TEJIDOS EXCITABLES: POTENCIAL TRANSMEMBRANA DE REPOSO Y POTENCIAL DE ACCIN.Introduccin:Todas las clulas de los mamferos y por tanto del hombre, tienen la capacidad de realizar alguna funcin; por lo tanto la capacidad de generar el potencial de membrana de reposo y potencial de accin, para cumplir su funcin de contraerse, de conducir, de secretar , de crecer etc.La excitabilidad es una propiedad descrita por primera vez en el nervio, pero todas las clulas tienen esta facultad como veremos luego como consecuencia de la distribucin de los electrolitos en el espacio intra y extracelular no uniforme en los distintos tejidos como las neuronas, los miocitos, los enterocitos etc, y por lo tanto tienen diferentes umbrales de excitabilidad y an en un mismo tejido como en las clulas P del nodo sinusal, de las clulas M del ventrculo, ms aun los conocen los hemodinamistas que colocan los marcapasos, nunca los ponen en el ventrculo izquierdo si no en el dercho u a este nivel en el tracto de salida punta nunca en el tracto de entrada.

Tejido excitable: nervio INTRODUCCION: - El SNC 100 000 millones de neuronas y 50 veces de clulas gliales, cuya funcin es la integracin y trnsmisin de los impulsos nerviosos (conducta). -La neurona es la unidad elemental de procesamiento y transmisin de la informacin en el sistema nervioso, generalmente tiene cuatro estructuras: Soma, dendritas, axn y botones terminales. - Soma: Cuerpo neuronal contiene el ncleo y maquinaria, - Dendritas: con ramificaciones.- Actan como receptores

Composicin de los electrolitos en el medio intracelular y extracelular

POTENCIAL DE REPOSO

Eeq= Vm (I=0) = -RT/zF ln [Co] [Ci]Eeq= = -58 mV log [Ci] [Co]Propiedades elctricas de membranasJdiff = -D C xLey de difusin de FickLey de Ohm (partculas cargadas)Johm = -k V xFlujo total (conc. + E ) J = Jdif + JohmEcuacin de Nernst (J=0)Vm = Vin - Vout R=1.98 cal/K.molF= 96500 C/molT= Kz= carga

Potencial transmembrana de reposo (PTR)Hay diferencia en la composicin de los iones entre los espacios extra e intracelular, sometidos al efecto de Donnan por que la membrana es impermeable a algunos iones menos al potasio.La gradiente de concentracin del K+ permite la salida de este in y se polariza la clula con carga negativa y genera una energa de potencial Pe= RT loge (K1)/(K2). Donde P: potencial de equilibrio para el n, R. constante de los gases (8.31 joules/K/M y T: temperatura absoluta loge: logaritmo de base natural y K1 / K2 : concentracin de potasio dentro y fuera Haciendo uso de microelectrodos se determin que el potencial intracelular es de -90 mV Este potencial atrae al in K+ al interior de la clula por diferencia de carga a los dos lados de la membrana y se puede expresar or la siguiente ecuacin. Pe= ZFEm Donde: Z: es la valencia del in F: nmero de Faraday = 96,500 coulombs/M Em: es el potencial transmembrana

Potencial transmembrana de reposo De tal manera la energa de potencial atribuida a ambos difusin y fuerza elctrica es igual en los dos lados de la membrana. RT loge (Ki)/ (Ko) = ZFEm Resolviendo Em Em = RT/FZ loge (Ki)/(Ko) Si cambiamos la base del loge a log de 10 a 37 C (310 k) tenemos. Em = 8.31 x 310/ 96,500 x 2.3 log10 Ko/ Ki Resolviendo la equacin para el potasio sera. Ek = 61 log K o/Ki K+ estracelular es de 5 e intracelular 150 mEq/litro = 61 log 1/30 = - 90 mV. Esta es la equacin de Nernst Ecuacin de Goldman

EK+ECl-ECa++ENa+Potencial de membrana (Vm)-100 mV0 mV+50 mV+100 mVVR

La membrana puede alterar su Vm solo modificando las relaciones de permeabilidad a distintos iones.

