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UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 1 GUIA DE COLOQUIO Nº 2 Docente responsable: Dr. Horacio Rodríguez.- Tema: Arco reflejo, fenómenos eléctricos a nivel de la sinapsis, funcionamiento del sistema nervioso autónomo. Aplicación concepto de mecanismos homeostáticos. CONTENIDOS TEÓRICOS FISIOLOGÍA DE LA NEURONA. Origen del potencial de reposo normal de la membrana. Potencial de acción: génesis y propagación. Períodos refractarios. Respuestas locales. Constantes de tiempo y de longitud. Transmisión sináptica. Neurotransmisión química. Naturaleza de los neurotransmisores. Eventos en la transmisión. Fenómenos postsinápticos. Regulación de la actividad sináptica: mecanismos pre y postsinápticos. Sinapsis neuromuscular. Circuitos neuronales. Sinapsis eléctrica. SISTEMAS SENSORIALES. Receptores. Clasificación. Mecanismos de transducción de la información sensorial. Adaptación. Codificación de la información sensorial. Vías de transmisión de la información somatosensorial. Representación cortical. SISTEMA NERVIOSO AUTÓNOMO. Organización anatómica. Transmisión química en las sinapsis autónomas. Control central de las funciónes viscerales: hipotálamo y sistema límbico. Respuesta de los órganos efectores. Respuesta de ataque o huída. Bibliografía Fisiología Humana. Un enfoque integrado. Silverthorn. 8º edición. Capítulo 5: dinámica de las membranas 5.7 Potencial de membrana en reposo. Capítulo 8: propiedades de las neuronas y de las redes neuronales Capítulo 9: Sistema nervioso central Capítulo 10: Fisiología sensitiva Capítulo 11: División eferente: control motor autónomo y somático Capítulo 12: Músculos Capítulo 13: Fisiología integrada I: control MARCO TEÓRICO El presente marco teórico es una herramienta complementaria de estudio, que no reemplaza el estudio de la bibliografía. Por lo tanto, no comprende un desarrollo de los temas, ya que los mismos están ampliamente explicados en los capítulos asignados para estudio. En cambio, presenta los conceptos centrales de la bibliografía siguiendo la misma secuencia lógica que encuentran en la lectura de los capítulos. De esta manera, pretenden servirles como resumen del material de estudio tanto como de material de repaso de las ideas más importantes, y que son necesarias para la resolución de las preguntas del coloquio. Potencial de membrana en reposo: conceptos principales (Capítulo 5) UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 2 1. Aunque la totalidad del organismo es eléctricamente neutra, la difusión y el transporte activo de iones a través de la membrana celular crean un gradiente eléctrico, con el interior de la célula negativo con respecto al líquido extracelular. 2. El gradiente eléctrico entre el líquido extracelular y el líquido intracelular se conoce como diferencia de potencial de membrana en reposo. 3. El movimiento de un ión a través de la membrana celular es influido por el gradiente electroquímico para ese ión. 4. El potencial de membrana que se opone exactamente al gradiente de concentración de un ión se conoce como potencial de equilibrio (Eión). El potencial de equilibrio para cualquier ión se puede calcular utilizando la ecuación de Nernst. 5. En la mayoría de las células vivas, el K+ es el ión primario que determina el potencial de membrana en reposo. 6. Los cambios de la permeabilidad de la membrana a iones como K+, Na+, Ca2+ o Cl-alteran el potencial de membrana y crean señales eléctricas. Propiedades de las neuronas y de las redes neuronales (Capítulo 8) El sistema nervioso es uno de los principales sistemas de control responsables del mantenimiento de la homeostasis. Las ramas del sistema nervioso se correlacionan con los pasos de una vía refleja. Los receptores sensitivos controlan las variables reguladas y envían señales de entrada al sistema nervioso central a través de neuronas sensitivas (aferentes). Las señales de salida, eléctrica y químicas, viajan a través de las ramas eferentes (somática motora y autónoma) hacia sus órganos diana en todo el cuerpo. La transferencia de información y la comunicación dependen de señales eléctricas que pasan por las neuronas, de interacciones moleculares entre moléculas señalizadoras y sus receptores, y de señales de transducción en las células diana. Los conceptos principales en este tema son los siguientes: 1. El sistema nervioso es una red de neuronas compleja que forman el sistema de control rápido del organismo. 2. Entre las propiedades emergentes atribuidas al sistema nervioso se sugieren la consciencia, la inteligencia y la emoción. 8.1 Organización del sistema nervioso UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 3 3. El sistema nervioso se divide en sistema nervioso central (SNC), compuesto por el encéfalo y la médula espinal, y el sistema nervioso periférico (SNP) (fig. 1). Figura 1: organización del sistema nervioso 4. El sistema nervioso periférico tiene neuronas sensitivas (aferentes), que llevan información hacia el SNC, y neuronas eferentes que llevan información desde el SNC hacia diversas partes del cuerpo. 5. Las neuronas eferentes incluyen neuronas motoras somáticas, que controlan a los músculos esqueléticos, y neuronas autónomas, que controlan el músculo liso y el cardíaco, las glándulas y parte del tejido adiposo. 6. Las neuronas autónomas se subdividen en la rama simpática y parasimpática. 8.2 Células del sistema nervioso 7. Las neuronas tienen un cuerpo celular con un núcleo y orgánulos que dirigen la actividad celular, dendritas que reciben las señales de entrada y un axón que transmite las señales eléctricas desde el cuerpo celular hacia el terminal axónico. 8. Las interneuronas son neuronas que se encuentran en el SNC. UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 4 9. El transporte axónico transporta sustancias entre el cuerpo neuronal y el terminal axónico. 10. La región en donde el terminal axónico se encuentra con su célula dia na se denomina sinapsis. La célula diana es la célula postsináptica y la neurona que libera la señal química es la célula presináptica. La región comprendida entre estas dos células es la hendidura sináptica. 11. Las neuronas en desarrollo utilizan señales químicas que les indican el camino hacia sus células diana. 12. Las células gliales brindan sostén físico y se comunican con las neuronas (fig. 2). Las células de Schwann y las células satélites son células gliales asociadas con el sistema nervioso periférico (fig. 2). Los oligodendrocitos, los astrocitos, la microglía y las células ependimarias son células gliales del SNC. La microglia consta de células inmunitarias modificadas que fagocitan sustancias extrañas (fig. 2). Figura 2: células gliales UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 5 Figura 2: células gliales (continuación) 13. Las células de Schwann y los oligodendrocitos forman vainas de mielina aislantes alrededor de las neuronas (Fig. 3). Los nodos de Ranvier son zonas de la membrana no aisladas que se observan a intervalos a lo largo del axón.Figura 3: células de Schwann y vainas de mielina UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 6 14. Las células madre neurales, que pueden formar nuevas neuronas y glía, se encuentran en la capa ependimaria y en otras partes del sistema nervioso. 