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Av. Carrilet, 3, 9.ª planta, Edificio D Ciutat de la Justícia 08902 L’Hospitalet de Llobregat Barcelona (España) Tel.: 93 344 47 18 Fax: 93 344 47 16 Correo electrónico: consultas@wolterskluwer.com Revisión Científica: Dra. Mónica Méndez Díaz Grupo de neurociencias Laboratorio de canabinoides Departamento de Fisiología de la Facultad de Medicina, UNAM Traducción: Juan Roberto Palacios Martínez Dr. Israel Luna Martínez Dirección editorial: Carlos Mendoza Editor de desarrollo: Cristina Segura Flores Gerente de mercadotecnia: Stephanie Manzo Kindlick Cuidado de la edición: Olga Sánchez Navarrete Maquetación: Carácter Tipográfico/Eric Aguirre • Aarón León • Ernesto Aguirre Diseño de portada: Jesús Mendoza Impresión: R. R. Donnelley-Shenzhen / Impreso en China Se han adoptado las medidas oportunas para confirmar la exactitud de la información presentada y describir la práctica más aceptada. No obstante, los autores, los redactores y el editor no son responsables de los errores u omisiones del texto ni de las consecuencias que se deriven de la aplicación de la información que incluye, y no dan ninguna garantía, explícita o implícita, sobre la actualidad, integridad o exactitud del contenido de la publicación. Esta publicación contiene información general relacionada con tratamientos y asistencia médica que no debería utilizarse en pacientes individuales sin antes contar con el consejo de un profesional médico, ya que los tratamientos clínicos que se describen no pueden considerarse recomendaciones absolutas y universales. El editor ha hecho todo lo posible para confirmar y respetar la procedencia del material que se reproduce en este libro y su copyright. En caso de error u omisión, se enmendará en cuanto sea posible. Algunos fármacos y productos sanitarios que se presentan en esta publicación sólo tienen la aprobación de la Food and Drug Administration (FDA) para uso limitado al ámbito experimental. Compete al profesional sanitario averiguar la situación de cada fármaco o producto sanitario que pretenda utilizar en su práctica clínica, por lo que aconsejamos consultar con las autoridades sanitarias competentes. Derecho a la propiedad intelectual (C. P. Art. 270) Se considera delito reproducir, plagiar, distribuir o comunicar públicamente, en todo o en parte, con ánimo de lucro y en perjuicio de terceros, una obra literaria, artística o científica, o su transformación, interpretación o ejecución artística fijada en cualquier tipo de soporte o comunicada a través de cualquier medio, sin la autorización de los titulares de los correspondientes derechos de propiedad intelectual o de sus cesionarios. Reservados todos los derechos. Copyright de la edición en español © 2019 Wolters Kluwer ISBN de la edición en español: 9788417370367 Depósito legal: M-31935-2018 Edición en español de la obra original en lengua inglesa Board Review Series. Phisiology, 7th edition, de Linda S. Costanzo, publicada por Wolters Kluwer. Copyright © 2019, 2015, 2011, 2007, 2003, 1998, 1995 Wolters Kluwer. Two Commerce Square 2001 Market Street Philadelphia, PA 19103 3 ISBN de la edición original: 978-1-4963-6761-7 4 Para Richard y Dan, Rebecca y Sheila y Elise y Max 5 La fisiología es la base del ejercicio de la medicina, y es imprescindible que el médico tenga conocimientos sólidos de sus principios. El objetivo de este libro es ayudar al estudiante que se prepara para el United States Medical Licensing Examination (USMLE) Step 1, así como en las pruebas académicas de los estudios de medicina, y en general para cualquier examen sobre la materia. Para ello, el texto revisa de manera concisa los principios clave de la fisiología, y está diseñado de modo que el estudiante recuerde con mayor facilidad lo aprendido en los primeros años de la carrera de medicina. No está estructurado como un texto o tratado exhaustivo, sino como un complemento útil para el estudiante en las asignaturas de fisiología y fisiopatología. El material está organizado en siete capítulos que corresponden a los diferentes aparatos y sistemas. El primer capítulo repasa los principios generales de fisiología celular, y los seis restantes, de los principales aparatos y sistemas: neurofisiología, fisiología cardiovascular, fisiología respiratoria, fisiología renal y equilibrio ácido- base, fisiología digestiva y fisiología endocrina. Los conceptos difíciles se explican paso a paso, de manera concisa y clara, con ejemplos, problemas y casos ilustrativos. Se incluyen numerosas correlaciones clínicas de modo que el estudiante comprenda la fisiología en su relación con la medicina. Siempre que es posible se emplea un método integrador para demostrar cómo se coordinan los aparatos y sistemas a fin de mantener la homeostasia. Más de 130 ilustraciones y diagramas de flujo y más de 50 tablas ayudan al estudiante a visualizar el material y a retenerlo a largo plazo. Los apéndices contienen los Temas clave de la fisiología para el USMLE Step 1, las “Ecuaciones clave de la fisiología para el USMLE Step 1” y los Valores sanguíneos normales. Al final de cada capítulo se presenta una autoevaluación que refleja el contenido y el formato del USMLE Step 1. Estas preguntas, muchas de ellas sobre cuestiones de importancia clínica, requieren más habilidades de resolución de problemas que memoria. Las preguntas van acompañadas de explicaciones claras y concisas que guían al estudiante paso a paso en el proceso de razonar las respuestas. Estas preguntas pueden usarse como un examen previo para identificar los puntos débiles, y también sirven como un examen de autoevaluación para determinar el dominio de la materia. Hay que prestar especial atención a la Autoevaluación final, porque sus preguntas integran conocimientos de varias áreas de la fisiología con conceptos relacionados de fisiopatología y farmacología. Novedades de esta edición: Figuras nuevas Actualización del contenido y su organización Mayor cobertura en los campos de la neurofisiología y fisiología, respiratoria, renal, digestiva y endocrina 6 Adición de nuevas preguntas de varios pasos ¡Mis mejores deseos en la preparación de sus exámenes! Linda S. Costanzo, Ph.D. 7 Ha sido un placer participar como autora en la serie Revisión de Temas y trabajar con el personal de Wolters Kluwer. Crystal Taylor y Andrea Vosburgh aportaron su asistencia editorial experta. Mi sincero agradecimiento a los estudiantes de la School of Medicine de Virginia Commonwealth University/Medical College of Virginia, que han hecho muchas sugerencias útiles para esta obra RT Fisiología. Gracias también a los numerosos estudiantes de otras facultades de medicina que se han tomado la molestia de escribirme y hacerme partícipe de sus experiencias con el libro. Linda S. Costanzo, Ph.D. 8 Prefacio Agradecimientos 1. FISIOLOGÍA CELULAR I. Membranas celulares II. Transporte a través de las membranas celulares III. Ósmosis IV. Potencial de difusión, potencial de membrana en reposo y potencial de acción V. Transmisión neuromuscular y sináptica VI. Músculo esquelético VII. Músculo liso VIII. Comparación entre músculo esquelético, músculo liso y músculo cardiaco Autoevaluación Respuestas y explicaciones 2. NEUROFISIOLOGÍA I. Sistema nervioso autónomo (SNA) II. Organización del sistema nervioso III. Sistemas sensitivos IV. Sistemas motores V. Funciones superiores de la corteza cerebral VI. Barrera hematoencefálica y líquido cefalorraquídeo VII. Regulación de la temperatura Autoevaluación Respuestas y explicaciones 3. FISIOLOGÍA CARDIOVASCULAR I. Sistema de circuitos del aparato cardiovascular II. Hemodinámica III. Electrofisiología cardiaca IV. Músculo cardiaco y gasto cardiaco V. Ciclo cardiaco VI. Regulación de la presión arterial VII. Microcirculación y linfa 9 VIII. Circulaciones especiales IX. Funciones integradoras del aparato cardiovascular: gravedad, ejercicio yhemorragia Autoevaluación Respuestas y explicaciones 4. FISIOLOGÍA RESPIRATORIA I. Volúmenes y capacidades pulmonares II. Mecánica de larespiración III. Intercambio gaseoso IV. Transporte de oxígeno V. Transporte de CO2 VI. Circulación pulmonar VII. Defectos de ventilación/perfusión VIII. Control de la respiración IX. Respuestas integradas del aparato respiratorio Autoevaluación Respuestas y explicaciones 5. FISIOLOGÍA RENAL Y EQUILIBRIO ÁCIDO-BASE I. Líquidos corporales II. Depuración renal, flujo sanguíneo renal y tasa de filtración glomerular III. Reabsorción y secreción IV. Regulación del NaCl V. Regulación del K+ VI. Regulación renal de urea, fosfato, calcio y magnesio VII. Concentración y dilución de la orina VIII. Hormonas renales IX. Equilibrio ácido-base X. Diuréticos XI. Ejemplos integradores Autoevaluación Respuestas y explicaciones 6. FISIOLOGÍA GASTROINTESTINAL I. Estructura e inervación del tubo gastrointestinal II. Sustancias reguladoras en el tubo GI III. Motilidad gastrointestinal IV. Secreciones digestivas 10 V. Digestión y absorción VI. Fisiología del hígado Autoevaluación Respuestas y explicaciones 7. FISIOLOGÍA ENDOCRINA I. Generalidades: hormonas II. Mecanismos celulares y segundos mensajeros III. Hipófisis (glándula pituitaria) IV. Glándula tiroides V. Corteza y médula suprarrenales VI. Páncreas endocrino: glucagón e insulina VII. Metabolismo del calcio (hormona paratiroidea, vitamina D, calcitonina) VIII. Diferenciación sexual IX. Reproducción masculina X. Reproducción femenina Autoevaluación Respuestas y explicaciones Autoevaluación final APÉNDICE A. TEMAS CLAVE DE FISIOLOGÍA PARA EL USMLE STEP 1 APÉNDICE B. ECUACIONES CLAVE DE FISIOLOGÍA PARA EL USMLE STEP 1 APÉNDICE C. VALORES SANGUÍNEOS NORMALES Índice alfabético de materias 11 I. MEMBRANAS CELULARES Están constituidas principalmente por fosfolípidos y proteínas. A. Bicapa lipídica 1. Los fosfolípidos tienen un esqueleto de glicerol, que es una cabeza hidrófila (hidrosoluble) y dos colas de ácidos grasos, que son hidrófobas (insolubles en agua). Las colas hidrófobas están frente a frente y forman una bicapa. 