

Fase ascendente o despolarizante: Es aquella en la que se da una despolarizacin brusca y enorme (hasta los 35 mV) del potencial de membrana. Se debe a que el potencial de accin es autosostenido o regenerativo, lo que quiere decir que los canales de sodio dependientes de voltaje continan abrindose automticamente tras superarse el umbral de activacin (como una reaccin en cadena) hasta que se llega al pico del potencial de accin (35 mV). Por eso, el potencial de accin se produce siempre con la misma amplitud e intensidad una vez que se supera el umbral (o se produce, o no se produce).

-

Fase descendente o repolarizante: una vez que se alcanza el pico del potencial de accin, la membrana, que ahora tiene el interior positivo y el exterior negativo, se repolariza y vuelve a su valor inicial. Esto ocurre debido a que los canales de K+ siguen abiertos, a pesar de que los de Na+ se vayan cerrando.

-

Fase hiperpolarizante: El potencial de membrana adquiere un potencial todava ms negativo que -60 mV y se debe a los canales de K +, que funcionan de forma lenta y se mantienen abiertos incluso cuando la membrana llega a su valor inicial. Por esto, el potencial de membrana nunca llega a ser ms negativo que el potencial de equilibrio del potasio.

-

Fase posthiperpolarizante: el potencial de membrana llega a su valor de reposo.

Pgina 26

S.C.S.

CAMBIOS EN LA CONDUCTANCIA INICA Se puede comprobar que, a la vez que aumenta el potencial de accin, aumenta tambin la conductancia de iones, lo que indica que en el potencial de accin participan componentes diferentes que en el potencial electrotnico, ya que en ste no variaba la conductancia sino slo la corriente inica a travs de los canales. El potencial de accin se produce por cambios secuenciales en la conductancia de la membrana para los iones sodio y potasio, que no es igual a que el potencial de accin cambie las conductancias de estos iones. En concreto, el potencial de accin se debe a un incremento grande y pasajero de la conductancia de la membrana para el in sodio. El potencial de accin disminuye en amplitud y pendiente en funcin de la concentracin extracelular de Na +. As, a medida que se reduce la concentracin de sodio extracelular, el potencial de accin se hace menor y el tiempo de latencia mayor, disminuyendo tambin la amplitud (la espiga). Esto sucede al contrario que en el potencial electrotnico, en el que, aunque se vare el sodio no se producen repercusiones porque es una pequea despolarizacin en la que apenas entra ese in. Todo esto se supo gracias a varias tcnicas: - Tcnica del voltaje controlado: Se suministra la corriente necesaria para contrarrestar los mecanismos que fisiolgicamente tienden a llevar el potencial de membrana al reposo. Es decir, evita que el valor del potencial de membrana en reposo se recupere, haciendo que se mantenga en un nivel determinado (se fija o estabiliza el voltaje de la membrana y se estudia su conductancia inica). De esta forma, se fija la conductancia del in (pues depende del potencial de la membrana) y se estudia el funcionamiento del in manteniendo esa conductancia constante.

-

Tcnica de pinzamiento de un parche de membrana: Se basa en la tcnica anterior. Se asla un nico canal y se estudia su conductancia para un in modificando la concentracin intracelular y extracelular.

-

Bloqueo selectivo de canales inicos: Los canales dependientes de voltaje se pueden manipular farmacuticamente.

o Tetradotoxina y anestsicos locales (cocana): Bloquean la compuertade activacin de los canales de sodio, por lo que impiden el potencial de accin y permiten solamente un flujo de electricidad que sale gradualmente hacia el exterior celular (K+).

o Tetraetilamonio: Tiene el mismo efecto en los canales de potasio quela tetradotoxina en los canales de sodio. La consecuencia es un flujo de electricidad brusco hacia el interior de la clula (Na+).

o

Pronasa: Mezcla de enzimas proteolticos que provoca una demora en el comienzo de la inactivacin del canal y, con ello, del periodo refractario, esencial en el potencial de accin.