8.3 Señales eléctricas en las neuronas 15. La ecuación de Nernst describe el potencial de membrana de una célula que es permeable solo a un ion. 16. El potencial de membrana es influido por los gradientes de concentración de iones a través de la membrana y por la permeabilidad de la membrana a estos iones. 17. La ecuación de Goldman-Hodgkin-Katz (GHK) predice el potencial de membrana sobre la base de los gradientes de concentración de iones y la permeabilidad de la membrana a múltiples iones. 18. La permeabilidad de una célula a los iones se modifica cuando se abren y se cierran los canales iónicos de la membrana. El movimiento de unos pocos iones modifica en forma notable el potencial de membrana. 19. Los canales iónicos con compuerta de las neuronas se abren o se cierran en respuesta a señales químicas o mecánicas o en respuesta a la despolarización de la membrana celular. Los canales también se cierran por inactivación. 20. El flujo de corriente (I) obedece a la ley de Ohm: I = voltaje/resistencia. La resistencia al flujo de corriente proviene de la membrana celular, que es un buen aislante, y del citoplasma. La conductancia (G) es la recíproca de la resistencia: G = 1/R. 21. Los potenciales graduados son despolarizaciones o hiperpolarizaciones cuya fuerza es directamente proporcional a la fuerza del evento desencadenante. Los potenciales graduados pierden su fuerza al desplazar se a través de la célula (fig. 4). UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 7 Figura 4: potenciales graduados 22. La onda de despolarización que se desplaza a través de la célula se cono ce como flujo de corriente local. 23. Los potenciales de acción son señales eléctricas rápidas que viajan a lo largo del axón sin modificar su amplitud (fuerza) desde el cuerpo neuronal hasta el terminal axónico. 24. El potencial de acción se desencadena en la zona gatillo cuando un único potencial graduado o la suma de múltiples potenciales graduados excede el voltaje umbral. 25. Los potenciales graduados despolarizantes hacen que una neurona sea más propensa a disparar un potencial de acción. Los potenciales de acción hiperpolarizantes hacen que una neurona sea menos propensa a disparar un potencial de acción. 26. Los potenciales de acción son despolarizaciones uniformes, del tipo todo o nada, que pueden viajar largas distancias sin perder fuerza. 27. La fase ascendente del potencial de acción se debe al aumento de la permeabilidad al Na+. La fase descendente del potencial de acción se debe al aumento de la permeabilidad al K+ (fig. 5). UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 8 Figura 5: potencial de acción. 28. Los canales de Na+ con compuertas de voltaje del axón tienen una compuerta de activación rápida y una compuerta de inactivación lenta (fig. 6). 29. Durante un potencial de acción, muy pocos iones atraviesan la membrana. La bomba de Na+-K+- ATPasa restaura el Na+ el K+ sus compartimentos originales. 30. Una vez que ha comenzado un potencial de acción, existe un breve lapso conocido como período refractario absoluto durante el cual no puede desencadenarse un segundo potencial de acción, y que no depende de la intensidad del estímulo. Debido a esto, los potenciales de acción no pueden sumarse (fig. 7). UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 9 Figura 6: canal de Na+ con compuerta de voltaje 31. Durante el período refractario relativo se requiere un potencial graduado mayor que el normal para desencadenar un potencial de acción. UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 10 Figura 7: período refractario luego de un potencial de acción 32. La vaina de mielina alrededor del axón aumenta la velocidad de conducción al aumentar la resistencia de la membrana y disminuir la fuga de corriente. Los axones de mayor diámetro conducen los potenciales de acción más rápido que los axones de menor diámetro. 33. El salto aparente en los potenciales de acción de un nodo a otro se denomina conducción saltatoria. 34. Los cambios en la concentración sanguínea de K+ afectan el potencial de membrana en reposo y la conducción de los potenciales de acción (fig. 8). UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 11 Figura 8: el potasio y la excitabilidad celular 8.4 Comunicación entre células en el sistema nervioso 35. En la sinapsis eléctrica se transmite una señal eléctrica directamente desde el citoplasma de una célula a otra a través de uniones comunicantes. Las sinapsis químicas utilizan neurotransmisores que transportan información de una célula a otra. Los neurotransmisores difunden a través de la hendidura sináptica y se unen a receptores en las células diana. 36. Los neurotransmisores tienen múltiples formas. Las neuronas colinérgicas secretan acetilcolina. Las neuronas adrenérgicas secretan noradrenalina. Otros neurotransmisores importantes son glutamato, GABA, serotonina, adenosina y óxido nítrico. 37. Los receptores de neurotransmisores son canales iónicos con compuertas de ligando (receptores ionotrópicos) o receptores acoplados a proteína G (receptores metabotrópicos). 38. Los neurotransmisores se sintetizan en el cuerpo neuronal o en el terminal axónico. Se almacenan en vesículas sinápticas y se liberan mediante exocitosis cuando un potencial de acción llega al terminal axónico. 39. La acción de los neurotransmisores finaliza rápidamente por recaptación hacia las células, difusión fuera de la sinapsis o por degradación enzimática. 40. La información acerca de la fuerza y duración de un estímulo se transmite mediante la cantidad de neurotransmisor liberado. El aumento de la frecuencia de los potenciales de acción libera mayor cantidad de neurotransmisor. UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 12 8.5 Integración de la transferencia de información neural 41. Cuando una neurona presináptica hace sinapsis con un gran número de neuronas postsinápticas, el patrón se conoce como divergencia. Cuan do varias neuronas presinápticas transmiten información a un número menor de neuronas postsinápticas, el patrón se conoce como convergencia (fig. 9). Figura 9 42. La transmisión sináptica puede ser modificada en respuesta a la actividad en la sinapsis, un proceso conocido como plasticidad sináptica. 