2. Las sustancias liposolubles (p. ej., O2, CO2, hormonas esteroideas) cruzan las membranas celulares porque pueden disolverse en la bicapa lipídica hidrófoba. 3. Las sustancias hidrosolubles (p. ej., Na+, Cl−, glucosa, H2O) no pueden disolverse en los lípidos de la membrana, pero pueden cruzar a través de acuaporinas, o poros, o ser transportadas por portadores. B. Proteínas 1. Proteínas integrales de membrana Están ancladas y embebidas en la membrana celular mediante interacciones hidrófobas. Pueden atravesar todo el espesor de la membrana celular. Incluyen canales iónicos, proteínas transportadoras, receptores y proteínas de unión a 5′-trifosfato de guanosina (GTP), llamadas proteínas G. 2. Proteínas periféricas No están embebidas en la membrana celular. No están unidas mediante enlaces covalentes a los componentes de la membrana. Están unidas débilmente a la membrana celular mediante interacciones electrostáticas. C. Conexiones intercelulares 1. Uniones estrechas (zonas de oclusión) Son las uniones entre células (con frecuencia células epiteliales). Pueden ser una vía intercelular para los solutos, según el tamaño, la carga y las características de la unión estrecha. Pueden ser “estrechas” (impermeables), como en el túbulo renal distal, o “porosas” (permeables), como en el túbulo renal proximal y la vesícula 12 biliar. 2. Uniones comunicantes (gap) Son las uniones entre células que permiten la comunicación intercelular. Por ejemplo, permiten el flujo de corriente y el acoplamiento eléctrico entre células miocárdicas. I. TRANSPORTE A TRAVÉS DE LAS MEMBRANAS CELULARES (TABLA 1-1) A. Difusión simple 1. Características de la difusión simple Es la única forma de transporte que no es mediada por portadores. Se produce a favor de un gradiente electroquímico (a favor). No necesita energía metabólica y por lo tanto es pasiva. 2. La difusión puede cuantificarse mediante la siguiente ecuación: 3. Ejemplo de cálculo de la difusión La concentración sanguínea de urea es de 10 mg/100 mL. La concentración de urea del líquido tubular proximal es de 20 mg/100 mL. Si la permeabilidad a la urea es de 1 × 10–5 cm/s y el área superficial es de 100 cm2, ¿cuáles son la magnitud y el sentido del flujo de urea? Notas: el signo menos que precede a la ecuación de difusión indica que el sentido del flujo es de la zona de alta concentración a la de baja concentración. Puede omitirse si la concentración alta se denomina C1 y la concentración baja se denomina C2. 13 También observe: 1 mL = 1 cm3. 4. Permeabilidad Es P en la ecuación de difusión. Describe la facilidad con que un soluto se difunde a través de una membrana. Depende de las características del soluto y la membrana. a. Factores que aumentan la permeabilidad: El ↑ del coeficiente de reparto aceite/agua del soluto aumenta la solubilidad en los lípidos de la membrana. El ↓ del radio (tamaño) del soluto aumenta el cociente de difusión y la velocidad de difusión. El ↓ del espesor de la membrana reduce la distancia de difusión. b. Los solutos hidrófobos pequeños (p. ej., O2, CO2) tienen las permeabilidades más altas en las membranas lipídicas. c. Los solutos hidrófilos (p. ej., Na+, K+) deben cruzar las membranas celulares a través de acuaporinas o poros o por medio de transportadores. Si el soluto es un ion (tiene carga), entonces su flujo dependerá tanto de la diferencia de concentración como de la diferencia de potencial de un lado a otro de la membrana. B. Transporte mediado por transportadores Incluye la difusión facilitada y el transporte activo primario y secundario. Las características del transporte mediado por transportadores son: 1. Estereoespecificidad. Por ejemplo, la D-glucosa (el isómero natural) se transporta mediante difusión facilitada, pero no así el isómero l. En contraste, la difusión simple no distinguiría entre ambos isómeros porque no implica un portador. 2. Saturación. La velocidad de transporte se incrementa a medida que la concentración del soluto aumenta, hasta que los transportadores quedan 14 saturados. El transporte máximo (Tm) es análogo a la velocidad máxima (Vmáx) en la cinética enzimática. 3. Competencia. Los solutos estructuralmente afines compiten por los lugares de transporte en las moléculas portadoras. Por ejemplo, la galactosa es un inhibidor competitivo del transporte de glucosa en el intestino delgado. C. Difusión facilitada 1. Características de la difusión facilitada Se produce a favor de un gradiente electroquímico, de modo parecido a como ocurre en la difusión simple. No necesita energía metabólica y por lo tanto es pasiva. Es más rápida que la difusión simple. Es mediada por portadores, por lo tanto, se requiere estereoespecificidad, saturación y competencia. 2. Ejemplo de difusión facilitada El transporte de glucosa en las células musculares y adiposas ocurre a favor del gradiente de concentración, es mediado por transportadores y es inhibido por azúcares como la galactosa; por lo tanto, se clasifica como difusión facilitada. En la diabetes mellitus, la captación de glucosa por las células musculares y adiposas está afectada porque los transportadores para la difusión facilitada de glucosa necesitan insulina. D. Transporte activo primario 1. Características del transporte activo primario Se produce contra un gradiente electroquímico. Necesita un aporte directo de energía metabólica en forma de trifosfato de adenosina (ATP) y por lo tanto es activo. Es mediado por transportadores, de modo que presenta estereoespecificidad, saturación y competencia. 2. Ejemplos de transporte activo primario a. La Na+, K+-ATPasa (o bomba de Na+-K+) situada en las membranas celulares transporta Na+ del líquido intracelular al extracelular y K+ del líquido extracelular al intracelular; mantiene una [Na+] intracelular baja y una [K+] intracelular alta. Tanto el Na+ como el K+ son transportados contra sus gradientes electroquímicos. La energíaes aportada por el enlace fosfato terminal del ATP. La estequimetría habitual es 3 Na+/2 K+. Los inhibidores específicos de la Na+, K+-ATPasa son los glucósidos cardiacos ouabaína y digitálicos. b. La Ca2+-ATPasa (o bomba de Ca2+) del retículo sarcoplásmico (RS) o las membranas celulares transportan Ca2+ contra un gradiente electroquímico. 15 La Ca2+-ATPasa de los retículos sarcoplásmico y endoplásmico se denomina SERCA. c. La H+, K+-ATPasa (o bomba de protones) de las células parietales gástricas y renales α-intercaladas transporta H+ a la luz (del estómago o del túbulo renal) contra su gradiente electroquímico. Es inhibida por los inhibidores de la bomba de protones, como el omeprazol. E. Transporte activo secundario 1. Características del transporte activo secundario a. El transporte de dos o más solutos se denomina acoplado. b. Uno de los solutos (usualmente el Na+) se transporta a favor del gradiente de concentración y suministra energía para el transporte en contra del gradiente de concentración del otro o los otros solutos. c. La energía metabólica no se suministra directamente, sino de manera indirecta a partir del gradiente de Na+ que se mantiene de un lado a otro de las membranas celulares. Por lo tanto, la inhibición de la Na+, K+-ATPasa aminorará el transporte de Na+ hacia fuera de la célula, reducirá el gradiente de Na+ transmembrana y al final inhibirá el transporte activo secundario. d. Si los solutos se desplazan en el mismo sentido a través de la membrana celular, el proceso se denomina cotransporte o simporte (o transporte paralelo). El cotransporte de Na+-glucosa en el intestino delgado y en el túbulo renal proximal y el cotransporte de Na+-K+-2Cl− en la rama ascendente gruesa renal son ejemplos de este tipo de transporte. e. Si los solutos se desplazan en sentidos opuestos a través de las membranas celulares, se denomina contratransporte, intercambio o antiporte. El intercambio de Na+-Ca2+ y el intercambio de Na+-H+ son ejemplos de este tipo de transporte. 2. Ejemplo de cotransporte de Na+-glucosa (figura 1-1) a. El portador para el cotransporte de Na+-glucosa está situado en la membrana luminal de las células de los túbulos proximales renales y de la mucosa intestinal. b. La glucosa se transporta “en contra” del gradiente; el Na+ se transporta “a favor” del gradiente. c. La energía procede del movimiento a favor del gradiente del Na+. El gradiente de Na+ dirigido hacia el interior es mantenido por la bomba de Na+-K+ en la membrana basolateral (polo vascular). La intoxicación de la bomba de Na+-K+ reduce el gradiente de Na+ transmembrana y por consiguiente inhibe el cotransporte de Na+-glucosa. 3. Ejemplo de contratransporte de Na+-Ca2+ (figura 1-2) 16 a. Muchas membranas celulares contienen un intercambiador de Na+-Ca2+ que transporta el Ca2+ “en contra” del gradiente de una [Ca2+] intracelular baja a una [Ca2+] extracelular alta. Ca2+ y Na+ se desplazan en sentidos opuestos a través de la membrana celular. b. La energía procede del movimiento “a favor” del gradiente de la concentración de Na+. Como sucede en el cotransporte, el gradiente de Na+ dirigido hacia el interior es mantenido por la bomba de Na+-K+. Por lo tanto, la intoxicación de la bomba de Na+-K+ inhibe el intercambio de Na+-Ca2+. FIGURA 1-1. Cotransporte (simporte) de Na+-glucosa en una célula epitelial del túbulo proximal o intestinal. FIGURA 1-2. Contratransporte (antiporte) de Na+-Ca2+. III. ÓSMOSIS A. Osmolaridad Es la concentración de partículas osmóticamente activas en una solución. Es una propiedad coligativa que puede cuantificarse a través de la depresión del punto de congelación. Puede calcularse mediante la siguiente ecuación: 17 Dos soluciones que poseen la misma osmolaridad calculada son isoosmóticas. Si dos soluciones tienen diferente osmolaridad calculada, la solución con la osmolaridad más alta es hiperosmótica y la solución con la osmolaridad más baja es hipoosmótica. Ejemplo de cálculo: ¿Cuál es la osmolaridad de una solución de NaCl 1 M? B. Ósmosis y presión osmótica La ósmosis es el flujo de agua a través de una membrana semipermeable de una solución con baja concentración de soluto a una solución con alta concentración de soluto. 