Clase N2 fisio

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Clase N° 2: Células excitables y fenómenos bioeléctricos
1- Explicar los efectos sobre la célula, y las funciones de cada uno de los siguientes tipos de canales (¿qué sucederá con el potencial de membrana de una célula al abrirse los canales?): 
•De potasio dependientes de voltaje 
•De sodio dependientes de voltaje 
•De calcio dependientes de voltaje 
•De cloruro dependientes de voltaje (ClC-1) 
Canal de sodio activado por voltaje: presenta dos compuertas, una cerca del exterior del canal que es la compuerta de activación y otra cerca del interior que es la compuerta de inactivación. En estado de repaso es decir potencial de membrana en -90 mV la compuerta de activación está cerrada impidiendo la entrada de iones sodio al interior de la célula, una vez que el potencial se hace menos negativo y llega al umbral que es entre -50, -70 mV se activan los canales de sodio y se abre la compuerta de activación permitiendo la entrada de iones sodio y generando la despolarización. 
El mismo impulso que genera la apertura de la compuerta de activación también cierra la compuerta de inactivación, pero el cambio conformacional de esta es mas lento por lo que ocurre diezmilésimas de segundos después de que entre el sodio, por lo que después del tiempo se cierra la compuerta y deja de pasar sodio y se comienza a recuperar el potencial de membrana. 
Efecto: Ante su entrada el potencial de membrana se vuelve mas positivo
Canal de potasio activado por el voltaje: Sus compuertas están formados por aminoácidos cargados que le permiten censar los cambios de potencial de la membrana, lo que explica los cambios complejos de conductancia que sufren durante el potencial de acción. Presentan un estado de reposo y un estado activado al final del potencial de acción (Repolarización). En el estado de reposo el canal de potasio está cerrado por lo que los iones no van hacia el exterior, cuando el potencial aumenta desde -90 mV a 0 ocurre la apertura de la compuerta difundiendo potasio hacia el exterior, pero tienen una demora en su apertura abriéndose cuando se cierran los canales de sodio por su inactivación. Efectos: Señalización eléctrica, repolarización de potenciales de acción, codificación de la frecuencia de los potenciales de acción, el potencial de membrana vuelve a su estado de reposo. 
Canal de cloruro activado por voltaje tiene la función de provocar una hiperpolarización celular, es decir interrumpe los impulsos nerviosos y dan tiempo a la célula a estabilizarse. La hiperpolarización se da cuando disminuye el potencial de membrana y pasa a valores mas negativos que lo normal.
Canal de calcio activado por voltaje: permiten la difusión de cationes calcio hacia el interior de la célula ya que la concentración de calcio extracelular es 10 mil veces mayor que en el interior. Son ligeramente permeables al sodio, pero principalmente al calcio. Se abren como respuesta a un estímulo que despolariza la membrana y fluye al interior contribuyendo a la despolarización prolongada en el potencial de acción en el musculo y las neuronas. Tienen una activación lenta necesitando 10 a 20 veces más tiempo siendo canales lentos, generado una despolarización más sostenida. Su apertura genera un potencial de membrana mas positivo. 
2- Describa los tipos de comunicación celular. De ejemplos de cada uno y describa su importancia en la función en que esas células se encuentran involucradas. 
La células secretan señales químicas que pueden inducir una respuesta fisiológica de diferentes maneras: 
· Entrando a circulación y actuando sobre los tejidos distantes → Endocrina
· Actuando sobre la célula vecina del mismo tejido → Paracrina
· Estimulando la misma célula que libera el químico →Autocrina
· Por contacto físico entre células o entre la célula y la matriz secretada por otra celular → Yuxtacrina 
· Sinapsis quimia: liberación de neurotransmisores en el espacio sináptico captados por un receptor
· Sinapsis Eléctrica: proporcionan una continuidad eléctrica directa entre las células mediante uniones en hendidura
3- Explique los principios de sumación temporal y espacial para los fenómenos bioeléctricos que ocurren en la membrana de una célula excitable. 