CANALES DEPENDIENTES DE VOLTAJE

Pgina 27

S.C.S. Los canales de sodio se encuentran en tres estados, que dependen del potencial de membrana. Estos estados son: el estado de reposo (-60 mV), el estado activo (desde el potencial umbral, -45 mV, hasta la inactivacin, +35 mV) y el estado inactivo. El paso de estado de reposo estado a activo es muy rpido, lo mismo que de activo a inactivo. Sin embargo, el paso de estado inactivo a reposo es mucho ms lento. Con el potencial de membrana en reposo, el canal tiene una compuerta de activacin que bloquea el canal. Aplicando estmulo elctrico, la membrana se despolariza, lo que abre la compuerta de activacin y el sodio entra a la clula por el canal ahora activo. Tras esto, la compuerta de inactivacin bloquea los canales de Na+ activos, lo que junto con la apertura de los canales de K + dependientes de voltaje origina la repolarizacin de la membrana cuando se alcanzan los 35 mV (disminuye la conductancia del Na+). Este ltimo paso depende de voltaje (pero no es un voltaje fijo), algunos canales estarn inactivos y otros en proceso, aunque todo ocurre muy rpidamente. Los canales de potasio presentan dos estados (reposo y activo) y una cintica lenta en cualquier direccin. Tienen solo una compuerta sensible a voltaje. En estado de reposo del potencial de membrana, la compuerta cubre el poro del canal. Cuando comienza la despolarizacin, la compuerta se separa del canal y aumenta la salida del potasio al exterior celular. EL PERIODO REFRACTARIO Una vez ocurrido el potencial de accin, a la membrana le cuesta llegar al reposo. Al final del potencial de accin se dan unas circunstancias que constituyen el perodo refractario, pues hay un intervalo de tiempo en el que, tras producirse un potencial de accin, la neurona no puede generar otro porque tiene disminuida su excitabilidad. Hay situaciones en las que si se aplican dos estmulos elctricos idnticos (pulsos cuadrados de igual amplitud y duracin) no lo suficientemente separados en el tiempo, el segundo no provocar un potencial de accin, sino electrotnico. Se dice que la clula est en periodo refractario. El potencial de accin, en el caso de que se produzca, es porque estn lo suficientemente separados en el tiempo.

De todas maneras, si la segunda corriente es mayor en intensidad y duracin podra ser posible que se produjese un potencial de accin, que ser similar al otro pero de menor amplitud en funcin del tiempo que los separe.

En el periodo refractario se distinguen dos fases:

Pgina 28

S.C.S.

-

Periodo refractario absoluto: No se puede excitar la neurona. El nmero de canales de sodio inactivados es demasiado grande como para poder producir un potencial de accin, y los canales abiertos son menos que los necesarios para producir el estmulo, lo que permite la recuperacin de la membrana (tambin influyen la ATP-asa de Na+/K+ y los canales pasivos). Representa el tiempo que tardan los canales de Na+ dependientes de voltaje en pasar desde el estado inactivo al de reposo. Grficamente va desde el pico de la espiga hasta el final de la fase posthiperpolarizante.

-

Periodo refractario relativo: La membrana es capaz de producir potenciales de accin, pues el nmero de canales inactivos va siendo menor conforme ms tiempo pase. Por eso, cunto ms tarde se produzca el segundo estmulo, mejor se produce el potencial de accin. En este periodo, permanecen abiertos los canales de K+, por lo que la despolarizacin producida por la entrada de Na+ ser siempre superada por la repolarizacin que produce la salida de K+. En consecuencia, cualquier potencial de accin que se dispare tendr una amplitud menor de lo normal. Grficamente va desde el final del periodo refractario absoluto hasta el inicio de un nuevo potencial de accin.

Las funciones del periodo refractario son: - Permitir que la membrana regrese al potencial de reposo. Impedir que se sumen los potenciales de accin (siempre tienen la misma intensidad) creando cortocircuitos en la membrana. Propagar el potencial de accin en un nico sentido.