1. Ejemplo de ósmosis (figura 1-3) a. Las soluciones 1 y 2 están separadas por una membrana semipermeable. La solución 1 contiene un soluto que es demasiado grande para cruzar la membrana. La solución 2 es agua pura. La presencia del soluto en la solución 1 genera una presión osmótica. b. La diferencia de presión osmótica de un lado a otro de la membrana hace que el agua fluya de la solución 2 (que no contiene soluto y tiene la menor presión osmótica) a la solución 1 (que contiene el soluto y tiene la mayor presión osmótica). c. Con el tiempo, el volumen de la solución 1 aumenta y el volumen de la solución 2 disminuye. FIGURA 1-3. Ósmosis de H2O a través de una membrana semipermeable. 2. Cálculo de la presión osmótica (ley de van’t Hoff) 18 a. La presión osmótica de la solución 1 (véase figura 1-3) puede calcularse mediante la ley de van’t Hoff, la cual establece que la presión osmótica depende de la concentración de partículas osmóticamente activas. La concentración de partículas se convierte en presión según la ecuación: b. La presión osmótica aumenta cuando la concentración del soluto se incrementa. Una solución de CaCl2 1 M tiene mayor presión osmótica que una solución de KCl 1 M porque la concentración de partículas es más alta. c. Cuanto más alta es la presión osmótica de una solución, tanto mayor es el gasto de agua que recibe. d. Dos soluciones que tienen la misma presión osmótica efectiva son isotónicas porque no fluye agua a través de la membrana semipermeable que las separa. Si dos soluciones separadas por una membrana semipermeable tienen distintas presiones osmóticas efectivas, la solución con la mayor presión osmótica efectiva es hipertónica y la solución con la menor presión osmótica efectiva es hipotónica. El agua fluye de la solución hipotónica a la solución hipertónica. e. La presión coloidosmótica o presión oncótica es la presión osmótica creada por proteínas (p. ej., las proteínas plasmáticas). 3. Coeficiente de reflexión (σ) Es un número entre cero y uno que describe la facilidad con que un soluto atraviesa una membrana. a. Si el coeficiente de reflexión es uno, la membrana es impermeable para el soluto. Por lo tanto, se retiene en la solución original, crea una presión osmótica y provoca un flujo de agua. La albúmina sérica (un soluto grande) tiene coeficiente de reflexión cercano a uno. b. Si el coeficiente de reflexión es cero, la membrana es permeable para el soluto. Por lo tanto, no ejercerá ningún efecto osmótico y no provocará un flujo de agua. La urea (un soluto pequeño) suele tener coeficiente de reflexión cercano a cero y por lo tanto es un osmol ineficaz. 4. Cálculo de la presión osmótica efectiva La presión osmótica efectiva es la presión osmótica (calculada mediante la ley de van’t Hoff) multiplicada por el coeficiente de reflexión. Si el coeficiente de reflexión es 1, el soluto ejercerá la máxima presión osmótica efectiva. Si el coeficiente de reflexión es cero, el soluto no ejercerá ninguna presión osmótica. 19 IV. POTENCIAL DE DIFUSIÓN, POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO Y POTENCIAL DE ACCIÓN A. Canales iónicos Son proteínas integrales que abarcan el espesor de la membrana y, cuando están abiertos, permiten el paso de determinados iones. 1. Los canales iónicos son selectivos; permiten el paso de algunos iones, pero no de otros. La selectividad se basa en el tamaño del canal y la distribución de las cargas que lo revisten. Por ejemplo, un canal pequeño que esté revestido de grupos con carga negativa será selectivo para cationes pequeños y excluirá aniones y solutos grandes. A la inversa, un canal pequeño que esté revestido de grupos con carga positiva será selectivo para los aniones pequeños y excluirá los cationes y solutos grandes.2. Los canales iónicos pueden estar abiertos o cerrados. Cuando el canal está abierto, el o los iones para los cuales es selectivo pueden circular por éste. Cuando el canal está cerrado, los iones no pueden circular por él. 3. La conductancia de un canal depende de la probabilidad de que el canal esté abierto. Cuanto mayor es la probabilidad de que un canal esté abierto, más alta será la conductancia o permeabilidad. La apertura y el cierre de los canales son controlados por compuertas. a. Los canales regulados por voltaje se abren o cierran por efecto de cambios en el potencial de membrana de la neurona. La compuerta de activación del canal de Na+ se abre mediante despolarización. La compuerta de desactivación del canal de Na+ se cierra mediante despolarización. Cuando tanto las compuertas de activación como de inactivación en los canales de Na+ están abiertas, los canales están abiertos y son permeables al Na+ (p. ej., durante la elevación del potencial de acción nervioso). Si la compuerta de activación o de inactivación en el canal de Na+ está cerrada, el canal se cierra y es impermeable al Na+. Por ejemplo, durante el potencial de reposo, las compuertas de activación están cerradas, y por lo tanto los canales de Na+ están cerrados. b. Los canales regulados por ligando se abren o cierran por efecto de hormonas, segundos mensajeros o neurotransmisores. Por ejemplo, el receptor nicotínico de acetilcolina (ACh) en la placa motora terminal es un canal iónico que se abre cuando la ACh se une a él. Cuando está abierto, es permeable a Na+ y K+, lo que provoca la despolarización de la placa motora. 20 B. Potenciales de difusión y de equilibrio Un potencial de difusión es la diferencia de potencial generada a través de una membrana debido a una diferencia de concentración de un ion. Un potencial de difusión solamente puede generarse si la membrana es permeable al ion. El valor del potencial de difusión depende del tamaño del gradiente de concentración. El signo del potencial de difusión depende de si el ion que se difunde tiene carga positiva o negativa. Los potenciales de difusión se crean mediante la difusión de muy pocos iones y, por lo tanto, no causan variaciones en la concentración de los iones que se difunden. El potencial de equilibrio es la diferencia de potencial que compensa exactamente (se opone a) la tendencia a la difusión provocada por una diferencia de concentración. En el equilibrio electroquímico, las fuerzas impulsoras química y eléctrica que actúan sobre un ion son iguales y opuestas, y ya no se produce una ulterior difusión neta del ion. 1. Ejemplo de potencial de difusión de Na+ (figura 1-4) a. Dos soluciones de NaCl están separadas por una membrana que es permeable al Na+ pero no al Cl-. La concentración de NaCl de la solución 1 es más alta que la de la solución 2. b. Puesto que la membrana es permeable al Na+, éste se difundirá de la solución 1 a la solución 2 a favor de su gradiente de concentración. El Cl– es impermeable y por lo tanto no acompañará al Na+. c. Debido a esto, se producirá un potencial de difusión y la solución 1 se volverá negativa respecto a la solución 2. FIGURA 1-4. Generación de un potencial de difusión de Na+ a través de una membrana selectiva para Na+. d. Al final, la diferencia de potencial será lo suficientemente amplia para oponerse a una mayor difusión neta de Na+. La diferencia de potencial que compensa exactamente la difusión de Na+ a favor de su gradiente de concentración es el potencial de equilibrio del Na+. En el equilibrio electroquímico, las fuerzas impulsoras química y eléctrica que actúan sobre 21 el Na+ son iguales y opuestas y no se produce difusión neta del ion. 2. Ejemplo de potencial de difusión de Cl− (figura 1-5) a. Dos soluciones idénticas a las que se muestran en la figura 1-4 ahora están separadas por una membrana que es más permeable al Cl− que al Na+. b. El Cl− se difundirá de la solución 1 a la solución 2 a favor de su gradiente de concentración. El Na+ es impermeable y por lo tanto no acompañará al Cl−. c. Se establecerá un potencial de difusión tal que la solución 1 se volverá positiva con respecto a la solución 2. La diferencia de potencial que compensa exactamente la difusión de Cl− a favor de su gradiente de concentración es el potencial de equilibrio del Cl−. En el equilibrio electroquímico, las fuerzas impulsoras química y eléctrica que actúan sobre el Cl− son iguales y opuestas, y no se produce difusión neta del ion. 3. Uso de la ecuación de Nernst para calcular los potenciales de equilibrio a. La ecuación de Nernst se utiliza para calcular el potencial de equilibrio a una diferencia de concentración dada de un ion permeable a través de una membrana celular. Indica qué potencial compensaría exactamente la tendencia a la difusión a favor del gradiente de concentración; en otras palabras, a qué potencial el ion estaría en equilibrio electroquímico. FIGURA 1-5. Generación de un potencial de difusión de Cl− a través de una membrana selectiva para Cl−. b. Ejemplo de un cálculo con la ecuación de Nernst Si la [Na+] intracelular es 15 mM y la [Na+] extracelular es 150 mM, 22 ¿cuál es el potencial de equilibrio del Na+? Nota: no es necesario recordar cuál concentración va en el numerador. Puesto que se trata de una función logarítmica, se realiza el cálculo de cualquiera de las dos maneras para obtener el valor absoluto de 60 mV. Luego se utiliza un “método intuitivo” para determinar el signo correcto. (Método intuitivo: [Na+] es más alta en el líquido extracelular que en el intracelular, de manera que los iones Na+ se difundirán del líquido extracelular al intracelular, lo que hará que el interior de la célula sea positivo [es decir, +60 mV en el equilibrio].) c. Valores aproximados de los potenciales de equilibrio en el nervio y el músculo ENa+ +65 mV ECa2+ +120 mV EK+ −85 mV ECl- −85 mV C. Fuerza impulsora y flujo de corriente La fuerza impulsora de un ion es la diferencia entre el potencial de membrana real (Em) y el potencial de equilibrio del ion (calculado con la ecuación de Nernst). En otras palabras, la fuerza que impulsa es la diferencia entre el potencial de membrana real y lo que al ion le “gustaría” que fuese el potencial de membrana; al ion le “gustaría” que el potencial de membrana fuese su potencial de equilibrio, según se calcula con la ecuación de Nernst. El flujo de corriente ocurre cuando hay una fuerza que impulsa el ion y la membrana es permeable al ion. El sentido del flujo de corriente es el de la fuerza impulsora. La magnitud del flujo de corriente es determinada por el tamaño de la fuerza impulsora y la permeabilidad (o conductancia) del ion. Si no hay una fuerza impulsora que actúe en el ion, no puede ocurrir flujo de corriente. Si la membrana es impermeable al ion, no puede ocurrir flujo de corriente. D. Potencial de membrana en reposo Se expresa como la diferencia de potencial cuantificada a través de la membrana celular en milivolts (mV). Por convención, se expresa como el potencial intracelular respecto al potencial 23 extracelular. Así, un potencial de membrana en reposo de –70 mV significa 70 mV negativos en la célula. 