43. Los receptores acoplados a proteína G crean potenciales sinápticos lentos o modifican el metabolismo celular. Los canales iónicos crean potenciales sinápticos rápidos (fig. 10). UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORALFACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 13 Figura 10 44. La sumación de potenciales graduados simultáneos de neuronas divergentes se conoce como sumación espacial. La sumación de potenciales graduados cercanos en forma secuencial se conoce como sumación temporal (fig. 11). 45. La modulación presináptica de un terminal axónico permite la modulación selectiva de colaterales y sus células diana. La modulación postsináptica ocurre cuando una neurona moduladora hace sinapsis con el cuerpo celular o las dendritas de una neurona postsináptica (fig. 11). 46. La potenciación de largo plazo y la depresión de largo plazo son mecanismos por los cuales una neurona modifica la fuerza de sus conexiones sinápticas (fig. 11). UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 14 Figura 11 Capítulo 9: Sistema nervioso central El encéfalo es el principal centro de control del organismo, y (como veremos en los próximos capítulos) las respuestas homeostáticas en muchos órganos están diseñadas para mantener la función cerebral. Una de las propiedades emergentes del encéfalo es la capacidad de crear pensamientos y emociones complejos en ausencia de estímulos externos. 9.1 Propiedades emergentes de las redes neuronales 1. Las redes neuronales crean conductas afectivas y cognitivas. 2. El cerebro tiene plasticidad, la capacidad de cambiar sus conexiones sobre la base de la experiencia. 9.2 Evolución del sistema nervioso 3. El sistema nervioso evolucionó desde una simple red de neuronas hasta encéfalos complejos. 4. El cerebro es responsable del pensamiento y la emoción. 9.3 Anatomía del sistema nervioso central 5. El sistema nervioso central (SNC) está formado por capas de células dispuestas alrededor de una cavidad central llena de líquido y se desarrolla a partir del tubo neural embrionario. UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 15 6. La sustancia gris del SNC está formada por cuerpos neuronales sin mielina, dendritas y terminales axónicos. Los cuerpos neuronales pueden formar capas en algunas regiones del encéfalo o formar grupos conocidos como núcleos. 7. Los axones rodeados de mielina forman la sustancia blanca del SNC y se ubican en haces llamados tractos. 8. El cerebro y la médula espinal están rodeados por las meninges y por los huesos del cráneo y las vértebras. Las meninges son la piamadre, la aracnoides y la duramadre (fig. 12). Figura 12 9. El plexo coroideo secreta líquido cefalorraquídeo (LCR) hacia los ventrículos cerebrales. El líquido cefalorraquídeo amortigua al tejido nervioso y crea un ambiente químico controlado (fig. 13). UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 16 Figura 13 10. Las uniones estrechas en los capilares encefálicos crean una barrera hematoencefálica que impide que las sustancias presentes en la sangre que puedan ser nocivas para el sistema nervioso central ingresen en el líquido intersticial. 11. La fuente de energía normal de las neuronas es la glucosa, y por ello el cuerpo regula en forma estrecha las concentraciones de glucosa en sangre. 9.4 La médula espinal 12. Cada segmento de la médula espinal se asocia con un par de nervios espinales. 13. La raíz dorsal de cada nervio espinal lleva información sensitiva aferente. Los ganglios de las raíces dorsales contienen los cuerpos neuronales de neuronas sensitivas (fig. 14). UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 17 Figura 14 14. Las raíces ventrales llevan información eferente desde el sistema nervioso central hacia músculos y glándulas. 15. Los tractos ascendentes de sustancia blanca llevan información sensi tiva aferente hacia el cerebro, y los tractos descendentes llevan señales eferentes desde el cerebro. Los tractos propioespinales quedan dentro de la médula espinal. 16. Los reflejos espinales se integran en la médula espinal (fig. 15). UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 18 Figura 15 9.5 El encéfalo 17. El encéfalo tiene seis divisiones principales: cerebro, diencéfalo, mesencéfalo, cerebelo, protuberancia y bulbo raquídeo. 18. El tronco encefálico se divide en el bulbo raquídeo, la protuberancia y el mesencéfalo. Allí se originan los nervios craneales II a XII. 19. La formación reticular es una colección difusa de neuronas que participan en muchos procesos básicos. 20. El bulbo raquídeo contiene tractos somatosensitivos y corticoespinales que llevan información entre el cerebro y la médula espinal. La mayoría de los tractos cruzan la línea media en la región piramidal. El bulbo raquídeo contiene centros de control de muchas funciones involuntarias. 21. La protuberancia actúa como estación de relevo de información entre el cerebelo y el cerebro. 22. El mesencéfalo controla los movimientos oculares y envía señales para los reflejos auditivos y motores. UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 19 23. El cerebelo procesa la información sensitiva y coordina la ejecución de los movimientos. 24. El diencéfalo está compuesto por el tálamo y el hipotálamo. El tálamo envía y modifica la información sensitiva y motora hacia y desde la corteza cerebral. 25. El hipotálamo contiene centros para los impulsos conductuales y des empeña un papel clave en la homeostasis mediante el control de funciones endocrinas y autónomas. 26. La glándula hipófisis y la glándula pineal son glándulas endocrinas ubicadas en el diencéfalo. 27. El cerebro está formado por dos hemisferios conectados entre sí por el cuerpo calloso. Cada hemisferio cerebral se divide en los lóbulos frontal, parietal, temporal y occipital. 28. La sustancia gris del cerebro incluye la corteza cerebral, los ganglios basales y el sistema límbico. 29. Los ganglios basales ayudan a controlar los movimientos. 30. El sistema límbico actúa como nexo entre las funciones cognitivas y las respuestas emocionales. Incluye la amígdala y el giro cingulado, vinculados a la emoción y la memoria, y el hipocampo, asociado con el aprendizaje y la memoria. 9.6 Función del encéfalo 31. Las respuestas motoras son controladas por tres sistemas cerebrales: un sistema sensorial, un sistema cognitivo y un sistema conductual. 32. Las funciones cerebrales superiores, como el razonamiento, se originan en la corteza cerebral. La corteza cerebral contiene tres especializaciones funcionales: áreas sensitivas, áreas motoras y áreas de asociación (fig. 16). Figura 16 UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 20 33. Cada hemisferio cerebral ha desarrollado funciones específicas. Esta especialización se conoce como lateralización cerebral (fig. 16). 