Célula excitable: aquellas capaces de generar un potencial de acción como las neuronas y las fibras musculares esqueléticas y cardiacas. 
Si la neurona recibe sus aferencias a partir de una célula vecina a través de una sinapsis química, los neurotransmisores desencadenan corrientes activando canales iónicos. El cambio en el potencial de membrana (Vm) causado por el flujo de la carga se denomina potencial postsináptico (PPS) si se genera en la membrana postsináptica por un neurotransmisor, y potencial del receptor si se genera en una terminación nerviosa sensorial por un estímulo externo. En el caso de la transmisión sináptica, el Vm postsináptico puede ser positivo o negativo. Si el neurotransmisor es excitador y produce un PPS despolarizador (genera un aumento a valores más positivos en el potencial de membrana pero no lo suficiente como para superar el umbral) , nos referimos a él como potencial excitatorio postsináptico (PEPS). Por otra parte, si el neurotransmisor es inhibidor y produce un PPS hiperpolarizador(vuelve el potencial más negativo), el PPS es un potencial inhibitorio postsináptico (PIPS). (Tanto el PEPS como el PIPS modifican el potencial de membrana y con un estimulo supraumbral generan un potencial de acción.)
Ejemplos: PEPS→ Apertura de canales de Na+
		PIPS→ Apertura de canales de Cl-
Los potenciales sinápticos (o receptores) generados en los extremos de la dendrita se transmiten al soma. Los extensos procesos celulares, como las dendritas, se comportan como cables eléctricos permeables. Como consecuencia, la amplitud de los potenciales dendríticos disminuye antes de alcanzar el soma. Cuando un PEPS alcanza el soma, puede combinarse también con otros PEPS que llegan a través de otras dendritas; este comportamiento es un tipo de sumación espacial y puede conducir a un PEPS con una amplitud sustancialmente mayor que la de aquellos generados por una sola sinapsis y con la capacidad de superar el umbral y general un PA. La sumación temporal ocurre cuando los PEPS llegan en una sucesión rápida a la misma dendrita; cuando aún no se ha disipado el primer PEPS, un nuevo PEPS tiende a añadir su amplitud a la residual del PEPS precedente hasta generar un potencial de acción. La estimulación sucesiva en la misma terminal presináptica, con la rapidez suficiente, provoca que se sumen sus efectos. (Hay un aumento en la frecuencia de los impulsos)
Si la suma de los estímulos logra superar el potencial umbral van a desencadenar un potencial de acción. 
4- Defina potencial de acción. Describa las fases de un potencial de acción típico, identificando los valores de reposo, umbral, de inversión, que se alcanzan durante el desarrollo del mismo. 
El potencial de membrana se genera por la diferencia en la concentración de iones, en la célula la concentración de potasio es grande dentro de la membrana, pero muy baja fuera de ella, por otra parte, la concentración de sodio es muy alta extracelularmente pero muy baja en el interior, esto genera una diferencia de potencial de -90 mV en las neuronas, es decir es más negativa en el interior que en el exterior. Es la diferencia entre el potencial eléctrico del citoplasma y el potencial eléctrico en el espacio extracelular. 
La bomba Na-K lleva 3 Na al exterior e ingresan 2 K siendo una bomba electrógena porque bombea mas cargas positivas al exterior que al interior por lo que hay un déficit neto de iones positivos en el interior, generando un potencial eléctrico negativo en el interior. 
En la membrana además hay canales de fuga de K+ que son canales proteicos de membrana que permite el escape de iones potasio en una célula en reposo además dejan que se pierdan algunos iones de sodio, pero no son tan permeables. Estos canales permiten la salida de potasio gracias a los gradientes formados por la bomba que aumenta la concentración depotasio en el interior por lo que la haber una gran cantidad de canales de fuga permite un gran pasaje de iones potasio que dejan a las cargas negativas desapareadas aumentando el potencial negativo en la célula.
