Copia de 3 teoria Unidad III CLASE 1, 2020

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UNIDAD III
Fisiología de las células excitables.
Fisiología de la neurona.
Cátedra de Fisiología Humana.
Horacio Rodriguez
2020
Bibliografía recomendada: 
Capítulo 5: Potencial de membrana en reposo.
Capítulo 8.
Otros:
Guyton & Hall (Ed 2006 o superior).
Boron & Boulpaep (Ed 2017 o superior).
Rhoades & Bell (Ed 2012)
Tresguerres (Ed 2010).
Costanzo, (Ed 2014 o superior). 
Estimados alumnos:
Debido a la pandemia del Covid-19 nos vemos obligados a suspender las clases presenciales y estaremos trabajando todo el cuatrimestre bajo la modalidad virtual.
Para acompañarlos en el proceso de aprendizaje, iremos acercándoles estas presentaciones. 
No obstante recuerden que ESTAS PRESENTACIONES SON GUÍAS DE ESTUDIO y NO REEMPLAZAN a la bibliografía recomendada para cada tema.
Homeostasis
Capacidad del organismo de mantener un medio interno relativamente estable
Sistemas de control fisiológico
Células nerviosas o endocrinas
Músculos y otros tejidos controlados por centros integradores
Homeostasis
Células excitables
 