34. Las áreas sensitivas reciben información de los receptores sensoriales. La corteza sensitiva somática primariaprocesa información acerca del tacto, la temperatura y otras sensaciones somáticas. La corteza visual, la corteza auditiva, la corteza gustativa y la corteza olfatoria reciben información acerca de la visión, el sonido, el gusto y los olores, respectivamente, 35. Las áreas de asociación integran la información sensitiva en la percepción. La percepción es la interpretación cerebral de los estímulos sensoriales. 36. La respuesta motora incluye los movimientos de los músculos esqueléticos, la secreción neuroendocrina y las respuestas viscerales, 37. Las áreas motoras controlan los movimientos de los músculos esqueléticos. Cada hemisferio cerebral contiene una corteza motora primaria y un área de asociación motora. Capítulo 10: Fisiología sensitiva Todos vivimos en el mismo mundo, pero los diferentes animales perciben el mundo de manera distinta. Por ejemplo, los perros oyen sonidos que nosotros no podemos oír y los animales nocturnos tienen mejor visión nocturna que nosotros. Un animal puede percibir solo aquellos estímulos para los que tiene receptores sensitivos. En este capítulo se exploraron los receptores sensitivos en el cuerpo humano y se explicó el modo en que cada tipo está diseñado para permitirnos percibir diferentes aspectos del mundo que nos rodea. A pesar de las cualidades únicas de cada sentido, los patrones básicos surgen de la transducción y la percepción de los sentidos. Las interacciones moleculares de las moléculas señal y los canales iónicos o los receptores acoplados a proteína G inician muchas vías sensitivas. Los receptores sensitivos nerviosos y no nerviosos convierten la energía química, mecánica, térmica y luminosa en señales eléctricas que viajan por las neuronas sensitivas hacia los centros de control en el SNC. El encéfalo procesa y filtra las señales que ingresan, a veces actuando sobre información sensitiva sin que esa información se advierta en la consciencia. Muchos de los reflejos viscerales que estudiará son respuestas inconscientes a aferencias sensitivas. 10.1 Propiedades generales de los sistemas sensitivos 1. Los estímulos sensitivos se dividen en sentidos especiales de visión, audición, gusto, olfato y equilibrio, y sentidos somáticos de tacto, temperatura, dolor, prurito y propiocepción. UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 21 2. Las vías sensitivas comienzan con un estímulo que es convertido en un potencial eléctrico por un receptor. 3. Si el estímulo supera el umbral, los potenciales de acción viajan por las neuronas sensitivas al sistema nervioso central. Advertimos algunos estímulos pero nunca somos conscientes de otros (cuadro 10.1). 4. Los receptores sensitivos varían entre terminaciones nerviosas libres y terminaciones nerviosas encapsuladas y células receptoras especializadas (fig. 17). UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 22 Figura 17 5. Hay cuatro tipos de receptores sensitivos sobre la base del estímulo al que son más sensibles: quimiorreceptores, mecanorreceptores, termorreceptores y fotorreceptores (cuadro 10.2). 6. Cada tipo de receptor tiene un estímulo adecuado, una forma particu lar de energía a la que responde mejor. 7. Un estímulo que supera el umbral crea un potencial graduado en el receptor. 8. Múltiples neuronas sensitivas pueden converger en una neurona secundaria y crean un solo campo receptivo grande (fig. 18). UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 23 Figura 18 9. La información sensitiva de la médula espinal se proyecta al tálamo y luego a las áreas sensitivas de la corteza cerebral. La información olfatoria no atraviesa el tálamo (fig. 19). Figura 19 UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 24 10. El sistema nervioso central es capaz de modificar nuestra advertencia de la información sensitiva. El umbral perceptual es el nivel de la intensidad del estímulo necesario para que advirtamos una sensación en particular. 11. La modalidad de una señal y su localización dependen de las neuronas sensitivas que se activan. La asociación de un receptor con una sensación específica se denomina codificación de línea marcada. 12. La localización de la información auditiva depende del momento en que se activan los receptores en cada oído. 13. La inhibición lateral aumenta el contraste entre el centro del campo receptivo y los bordes del campo. En la codificación por población, el encéfalo usa la información de los múltiples receptores para calcular la localización y el momento en que se produce un estímulo (fig. 20) . Figura 20 14. La intensidad del estímulo se determina en función del número de receptores activados y de la frecuencia de sus potenciales de acción (fig. 21). UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 25 Figura 21 15. En relación con los receptores tónicos, la neurona sensitiva descarga potenciales de acción siempre que el potencial del receptor se mantenga por encima del umbral. Los receptores fásicos responden a un cambio en la intensidad del estímulo pero se adaptan si la intensidad del estímulo permanece constante (fig. 22). Figura 22 UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 26 10.2 Sentidos somáticos 16. Hay cuatro modalidades somatosensitivas: tacto, propiocepción, temperatura y nocicepción. 17. Las neuronas sensitivas secundarias cruzan la línea media de modo que un lado del encéfalo procesa la información del lado opuesto del cuerpo. Los tractos sensitivos ascendentes terminan en la corteza somatosensitiva (fig. 23). Figura 23 18. Los receptores del tacto tienen diversas variedades. Los receptores de la temperatura registran el calor y el frío. 19. Los nociceptores son terminaciones nerviosas libres que responden a los estímulos químicos, mecánicos o térmicos. Su activación se percibe como dolor y prurito. 20. Algunas respuestas a los irritantes, como el reflejo de retirada, son reflejos espinales protectores. 21. El dolor referido procedente de los órganos internos sucede cuando múltiples neuronas sensitivas primarias convergen en un solo tracto ascendente. UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 27 22. El dolor rápido se transmite a gran velocidad a través de fibras delgadas mielínicas. El dolor lento es transportado por fibras delgadas amielínicas. El dolor puede ser modulado por vías descendentes del encéfalo o por mecanismos de compuerta en la médula espinal. Capítulo 11: División eferente: control motor autónomo y somático Las divisiones motoras autónoma y somática son las vías eferentes del sistema nervioso periférico. La comunicación entre las divisiones sensitiva y eferente y el SNC depende principalmente de señalización química e interacciones moleculares entre los neurotransmisores y susreceptores. La homeostasis requiere vigilancia constante de parámetros corporales por el sistema nervioso, que trabaja en conjunto con los sistemas endocrino e inmunitario. A medida que usted aprende la función de otros sistemas/aparatos corporales, continuará revisando los principios de comunicación y coordinación. 