FISIOLOGIA I

¿y para qué?...Técnica de medida oparámetroRango de lamedidaRango de frec. de laseñal (Hz)Transductor o métodoElectrocardiografía(ECG)0.5–4 mV 0.01 – 250 Electrodos superficialesElectroencefalografía 5–300 m V Dc – 150 Electrodos de cuero cabelludo(EEG)Electrocorticografia 10–5000 m V Dc – 150 Electrodos de profundidadElectrogastrografia10-1000 m V0.5–80 mVDc – 1Electrodos superficialesElectromiografia(EMG)0.1–5 mV Dc – 10000 Electrodos de agujaPotenciales de ojo 50–3500 m V Dc – 50 Electrodos de contacto(EOG)0–900 m V Dc – 50(ERG)

Potencial de Acción Celular• Los cambiosdel potencialdemembrana son señales importantespara las células excitables:NeuronaMúsculoLas células excitables tienen en sumembrana canales de sodio (Na+)operados por voltaje

Potencial de Acción Celular

Potencial de Acción Celular

Potencial de Acción Celular

Potencial de Acción Celular

Potencial de Acción•El Potencial de Acción noes más que un cambiobrusco en la polaridad de lamembrana que está enreposo.

Potencial de Acción

Potencial de Acción• Génesis del Potencial de Acción:Cualquier acontecimiento que cambie yaumente RÁPIDAMENTE el potencial demembrana y sobrepase el UMBRAL alrededorde los – 65 mV, provocará que se abran loscanales de Na+ (voltaje dependientes) enforma PROGRESIVA y RECLUTANTE.

Potencial de Acción• Cualquier fenómeno que aumente lapermeabilidad al Na+ producirá la aperturade los canales de Na+ automáticamente:• Pueden ser:*Estímulos físicos*Estímulos químicos*Estímulos eléctricos

Potencial de Acción• El cambio de permeabilidad en elpunto de excitación permite elmovimiento de iones de un lado aotro de la membrana, provocandouna variación en el potencial dereposo, lo que genera una nuevadiferencia de potencial que da inicio aun potencial de acción celular.

Potencial de Acción

Potencial de Acción

Potencial de Acción

Potencial de Acción

Potencial de Acción

Potencial de Acción

ELÉCT TRICOPOTENNCIAL0 mV-70 mVPOTENCIAL LOCAL (ELECTROTÓNICO)1 msPotencial local o Potenciales graduados (electrotónico)• Variable•Pasivo• No se propaga (se extinguerápidamente)TIEMPO

Potencial Local

Fases del Potencial de Acción• Un potencial de acción es un cambiomuy rápido en la polaridad de lamembrana de negativo a positivo yvuelta a negativo, en un ciclo quedura unos milisegundos. Cada ciclocomprende una fase ascendente, unafase descendente y por último unafase hiperpolarizada.

Fases del Potencial deAcción• Fase de Reposo Celular:‣ Es el potencial de membrana en reposo,antes del comienzo del potencial de acción.‣ Aquí la membrana esta POLARIZADA,debido al potencial de membrana negativode -90 mV (Interior celular negativo)

Fases del Potencial deAcción• Fase de Despolarización:En este instante, la membrana se hace muypermeable a los iones Na+ (por aperturamasiva de canales de sodio voltajedependientes)Esto genera entrada de cargas (+) al interiorcelular en cantidad importante (CorrienteInterna de iones)Se comienza a invertir la polaridad d celular l dereposo.

Fase de DespolarizaciónEVENTO CLAVE:• ACTIVACION DEL CANAL DE Na+

Pregunta interesante…•¿Porqué se activan loscanales de Na+ antes quelos de K+ en respuesta alestímulo de ladepolarización?

Respuesta interesante…•Porquelos canales deNa+ son más sensibles alcambio de voltaje quelos canales de K+

Fase de Despolarización• Cuandomembranaelalcanzapotencialundevoltajeentre -70a – 50 mV, se va aproducirconformacionalNa+,conunenelactivacióncambiocanaldedelacompuerta de entrada: se pasa alESTADO ACTIVADO DEL CANAL.

Potencial Umbral•ElvalordepotencialdemembranaenelqueloscanalesdeNa+seabrenmasivamente (produciendo ladespolarización) se denomina:POTENCIAL UMBRAL

Fase de Despolarización•Laconductancia a losionesNa+aumentacerca de 5000 veces porencima de lo normal enesta fase.Canales Na+ abiertos/Canales K+ abiertos (20:1)

Fase de Despolarización

Canal de Na+

Canal Iónico

Ciclo de HodgkinCírculo de retroalimentación positiva

Capa de solvatación

Fase de Despolarización• El movimiento de iones Na+hacia el interior hace que elpotencial de membrana ahora sesobre-excite, más allá del valor onivel cero y se haga positivo. Esepico del potencial de acciónalcanza un valor de casi 35 mV(positivos)

Fase de Despolarización•Elcambiobruscodelpotencial de membrana,hace que se acerque alpotencialdeequilibriodelionNa+(ENaENa+)(unos +50a+55mV)

Fase de DespolarizaciónDespolarización

Fase de Despolarización

Inicio de la Repolarización• El mismo aumento de voltaje que abre lacompuerta de activación, cierra también lacompuerta de inactivación. Esta compuertase cierra diezmilésimas de segundodespués que se abrió la compuerta deactivación. El cerrar la compuerta deinactivación es un proceso un poco máslento.• Los iones Na+ no pueden entrar más.Comienza la Repolarización.