Por ejemplo, en reposo es altamente permeable a K, con lo cual Vm es cercano a Ek (~-80 mV).

Si fuera permeable exclusivamente a Na:Vm = ENa = +50 mV (ej. , durante PA)

Ecuacin de Goldman Hodgkin - Katz

Cambios en las relaciones de permeabilidad PK, PCl, PNa, PCa

EK+ECl-ENa+-100 mV0 mV+50 mVEgluEGABAEAChVthEXCITACIONINHIBICION

Actividad neuronal

La expresin de transportadores en la membrana se regula durante el desarrollo neuronalRivera et al., 1999

La NeuronaCono de arranqueDendritas apicalesDendritas basalesSinapsisTerminal presinpticoEspacio sinpticoDendrita postsinpticaKJSesp-F2.1Clulas postsinpticasClula presinptica

Partes de la neurona

Segn el nmero de prolongaciones del cuerpo celularUna clasificacin neuronalKSJ-F2.4

Neurona

Actividad neuronal

Canales: responsables de propiedades elctricas

Canales: pasivos (abiertos) y activos (se abren activamente)

Potencial de reposo de 70 mVCanales pasivos permeables a K+ en toda la neurona

Neurona

CUERPO NEURONAL

Potencial de reposo de la membrana Potencial de reposo de la membrana, toma valores tales entre -60mV y 70mV

La membrana es un condensadorKSJ

1. Pueden ser selectivos al tipo de in:canales de K+, Na+, de Ca2+, ...3. Los activos difieren en el mecanismo de activacin:Un canal se abre o cierra siguiendo alteraciones de diverso tipo que sufre su microentorno. 2. Pueden ser activos o pasivosTipos de canalesDA-Cap1

Canal pasivoKSJ

Canal de Na+ activado por voltajedespolarizacinrepolarizacinKJS-F9.9Refractario: cerrado e inactivableActivo: abiertoCerrado: cerrado y activable

Canales activados por ligando (neurotransmisores)Activacin directa

Activacin indirectaKSJ-F13.1

NEURONA-Axn: Tubo largo y delgado, a menudo cubierto de mielina, lleva informacin hasta los botones terminales el mensaje bsico PA. que se inicia en segmento inicial del axn.Los botones terminales: El axn se ramifica y termina en engrosamiento llamado botones terminales, que secretan una sustancia qumica llamado neurotransmisor(64) conservadas en vesculas, que excita inhibe a la neurona receptora.En el soma encontramos al ncleo, mitocondrias, aparato.de Golgi, retculo endoplasmtico, lisosomas y citoesqueleto.El citoesqueleto de forma a la clula y est formada por tres tipos de filamentos proteicos entrelazados -la ms gruesa son microtbulos (trece filamentos finos tubulina- alrededor de un oquedad).-Los neurofilamentos: largas fibras proteicas -Los microfilamentos formado por doble cadena de actina. Se encuentra en la cara interna de la membrana y es responsable de la contraccin muscular.

Regiones Funcionales KSJ2-F2.8La neurona transforma la seal

neuronaLas neuronas del SN perifrico son muy lagas y el transporte debe ser rpido (transporte axoplasmtico) a lo largo del axn ya sea antergrado llevado a cabo por las protenas quinesina (par de piernas y pie) retrgrado por las protenas llamado dinena

Clulas de SoporteLas neuronas representa la mitad del volumen del SNC y la otra mitad est formado por los diferentes tipo de clulas de soporte.Las neuronas tiene una taza metablica alta pero no tiene capacidad de almacenaje de los nutrientes por cual las clulas de soporte tiene que proporcionarle adems por que la barrera hematoenceflica no deja pasar los aminocidos y no hay el espacio intersticial (lo ocupa la gla). Las clulas de soporte ms importante del SNC es la neurogla. Estas clulas gliales mantiene unido al SNC y les proporciona amortiguacin fsica, qumica, nutricin y limpiezo de las neuronas muertas.