11.1 División autónoma 1. La división eferente del sistema nervioso periférico consiste en neuronas motoras somáticas, que controlan los músculos esqueléticos, y neuronas autónomas, que controlan el músculo liso, el músculo cardíaco, numerosas glándulas, tejido linfoide y parte del tejido adiposo 2. La división autónoma incluye una rama simpática y una rama parasimpática (cuadro 11.4). 3. El mantenimiento de la homeostasis dentro del cuerpo es un equilibrio del control autónomo, el control endocrino y las respuestas conductuales. 4. La división autónoma es controlada por centros del hipotálamo, la protuberancia y el bulbo. Algunos reflejos autónomos son reflejos espinales. Muchos de ellos se pueden modular por influencias encefálicas. 5. Las dos divisiones autónomas muestran las propiedades de Cannon de la homeostasis: mantenimiento del medio interno, control tónico, control antagónico y respuestas tisulares variables. UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 28 6. Todas las vías autónomas están compuestas por una neurona preganglionar del SNC que hace sinapsis con una neurona posganglionar en un ganglio autónomo. Los ganglios autónomos pueden modular e integrar la información que pasa a través de ellos (fig. 24). Figura 24 7. La mayoría de las vías simpáticas se originan en las regiones torácica y lumbar de la médula espinal. La mayoría de los ganglios simpáticos se localizan cerca de la médula espinal o a lo largo de la aorta descendente (fig. 25). Figura 25 UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 29 8. Las vías parasimpáticas se originan en el tronco encefálico o la región sacra de la médula espinal. Los ganglios parasimpáticos se localizan en sus órganos diana o cerca de ellos (fig. 25). 9. Los principales neurotransmisores autónomos son acetilcolina y noradrenalina. Todas las neuronas preganglionares secretan ACh sobre receptores colinérgicos nicotínicos. Como regla, las neuronas simpáticas posganglionares secretan noradrenalina sobre receptores adrenérgicos, y las neuronas parasimpáticas posganglionares secretan ACh sobre receptores colinérgicos muscarínicos (fig. 26). Figura 26 10. La sinapsis entre una neurona autónoma y sus células diana se denomina unión neuroefectora. 11. Los axones autónomos posganglionares terminan en varicosidades desde las que se libera el neurotransmisor (fig. 27). UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 30 Figura 27 12. La médula suprarrenal secreta adrenalina y es controlada por neuronas preganglionares simpáticas (fig. 28). Figura 28 UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 31 13. Los receptores adrenérgicos son receptores acoplados a proteína G. Los alfa-receptores responden con mayor intensidad a la noradrenalina. Los receptores β1-adrenérgicos responden por igual a la noradrenalina y la adrenalina. Los receptores β2-adrenérgicos no se asocian con neuronas simpáticas y responden con mayor intensidad a la adrenalina. Los receptores β3-adrenérgicos responden con mayor intensidad a la noradrenalina. (cuadro 11.2). 14. Los receptores colinérgicos muscarínicos también son receptores acoplados a proteína G. 11.2 División motora somática 15. Las vías motoras somáticas, que controlan los músculos esqueléticos, tienen una sola neurona que se origina en el SNC y termina en un músculo esquelético. Las neuronas motoras somáticas siempre son excitatorias y causan contracción muscular (fig. 29). UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 32 Figura 29 16. Una sola neurona motora somática controla muchas fibras musculares a la vez. 17. La sinapsis de la neurona motora somática con una fibra muscular se denomina unión neuromuscular. La membrana de la célula muscularse modifica para convertirse en una placa motora terminal que contiene una alta concentración de receptores nicotínicos (fig. 30). UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 33 Figura 30 18. La unión de ACh al receptor nicotínico abre canales catiónicos. El ingreso neto de Na+ en la fibra muscular la despolariza. En la sinapsis, la acetilcolina es degradada por la enzima acetilcolinesterasa (fig.30). Capítulo 12: Músculos Los músculos proporcionan un excelente sistema para estudiar las relaciones estructura-función en todos los niveles, desde actina, miosina y filamentos deslizantes de la fibra muscular hasta músculos que traccionan huesos y articulaciones. Las propiedades mecánicas de los músculos que influyen en la contracción comprenden componentes elásticos, como la proteína titina y los elementos elásticos en serie del músculo intacto. La compartimentación es esencial para la función muscular según demuestra la concentración de Ca2+ en el retículo sarcoplásmico y el papel clave de las señales de UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 34 Ca2+ para iniciar la contracción. La ley de acción de masas actúa en la dinámica de la unión y separación de Ca2+-calmodulina y Ca2+-troponina. Asimismo, los músculos muestran de qué manera el uso de energía biológica transforma energía alma cenada en enlaces químicos de ATP en movimiento de proteínas motoras. Los músculos aportan muchos ejemplos de comunicación y control en el cuerpo. La comunicación tiene lugar en una escala tan pequeña como señales eléctricas que se propagan entre las células de músculo liso a través de uniones en hendidura o tan grandes como una neurona motora somática que inerva múltiples fibras musculares. Los músculos esqueléticos son controlados solo por neuronas motoras somáticas, pero los músculos liso y cardíaco tienen regulación compleja que varía de neurotransmisores a hormonas y moléculas paracrinas. 1. Los músculos generan movimiento, fuerza y calor. 2. Los tres tipos de músculo son músculo esquelético, músculo cardíaco y músculo liso. Los músculos esquelético y cardíaco son músculos estriados. 3. Los músculos esqueléticos son controlados por neuronas motoras somáticas. Los músculos cardíaco y liso son controlados por inervación autónoma, señales paracrinas y hormonas. Algunos músculos lisos y cardíacos son autorrítmicos y se contraen en forma espontánea. 12.1 Músculo esquelético 4. Por lo general, los músculos esqueléticos están unidos a los huesos por tendones. El origen es el extremo del músculo unido más cerca del tronco o al hueso más inmóvil. La inserción es la unión más distal o móvil. 