Hay potenciales eléctricos a través de las membranas de casi todas las células del cuerpo
Algunas células son capaces de generar impulsos electroquímicos cambiantes en sus 
membranas para transmitir señales
Células excitables: células nerviosas y musculares
Vamos a estudiar los potenciales de membrana que se generan tanto en reposo 
como durante la acción en células nerviosas y musculares
Los compartimentos intracelular y extracelular no están en equilibrio eléctrico
5
La separación de la carga eléctrica la lleva a cabo la membrana celular
Los compartimentos intracelular y extracelular no están en equilibrio eléctrico
Equilibrio eléctrico y químico
 desequilibrio eléctrico y químico
El gradiente eléctrico entre el LIC y LEC se conoce como diferencia de potencial de membrana en reposo o potencial de membrana
No es permeable a los iones
En sistemas biológicos, no medimos el gradiente eléctrico en una escala absoluta sino que lo hacemos de manera relativa. 
Célula y solución en equilibrio eléctrico, pero en desequilibrio químico. 
¿qué procesos ocurren en una célula para generar un gradiente eléctrico? 
Inserción de un canal de fuga de K  desequilibrio eléctrico
¿qué procesos ocurren en una célula para generar un gradiente eléctrico? 
El gradiente eléctrico contrarresta el movimiento de iones por el gradiente químico. 
¿qué procesos ocurren en una célula para generar un gradiente eléctrico? 
¿qué procesos ocurren en una célula para generar un gradiente eléctrico? 
El potencial de membrana que contrarresta exactamente al gradiente de concentración es conocido como Potencial de equilibrio. 
Ecuación de Nernst. 
[K]LIC: 150 mM.
[K]LEC: 5 mM 
EK= -90 mV
Si hacemos lo mismo con el Na…
…, hallamos que el ENa=+60 mV 
cuando
 [Na]LEC: 150 mM 
[Na]LIC: 15 mM. 
La ecuación de Nernst predice el potencial de membrana para un ión único
1) Gradientes de concentración de los iones a través de la membrana. 
2) permeabilidad de la membrana a esos iones. 
Na, Cl y Ca: LEC
K: LIC
Vm K: -90 mV
Vm Na: +60 mV
Las células son unas 40 veces más permeable a K que Na, por lo que el potencial de membrana en reposo es más cercano a EK que Ena (-70 mV). 
Vm promedio para neuronas es -70 mV
Combinación de los Vm. 
Ecuación de Goldman-Hodgkin-Katz. 
En la “vida real”, las células no son permeables a un solo ión, sino que es más cercana a una combinación de los sistemas detallados antes. 
La ecuación de Goldman-Hodgkin-Katz predice el potencial de membrana para varios iones
 la contribución de cada ión al Vm es proporcional a su capacidad de atravesar la membrana
Na, K y Cl son los tres iones que influyen en el Vm de las células en reposo
 si la membrana no es permeable a un ión, P es cero (Ca)
1) Gradientes de concentración de los iones a través de la membrana. 
2) permeabilidad de la membrana a esos iones. 
¿cómo se pueden causar cambios en el potencial de membrana?
En la mayoría de los casos, Vm cambia por movimientos de los iones Na, Ca, Cl o K: 
Cambios en la permeabilidad a los iones modifican el potencial de membrana 
¿cómo cambia una célula su permeabilidad iónica?
Rápido: Abrir o cerrar canales iónicos tipo compuerta existentes en la membrana
4 tipos principales de canales iónicos selectivos en las neuronas
Lento: insertar o eliminar canales existentes
Canales de Na
Canales de K
Canales de Ca
Canales de Cl
Otros canales menos selectivos
- Canales de cationes monovalentes (Na y K)
Las compuertas se abren o se cierran frente a distintos estìmulos
Canales iónicos regulados por
compuertas químicas
 compuertas mecánicas
 por voltaje
el movimiento de los iones modificará el potencial de membrana, creando señales eléctricas
Aumento de P para Na
depolarización
Aumento de P para K
hiperpolarizaciòn
Si Vm se vuelve menos negativo -- depolarización
- si Vm se vuelve más negativo acercándose a Vm en reposo  repolarización
 - si Vm se vuelve más negativo que Vm en reposo  hiperpolarización
4- La ecuación de GHK se abrevia en ocasiones con la exclusión de Cl-, que juega un papel mínimo en el potencial de membrana de la mayoría de las células. Además, dado que es muy difícil determinar los valores de permeabilidad absoluta para Na y K, la ecuación se redefine para usar la relación entre las permeabilidades de estos iones en lugar de sus valores absolutos, como α= PNa/PK. Por lo tanto, si conoces las permeabilidades relativas de estos dos iones y sus niveles en el fluido o líquido intracelular (LIC) y extracelular (LEC), puedes predecir el potencial
 de membrana de una célula.
(a) Una célula en reposo tiene un valor de alfa de 0,025 y las siguientes concentraciones iónicas:
Na+: LIC ,5 mM, LEC ,135 mM 
K+: LIC ,150 mM, LEC ,4 mM
¿Cuál es su potencial de membrana?
(b) La PNa de la célula en (a) se incrementa repentinamente, de tal manera que α=20. ¿Cuál es su potencial de membrana ahora?
(c) La señora Mariana tiene presión alta y su médico le recetó un diurético que disminuyó su K plasmático (LEC) de 4 mM a 2.5 mM. Usando los valores restantes de (a), ¿cuál es su potencial de membrana ahora?
(d) El médico prescribe un suplemento de potasio para la señora Mariana, quien decide que “si dos píldoras son buenas, cuatro deben ser mejores”. Su K plasmático (ECF) ahora sube a 6 mM. ¿Qué sucede con el potencial de membrana?
 
Dinamizando conceptos
- 79,8 mV
+63 mV
- 85 mV
- 73 mV
18
 
2- Una píldora que Juan toma para el control de su presión arterial causó una disminución en sus niveles de K sanguíneos de 4,5 mM a 2,5 mM. ¿Qué sucede con el potencial de membrana en reposo de sus células hepáticas? Marcar todas las opciones correctas.
(a) disminuye
(b) aumenta
(c) No cambia
(d) Se torna más negativo
(e) Se torna menos negativo
(f) Dispara un potencial de acción
(g) Se depolariza
(h) Se hiperpolariza
(i) Se repolariza
 