neurona

Se describen dos tipos de clulas gliales en el SNC.: la macroglia> astrocitos, oligodendrocitos, clulas de Schwann y ependimocitos y la microglia formada por los fagocitos con funcin inmunitario Astrocitos: clulas en forma de estrella da soporte fsico a las neuronas, limpia de desechos, proporciona nutrientes y controla el medio interno. Algunos de los procesos de estas clulas envuelven los vasos y se arrollan alrededor de las neuronas, Los astrocitos degradan la glucosa a lactato y as ingresa a la neurona donde es transportado a las mitocondrias. Tambin los astrocitos almacena pequea cantidad de hidratos de carbono como glucgeno como reserva. Otra funcin es el matriz que fija las neuronas, rodean y aslan las sinapsis. Participa en la limpieza del SNC para lo cual tienen la capacidad de viajar por todo el SNC con movimientos ameboides y fagocitan los desechos. Los oligodendrocitos: Su funcin es de soporte a los axones y produccin de vainas de mielina (80% de lpidos y 20% protenas), que deja porciones descubiertas ndulos de Ranvier.Microgla: clulas de menor tamao, actan como fagocitos y tienen la funcin inmunolgica de cerebro.

En el sistema nervioso central, los astrocitos proporcionan soporte estructural a las neuronas y regula la concentracin extracelular de iones y neurotransmisores y proporciona nutrientes y oxgeno

Los oligodendrocitos en el sistema nervioso central Las clulas de Schwann en el sistema nervioso perifricoSon glias que forman la vaina de mielina alrededor del axon

SNC

En el Sistema Nervioso Perifrico (SNP) las clulas de Schwann hacen el papel de los oligodendrocitos del SNC, donde la vaina de mielina est dividida y en cada divisin encontramos a estas clulas de Schwann y provee de mielina a un solo axn. Si un axn de nervio perifrico es daado, las clulas de Schwann se encargan de la digestin de los axones y su forma cilndrica sirve de gua para que los axones vuelcan a crecer (a velocidad de 4 mm da). Las clulas gliales del SNC no se comporta como las del SNP con respecto a la gua y as las neuronas entran en apoptosis.

neuronaSNP

POTENCIALES ELECTRICOS DE LOS AXONESEstudio en axn gigante de calamar (diametro 0.5 mm)Se coloca en una solucin de electrolitos como se indica un en la figura. Dejamos los dos microelectrodos de voltmetro en el lquido y el trazo es cero. Luego insertamos uno de los microelectrodos en el axn y descubrimos que el interior del axn est cargado negativamente, siendo la diferencia de carga de 70 mV. Este es el potencial de membrana. Es una lnea recta mientras no se perturbe al axn. Y se llamar Potencia transmembrana de Reposo .Con un estimulador podemos perturbar y veremos como el interior se hace positivo es lo que llamamos despolarizacin Si aplicamos un estmulo dbil no habr respuesta, lo nos permite aumentar la intensidad del estmulo y as llegar un momento en que vemos en el osciloscopio una onda a que le llamaremos potencial de accin. Adems nos permite definir que hay un umbral de excitacin y luego la respuesta se hace de acuerdo a la Ley del todo nada.