Clase 12 MEDICIN DEL POTENCIAL DE ACCIN EN NEURONAS Para transmitir la informacin a travs del sistema nervioso, el potencial de accin generado por una neurona ha de ser transmitido a otras neuronas a travs de la sinapsis. Se construye la curva slo con los estmulos que han dado potenciales de accin (aquellos pulsos cuadrados que han superado el estmulo umbral), poniendo en ordenadas su amplitud y en abscisas su duracin. Al paciente se le estimula extracelularmente mediante un estmulo y un electrodo de registro extracelular. Se aplican registros en los que se vara la amplitud y la duracin en diversas combinaciones, y se llevan a la grfica los que dan un potencial de accin. La curva que se forma definida por los dos parmetros es una hiprbola, y es caracterstica de cada fibra nerviosa. La hiprbola indica que si aplicamos un pulso de pequea duracin, aunque su amplitud sea muy grande, ese pulso no ser efectivo (no genera potencial de accin). De la misma forma, indica que un pulso con pequea amplitud de larga duracin, tampoco ser efectivo. Es decir, que pese a que se pueda variar la amplitud y la duracin, existen unos lmites, es decir, un valor mnimo de amplitud y uno de duracin para el cual, por mucho que se aumente el otro parmetro, no se produce un estmulo umbral. De ah la importancia de encontrar la combinacin entre la amplitud y la duracin para analizar el funcionamiento. Relacionado tambin con el umbral de activacin de una fibra nerviosa (el que genera el potencial de accin) hay dos parmetros diagnstico de enfermedades nerviosas: reobase y cronaxia. Con la curva se pueden analizar los dos parmetros.

Pgina 29

S.C.S. Reobase: Es la asntota paralela al eje de las X e indica la amplitud ms pequea de pulso que puede ser efectiva al generar un potencial de accin, aunque la duracin del estmulo deba ser infinita. Si se reduce no se produce el potencial de accin, por lo que indica una amplitud no muy grande. A partir de ella se calcula la cronaxia.

-

Cronaxia: La cronaxia es el tiempo que ha de aplicarse un pulso cuadrado hasta que se llega al potencial de accin sabiendo que ese estmulo tiene dos veces la amplitud que se encuentra en la reobase. Es el tiempo mnimo para que se d un potencial de accin con esa amplitud (la del pulso cuadrado = dos veces la de la reobase). Indica la excitabilidad de la fibra, pues a menor valor de la cronaxia, ms excitable es. Tiene valor diagnstico, pues dos fibras con igual valor de reobase pueden tener diferente valor de cronaxia, es decir, que queda una desplazada sobre el eje de abscisas en la grfica respecto a la otra. Eso indica que la fibra que tenga un mayor valor de cronaxia presenta una menor excitabilidad, por lo que es necesario aplicar el pulso cuadrado durante ms tiempo.

TIPOS DE PULSOS - Subumbral: Es un potencial que, dada su pequea amplitud, no produce potencial de accin sino local. Son aquellos estmulos que producen despolarizacin de la membrana, pero sta es insuficiente para alcanzar el nivel umbral de disparo, y lo mximo que puede alcanzar es un potencial electrotnico. Sin embargo, al suministrar un tren de estmulos con estas caractersticas, s se puede obtener un potencial de accin debido a las propiedades de sumacin temporal (porque la membrana no ha llegado al reposo cuando se aplica el siguiente estmulo, y se suman las despolarizaciones).

-

Umbral: Es aquel que genera potencial de accin mientras se aplica. El estmulo tiene la intensidad suficiente para producir un potencial de accin ya que produce una despolarizacin que alcanza el nivel umbral de disparo. No existe un nico estmulo umbral, sino que variando su amplitud y duracin se puede conseguir el mismo efecto (es decir, si se aplica un

Pgina 30

S.C.S. estmulo ms largo se necesita menor amplitud para generar un potencial de accin y viceversa).

-

Supraumbral: Es aquel que genera potencial de accin pero aumentando la frecuencia, porque es el de mayor intensidad de todos. El estmulo tiene una intensidad tan grande que produce una despolarizacin que sobrepasa con creces el nivel umbral de disparo y da lugar a un potencial de accin. Asimismo, su exceso de energa abre al instante el nmero necesario de canales de sodio dependientes de voltaje y por ello no se aprecia tiempo de latencia.