1. El potencial de membrana en reposo es establecido por los potenciales de difusión que resultan de diferencias de concentración de los iones permeables. 2. Cada ion permeable intenta llevar el potencial de membrana hacia su potencial de equilibrio. Los iones con las permeabilidades o conductancias más altas serán los que más contribuirán al potencial de membrana en reposo, y los iones con las permeabilidades más bajas contribuirán poco o nada. 3. Por ejemplo, el potencial de membrana en reposo de la célula nerviosa es de – 70 mV, un valor cercano al potencial de equilibrio calculado de K+ de –85 mV, pero alejado del potencial de equilibrio calculado de Na+ de +65 mV. En reposo, la membrana de la célula nerviosa es mucho más permeable a K+ que a Na+. 4. La bomba de Na+-K+ sólo contribuye indirectamenteal potencial de membrana en reposo mediante el mantenimiento, a través de la membrana celular, de los gradientes de concentración de Na+ y K+ que luego generan los potenciales de difusión. La contribución electrógena directa de la bomba (3 Na+ expulsados de la célula por cada 2 K+ introducidos en la célula) es pequeña. E. Potenciales de acción 1. Definiciones a. La despolarización determina que el potencial de membrana sea menos negativo (el interior de la célula se vuelve menos negativo). b. La hiperpolarización hace que el potencial de membrana sea más negativo (el interior de la élula se vuelve más negativo). c. La corriente de entrada es el flujo de carga positiva que entra en la célula. Despolariza el potencial de membrana. d. La corriente de salida es el flujo de carga positiva que sale de la célula. Hiperpolariza el potencial de membrana. e. El potencial de acción es una propiedad de las células excitables (esto es, nerviosas, musculares) que consiste en una rápida despolarización, o fase de ascenso, seguida por repolarización del potencial de membrana. Los potenciales de acción tienen amplitud y forma estereotipadas, se propagan y son del tipo todo o nada. f. El umbral es el potencial de membrana al que el potencial de acción descarga. En el potencial umbral, la corriente de entrada neta se hace más grande que la corriente de salida neta. La despolarización resultante se hace autosostenida y da lugar a la fase de ascenso del potencial de acción. Si la corriente de entrada neta es menor que la corriente de salida neta, no se producirá ningún potencial de acción (es decir, una respuesta de todo o nada). 2. Bases iónicas del potencial de acción nervioso (figura 1-6) 24 a. Potencial de membrana en reposo Es de alrededor de –70 mV, negativo en el interior de la célula. Es el resultado de la alta conductancia en reposo al K+, que impulsa el potencial de membrana hacia el potencial de equilibrio de K+. En reposo, aunque las compuertas de inactivación de los canales de Na+ están abiertas (habiendo sido abiertas por la repolarización por el potencial de membrana previo), las compuertas de activación en los canales de Na+ están cerradas, y por lo tanto los canales de Na+ están cerrados y la conductancia al Na+ es baja. FIGURA 1-6. Potencial de acción nervioso y alteraciones asociadas de la conductancia de Na+ y K+. b. Fase de ascenso del potencial de acción (1) La corriente de entrada despolariza el potencial de membrana hasta el umbral. (2) La despolarización provoca la apertura rápida de las compuertas de activación de los canales de Na+. Ahora, tanto las compuertas de activación como de inactivación están abiertas y la conductancia de la membrana para el Na+ aumenta de inmediato. (3) La conductancia para Na+ se vuelve mayor que la conductancia para K+ y el potencial de membrana se desplaza hacia el potencial de equilibrio de Na+ de +65 mV, sin alcanzarlo. Por lo tanto, la despolarización rápida 25 durante la fase de ascenso es causada por una corriente de entrada de Na+. (4) La sobreexcitación es la pequeña parte del pico del potencial de acción en que el potencial de membrana es positivo. (5) La tetrodotoxina (TTX) y la lidocaína bloquean estos canales de Na+ sensibles al voltaje y suprimen los potenciales de acción. c. Repolarización del potencial de acción (1) La despolarización también cierra las compuertas de desactivación de los canales de Na+ (pero más lentamente de lo que abre las compuertas de activación). El cierre de las compuertas de desactivación se traduce en el cierre de los canales de Na+ y la conductancia de Na+ vuelve a acercarse a cero. (2) La despolarización abre lentamente los canales de K+ y aumenta la conductancia para K+ a niveles aun más altos que los de reposo. El tetraetilamonio (TEA) bloquea estos canales de K+ regulados por voltaje. (3) El efecto combinado del cierre de los canales de Na+ y una mayor apertura de los canales de K+ hace que la conductancia para K+ sea más alta que la del Na+, y el potencial de membrana se repolariza. Por lo tanto, la repolarización es causada por una corriente de salida de K+. d. Subexcitación (pospotencial hiperpolarizante) La conductancia para K+ se mantiene más alta que en reposo durante un tiempo después del cierre de los canales de Na+. Durante este periodo, el potencial de membrana se acerca mucho al valor del potencial de equilibrio de K+. 3. Periodos refractarios (véase figura 1-6) a. Periodo refractario absoluto Es el periodo durante el cual no puede provocarse otro potencial de acción, por muy grande que sea el estímulo. Coincide con casi toda la duración del potencial de acción. Explicación: recuerde que las compuertas de desactivación de los canales de Na+ están cerradas cuando el potencial de acción se despolariza. Permanecen cerradas hasta que ocurre la repolarización. No puede producirse ningún potencial de acción sino hasta que se abran las compuertas de desactivación. b. Periodo refractario relativo Empieza al final del periodo refractario absoluto y continúa hasta que el potencial de membrana vuelve al nivel de reposo. Durante este periodo, solo puede provocarse un potencial de acción si se proporciona una corriente de entrada más grande de lo habitual. Explicación: la conductancia para K+ es más alta que en reposo y el 26 potencial de membrana está más cerca del potencial de equilibrio de K+ y, por lo tanto, más lejos del umbral; se necesita más corriente de entrada para llevar la membrana al umbral. c. Acomodación Ocurre cuando la membrana celular se mantiene a un nivel de despolarización tal que se rebasa el potencial umbral sin que se dispare un potencial de acción. Se produce porque la despolarización cierra las compuertas de desactivación en los canales de Na+. Se pone de manifiesto en situaciones de hiperpotasemia, en que la alta concentración sérica de K+ despolariza la membrana de la célula musculoesquelética. Aunque el potencial de membrana está más cerca del umbral, no se producen potenciales de acción porque la despolarización cierra las compuertas de desactivación en los canales de Na+, lo que provoca debilidad muscular. 4. Propagación de los potenciales de acción (figura 1-7) Ocurre por propagación de corrientes locales a zonas adyacentes de la membrana, que entonces se despolarizan hasta el umbral y generan potenciales de acción. FIGURA 1-7. Axón amielínico (desmielinizado) que muestra la propagación de la despolarización por el flujo de corriente local. El recuadro muestra la zona activa donde el potencial de acción ha invertido la polaridad. FIGURA 1-8. Axón mielínico (mielinizado). Los potenciales de acción se producen en los nódulos de Ranvier. La velocidad de conducción aumenta por efecto de: a. El ↑ del tamaño de las fibras. Incrementar el diámetro de una fibra nerviosa se traduce en menor resistencia interna; por lo tanto, la velocidad de conducción por el nervio es mayor. b. Mielinización. La mielina actúa como un aislante alrededor de los axones nerviosos y aumenta la velocidad de conducción. Los nervios mielinizados (mielínicos) presentan conducción saltatoria porque los potenciales de 27 acción solo pueden generarse en los nódulos de Ranvier, que presentan zonas sin vaina de mielina (figura 1-8). V. TRANSMISIÓN NEUROMUSCULAR Y SINÁPTICA A. Características generales de las sinapsis químicas 1. Un potencial de acción en la célula presináptica provoca la despolarización de la terminación presináptica. 2. Como resultado de la despolarización, el Ca2+ entra en la terminación presináptica, lo que provoca la liberación de neurotransmisor en la hendidura sináptica. 3. El neurotransmisor se difunde a través de la hendidura sináptica y se une a los receptores en la membrana celular postsináptica, lo que provoca un cambio en su permeabilidad a los iones y, por consiguiente, un cambio en su potencial de membrana. 