Ramas deDistribucin de los electrolitos: Hay 2 fuerzas: difusin y presin electrosttica

Potencial Transmembrana de Reposo (PTR) y Potencial de Accin (PA)Modelo de estudioPA

PTR y PA

Conduccin saltatoria en una fibra mielinizada

POTENCIAL DE ACCIONDurante el PTR el K+ sufre los efectos de la fuerza de difusin que trata de sacar el K+ del axn por gradiente de concentracin y se opone la fuerza electrosttica dado por la carga positiva de superficie. En el caso del Cl-, la fuerza de difusin trata de meter en el intracelular por gradiente de concentracin, pero la fuerza electrosttica de tener la misma carga lo rechaza. En el caso de Na+, la fuerza de difusin, por gradiente de concentracin trata de meter de Na+ en la clula y la fuerza electrosttica tambin; por lo que los investigadores se explica por que la membrana es impermeable a este in.Durante el PA, la cada breve de la resistencia de la membrana al Na+, seguida por la cada transitoria de la resistencia de la membrana de K+. Vamos a discutir por puntos.1)En el umbral el canal de Na+ controlados por voltaje se abre y el in se precipita al interior por la presin de difusin y fuerza electrosttica y el potencial de membrana cambia de -70 mV a + 40mV.2)Los canales de K+ controlados por voltaje se abren, no se ve.las variaciones.

PA3)En el pico del potencial de accin,los canales de Na+ se inactivan4)Los canales de K+ controlados por voltaje dejan el movimiento libre al K+ y el interior del axn se hace positivo5)Los canales de K+ se cierran y no sale ms K+.6)El potencial de membrana sobrepasa el valor de reposo de -70mV y as se produce la hiperpolarizacin del axn.

CONDUCCIN DEL POTENCIAL DE ACCIN:La conduccin axonal se hace de acuerdo a la Ley del todo nada, con la intensidad del potencial constante a lo largo de las ramas de axn y aun en direccin antidrmica. El PA se inicia en el extremo del axn unido al soma

Modelo en una neurona de mamfero.Indicacin de potencial de reposo con EK potencial de accin con Ena

EIC -92 mV EEC EIC + 62 mV EEC

Conduccin del Potencial de Accin

Conduccin

Propagacin del PAEn la fibra amielnica

Types of Nerve FibersGroup AAxons of the somatic sensory neurons and motor neurons serving the skin, skeletal muscles, and joints.Large diameters and thick myelin sheaths.How does this influence their AP conduction?Group BType B are lightly myelinated and of intermediate diameter.Group CType C are unmyelinated and have the smallest diameter.Autonomic nervous system fibers serving the visceral organs, visceral sensory fibers, and small somatic sensory fibers are Type B and Type C fibers.

Un incremento en la magnitud del potencial de membrana

Grado de despolarizacin de la membrana

El estmulo alcanza el umbral y se produce el potencial de accin

The generation of an action potential++++++++++++Na+Na+K+Na+Na+K+Na+Na+K+Na+K+K+Na+Na+Rising phase of the action potentialUndershootSodium channelAction potentialResting potentialTimeThresholdMembrane potential (mV)+50050100ThresholdCytosolFigure 48.13Depolarization opens the activation gates on most Na+ channels, while the K+ channels activation gates remain closed. Na+ influx makes the inside of the membrane positive with respectto the outside.The inactivation gates on most Na+ channels close, blocking Na+ influx. The activation gates on most K+ channels open, permitting K+ efflux which again makes the inside of the cell negative.A stimulus opens theactivation gates on some Na+ channels. Na+influx through those channels depolarizes the membrane. If the depolarization reaches the threshold, it triggers an action potential.The activation gates on the Na+ and K+ channels are closed, and the membranes resting potential is maintained.Both gates of the Na+ channels are closed, but the activation gates on some K+ channels are still open. As these gates close on most K+ channels, and the inactivation gates open on Na+ channels, the membrane returns to its resting state.

Secuencia de seales en la accin reflejaKSJ2-F2.12

Conduccin en una fibra mielnica

BASES IONICAS DE LA EXCITACIN Y CONDUCCIN

Potencial de Accin

Msculo Miocardico : Potencial transmembrana de reposo

PTR

Potencial de Accin (PA)

Potencial de Accin

Movimiento de los iones durante el PA en el miocito

PA:

DIFERENCIA ENTRE LA CONTRACCIN ESQUELETICA Y CARDIACA