Dinamizando conceptos
 
Hay potenciales eléctricos a través de las membranas de casi todas las células del cuerpo
Algunas células son capaces de generar impulsos electroquímicos cambiantes en sus 
membranas para transmitir señales
Células excitables: células nerviosas y musculares
Los compartimentos intracelular y extracelular no están en equilibrio eléctrico
Células no excitables: células B del páncreas
LARGA DISTANCIA
CORTA DISTANCIA –INTRACELULAR-
20
Homeostasis
Capacidad del organismo de mantener un medio interno relativamente estable
Sistemas de control fisiológico
Células nerviosas o endocrinas
Músculos y otros tejidos controlados por centros integradores
Células excitables
Sistema Nervioso
Sistema Endocrino
Los cambios en la permeabilidad de los canales crean señales eléctricas
Potenciales escalonados o graduados
Potenciales de acción
Intensidad variable que discurren en distancias cortas y pierden intensidad a medida que viajana través de la neurona
Útil para la comunicación a corta distancia
Si conserva suficiente intensidad…
Son de mayor magnitud y de intensidad constante que pueden viajar distancias largas a través de una neurona sin perder intensidad
Útil para comunicación a largas distancias
Los potenciales escalonados reflejan la intensidad del estímulo que los inicia
Son depolarizaciones o hiperpolarizaciones que ocurren en dendritas o cuerpo celular.
Escalonados o graduados porque su amplitud es directamente proporcional a la intensidad del acontecimiento desencadenante
¿por qué estos potenciales pierden intensidad a medida que se propagan?
Pérdida de corriente
Resistencia citoplasmática
Onda de depolarización a través del citoplasma
Los potenciales escalonados de alta intensidad pueden alcanzar la “zona gatillo”
Neuronas eferentes e interneuronas
Neuronas sensitivas
Cono axónico y primera porción del axón
Adyacente al receptor
Centro integrador de la neurona  alta concentración de canales de Na regulados por voltaje
El potencial escalonado puede 
- alcanzar el voltaje umbral  dispara PA
- No alcanza voltaje umbral  no dispara PA
Potencial escalonado depolarizante  excitatorio
Potencial escalonado hiperpolarizante  inhibitorio
La depolarización hace que la neurona esté más propensa a disparar un PA
Los PA no disminuyen en intensidad a medida que viajan a través de la neurona.
Son eventos de todo o nada
Los PA se producen cuando se abren los canales iónicos regulados por voltaje, aumentando la permeabilidad de la membrana a Na en primer lugar y a K en segundo lugar.
Los PA representan el movimiento de Na y K a través de la membrana:
-El influjo de Na depolariza la neurona.
-El eflujo de K restablece el Vm en reposo de la neurona.
 
 1- Los canales de Na-activados por voltaje de una neurona se abren cuando la neurona se depolariza. Si la depolarización abre los canales, ¿por qué se cierran cuando la neurona alcanza su estado de máxima depolarización?
Los canales de Na en el axón tienen dos compuertas: de activación y de inactivación
 
Retroalimentación positiva
Potenciales escalonados o graduados
Potenciales de acción
Períodos refractarios absoluto y relativo
No se puede disparar un 2º PA
Un potencial escalonado más intenso puede disparar un 2º PA de menor intensidad
Capacidad de una neurona para responder rápidamente a un estímulo y disparar un PA
Canales de K
Período refractario absoluto
Si dos estímulos alcanzan las dendritas en un breve período de tiempo, se generan dos potenciales escalonados sucesivos. Si estos dos fueran supraumbral, cuando alcanzan la zona gatillo, el segundo será ignorado durante el período refractario absoluto.
Limita la velocidad a la que se pueden transmitir señales a través de una neurona.
Impide que el PA viaje hacia atrás.
Asegura el viaje unidireccional del PA.
Una característica de los PA es que todo PA en una neurona determinada será idéntico a cualquier otro PA en esa neurona.
¿de qué modo la neurona transmite la información acerca de la intensidad y la duración del estímulo que inició el PA?.
Frecuencia
La cantidad de neurotransmisor liberado es directamente proporcional a la cantidad de PA/seg, hasta cierto límite.
Sólo 1/100000 iones K debe desplazarse para producir este cambio de potencial.
Las concentraciones relativas de Na y K se mantienen prácticamente sin modificaciones dentro de cierto límite.
Una neurona sin bomba de Na-K-ATPasa puede disparar unos 1000 PA antes que las concentraciones cambien significativamente
Normalmente hay una reposición…
La conducción representa el flujo de energía eléctrica desde una parte de la célula a otra.
La depolarización en una sección hace que los iones positivos se propaguen en todas direcciones por un flujo de corriente local.
¿Cómo funciona esto en la zona gatillo del axón?
Siempre que una depolarización los alcanza, los canales de Na se abren el Na entra en la célula.
velocidad de conducción
Diámetro del axón
Resistencia de la membrana del axón al escape de iones positivos hacia afuera
Imagen de flujo laminar
Membranas aislantes de mielina
3- Un axón demielinizado requiere una cantidad de ATP mucho mayor que un axón mielinizado del mismo diámetro y longitud. ¿Podría explicar por qué? 
 