4. Los neurotransmisores inhibidores hiperpolarizan la membrana postsináptica; los neurotransmisoresexcitadores despolarizan la membrana postsináptica. B. Unión neuromuscular (figura 1-9 y tabla 1-2) Es la sinapsis entre los axones de las motoneuronas y la célula musculoesquelética. El neurotransmisor liberado de la terminación presináptica es ACh, y la membrana postsináptica tiene un receptor nicotínico. 1. Síntesis y almacenamiento de ACh en la terminación presináptica La colina acetiltransferasa cataliza la formación de ACh a partir de acetil- coenzima A (CoA) y colina en la terminación presináptica. La ACh se almacena en las vesículas sinápticas con ATP y proteoglucano para su posterior liberación. 2. Despolarización de la terminación presináptica y captación de Ca2+ Los potenciales de acción son conducidos por la motoneurona. La despolarización de la terminación presináptica abre los canales de Ca2+. 28 FIGURA 1-9. Unión neuromuscular. ACh, acetilcolina; AChR, receptor de acetilcolina. Cuando la permeabilidad al Ca2+ aumenta, el Ca2+ entra con fuerza en la terminación presináptica a favor de su gradiente electroquímico. 3. La captación de Ca2+ provoca la liberación de ACh en la hendidura sináptica Las vesículas sinápticas se fusionan con la membrana plasmática y vacían su contenido en la hendidura mediante exocitosis. 4. Difusión de ACh a la membrana postsináptica (placa motora muscular) y unión de ACh a receptores nicotínicos El receptor nicotínico de ACh también es un canal iónico de Na+ y K+. La unión de ACh a las subunidades α del receptor provoca un cambio en la conformación que abre el centro del canal y aumenta su conductancia para Na+ y K+. Éstos son ejemplos de canales regulados por ligando. 5. Potencial de placa terminal (PPT) en la membrana postsináptica Puesto que los canales abiertos por la ACh conducen tanto iones Na+ como K+, el potencial de membrana postsináptica se despolariza hasta un valor medio entre los potenciales de equilibrio de Na+ y K+ (aproximadamente 0 mV). El contenido de una vesícula sináptica (un cuarto) produce un potencial de placa terminal miniatura (PPTM), que es el PPT más pequeño posible. Los PPTM se suman para producir un PPT completo. El PPT no es un potencial de acción, sino simplemente una despolarización de la placa terminal muscular especializada. 6. Despolarización de la membrana muscular adyacente hasta el umbral Una vez que la región de la placa terminal se despolariza, corrientes locales provocan despolarización y potenciales de acción en el tejido muscular adyacente. Los potenciales de acción en el músculo van seguidos de contracción. 7. Degradación de la ACh El PPT es transitorio porque la acetilcolinesterasa (AChE) degrada la ACh a acetil-CoA y colina en la placa terminal muscular. Agentes que afectan a la transmisión neuromuscular Ejemplo Acción Efecto en la transmisiónneuromuscular Toxina botulínica Bloquea la liberación de ACh de las terminaciones presinápticas Bloqueo total Curare Compite con la ACh por los receptores en la placa terminal muscular Reduce el tamaño del PPT; las dosis máximas provocan parálisis de los músculos respiratorios y la muerte Neostigmina Inhibe la acetilcolinesterasa Prolonga y aumenta la acción de la ACh en la placa terminal muscular 29 Hemicolinio Bloquea la recaptación de colina en la terminación presináptica Reduce los depósitos de ACh de la terminación presináptica ACh, acetilcolina; PPT, potencial de placa terminal. La mitad de la colina es llevada de nuevo a la terminación presináptica por cotransporte de Na+-colina y se utiliza para sintetizar nueva ACh. Los inhibidores de la AChE (neostigmina) bloquean la degradación de la ACh, prolongan su acción en la placa terminal muscular y aumentan el tamaño del PPT. El hemicolinio bloquea la recaptación de colina y reduce los depósitos de ACh en las terminaciones presinápticas. 8. Enfermedad: miastenia gravis Es causada por la presencia de anticuerpos contra el receptor de ACh. Se caracteriza por debilidad y fatiga del músculo esquelético como consecuencia de la reducción del número de receptores de ACh en la placa terminal muscular. El tamaño del PPT es menor; por lo tanto, resulta más difícil despolarizar la membrana muscular hasta el umbral y producir potenciales de acción. El tratamiento con inhibidores de la AChE (p. ej., neostigmina) impide la degradación de la ACh y prolonga la acción de la ACh en la placa terminal muscular, lo que compensa en parte la reducción del número de receptores. C. Transmisión sináptica 1. Tipos de configuraciones a. Sinapsis de una célula con una sola célula (como las que se encuentran en la unión neuromuscular) Un potencial de acción en el elemento presináptico (la neurona motora) produce un potencial de acción en el elemento postsináptico (la célula muscular). b. Sinapsis de varias células con una sola célula (como las que se encuentran en las motoneuronas espinales) Un potencial de acción en una única célula presináptica es insuficiente para producir un potencial de acción en la célula postsináptica. En cambio, muchas células establecen sinapsis en la célula postsináptica para despolarizarla hasta el umbral. El impulso presináptico puede ser excitador o inhibidor. 2. Impulsos a las sinapsis La célula postsináptica integra impulsos excitadores e inhibidores. Cuando la suma de los impulsos lleva el potencial de membrana de la célula postsináptica hasta el umbral, se dispara un potencial de acción. a. Potenciales excitadores postsinápticos (PEPS) Son impulsos que despolarizan la célula postsináptica y la acercan más al umbral y al disparo de un potencial de acción. Son causados por la apertura de canales permeables a Na+ y K+, de 30 modo parecido a como ocurre en el caso de los canales de ACh. El potencial de membrana se despolariza hasta un valor medio entre los potenciales de equilibrio de Na+ y K+ (aproximadamente 0 mV). Los neurotransmisores excitadores comprenden ACh, noradrenalina, adrenalina, dopamina, glutamato y serotonina. b. Potenciales inhibidores postsinápticos (PIPS) Son impulsos que hiperpolarizan la célula postsináptica y la alejan del umbral y del disparo de un potencial de acción. Son causados por la apertura de canales de Cl−. El potencial de membrana se hiperpolariza hacia el potencial de equilibrio del Cl− (–90 mV). Los neurotransmisores inhibidores son ácido γ-aminobutírico (GABA) y glicina. 3. Sumación sináptica a. La sumación espacial ocurre cuando dos impulsos excitadores llegan a una neurona postsináptica simultáneamente. Juntos producen una mayor despolarización. b. La sumación temporal ocurre cuando dos impulsos excitadores llegan a una neurona postsináptica en rápida sucesión. Puesto que las despolarizaciones postsinápticas resultantes se superponen en el tiempo, se suman de manera escalonada. c. Facilitación, aumento y potenciación postetánica se producen tras la estimulación tetánica de la neurona presináptica. En cada uno de estos fenómenos, la despolarización de la neurona postsináptica es mayor de lo previsto porque se libera una cantidad mayor de lo normal de neurotransmisor, debido quizás a la acumulación de Ca2+ en la terminación presináptica. La potenciación a largo plazo (memoria) implica la síntesis de nuevas proteínas. 4. Neurotransmisores a. ACh (véase V B) b. Noradrenalina, adrenalina y dopamina (figura 1-10) (1) Noradrenalina Es el principal neurotransmisor liberado de las neuronas simpáticas posganglionares. Se sintetiza en la terminación nerviosa y se libera en la sinapsis para unirse a los receptores α o β en la membrana postsináptica. Se elimina de la sinapsis mediante recaptación o es metabolizada en la terminación presináptica por monoamina oxidasa (MAO) y catecol- O-metiltransferasa (COMT). Los metabolitos son: (a) Ácido 3-4-dihidroximandélico (DOMA) (b) Normetanefrina (NMN) (c) 3-metoxi-4-hidroxifenilglicol (MOPEG) 31 (d) Ácido 3-metoxi-4-hidroximandélico o ácido vanililmandélico (AVM) En el feocromocitoma, un tumor de la médula suprarrenalque segrega catecolaminas, la excreción urinaria de AVM aumenta. (2) Adrenalina Se sintetiza a partir de noradrenalina por acción de la feniletanolamina N-metiltransferasa en la médula suprarrenal. Se transfiere un grupo metilo de la noradrenalina a la S- adenosilmetionina. (3) Dopamina Predomina en las neuronas del mesencéfalo. Se libera del hipotálamo e inhibe la secreción de prolactina; en este contexto se denomina factor inhibidor de prolactina (PIF). Es metabolizada por la MAO y la COMT. (a) Los receptores D1 activan la adenilato ciclasa a través de una proteína Gs. (b) Los receptores D2 inhiben la adenilato ciclasa a través de una proteína Gi. (c) La enfermedad de Parkinson implica la degeneración de neuronas dopaminérgicas que utilizan los receptores D2. (d) En la esquizofrenia aumentan las concentraciones de receptores D2. FIGURA 1-10. Vía de síntesis de dopamina, noradrenalina y adrenalina. c. Serotonina 32 Está presente en altas concentraciones en el tronco del encéfalo. Se forma a partir de triptófano. Se transforma en melatonina en la glándula pineal. d. Histamina Se forma a partir de histidina. Está presente en las neuronas del hipotálamo. e. Glutamato Es el neurotransmisor excitador más extendido en el encéfalo. Existen cuatro subtipos de receptores de glutamato. Tres subtipos son receptores inotrópicos (canales iónicos regulados por ligando), entre ellos el receptor de NMDA (N-metil-D-aspartato). Otro subtipo es un receptor metabotrópico, que se acopla a canales iónicos a través de una proteína G heterotrimérica. f. GABA Es un neurotransmisor inhibidor. Es sintetizado a partir de glutamato por la glutamato descarboxilasa. Tiene dos tipos de receptores: (1) El receptor de GABAA aumenta la conductancia de Cl– y es el lugar de acción de benzodiacepinas y barbitúricos. (2) El receptor de GABAB aumenta la conductancia de K+. g. Glicina Es un neurotransmisor inhibidor que se encuentra principalmente en la médula espinal y el tronco