PROPAGACIN DEL POTENCIAL DE ACCIN El estmulo umbral genera un potencial de accin que se propaga a lo largo del axn hasta la terminacin nerviosa. Se propaga porque se van abriendo nuevos canales dependientes de voltaje a lo largo del axn, pero cuando aparece el de ms adelante, el anterior desaparece; es un potencial totalmente nuevo. Son potenciales nicos, no es que se desplace el mismo a lo largo del axn, sino que cada vez es un nuevo potencial de accin ms avanzado. La aplicacin de un estmulo en un punto A produce una despolarizacin inicial que abre los canales de sodio dependientes de voltaje. Esto supone la entrada de sodio a la clula y, por tanto, la generacin de un potencial de accin en el punto de estimulacin. Cuando la despolarizacin llega a otro punto B, se abren los canales de sodio y potasio dependientes de voltaje y tiene lugar otro potencial de accin. Todos los potenciales de accin son iguales, se propagan sin decremento en la amplitud ni en la duracin. Son iguales porque la amplitud del potencial de accin viene dada por el potencial de equilibrio del Na+ y el K+, y la duracin por el tiempo de apertura de los canales, que para una misma fibra es siempre constante. Lo que hace que se codifique la informacin de distintos estmulos es la frecuencia con la que tienen lugar los potenciales de accin, que aumenta con la mayor amplitud y duracin del estmulo aplicado. Sin embargo, existe un lmite de potenciales de accin que tienen lugar a lo largo de una fibra y ste se debe al periodo refractario

Pgina 31

S.C.S. de los canales inicos. La duracin de los potenciales de accin en el hombre oscila entre 0.5 y 2 milisegundos. DIRECCIN DE LA PROPAGACIN El cono axnico o zona integradora es aquella donde se generan los potenciales de accin (es la zona con mayor densidad de canales de Na+ de toda la neurona y stos son extraordinariamente sensibles a los estmulos). Desde ah, el potencial de accin se propaga hacia la terminal axnica y no hacia el soma. Esto es as porque la densidad de canales de Na+ dependientes de voltaje disminuye considerablemente entre el cono axnico y el soma, pero se mantiene elevada en el resto del axn. Sin embargo, cuando se aplican estmulos experimentales en cualquier punto del axn, el potencial de accin puede propagarse en dos direcciones: Ortodrmica: en sentido fisiolgico (hacia la sinapsis del axn). Antidrmica: en direccin opuesta (hacia el soma de la neurona).

Experimentalmente, la direccin de propagacin del potencial de accin se produce simultneamente en direccin antidrmica y ortodrmica, pues el estmulo ocurre a mitad de recorrido del axn. Sin embargo, funcionalmente, la estimulacin se produce en la zona integradora (al comienzo del axn), por lo que el potencial de accin slo se propaga en direccin ortodrmica ya que en el soma no existen suficientes canales dependientes de voltaje. La propagacin del potencial de accin es unidireccional debido al periodo refractario, el cual evita que el potencial de accin vuelva por la membrana ya despolarizada. As, la membrana no pierde su funcionalidad. Slo si no hay periodo refractario el potencial de accin se propagara en una direccin y regresara por la membrana previamente despolarizada. La membrana recuperar su polaridad cuando las concentraciones extracelulares e intracelulares de Na+ y K+ sean las adecuadas. Esto se debe a la funcin de la ATPasa dependiente de Na+/K+. Esa despolarizacin va avanzando por el axoplasma mediante circuitos locales de corriente elctrica que se deben a la diferencia de potencial entre la zona de la membrana despolarizada y la zona en reposo. El potencial electrotnico disminuye su amplitud a medida que recorre la membrana, se va amortiguando porque est sometido a las propiedades cable de sta. Sin embargo, en el potencial de accin la propagacin es un fenmeno de todo o nada que ocurre sin decremento porque se regenera, es decir, que el potencial de accin que se produce en un segmento de la membrana acta como estmulo del siguiente y as sucesivamente, mientras que en ese momento no se puede volver a producir un potencial de accin porque la membrana entra en el periodo refractario.

VELOCIDAD DE PROPAGACIN La velocidad de propagacin del potencial de accin determina el flujo de informacin a travs del sistema nervioso. Las constantes de longitud y tiempo no afectan a la amplitud ni duracin del potencial de accin, pero s a su velocidad de propagacin. La intensidad de la corriente producida en un potencial de accin debe atravesar la resistencia

Pgina 32

S.C.S. axoplsmica que lo enlentece (relacionado con , es decir, que una mayor constante de longitud proporciona una mayor velocidad de propagacin), porque tiene que propagarse al segmento siguiente, pero adems no hay que olvidar que la membrana es un condensador y por ello no habr despolarizacin espontnea, sino que tardar un poco en producirse por la constante de tiempo (depende de el tardar ms o menos en alcanzar el umbral de disparo, es decir, que una menor constante de tiempo proporciona una mayor velocidad de propagacin).