Dinamizando conceptos
Normokalemia
Normokalemia
Hiperkalemia
Hipokalemia
Alteraciones del PA
Canales de Na, K y Ca
Neurotoxinas y anestésicos
Concentraciones de K y Ca en el LEC
Químicas 
Sinapsis
punto de unión de una neurona con la siguiente ó, de forma más general, entre células excitables
eléctricas 
Neurotransmisor
Principio de la conducción unidireccional
presináptica  postsináptica
Uniones en hendidura
 músculo liso y cardíaco, pocos ejm en sn
Sincroniza la actividad de un grupo de células
¿Cómo se realiza la comunicación intercelular entre células excitables?
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Transferencia de información en la sinapsis
Las neurocrinas transmiten información de las neuronas a otras células
Se pueden agrupar en 7 clases
Múltiples tipos de receptores amplifican los efectos de los neurotransmisores
Todos los NT excepto el ON tienen uno o más receptores a los cuales se unen
Cada tipo de receptor puede tener varios subtipos
Dos categorías
Canales iónicos regulados por ligando
Receptores asociados a proteína G (GPCR)
Acción de la sustancia transmisora en la neurona postsináptica: proteínas receptoras
Múltiples tipos de receptores amplifican los efectos de los neurotransmisores
Receptores colinérgicos
nicotínicos
muscarínicos
ME, SNA, SNC
Canales catiónicos monovalentes
5 subtipos
Todos asociados a proteína G y a sistemas de 2º mensajeros
SNC, SNA
Receptores adrenérgicos
Dos subclases, alfa y beta
Asociados a proteína G e inician cascadas de segundos mensajeros
Receptores glutaminérgicos
Glutamato, principal NT excitatorio del SNC
La señalización neural es de corta duración, por la rápida eliminación e inactivación del NT en la hendidura sináptica
La señalización neural es de corta duración, por la rápida eliminación e inactivación del NT en la hendidura sináptica
Integración de la transferencia de la información neural
Una sola neurona presináptica se ramifica y sus colaterales hacen sinapsis sobre múltiples neuronas
Divergencia
Una cantidad mayor de neuronas presinápticas proporciona aferencias a una cantidad menor de neuronas postsinápticas
Convergencia
Integración de la transferencia de la información neural
La combinación de convergencia y divergencia en el SNC puede conducir a que en una neurona postsináptica haya sinapsis de hasta 10000 neuronas presinápticas
Cuando dos o más neuronas presinápticas convergen sobre las dendritas o el cuerpo celular de una única célula postsináptica, la respuesta de ésta estará determinada por la señal integrada.
Suma espacial: los potenciales escalonados se originan en diferentes localizaciones sobre la neurona
Tres PPSE, donde cada PPES es subumbral, pero la suma de los tres PPSE es supraumbral y crea un PA
Dos PPSE y un PPSI, cuya señal integrada se encuentra por debajo del umbral  no hay PA
Suma temporal: 
dos potenciales escalonados subumbrales pueden sumarse si llegan a la zona gatillo lo suficientemente próximos en el tiempo.
Intervalo entre los dos estímulos es muy prolongado y los dos potenciales escalonados no se superponen.
El segundo potencial escalonado agrega su depolarización a la del primero.
Frecuentemente, los potenciales escalonados en una neurona se suman tanto de forma temporal como espacial  integración postsináptica, permitiendo que la neurona evalúe la intensidad y duración de las señales. Si la señal integrada es supraumbral, se dispara un PA
 