5. En una articulación flexible,la contracción muscular mueve el esqueleto. Los flexores acercan los huesos, los extensores separan los huesos entre sí. Los pares de flexores-extensores son ejemplos de grupos mus culares antagonistas (fig. 31). UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 35 Figura 31 6. Un músculo esquelético es un conjunto de fibras musculares, células de gran tamaño con numerosos núcleos. 7. Los túbulos T permiten que los potenciales de acción se muevan con rapidez hacia el interior de la fibra y liberen calcio del retículo sarcoplásmico. 8. Las miofibrillas son haces intracelulares de proteínas contráctiles y elásticas. Los filamentos gruesos están compuestos por miosina. Los filamentos delgados están compuestos, en su mayor parte, por actina. La titina y la nebulina mantienen en su posición los filamentos gruesos y delgados. 9. La miosina se une a la actina, lo que crea puentes cruzados entre los filamentos gruesos y delgados. 10. Un sarcómero es la unidad contráctil de una miofibrilla. Está compuesto por dos discos Z y los filamentos entre ellos. El sarcómero se divide en bandas I (solo filamentos delgados), una banda A que abarca la longitud de un filamento grueso, y la zona H central ocupada solo por filamentos gruesos. La línea M y los discos Z representan sitios de unión para miosina y actina, respectivamente. 11. La fuerza creada por un músculo que se contrae se denomina tensión muscular. La carga es un peso o fuerza que se opone a la contracción de un músculo. UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 36 12. La teoría del filamento deslizante de la contracción afirma que, duran te la contracción, filamentos gruesos y delgados superpuestos se deslizan unos a lo largo de otros de una manera dependiente de energía como resultado del movimiento de los puentes cruzados actina-miosina. 13. En el músculo relajado, la tropomiosina bloquea en forma parcial el sitio de unión a miosina de la actina. Para iniciar la contracción, elCa2+ se une a la troponina. Esto desbloquea los sitios de unión a miosina y permite que esta complete su golpe activo (fig. 32). Figura 32 14. Durante la relajación, el retículo sarcoplásmico utiliza una Ca2+-ATPasa para bombear Ca2+ de nuevo a su luz. 15. La miosina convierte energía del ATP en movimiento. La miosina ATPasa hidroliza ATP a ADP y Pi (fig. 33). UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 37 Figura 33 16. Cuando la miosina libera Pi, la cabeza de miosina se mueve en el golpe activo. Al final del golpe activo, la miosina libera ADP. El ciclo finaliza en el estado de rigidez, con la estrecha unión de la miosina a la actina (fig. 34). UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 38 Figura 34 17. En el acoplamiento excitación-contracción, una neurona motora somática libera ACh, que inicia un potencial de acción del músculo esquelético que provoca una contracción (fig. 34). 18. Los canales de Ca2+ sensibles al voltaje denominados receptores de DHP de los túbulos T abren canales de liberación de Ca2+ RyR del retículo sarcoplásmico (fig. 34). 19. La relajación tiene lugar cuando el Ca2+ es bombeado de nuevo al RS por una Ca2+-ATPasa (fig. 34). 20. Un ciclo único de contracción-relajación se conoce como una contracción. El período latente entre el final de potencial de acción muscular y el inicio del desarrollo de tensión muscular representa el tiempo requerido para la liberación de Ca2+ y la unión a troponina (fig.35). UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 39 Figura 35 21. Las fibras musculares almacenan energía para la contracción en la fosfocreatina. El metabolismo anaerobio de la glucosa es una fuente rápida de ATP, pero no es eficaz. El metabolismo aerobio es muy eficaz pero requiere un suministro adecuado de oxígeno a los músculos. 22. La fatiga muscular es un cuadro reversible en el que un músculo ya no puede generar o sostener la producción de potencia esperada. La fatiga tiene múltiples causas. 23. Las fibras musculares esqueléticas se pueden clasificar sobre la base de su velocidad de contracción y resistencia a la fatiga en fibras de contracción lenta (oxidativas), fibras oxidativo- glucolíticas de contracción rápida y fibras glucolíticas de contracción rápida. Las fibras oxidativas son las más resistentes a la fatiga. 24. La mioglobina es un pigmento de unión a oxígeno que transfiere oxígeno al interior de la fibra muscular. 25. La tensión de una contracción muscular esquelética es determinada por la longitud de los sarcómeros antes del inicio de la contracción (fig. 36). UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 40 Figura 36 26. Aumentar la frecuencia del estímulo causa sumación de contracciones con un aumento de tensión. Un estado de contracción máxima se conoce como tétanos (fig.37). Figura 37 27. Una unidad motora está compuesta por un grupo de fibras musculares y la neurona motora somática que las controla. El número de fibras musculares de una unidad motora varía, pero todas las fibras de una unidad motora individual son del mismo tipo (fig. 38). UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 41 Figura 38 28. La fuerza de contracción dentro de un músculo esquelético puede aumentar por reclutamiento de unidades motoras adicionales. 12.2 Mecánica del movimiento corporal 29. Una contracción isotónica crea fuerza a medida que el músculo se acorta y mueve una carga. Una contracción isométrica crea fuerza sin mover una carga. Las contracciones de alargamiento crean fuerza mientras el músculo se alarga (fig. 39). UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 42 Figura 39 30. Las contracciones isométricas se producen porque los elementos elásticos en serie permiten que las fibras mantengan una longitud constante aunque los sarcómeros se acorten y generen tensión (fig. 40). UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 43 Figura 40 31. El cuerpo utiliza sus huesos y articulaciones como palancas y puntos de apoyo. La mayoría de los sistemas de palanca-punto de apoyo del cuerpo maximizan la distancia y la velocidad con que se puede mover una carga, pero también requieren que los músculos realicen más trabajo que el que realizarían sin la palanca (fig. 41). UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIAHUMANA 2020.- 44 Figura 41 32. La velocidad de contracción es una función del tipo de fibra muscular y la carga. La contracción es más rápida cuando la carga del músculo es cero (fig. 42). Figura 42 12.3 Músculo liso UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 45 33. El músculo liso es más lento que el músculo esquelético pero puede mantener las contracciones por períodos más prolongados sin fatigarse. 34. Los músculos fásicos suelen estar relajados o cumplen ciclos de contracciones. Por lo general, el músculo liso tónico está contraído. 