RADIO DEL AXN La constante depende de la resistencia axoplsmica y de membrana, y a su vez la primera depende del rea transversal y la segunda del permetro de la membrana. Por ello, aumentando el radio del axn (es decir, el dimetro de las fibras) se aumenta la velocidad de propagacin, porque se aumenta y disminuye la amortiguacin de la corriente que pasa de un segmento a otro. Por otra parte, el aumento de dimetro tambin produce una reduccin de , pues se disminuye la Rm. Al aumentar el radio del axn, aumenta la capacidad de carga, y al disminuir se consigue que disminuya el nivel umbral de disparo, y que aumente la velocidad de conduccin. Las vas neuronales muy importantes para la supervivencia tienen axones muy anchos, como el axn gigante del calamar. Pero para aumentar el permetro de las fibras nerviosas, llega un momento en el que se necesita mucho espacio, por lo que en vertebrados hay otro sistema adicional. El sistema tiene un lmite, porque en el medio en el que viven muchos seres no pueden existir fibras con ms de un milmetro de dimetro.

AISLAMIENTO DE LA MEMBRANA DEL AXN CON MIELINA La solucin a esto ha sido una simbiosis entre las clulas de la Gla (Schwann y oligodendrocitos) y las neuronas, y el mecanismo usado para solucionar el problema de la velocidad ha sido la mielinizacin. La mielina es un fosfolpido mal conductor de la electricidad (aislante) secretado por las clulas de Schwann en el sistema nervioso perifrico y por la oligodendrogla en el central. Se encuentra envolviendo en capas concntricas al axn, pero no de forma continua, sino que cada bloque de clulas de Schwann con mielina est separado de otro por una zona sin mielina llamada nodo (ndulo de Ranvier). En el nodo hay gran cantidad de canales de Na+ dependientes de voltaje, y es all donde se genera el potencial de accin. Por ello incrementa la velocidad de propagacin. En concreto, la mielina modifica las propiedades pasivas de la membrana, pues hace que el condensador que tiene acumule menos carga, por lo que se despolariza antes la membrana e impide que pase ms electricidad hacia la superficie de la membrana, por lo que la despolarizacin, el nico camino que puede seguir sin dificultad, es el axoplasma. Aumenta la resistencia de membrana, por lo que las prdidas al medio extracelular son mnimas. Toda la corriente va por el interior, mediante la resistencia axoplsmica, y no al exterior, por lo que hay mayor velocidad. Adems, cuesta menos cargar la membrana (disminuye su conductividad), y ocurre ms rpido. De ah que aumente la propagacin.

Pgina 33

S.C.S. La membrana nodular es rica en canales de Na+ dependientes de voltaje, y sirve para evitar que se agote la corriente producida por los potenciales de accin. Entonces, en un flujo local de corriente de Na +, slo fluye por el interior del axoplasma, no hay fuga de iones porque no pueden salir debido a la mielina, as que siguen hasta el nodo y all producen un potencial de accin que introduce ms Na+. Es decir, el potencial de accin solo se produce en los nodos de Ranvier y lo que se transmite entre estos no es el potencial de accin, sino la corriente despolarizante. Este mecanismo se denomina Conduccin Saltatoria.

Adems, es una propagacin ms econmica, porque slo se gasta energa en los sitios de despolarizacin (los nodos, que son los nicos que se despolarizan): es decir, que las ATP-asa que en una neurona amielnica deben activarse por todo el axn para restablecer el reposo tras el potencial de accin, slo deben activarse, en la conduccin saltatoria, en los nodos. Con relacin a las propiedades pasivas, la presencia de mielina: - Disminuye la capacitancia de membrana, que almacena menos cargas. Aumenta la resistencia de la membrana al impedir que pase flujo elctrico. Disminuye la resistencia axoplsmica y la electricidad fluye fcilmente por el axoplasma

La mayor parte de las fibras nerviosas tienen mielina. Existen varios tipos de terminales nerviosas (con mielina son A y B; mientras que las C son sin ella). Y dentro de eso, hay fibras ms veloces (A) porque hay sistemas en el organismo que necesitan una mayor velocidad que otros (por ejemplo, los propioceptores, que se encargan de detectar la postura, deben ser rpidos para no caerse). Las fibras ms lentas son las carentes de mielina (C), que estn implicadas en procesos nociceptores como el dolor de muelas. Los subgrupos se diferencian en el dimetro.