Fase de Despolarización

Fase de Repolarización• En unas diezmilésimas de segundo dehaberse abierto los canales de Na+comienzan a cerrarse, y los de K+ (voltajedependientes) a abrirse.• Así, hay salida de iones K+ hacia el exterior(Corriente externa de iones) celularrestableciéndose poco a poco el potencialde membrana en reposo normal.• Es la fase de Repolarización de lamembrana

Fase de Repolarización• En la fase de Repolarización, elpotencial de membrana vuelve arepolarizarse en dirección al valordel potencial de membrana enreposo, esto es, muy cercano alpotencial de equilibrio del ion K+(EK+)

Fase de RepolarizaciónDespolarización

Fase de RepolarizaciónEn REPOSOFinal delpotencial acción

Fase de Repolarización• Cuando elpotencialdemembranaaumenta desde -90mV hasta ceromV, seproduceaperturaconformacional de la compuerta delcanal de K+ permitiendo la salida deiones K+ hacia el exterior celular.l• Se abren casi al mismo tiempo que sevan cerrando los canales de Na+

Fase de Repolarización

Fase de Hiperpolarización• En esta fase continua la salida ionesK+ hacia el exterior, pero en formamás lenta, ya que los canales tardanmás en cerrarse, y los de Na+ serecuperan lentamente de lainactivación. ió El potencial demembrana se vuelve más negativo delos normal (la membrana sehiperpolariza)

Fase de Hiperpolarización

ATPasa Na-K• La bombadeNa-K terminaelproceso, al restablecer los gradientesiónicos asusvalores normales.

Gráfico del potencial de acciónEs tan rápido, que en un osciloscopio se llama ESPIGA

ResumenFases del potencial de acción:• Depolarización: 0,2 a0,5 ms. Se alcanzaun voltaje de hasta +35mV.• Repolarización: 0,5 ms. El voltaje vuelveal valor de potencial de reposo.• Hiperpolarización: El voltaje desciendepor debajo del potencial de reposo.

Osciloscopio digital

Imagen de osciloscopio

Conductancias iónicas• Canales de sodio:– Muy rápidos en su activación– Provocan despolarización– Se inactivan• Canales de potasio:– Menos rápidos en su activación– Revierten la despolarización.ación

Conductancias iónicas

Conductancias iónicas

Conductancias iónicas

Ecuación de Goldman

Período Refractario• Al cerrarse los canales de Na+, entran enuna fase de muy poca capacidad derespuesta: están INACTIVOS.• Se requerirá de cierto tiempo para quepuedan volver a activarse.• Así, durante la fase de repolarización delpotencial de acción, no podrá generarseotro potencial de acción: PeríodoRefractario.

Período Refractario• Periodo refractario absoluto:Es aquella fracción de tiempo, después de iniciarse unpotencial de acción, durante la cual ningún estimulo (pormuy elevada que sea su magnitud) puede excitar esaporción de fibra. Su duración es variable, dependiendo deltipo de fibra de que se trate.• Periodo refractario relativo:Es aquella fracción de tiempo, después de iniciarse unpotencial de acción, durante la cual para que se genere unnuevo potencial de acción se requiere que el estimuloaplicado sea de una intensidad elevada.

Período RefractarioPeriodo refractario absoluto– Asegura que cada potencial de acción estéSeparado uno del otro.–Origina la transmisión del impulso nerviosoen una única dirección (hacia delante)

Período Refractario Absoluto

Período Refractario

Y, ¿Los otros iones qué? …

Iones Calcio• En algunas células como las cardíacas y lasmusculares lisas, el Ca++ actúa (o cooperacon el ion Na+) para producir la mayorparte del potencial de acción.• Existencia de canales de Ca++ activadospor voltaje. También son ligeramentepermeables al Na+• Su activación es muy lenta comparada alos canales de Na+ (son canales lentos)

Dato de interés• La alta concentración de Ca++ en líquidoextracelular tiene un efecto importante sobre elnivel de voltaje enqueseactivan los canales deNa+• Al existir déficit de iones Ca++, los canales deNa+ se abren por un aumento muy pequeño delpotencial de membrana.• Así, la fibra nerviosa se vuelve muy excitable, ydescarga repetitivamente (aún sin estímulos),hecho conocido como tetania muscular.

Ley del Todo o Nada• Es una característica del potencial de acción.• Se aplica a todos los tejidos excitables.