35. El músculo liso de unidad única se contrae como una sola unidad cuando las despolarizaciones pasan de célula en célula a través desculo esquelético. En el músculo liso de múltiples unidades, las fibras musculares individuales son estimuladas de manera independiente (fig. 43). Figura 43 36. El músculo liso tiene menos miosina que el músculo esquelético. Cada miosina se asocia con alrededor de 12-15 moléculas de actina. El músculo liso carece de troponina. 37. El retículo sarcoplásmico tiene canales de liberación de Ca2+ RyR y canales receptores de IP3.También ingresa calcio del líquido extracelular. 38. En la contracción del músculo liso, el Ca2+ se une a la calmodulina y activa la cinasa de las cadenas livianas de miosina (MLCK) (fig. 44). UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 46 Figura 44 39. La MLCK fosforila las cadenas livianas de miosina, lo que activa la miosina ATPasa. Esto permite los golpes activos de los puentes cruzados (fig. 44). 40. Durante la relajación, el Ca2+ es bombeado fuera del citosol, y las cadenas livianas de miosina son desfosforiladas por la miosinafosfatasa (fig. 44). 41. La sensibilidad al calcio del músculo liso puede ser modificada mediante el cambio de actividad de la miosina fosfatasa (fig.45). UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 47 Figura 45 42. En la contracción miogénica, el estiramiento de la célula la despolariza y abre los canales de Ca2+ de la membrana. 43. Los potenciales de membrana inestables del músculo liso adoptan la forma de potenciales de onda lenta o de potenciales marcapaso (fig. 46). UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 48 Figura 46 44. En el acoplamiento farmacomecánico puede haber contracción del músculo liso iniciada por señales químicas sin un cambio significativo del potencial de membrana (fig. 46). 45. La contracción del músculo liso es influenciada por neuronas simpáti cas y parasimpáticas, y una variedad de hormonas y señales paracrinas. 12.4 Músculo cardíaco 46. Las fibras musculares cardíacas son estriadas, tienen un único núcleo y están eléctricamente conectadas a través de uniones en hendidura. El músculo cardíaco comparte características con el músculo esquelético y el músculo liso. Capítulo 13: Fisiología integrada I: control ¿Cuántas veces ha escuchado decir: “Lo hice sin pensar”? En efecto, estaban diciendo que su acción fue una respuesta refleja. Existen muchas maneras de controlar las funciones de los músculos y las UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 49 glándulas del cuerpo, pero un reflejo neural es la más simple y la más rápida. Este capítulo analiza de qué manera el sistema nervioso controla el movimiento corporal. Los reflejos posturales y espinales cumplen el patrón básico de un reflejo: una aferencia sensitiva es integrada en el SNC, y luego se actúa cuando una señal eferente llega a los músculos esqueléticos. Los movimientos voluntarios no requieren aferencias sensitivas para ser inicia dos, pero integran retroalimentación sensitiva para asegurar una ejecución suave. 13.1 Reflejos neurales 1. Un reflejo neural consiste en los siguientes elementos: estímulo, receptor, neuronas sensitivas, centro integrador, neuronas eferentes, efectores (músculos y glándulas) y respuesta. 2. Los reflejos neurales se pueden clasificar de varias maneras. Los reflejos somáticos involucran neuronas motoras somáticas y músculos esqueléticos. Los reflejos autónomos (o viscerales) son controlados por neuronas autónomas (cuadro 13.1). UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 50 3. Los reflejos espinales son integrados en la médula espinal. Los reflejos craneales son integrados en el encéfalo. 4. Muchos reflejos son innatos. Otros se adquieren a través de la experiencia. 5. La vía refleja más simple es un reflejo monosináptico con solo dos neuronas. Los reflejos polisinápticos tienen tres o más neuronas en la vía (fig. 47). Figura 47 13.2 Reflejos autónomos 6. Algunos reflejos autónomos son reflejos espinales modulados por aferencias encefálicas. Otros reflejos necesarios para mantener la homeostasis son integrados en el encéfalo, principalmente en el hipotálamo, el tálamo y el tronco encefálico. 7. Los reflejos autónomos son todos polisinápticos, y muchos se caracterizan por actividad tónica (fig. 47). UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 51 13.3 Reflejos musculares esqueléticos 8. La relajación del músculo esquelético debe ser controlada por el SNC, porque una neurona motora somática siempre causa contracción del músculo esquelético. 9. Las fibras contráctiles normales de un músculo se denominan fibras musculares extrafusales. Su contracción es controlada por neuronas motoras alfa (fig. 48). Figura 48 10. Los órganos tendinosos de Golgi se localizan en la unión de los tendones con las fibras musculares. Están formados por terminaciones nerviosas libres que se entremezclan entre fibras colágenas. Proporcionan información al SNC sobre la tensión muscular (fig. 48). 11. Los husos musculares envían información al SNC acerca de la longitud muscular. Estos receptores están compuestos por fibras intrafusales con neuronas sensitivas envueltas alrededor del centro no contráctil. Las neuronas motoras gamma inervan los extremos contráctiles de las fibras intrafusales (fig. 48). UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 52 12. Los husos musculares son receptores de estiramiento tónicamente activos. Sus eferencias generan contracción tónica de las fibras musculares extrafusales. Debido a esta actividad tónica, un músculo en reposo mantiene cierto nivel de tensión, conocido como tono muscular (fig. 48). 13. Si un músculo se estira, las fibras intrafusales de sus husos se estiran e inician la contracción refleja del músculo. La contracción previene el daño por estiramiento excesivo. Esta vía refleja se conoce como reflejo miotático o de estiramiento (fig. 49). Figura 49 14. Cuando un músculose contrae, la coactivación alfa-gamma garantiza que su huso muscular se mantenga activo. La activación de las neuronas motoras gamma causa contracción de los extremos de las fibras intrafusales. Esta contracción alarga la región central de las fibras intrafusales y mantienen el estiramiento de las terminaciones nerviosas sensitivas (fig. 50). UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 53 Figura 50 15. Los músculos sinergistas y antagonistas que controlan una articulación individual se denominan unidad miotática. Cuando se contrae un grupo de músculos de una unidad miotática, los músculos antagonistas deben relajarse a través de un reflejo conocido como inhibición recíproca (fig. 51). Figura 51 16. Los reflejos de flexión son reflejos polisinápticos que causan el aleja miento de un brazo o una pierna de un estímulo doloroso. Los reflejos de flexión de las piernas se suelen acompañar del reflejo UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 54 extensor cruzado, un reflejo postural que ayuda a mantener el equilibrio cuando se levanta un pie del suelo (fig. 52). Figura 52 17. Los generadores de patrones centrales son redes de neuronas del SNC que pueden provocar movimientos motores rítmicos sin retroalimentación sensitiva ni órdenes encefálicas superiores. 