POTENCIAL DE ACCIN COMPUESTO Los nervios son centenares de neuronas cuyos axones van juntos, y en un nervio lo que existe no es un potencial de accin, sino un potencial de accin compuesto. Si se estimula todo un nervio elctricamente, y se sitan dos electrodos de registro, se ve que no es un fenmeno todo o nada porque tienen diferente amplitud (ya que cada fibra tiene un umbral de activacin y una velocidad de propagacin diferentes y el electrodo de registro lo que hace es sumar las despolarizaciones de todos). Primero se activarn las fibras que tengan un umbral ms bajo (los ms anchos) y darn un potencial ms grande, pero despus se van adicionando los ms lentos en un fenmeno llamado reclutamiento.

Pgina 34

S.C.S.

Clase 13 DOCTRINA DE LA NEURONA En el siglo XIX Ramn y Cajal aport diferentes trabajos del SNC e introdujo el actual concepto de neurona. El SNC est compuesto por miles de clulas nerviosas separadas y comunicadas entre s. Por esto recibi el premio Nobel en 1906. En 1932 se introdujo el concepto de sinapsis. El SNC est compuesto por neuronas y gla. Las clulas nerviosas estn dedicadas a la transmisin elctrica de la informacin, por otro lado, la gla no es una clula excitable por lo que no puede tener esta funcin, pero es fundamental para la transmisin. La sinapsis es una zona especializada de contacto entre dos neuronas, transmitindose la informacin de una a la otra en una direccin. Hay dos elementos: el elemento presinptico y el elemento postsinptico. La neurona presinptica siempre es una neurona pero el postsinptico puede no serlo: puede ser una neurona (sinapsis neuronal), en los sistemas sensoriales; puede ser una clula muscular (sinapsis neuromuscular), la base de los sistemas motores; y tambin puede ser una clula secretora, que hace que funcione el sistema endocrino. SINAPSIS NEURONAL Hay dos tipos: - Sinapsis elctrica: La informacin se transfiere por medio de un flujo pasivo corriente elctrica. El elemento presinptico genera el flujo elctrico y lo transmite a la siguiente neurona. El espacio sinptico mide tres nm.

-

Sinapsis qumica: La informacin se transfiere por la liberacin de un compuesto qumico (neurotransmisor), que difunde al espacio sinptico (2040 nm). El neurotransmisor se une a receptores de la neurona postsinptica y produce cambios electroqumicos en ella.

SINAPSIS ELCTRICA Es muy sencilla. Se localizan en la llamada unin en hendidura. En la hendidura se localizan canales inicos (GAP) perfectamente acoplados de tal manera que cada par de canales forma un poro por donde fluye la electricidad. Por el poro pasan iones, ATP y molculas con pequeo peso molecular. La transmisin de la electricidad se produce de forma pasiva por estos canales. Esta sinapsis tiene tres caractersticas principales: - Bidireccionalidad: El elemento presinptico es el que est invadido por la despolarizacin, habindola provocado un estimulo sensitivo o elctrico. Por lo que es una transmisin bidireccional dependiendo de cul sea el elemento presinptico. Rapidez: La transmisin de informacin es instantnea prcticamente, lo que se debe a que los canales presentan gran conductancia inica (muy poca resistencia). La conductancia de estos canales se puede modificar, pues stos presentan dos posiciones (cerrada y abierta). Los canales se abren cuando giran en sentido de las agujas del reloj si aumenta el voltaje. Si disminuye el pH (se hace cido) o aumenta la concentracin intracelular de Calcio, el canal se cierra. Esto ltimo ocurre cuando la clula se lesiona.

Pgina 35

S.C.S. Sincronizacin: En el hombre hay sinapsis elctrica en aquellas neuronas que tienen que estar coordinadas en el funcionamiento, por ejemplo en el desarrollo embrionario. Las clulas de gla tambin estn coordinadas y las clulas del musculo cardiaco son otro ejemplo.

SINAPSIS QUMICA No hay transferencia directa de la electricidad y la direccin en que se produce es siempre de la neurona presinptica a la postsinptica. Es