 
Dinamizando conceptos
5- En cada uno de los siguientes escenarios, se producirá un potencialde acción? La neurona postsináptica tiene un potencial de membrana en reposo de -70 mV.
15 neuronas hacen sinapsis en una neurona postsináptica. En la zona de disparo, 12 de las neuronas producen EPSPs de 2 mV cada una, y las otras tres producen IPSP de 3 mV cada una. El umbral para la célula postsináptica es -50 mV.
(b) 14 neuronas hacen sinapsis sobre una neurona postsináptica. En la zona de disparo, 11 de las neuronas producen EPSPs de 2 mV cada una, y las otras tres producen IPSP de 3 mV cada una. El umbral para la célula postsináptica es -60 mV.
(c) 15 neuronas hacen sinapsis sobre una neurona postsináptica. En la zona de disparo, 14 de las neuronas producen EPSPs de 2 mV cada una, y la restante produce un IPSP de 9 mV. El umbral para la célula postsináptica es -50 mV 
 
Dinamizando conceptos
+ 24 – 9= +15 mV
+ 22 – 9= +13 mV
+ 28 – 9= +19 mV
Vm= -55
Vm= -57
Vm= -51
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La actividad sináptica también puede ser modulada en la terminación axónica.
Si la actividad en la neurona moduladora…
- disminuye la liberación del NT  inhibición presináptica.
- si lo aumentan  facilitación presináptica
La actividad sináptica también puede ser modulada en la terminación axónica.
La modulación presináptica proporciona un medio de control más preciso que la modulación postsináptica
La actividad sináptica también puede cambiarse modificando la reactividad de la célula diana al NT, cambiando la identidad, afinidad o cantidad de receptores de NT  los neuromoduladores pueden alterar todos estos parámetros
Cuando las neuronas se lesionan, los segmentos separados del cuerpo celular mueren.
¿qué sucede cuando las neuronas se dañan?
 
Dinamizando conceptos
1- Los canales de Na-activados por voltaje de una neurona se abren cuando la neurona se depolariza. Si la depolarización abre los canales, ¿por qué se cierran cuando la neurona alcanza su estado de máxima depolarización?
En la “vida real”, las células no son permeables a un solo ión, sino que es más cercana a una combinación de los sistemas detallados antes. 
Las células son unas 40 veces más permeable a K que Na, por lo que el potencial de membrana en reposo es más cercano a EK que Ena (-70 mV). 
el movimiento de los iones modificará el potencial de membrana, creando señales eléctricas
Aumento de P para Na
depolarización
Aumento de P para K
hiperpolarizaciòn
Un cambio de -70 a +30 mV no significa que los gradientes de concentración se han revertido! 
Sólo 1 de cada 100000 iones K deben movilizarse para producir un cambio de 100 mV 
1) Gradientes de concentración de los iones a través de la membrana. 
2) permeabilidad de la membrana a esos iones. 
¿cómo se pueden causar cambios en el potencial de membrana?
Si Vm se vuelve menos negativo -- depolarización
- si Vm se vuelve más negativo acercándose a Vm en reposo  repolarización
 - si Vm se vuelve más negativo que Vm en reposo  hiperpolarización
En la mayoría de los casos, Vm cambia por movimientos de los iones Na, Ca, Cl o K: 
Cambios en la permeabilidad a los iones modifican el potencial de membrana 
En respuesta al movimiento de Na+, Ca+2-, Cl-o K+. 
Pequeños cambios en el potencial de membrana actúan como señales para la liberación de insulina en las células beta del páncreas
Cambios de Vm en células no excitables
Vamos a estudiar los potenciales de membrana que se generan tanto en reposo 
como durante la acción en células nerviosas y musculares
Homeostasis
Capacidad del organismo de mantener un medio interno relativamente estable
Sistemas de control fisiológico
Células nerviosas o endocrinas
Músculos y otros tejidos controlados por centros integradores
Células excitables
Sistema Nervioso
Sistema Endocrino
En la Unidad IV estudiaremos las Funciones del Sistema Nervioso.