13.5 Control del movimiento en músculos viscerales 24. La contracción de los músculos liso y cardíaco puede producirse en forma espontánea o puede ser controlada por hormonas o por la división autónoma del sistema nervioso. CASO CLÍNICO PARA TRABAJAR DURANTE EL COLOQUIO “Laura reside a orillas del mar. Se dirige a un restaurante y decide comer mariscos. Tras ingerir mejillones y almejas experimenta una serie de síntomas y rápidamente concurre a la guardia de un hospital. Relata que primero tuvo una sensación de cosquilleo y comezón que le afectó a la boca y labios, y luego se le extendió a la cara y cuello. Más tarde se le extendió a brazos y piernas. Posteriormente sintió insensibilidad de las áreas afectadas y dificultad para lograr una marcha coordinada. Presenta UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 55 un principio de parálisis muscular flácida y cierta dificultad respiratoria. Los reflejos superficiales están ausentes y los profundos están disminuidos. Laura no es alérgica a los mariscos. Se coloca un electrodo extracelular en el nervio cubital. El médico araña con su uña la zona palmar del dedo meñique aplicando un estímulo que debería resultar doloroso. La paciente no percibe el estímulo y no se detectan potenciales de acción en respuesta al estímulo doloroso. Se ubica un microelectrodo intracelular en una fibra sensitiva del nervio cubital, comprobándose que el potencial de membrana en reposo es normal. Se induce un potencial de acción mediante el raspado repetido y vigoroso de la piel del dedo meñique. Se observa que el ascenso del potencial de acción es más lento y su altura inferior al esperado Se diagnosticó intoxicación paralítica por mariscos”. Responda las siguientes consignas: 1. ¿Cómo se genera y mantiene la diferencia de potencial transmembrana? 2. ¿Si la [K+] del LEC aumenta de 3 a 5 mEq/l que sucederá con el potencial de membrana en reposo de una neurona? a) Disminuye b) Aumenta c) No cambia d) Se hace más negativo e) Se hace más positivo f) Se despolariza g) Se hiperpolariza h) Se repolariza i) Desencadena un potencial de acción 2.1. ¿Si el potencial de membrana en reposo aumenta se hace más positivo o más negativo? 3. ¿Qué tipo de canales en la neurona están destinados a recibir e integrar información y cuál es su localización? 4. Mencione 3 canales dependientes de voltaje que participan de la transmisión de información entre neuronas. 5. ¿Qué propiedad de las células excitables puede ser explicada por la inactivación de los canales de Na+? 6. ¿Cómo se propaga el potencial de acción? 7. Compare las características de los potenciales de acción y de los potenciales postsinápticos excitatorios. UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 56 Potencial Acción PPSE (potencial local) Estímulo para la apertura de canales iónicos Efecto inicial del estímulo Causa de la repolarización Distancia de la conducción Retroalimentación (+) entre la despolarización y la apertura de los canales de Na Despolarización máxima Período refractario Suma 8. Describa la naturaleza del potencial generador y explique su relación con la intensidad del estímulo y con la frecuencia de producción del potencial de acción. 9. Defina reflejo y arco reflejo. 10. En el arco reflejo del siguiente esquema indique los componentes del arco reflejo, y los fenómenos eléctricos observados a nivel del receptor, vías aferente y eferentes, sinapsis y efector. 11. Complete las características que presenta el Sistema Motor Somático. a) Órgano efector:……………………………………………. UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 57 b) Ubicación del soma de la motoneurona :………………………………………………. c) Presencia de ganglios:…………………………………… d) Nº de neuronas desde el SNC hasta el efector:..…………………………………………. e) Tipo de fibras nerviosas: …………………………………. f) Tipo de unión neuromuscular:……………………………………………………………………. g) Efecto del impulso nervioso sobre el músculo:………………………………………………. h) Neurotransmisor involucrado:………………………………………………………………………. i) Tipo de receptor sobre el que actúa y su denominación:….…………………………………………. j) Efecto de la denervación:……………………………………………………………. 12. La intoxicación sufrida por Laura se debe a un compuesto denominado saxitoxina, producido por dinoflagelados que sirven de alimentación al marisco quien concentra la toxina. Relacionado al caso clínico analice: A. ¿Por qué el potencial de membrana en reposo está dentro de los valores normales? B. ¿Qué acción habrá provocado la toxina sobre las membranas neuronales? a) Reducir la conductancia en reposo al K+ en células nerviosas y musculares. b) Impedir la apertura de los canales de K+ en respuesta a una despolarización. c) Evitar la apertura de los canales de Na+. d) Disminuir el tiempo de inactivación por voltaje de los canales de Na+. e) Retrasar el cierre normal de los canales de K+ durante un potencial de acción. C. ¿Por qué se observan alteraciones en la velocidad de desencadenamiento del potencial y en su amplitud? E. ¿Por qué se produce una parálisis flácida y dificultad respiratoria? 13. Se dispone de una preparación neuro-muscular para estudiar la transmisión sináptica. Se realizan 3 experimentos: ➢ Se añade a la preparación un fármaco que bloquea los canales de Ca+2 regulados por voltaje. ➢ Se pone el preparado en contacto con toxina botulínica. ➢ Se pone el preparado en contacto con curare. ¿Cómo se comportará la transmisión sináptica y como se modificará la respuesta muscular en cada uno de estos experimentos? Explique. 14. Establezca las diferencias del Sistema Nervioso Autónomo (SNA) con el Sistema Nervioso Somático SNA Sistema Nervioso Somático Órganos efectores Presenciade ganglio Número de neuronas desde el SNC al UNIVERSIDAD NACIÓNAL DEL LITORAL FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS FISIOLOGIA HUMANA 2020.- 58 efector Tipo de unión neuroefectora Efecto del impulso nervioso sobre el músculo Tipos de fibras Neurotransmisores en la sinapsis con el efector Efecto de la desnervación 15. Ana realizó un trabajo práctico sobre la función del corazón con una rana. Durante el mismo tuvo que manipular dos sustancias (atropina: inhibidor de los efectos muscarínicos de la acetilcolina y adrenalina) que modifican la actividad cardíaca. Al concluir el trabajo tenía una cefalea intensa y sequedad en la boca. Comprobó además que sus pupilas estaban dilatadas. ¿Cuál de las sustancias habrá sido la responsable de los efectos observados?
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