del encéfalo. Aumenta la conductancia del Cl−. h. Óxido nítrico (NO) Es un neurotransmisor inhibidor de acción corta en tubo digestivo, vasos sanguíneos y sistema nervioso central. Se sintetiza en las terminaciones nerviosas posinápticas, donde la NO sintetasa convierte arginina en citrulina y NO. Es un gas penetrante que se difunde desde la terminación posináptica hasta la célula sobre la que actúa (célula blanco). También actúa en la transducción de señales de la guanililciclasa en diversos tejidos, como el músculo liso vascular. VI. MÚSCULO ESQUELÉTICO A. Estructura y filamentos musculares (figura 1-11) Todas las fibras musculares son multinucleadas y se comportan como una unidad. Contienen haces de miofibrillas, que están rodeados por el retículo sarcoplásmico (RS) e invaginados por túbulos transversos (túbulos T). Cada miofibrilla contiene filamentos gruesos y delgados entrelazados 33 dispuestos longitudinalmente en sarcómeros. Las unidades repetidas de sarcómeros explican el patrón en bandas único del músculo estriado. Un sarcómero va de línea Z a línea Z. 1. Filamentos gruesos Están presentes en la banda A en el centro del sarcómero. Contienen miosina. a. La miosina tiene seis cadenas polipeptídicas, incluyendo un par de cadenas pesadas y dos pares de cadenas ligeras. b. Cada molécula de miosina tiene dos “cabezas” unidas a una única “cola”. Las cabezas de miosina fijan el ATP y la actina e intervienen en la formación de puentes cruzados. FIGURA 1-11. Estructura del sarcómero en el músculo esquelético. A: disposición de los filamentos gruesos y delgados. B: túbulos transversos y retículo sarcoplásmico. 34 2. Filamentos delgados Están anclados en las líneas Z. Están presentes en las bandas I. Se entrelazan con los filamentos gruesos en una porción de la banda A. Contienen actina, tropomiosina y troponina. a. La troponina es la proteína reguladora que permite la formación de puentes cruzados cuando se fija al Ca2+. b. La troponina es un complejo formado por tres proteínas globulares: La troponina T (“T” de tropomiosina) une el complejo de troponina a la tropomiosina. La troponina I (“I” de inhibición) inhibe la interacción de la actina y la miosina. La troponina C (“C” de Ca2+) es la proteína fijadora de Ca2+ que, cuando está unida a Ca2+, permite la interacción de la actina y la miosina. 3. Túbulos T Son una red tubular extensa, abierta al espacio extracelular, que conduce la despolarización desde la membrana del sarcolema hasta el interior de la célula. Están situados en las uniones de las bandas A y las bandas I. Contienen una proteína sensible a voltaje llamada receptor dihidropiridínico; la despolarización cambia la conformación del receptor dihidropiridínico. 4. Retículo sarcoplásmico (RS) Es una estructura tubular interna que constituye el lugar de almacenamiento y liberación de Ca2+ para el acoplamiento de excitación y contracción. Tiene cisternas terminales que están en contacto íntimo con los túbulos T en una disposición en tríadas. La membrana contiene Ca2+-ATPasa (bomba de Ca2+), que transporta Ca2+ desde el líquido intracelular hacia el interior del RS, lo que mantiene baja la [Ca2+] intracelular. Contiene Ca2+ unido débilmente a la calsecuestrina. Contiene un canal de liberación de Ca2+ denominado receptor de rianodina. B. Etapas del acoplamiento excitación-contracción en el músculo esquelético (figuras 1-12 a 1-14) 1. Los potenciales de acción en la membrana de la célula muscular inician la despolarización de los túbulos T. 2. La despolarización de los túbulos T provoca un cambio de la conformación de su receptor dihidropiridínico, que abre los canales de liberación de Ca2+ 35 (receptores de rianodina) en el RS cercano, lo que provoca la liberación de Ca2+ del RS en el líquido intracelular. 3. La [Ca2+] intracelular aumenta. FIGURA 1-12. Pasos en el acoplamiento excitación-contracción en el músculo esquelético. RS = retículo sarcoplásmico. 36 FIGURA 1-13. Ciclo de los puentes cruzados. La miosina “camina” hacia el extremo positivo de la actina para producir acortamiento y generación de fuerza. ADP, difosfato de adenosina; ATP, trifosfato de adenosina; Pi, fosfato inorgánico. 4. El Ca2+ se une a la troponina C en los filamentos delgados y provoca un cambio en la conformación de la troponina que aleja la tropomiosina. Empieza el ciclo de formación de puentes cruzados (véase figura 1-13): a. Al principio, no hay ATP unido a la miosina (A), y la miosina está firmemente unida a la actina. En el músculo de contracción rápida, esta fase es breve. En ausencia de ATP, este estado es permanente (se produce rigidez). b. Entonces el ATP se une a la miosina (B), lo que cambia la conformación de la miosina de modo que ésta se libera de la actina. 37 FIGURA 1-14. Relación de potencial de acción, aumento de la [Ca2+], intracelular y contracción muscular en el músculo esquelético. c. La miosina se desplaza hacia el extremo positivo de la actina. Se produce la hidrólisis de ATP a ADP y fosfato inorgánico (Pi). El ADP permanece unido a la miosina (C). d. La miosina se une a una nueva zona en la actina, en el llamado tiempo de potencia (o de generación de fuerza) (D). Entonces se libera ADP, lo que devuelve la miosina a su estado de rigidez. e. El ciclo se repite mientras el Ca2+ esté unido a la troponina C. Cada ciclo de formación de puentes cruzados hace avanzar la miosina por el filamento de actina. 5. La relajación ocurre cuando la Ca2+-ATPasa del RS (SERCA) vuelve a acumular Ca2+. La concentración intracelular de Ca2+ disminuye, se libera Ca2+ de la troponina C y la tropomiosina vuelve a bloquear el lugar de fijación de miosina en la actina. Mientras la concentración intracelular de Ca2+ sea baja, el ciclo de formación de puentes cruzados no puede ocurrir. 6. Mecanismo de la tetania. Un único potencial de acción hace que se libere una cantidad fija de Ca2+ del RS y genera una única contracción.No obstante, si el músculo se estimula de manera reiterada, se libera más Ca2+ del RS y se produce un aumento acumulativo de [Ca2+] intracelular que prolonga el tiempo disponible para el ciclo de formación de puentes cruzados. El músculo no se relaja (tetania). C. Relaciones longitud-tensión y fuerza-velocidad en el músculo Ocurren contracciones isométricas cuando la longitud se mantiene constante, se fija la longitud muscular (precarga), se estimula el músculo para que se contraiga y se cuantifica la tensión generada. No se produce acortamiento. Las contracciones isotónicas se producen cuando la carga se mantiene 38 constante. Se fija la carga contra la que el músculo se contrae (poscarga), se estimula el músculo para que se contraiga y se cuantifica el acortamiento. 1. Relación longitud-tensión (figura 1-15) Determina la tensión generada durante las contracciones isométricas cuando el músculo se coloca en una longitud fija (precarga). a. La tensión pasiva es la tensión generada por el estiramiento del músculo a diferentes longitudes. b. La tensión total es la tensión generada cuando se estimula el músculo para que se contraiga a diferentes longitudes. c. La tensión activa es la diferencia entre la tensión total y la tensión pasiva. La tensión activa representa la fuerza activa generada a partir de la contracción del músculo. Puede explicarse mediante el modelo del ciclo de formación de puentes cruzados. La tensión activa es proporcional al número de puentes cruzados formados. La tensión será máxima cuando exista superposición máxima entre los filamentos gruesos y delgados. Cuando el músculo se estira a mayores longitudes, el número de puentes cruzados disminuye porque hay menos superposición. Cuando la longitud del músculo disminuye, los filamentos delgados chocan y la tensión se reduce. FIGURA 1-15. Relación longitud-tensión en el músculo esquelético. 39 FIGURA 1-16. Relación fuerza-velocidad en el músculo esquelético. 2. Relación fuerza-velocidad (figura 1-16) Determina la velocidad de acortamiento de las contracciones isotónicas cuando se estimula el músculo con diferentes poscargas (la carga contra la que el músculo debe contraerse). La velocidad de acortamiento disminuye a medida que aumenta la poscarga. VII. MÚSCULO LISO Tiene filamentos gruesos y delgados que no están dispuestos en sarcómeros; por lo tanto, tienen aspecto homogéneo más que estriado. A. Tipos de músculo liso 1. Músculo liso multiunitario Está presente en el iris, el músculo ciliar del cristalino y el conducto deferente. Se comporta como unidades motoras independientes. Presenta poco o ningún acoplamiento eléctrico entre células. Está densamente inervado; la contracción se controla mediante inervación neural (p. ej., sistema nervioso autónomo). 2. Músculo liso unitario Es el tipo más frecuente y se encuentra en útero, tubo digestivo, uréter y vejiga. Tiene actividad espontánea (exhibe ondas lentas) y tipo “marcapasos” (véase el Capítulo 6 III A), modulada por hormonas y neurotransmisores. Tiene alto grado de acoplamiento eléctrico entre células y, por lo tanto, permite la contracción coordinada del órgano (p. ej., vejiga). 3. Músculo liso vascular Tiene propiedades tanto de músculo liso multiunitario como unitario. 40 B. Etapas del acoplamiento excitación-contracción en el músculo liso (figura 1-17) El mecanismo de acoplamiento excitación-contracción es distinto al del músculo esquelético. No hay troponina; en cambio, el Ca2+ regula la miosina en los filamentos gruesos. 1. La despolarización de la membrana celular abre los canales de Ca2+ regulados por voltaje y el Ca2+ fluye hacia el interior de la célula a favor de su gradiente electroquímico, lo que aumenta la [Ca2+] intracelular. Hormonas y neurotransmisores pueden abrir canales de Ca2+ regulados por ligando en la membrana celular. El Ca2+ que entra en la célula causa la liberación de más Ca2+ desde el RS en un proceso llamado liberación de Ca2+ inducida por Ca2+. Hormonas y neurotransmisores también liberan directamente Ca2+ del RS a través de los canales de Ca2+ regulados por 1,4,5-trifosfato de inositol (IP3). 