Otras Características delPotencial de Acción• Viaja a grandes distancias• No pierde intensidad durante sudesplazamiento• Son todos idénticos. Es continuo• Unidireccionales gracias al períodorefractario• Principal forma de comunicación entre lasneuronas• Un potencial de acción es un impulsonervioso

Generación de potenciales de acción• Los mismos se generan en regionescelulares donde existen elevadasconcentraciones de canales de Na+(más de 12.000 x µ2)• En una neurona clásica éste tipo deregióneselconoaxónicoosegmentoinicial del axón.

Bloqueantes de canales de Na+• Un número de toxinas y químicos puedenbloquear o modular la función de loscanales de Na+ en la membrana celular.• Existen diversas clasificaciones según sumodo de acción o sitio de binding omodificación de los mecanismos cinéticosde cierre o apertura del canal.• Muchas de esas toxinas existen enorganismos inferiores vivos.

Bloqueantes de canales de Na+• Saxitoxina (STX) (en dinoflagelados)• Tetroidotoxina (TTX) (aislado de peces)• µ-Conotoxina• Batracotoxina• Veratridina• Aconitina• Toxina de anemona marina• α-Escorpio-toxinap• Brevetoxina• Toxina de alacranes• Fármacos moduladores

Bloqueantes Canales K+• Agitoxina• Aminopiridina• Charibdotoxina• Glibenclamida• Veneno de escorpión• Tetracaína• Dendrotoxina• Margatoxina• Minoxidilo

Propagación del Potencial de Acción

Corrientes Locales

Circuito de Corrientes Locales

Circuito de Corrientes Locales

Propagación del potencial de acción:El Impulso Nervioso

Propagación del potencial de acción:El Impulso Nervioso

Propagación del potencial de acción

El Impulso Nervioso

Conducción NerviosaConductividad: Es lacapacidad d de las célulaslde propagar un cambiode potencial desde unpunto de estimulación atodo lo largo de lamembrana a celular.

Conducción Ortodrómica• En el ser humano la transmisiónde la señal nerviosa esORTODRÓMICA. Esto significaqueelflujonervioso,decaráctereléctrico, va siempre desde elcuerpo celular de la neuronahasta su axón, y de ahí al cuerpocelular de la siguiente neurona.

Tipos neuronales

Conducción Antidrómica• En este caso, el impulso nerviosopuede desplazarse o viajar en ambossentidos a los largo de la fibranerviosa.• Es producido en forma patológica oen condiciones experimentales.

Transmisión del impulso nerviosoSu Velocidad de Propagación depende de:• Temperatura de la fibra nerviosa• Diámetro del Axón• Presencia o no de Mielina

Transmisión del impulso nerviosoInfluencia de la temperatura

Transmisión del impulso nervioso

Según diámetro del axónLos axones más gruesos conducenLos axones más gruesos, conducenmejor el impulso nervioso

Transmisión del impulso nervioso

Transmisión del impulso nervioso

Tipos neuronales

Presencia de Mielina

Transmisión del impulso nervioso

Fibra nerviosa

Célula de Schwann

Conducción Saltatoria2 µm

Conducción Saltatoria

Conducción Saltatoria

Velocidad de Conducción•La velocidad de conducción enlas fibras nerviosas varíadesde 0,25 m/s (fibras nomilenizadas pequeñas), hasta100 m/s (en fb fibrasmielinizadas grandes)

Bloqueo por anestésicos Locales• Es un estabilizador de la membrana.• Produce inhibición de la excitabilidad.• Ejemplos: procaína y tetracaína.• Actúan sobre las compuertas de activaciónde los canales de Na+ (haciéndolos másrefractarios a su apertura)• Los impulsos nerviosos no pueden viajar alo largo de los nervios anestesiados.

Otros Estabilizadores de laMembranaIon calcio• Reduce la excitabilidad de lamembrana.• Concentración elevada de Ca++ en ellíquido extracelular, reduce lapermeabilidad de la membrana aiones Na+

Voltaje de Reobase y Cronaxia

Voltaje de Reobase y Cronaxia• Reobase: Intensidad mínima de unestímulo capaz de producir unarespuesta propagada y prolongada.• Cronaxia:Tiempoderespuestacuando la intensidad del estímulo esel doble que la de reobase.

Técnica del Patch Clamp• Técnica del clampeo del voltaje opinzamientodepinzamiento zonal.membranao• Permite estudiar los fenómenoseléctricos cos a nivel de membranaacelular (sobre todo canales)

¿Más? …

Circuito eléctrico equivalenteCircuito equivalente deuna célula esférica.Vm es el potencial dereposo, rm y Cm lasresistencia y capacidad dela célula.lCm tiene un valor aproximado de 1 uF/cm²

Circuito eléctrico equivalenteComponentes de lasconductancias de Na+ y K+con sus respectivospotenciales de equilibrio.Las flechas indican elsentido de la corrientecuando el potencial demembrana es constante.

Para la práctica…

En los momentos de crisis, sólo laimaginación es más importanteque el conocimiento oc–Albert Einstein