41 FIGURA 1-17. Secuencia de sucesos en la contracción del músculo liso. 2. La [Ca2+] intracelular aumenta. 3. El Ca2+ se une a calmodulina. El complejo Ca2+-calmodulina se une a la cadena ligera de miosina-cinasa y la activa. Cuando se activa, la cadena ligera de miosina-cinasa fosforila la miosina y permite que se una a la actina, con lo que inicia el ciclo de formación de enlaces cruzados. La cantidad de tensión 42 producida es proporcional a la concentración intracelular de Ca2+. 4. El decremento de la [Ca2+] intracelular produce relajación. VIII. COMPARACIÓN ENTRE MÚSCULO ESQUELÉTICO, MÚSCULO LISO Y MÚSCULO CARDIACO La tabla 1-3 compara las bases iónicas del potencial de acción y el mecanismo de contracción en músculo esquelético, músculo liso y músculo cardiaco. El músculo cardiaco se expone en el Capítulo 3. 43 1. ¿Cuál de las siguientes características es común a la difusión simple y facilitada de la glucosa? (A) Ocurre a favor de un gradiente electroquímico (B) Es saturable (C) Necesita energía metabólica (D) Es inhibida por la presencia de galactosa (E) Necesita un gradiente de Na+ 2. Durante la fase de ascenso del potencial de acción: (A) Hay una corriente de salida neta y el interior de la célula se vuelve más negativo (B) Hay una corriente de salida neta y el interior de la célula se vuelve menos negativo (C) Hay una corriente de entrada neta y el interior de la célula se vuelve más negativo (D) Hay una corriente de entrada neta y el interior de la célula se vuelve menos negativo 3. Las soluciones A y B están separadas por una membrana que es permeable a K+ e impermeable a Cl–. La solución A es KCl 100 mM y la solución B es KCl 1 mM. ¿Cuál de los siguientes enunciados sobre la solución A y la solución B es verdadero? (A) Los iones K+ se difundirán de la solución A a la solución B hasta que la [K+] de ambas soluciones sea 50.5 mM (B) Los iones K+ se difundirán de la solución B a la solución A hasta que la [K+] de ambas soluciones sea 50.5 mM (C) El KCl se difundirá de la solución A a la solución B hasta que la [KCl] de ambas soluciones sea 50.5 mM (D) El K+ se difundirá de la solución A a la solución B hasta que se produzca un potencial de membrana con la solución A negativa respecto a la solución B (E) El K+ se difundirá de la solución A a la solución B hasta que se produzca un potencial de membrana con la solución A positiva respecto a la solución B 4. La secuencia temporal correcta de los acontecimientos que ocurren en la unión neuromuscular es: (A) Potencial de acción en el nervio motor; despolarización de la placa terminal muscular; captación de Ca2+ en la terminación nerviosa presináptica (B) Captación de Ca2+ en la terminación presináptica; liberación de acetilcolina (ACh); despolarización de la placa terminal muscular (C) Liberación de ACh; potencial de acción en el nervio motor; potencial de acción en el músculo (D) Captación de Ca2+ en la placa motora terminal; potencial de acción en la placa motora terminal; potencial de acción en el músculo (E) Liberación de ACh; potencial de acción en la placa terminal muscular; potencial de acción en el músculo 44 5. ¿Qué característica o componente es común al músculo esquelético y al músculo liso? (A) Filamentos gruesos y delgados dispuestos en sarcómeros (B) Troponina (C) Elevación de la [Ca2+] intracelular para el acoplamiento excitación-contracción (D) Despolarización espontánea del potencial de membrana (E) Alto grado de acoplamiento eléctrico entre las células 6. La estimulación reiterada de una fibra muscular esquelética provoca una contracción sostenida (tetania). La acumulación del siguiente soluto en el líquido intracelular es responsable de la tetania: (A) Na+ (B) K+ (C) Cl– (D) Mg2+ (E) Ca2+ (F) Troponina (G) Calmodulina (H) Trifosfato de adenosina (ATP) 7. Lassoluciones A y B están separadas por una membrana que es permeable al Ca2+ e impermeable al Cl–. La solución A contiene CaCl2 10 mM y la solución B contiene CaCl2 1 mM. Suponiendo que 2.3 RT/F = 60 mV, el Ca2+ estará en equilibrio electroquímico cuando: (A) La solución A tenga +60 mV (B) La solución A tenga +30 mV (C) La solución A tenga –60 mV (D) La solución A tenga –30 mV (E) La solución A tenga +120 mV (F) La solución A tenga –120 mV (G) Las concentraciones de Ca2+ de ambas soluciones sean iguales (H) Las concentraciones de Cl– de ambas soluciones sean iguales 8. Un hombre de 42 años de edad con miastenia gravis nota una mayor resistencia muscular cuando recibe tratamiento con un inhibidor de acetilcolinesterasa (AChE). La causa de esta mejoría es un aumento de: (A) La cantidad de ACh liberada de los nervios motores (B) Las concentraciones de ACh en las placas terminales musculares (C) El número de receptores de ACh presentes en las placas terminales musculares (D) La cantidad de noradrenalina liberada de los nervios motores (E) La síntesis de noradrenalina en los nervios motores 45 9. Por error del hospital, a una mujer de 60 años de edad se le administran una gran cantidad de una solución que provoca lisis de los eritrocitos. Lo más probable es que la solución sea: (A) NaCl 150 mM (B) Manitol 300 mM (C) Manitol 350 mM (D) Urea 300 mM (E) CaCl2 150 mM 10. Durante un potencial de acción nervioso, se aplica un estímulo como lo indica la flecha de la siguiente figura. En respuesta al estímulo: (A) Se producirá un segundo potencial de acción de menor magnitud (B) Se producirá un segundo potencial de acción de magnitud normal (C) Se producirá un segundo potencial de acción de magnitud normal, pero estará diferido (D) Se producirá un segundo potencial de acción, pero no tendrá sobreexcitación (E) No se producirá un segundo potencial de acción 11. Las soluciones A y B están separadas por una membrana que es permeable a la urea. La solución A es urea 10 mM y la solución B es urea 5 mM. Si la concentración de urea en la solución A se duplica, el flujo de urea a través de la membrana: (A) Se duplicará (B) Se triplicará (C) No variará (D) Se reducirá a la mitad (E) Se reducirá a una tercera parte 12. Una célula muscular tiene [Na+] intracelular de 14 mM y [Na+] extracelular de 140 mM. Suponiendo que 2.3 RT/F = 60 mV, ¿cuál sería el potencial de membrana si la membrana de la célula muscular fuera permeable sólo al Na+? (A) −80 mV (B) −60 mV (C) 0 mV 46 (D) +60 mV (E) +80 mV PREGUNTAS 13 A 15 La siguiente figura de un potencial de acción del nervio se aplica a las preguntas 13 a 15. 13. ¿En qué punto indicado en el potencial de acción K+ está más cerca del equilibrio electroquímico? (A) 1 (B) 2 (C) 3 (D) 4 (E) 5 14. ¿Qué proceso es responsable del cambio en el potencial de membrana que ocurre entre los puntos 1 y 3? (A) Entrada de Na+ en la célula (B) Salida de Na+ de la célula (C) Entrada de K+ en la célula (D) Salida de K+ de la célula (E) Activación de la bomba de Na+-K+ (F) Inhibición de la bomba de Na+-K+ 15. ¿Qué proceso es responsable del cambio en el potencial de membrana que ocurre entre el punto 3 y el punto 4? (A) Entrada de Na+ en la célula (B) Salida de Na+ de la célula (C) Entrada de K+ en la célula (D) Salida de K+ de la célula 47 (E) Activación de la bomba de Na+-K+ (F) Inhibición de la bomba de Na+-K+ 16. La velocidad de conducción de los potenciales de acción a lo largo del nervio aumentará por: (A) Estimulación de la bomba de Na+-K+ (B) Inhibición de la bomba de Na+-K+ (C) Disminución del diámetro del nervio (D) Mielinización del nervio (E) Alargamiento de la fibra nerviosa 17. Las soluciones A y B están separadas por una membrana semipermeable. La solución A contiene sacarosa 1 mM y urea 1 mM. La solución B contiene sacarosa 1 mM. El coeficiente de reflexión de la sacarosa es 1 y el de la urea es 0. ¿Cuál de los siguientes enunciados sobre estas soluciones es correcto? (A) La solución A tiene presión osmótica efectiva más alta que la solución B (B) La solución A tiene presión osmótica efectiva más baja que la solución B (C) Las soluciones A y B son isoosmóticas (D) La solución A es hiperosmótica respecto a la solución B, y las soluciones son isotónicas (E) La solución A es hipoosmótica respecto a la solución B, y las soluciones son isotónicas 18. ¿Mediante cuál de los siguientes procesos el transporte de D-glucosa y L-glucosa ocurre a la misma velocidad a favor de un gradiente electroquímico? (A) Difusión simple (B) Difusión facilitada (C) Transporte activo primario (D) Cotransporte (E) Contratransporte 19. Lo siguiente duplicará la permeabilidad de un soluto en una bicapa lipídica: (A) Duplicar el radio molecular del soluto (B) Duplicar el coeficiente de reparto aceite/agua del soluto (C) Duplicar el espesor de la bicapa (D) Duplicar la diferencia de concentración del soluto a través de la bicapa 20. Un anestésico local recién creado bloquea los canales de Na+ en la célula nerviosa. ¿Cuál de los siguientes efectos se espera que produzca en el potencial de acción? (A) Disminución de la velocidad de aparición de la fase de ascenso del potencial de acción (B) Acortamiento del periodo refractario absoluto (C) Supresión del pospotencial hiperpolarizante 48 (D) Aumento del potencial de equilibrio de Na+ (E) Disminución del potencial de equilibrio de Na+ 21. En la placa terminal muscular, la acetilcolina (ACh) provoca la apertura de: (A) Canales de Na+ y despolarización hacia el potencial de equilibrio del Na+ (B) Canales de K+ y despolarización hacia el potencial de equilibrio del K+ (C) Canales de Ca2+ y despolarización hacia el potencial de equilibrio del Ca2+ (D) Canales de Na+ y K+ y despolarización hasta un valor medio entre los potenciales de equilibrio de Na+ y K+ (E) Canales de Na+ y K+ e hiperpolarización hasta un valor medio entre los potenciales de equilibrio de Na+ y K+ 22. Un potencial postsináptico inhibidor: (A) Despolariza la membrana postsináptica mediante la apertura de los canales de Na+ (B) Despolariza la membrana postsináptica mediante la apertura de los canales de K+ (C) Hiperpolariza la membrana postsináptica mediante la apertura de los canales de Ca2+ (D) Hiperpolariza la membrana postsináptica mediante la apertura de los canales de Cl– 23. ¿Cuál de los siguientes efectos se produciría como consecuencia de la inhibición de la Na+, K+-ATPasa? (A) Menor concentración intracelular de Na+ (B) Mayor concentración intracelular de K+ (C) Mayor concentración intracelular de Ca2+ (D) Mayor cotransporte de Na+-glucosa (E) Mayor intercambio de Na+/Ca2+ 24. ¿Cuál de las siguientes secuencias temporales es correcta en el proceso de acoplamiento excitación-contracción en el músculo esquelético? (A) Aumento de la [Ca2+] intracelular; potencial de acción en la membrana muscular; formación de puentes cruzados (B) Potencial de acción en la membrana muscular; despolarización de los túbulos T; liberación de Ca2+ del retículo sarcoplásmico (C) Potencial de acción en la membrana muscular; hidrólisis del ATP; fijación del Ca2+ a la troponina C (D) Liberación de Ca2+ del RS; despolarización de los túbulos T; fijación del Ca2+ a la troponina C 25. ¿Cuál de los siguientes procesos de transporte interviene si el transporte de glucosa de la luz intestinal a una célula intestinal pequeña es inhibido por la supresión 49 del gradiente habitual de Na+ a través de la membrana celular? (A) Difusión simple (B) Difusión facilitada (C) Transporte activo primario (D) Cotransporte (E) Contratransporte 26. En el músculo esquelético, ¿cuál de los siguientes sucesos ocurre antes de la despolarización de los túbulos T en el mecanismo de acoplamiento excitación- contracción? (A) Despolarización de la membrana sarcolémica (B) Apertura de los canales de liberación de Ca2+ en el retículo sarcoplásmico (RS) (C) Captación de Ca2+ en el RS por la Ca2+-ATPasa (D) Fijación del Ca2+ a la troponina C (E) Fijación de actina y miosina27. ¿Cuál de los siguientes es un neurotransmisor inhibidor en el sistema nervioso central? (A) Noradrenalina (B) Glutamato (C) Ácido γ-aminobutírico (GABA) (D) Serotonina (E) Histamina 28. ¿Para cuál de los siguientes procesos se utiliza ATP indirectamente? (A) Acumulación de Ca2+ por el retículo sarcoplásmico (RS) (B) Transporte de Na+ del líquido intracelular al extracelular (C) Transporte de K+ del líquido extracelular al intracelular (D) Transporte de H+ de las células parietales a la luz del estómago (E) Absorción de glucosa por las células epiteliales intestinales 29. ¿Cuál de las siguientes situaciones provoca rigidez del músculo esquelético? (A) Ausencia de potenciales de acción en las motoneuronas (B) Aumento de la concentración intracelular de Ca2+ (C) Disminución de la concentración intracelular de Ca2+ (D) Aumento de la concentración de trifosfato de adenosina (ATP) (E) Disminución de la concentración de ATP 30. La degeneración de las neuronas dopaminérgicas se ha implicado en: (A) Esquizofrenia (B) Enfermedad de Parkinson (C) Miastenia grave 50 (D) Intoxicación por curare 31. Suponiendo que todos los solutos se han disociado completamente, ¿cuál de las siguientes soluciones sería hiperosmótica en relación con NaCl 1 mM? (A) Glucosa 1 mM (B) Glucosa 1.5 mM (C) CaCl2 1 mM (D) Sacarosa 1 mM (E) KCl 1mM 32. Se produce un nuevo fármaco que bloquea el transportador para la secreción de H+ en las células parietales del estómago. ¿Cuál de los siguientes procesos de transporte se inhibe? (A) Difusión simple (B) Difusión facilitada (C) Transporte activo primario (D) Cotransporte (E) Contratransporte 33. Una mujer de 56 años de edad con debilidad muscular grave es hospitalizada. La única anomalía en sus datos analíticos es una concentración sérica elevada de K+. El K+ sérico elevado provoca debilidad muscular porque: (A) El potencial de membrana en reposo se hiperpolariza (B) El potencial de equilibrio de K+ se hiperpolariza (C) El potencial de equilibrio de Na+ se hiperpolariza (D) Los canales de K+ se cierran por despolarización (E) Los canales de K+ se abren por despolarización (F) Los canales de Na+ se cierran por despolarización (G) Los canales de Na+ se abren por despolarización 34. En la contracción del músculo liso gastrointestinal, cuál de los siguientes sucesos ocurre después de la unión de Ca2+ a calmodulina? (A) Despolarización de la membrana de la célula muscular (B) Liberación de Ca2+ inducida por Ca2+ (C) Aumento de la cadena ligera de miosina-cinasa (D) Aumento de la concentración intracelular de Ca2+ (E) Apertura de canales de Ca2+ regulados por ligando 35. En una preparación experimental de axón nervioso es posible medir potencial de membrana (Em), potencial de equlibrio de K+ y conductancia de K+. ¿Cuál combinación de valores creará la mayor corriente de salida? Conductancia de 51 Em (mV) EK (mV) K (unidades relativas) (A) −90 –90 1 (B) −100 –90 1 (C) −50 –90 1 (D) 0 –90 1 (E) +20 –90 1 (F) −90 –90 2 36. Un hombre de 68 años de edad con carcinoma de células avenales del pulmón tiene una convulsión tipo gran mal en su hogar. En la sala de emergencias, con base en la medición de la osmolaridad del plasma del hombre, el médico lo diagnostica con un síndrome de secreción inapropiada de hormona antidiurética (SIADH) y lo trata inmediatamente con solución salina hipertónica para prevenir otra convulsión. ¿Cuál de los siguientes es el valor más probable de la osmolaridad del plasma del hombre antes del tratamiento? (A) 235 mOSm/L (B) 290 mOsm/L (C) 300 mOsm/L (D) 320 mOSm/L (E) 330 mOSm/L 1. La respuesta es A (II A 1, C). Ambos tipos de transporte ocurren a favor de un gradiente electro-químico (“más fácil”) y no necesitan energía metabólica. Saturabilidad e inhibición por otros azúcares únicamente son características del transporte de glucosa mediado por portadores; por lo tanto, la difusión facilitada es saturable e inhibida por la galactosa, mientras que la difusión simple no. 2. La respuesta es D (IV E 1 a, b, 2 b). Durante la fase de ascenso del potencial de acción, la célula se despolariza, o se vuelve menos negativa. La despolarización es causada por una corriente de entrada, que es, por definición, la entrada de cargas positivas en la célula. En el nervio y en la mayoría de los tipos de músculo, el Na+ es el responsable de esta corriente de entrada. 3. La respuesta es D (IV B). Puesto que la membrana sólo es permeable a los iones K+, el K+ se difundirá a favor de su gradiente de concentración de la solución A a la solución B, dejando algunos iones Cl– en la solución A. Se creará un potencial de difusión, y la solución A será negativa respecto a la solución B. La generación de un potencial de difusión implica el movimiento de tan solo unos cuantos iones y, por lo tanto, no cambia la concentración de las soluciones totales. 52 4. La respuesta es B (V B 1-6). La ACh se almacena en las vesículas y se libera cuando un potencial de acción en el nervio motor abre los canales de Ca2+ en la terminación presináptica. La ACh se difunde a través de la hendidura sináptica y abre los canales de Na+ y K+ en la placa terminal muscular, con lo que despolariza la placa (pero no genera un potencial de acción). La despolarización de la placa terminal muscular provoca corrientes locales en la membrana muscular adyacente, que despolarizan la membrana hasta el umbral y generan potenciales de acción. 5. La respuesta es C (VI A, B 1-4; VII B 1-4). La elevación de la [Ca2+] intracelular es habitual en el mecanismo de acoplamiento excitación-contracción en el músculo esquelético y liso. En el músculo esquelético, el Ca2+ se fija a la troponina C, lo que inicia el ciclo de formación de puentes cruzados. En el músculo liso, el Ca2+ se fija a la calmodulina. El complejo Ca2+-calmodulina activa la cadena ligera de miosina-cinasa, que fosforila la miosina de modo que ocurre el acortamiento. El aspecto estriado de los sarcómeros y la presencia de troponina son característicos del músculo esquelético, no del músculo liso. Las despolarizaciones espontáneas y las uniones comunicantes son características del músculo liso unitario, pero no del músculo esquelético. 6. La respuesta es E (VI B 6). Durante la estimulación reiterada de una fibra muscular, se libera Ca2+ del RS más rápido de lo que puede volver a acumularse; por lo tanto, la [Ca2+] intracelular no vuelve a las concentraciones en reposo como lo haría después de una única contracción. El aumento de la [Ca2+] permite la formación de más puentes cruzados y, por lo tanto, genera una mayor tensión (tetania). Las concentraciones intracelulares de Na+ y K+ no varían durante el potencial de acción. Muy pocos iones Na+ o K+ entran o salen de la célula muscular, de manera que las concentraciones totales no se ven afectadas. En todo caso, las concentraciones de ATP disminuyen durante la tetania. 7. La respuesta es D (IV B). La membrana es permeable al Ca2+, pero impermeable al Cl–. Aunque existe un gradiente de concentración a través de la membrana para ambos iones, únicamente el Ca2+ puede difundirse a favor de este gradiente. El Ca2+ se difundirá de la solución A a la solución B, dejando una carga negativa en la solución A. Puede calcularse la magnitud de este voltaje para el equilibrio electroquímico con la ecuación de Nernst de la siguiente manera: ECa2+ = 2.3 RT/zF log CA/CB = 60 mV/+2 log 10 mM/1 mM = 30 mV log 10 = 30 mV. El signo se determina mediante un método intuitivo, —el Ca2+ se difunde de la solución A a la solución B, de modo que la solución A desarrolla un voltaje negativo (–30 mV)—. La difusión neta de Ca2+ se detendrá cuando se alcance este voltaje, esto es, cuando la fuerza impulsora química quede compensada exactamente por la fuerza impulsora eléctrica (no cuando las concentraciones de Ca2+ de las soluciones se igualen). 8. La respuesta es B (V B 8). La miastenia grave se caracteriza por una menor 53 densidad de receptores de ACh en la placa terminal muscular. Un inhibidor de
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