Los potenciales de acción son cambios rápidos del potencial de membrana que se extienden a lo largo de toda la membrana de la fibra nerviosa y se dan por un cambio súbito desde el potencial de membrana negativo (en reposo) hasta un potencial positivo que se conoce como umbral y luego un cambio igual de rápido al potencial negativo. Todo se da por la transferencia de cargas positivas hacia el interior y luego el regreso de cargas positivas al exterior. 
La fase de reposo se da antes de la llegada del PA cuando la membrana esta polarizada con un potencial de membrana de -90 mV. (Es el potencial de reposo)
 
La fase de despolarización la membrana se hace permeable a los iones de sodio, los cuales tienen q (+) y difunden al interior de la célula. El potencial de membrana polarizado se neutraliza inmediatamente por los iones sodio y el potencial aumenta rápidamente en dirección positiva por lo que se despolariza. Si las fibras son grandes el potencial de membrana se sobreexcita mas allá del cero y se hace positivo.
La despolarización se da por la llegada de un estímulo de determinada intensidad y es el proceso en el cual las cargas de las membranas se invierten, el potencial de membrana se vuelve mas positivo y la célula se exita de manera transitoria (la excitación empieza y termina) y rápida (el cuerpo requiere de respuestas rápidas).
La fase de repolarización ocurre diezmilésimas de segundo después, los canales de sodio comienzan a cerrarse y los canales de potasio se abren mas de lo normal. La rápida difusión de los iones K+ hacia el exterior restablece el potencial de membrana ocurriendo la repolarización. 
La fase de hiperpolarización se da en las neuronas y ocurre cuando el potencial de membrana va más debajo de los -90 mV, antes de regresar al potencial de membrana de reposo y se da por la salida de iones de potasio de la célula, luego vuelve a la situación de reposo.
5- ¿Cuáles son los canales involucrados en el desarrollo de un potencial de acción? ¿Cómo es el movimiento de iones durante el potencial de acción? 
Antes del potencial de acción, la conductancia del potasio es de 50 a 100 veces mayor que el sodio, debido a los canales de fuga del potasio. Cuando inicia el potencial se activan canales de sodio aumentando la conductancia 5000 veces, después del cierre de canales de sodio se activan los canales de potasio que se activan al mismo tiempo que los de sodio, pero tienen una cinética mas lenta.
El inicio del potencial se da cuando llega un estímulo, es decir sino hay alteración en la membrana no se da ningún potencial de acción y si llega un estímulo que eleva el potencial de membrana de -90 a 0 mV se abren muchos canales de Na+ y eso genera la apertura de mas canales de Na+ vecinos hasta que se activen todos. 
El potencial de acción se genera cuando el potencial de membrana alcanza el umbral que es de -65 mV. El umbral es el nivel de despolarización en el cual el efecto despolarizante de los canales de Na+ abiertos se vuelve lo suficientemente autorreforzado para vencer las influencias que se le oponen. Se debe oponer al efecto hiperpolarizante de las corrientes de los canales de potasio y cloruro.
La porción por encima de 0 mV se conoce como Sobretiro 
El potencial se propaga ya que se desencadena en un punto de la membrana excitable y excita porciones adyacentes de la membrana propagando el potencial de acción. Las cargas positivas se desplazan por difusión al interior de la célula.
El potencial cumple con el principio de todo o nada es decir una vez que el potencial de membrana alcanza el umbral se lleva a cabo un potencial de acción siempre de la misma magnitud que depende de la tipo celular y viaja por toda la membrana si las condiciones son las adecuadas (se propaga sin amortiguación) 
Actúan corrientes de Na+ y K+ voltaje dependientes, que se da por canales de Na+ y K+, ya que el aumento del potencial de acción se da por un incremento transitorio y selectivo en la permeabilidad de Na+ y K+ permitiendo una mayor entrada de los iones sodio
Hay un incremento inicial transitorio de la conductancia al Na+ seguido de un aumento similar pero tardío en la conductancia del K+. Cuando aumenta la permeabilidad del sodio el potencial de membrana se va hacia el potencial de equilibrio positivo del Na+ después al aumentar la conductancia del K+ va hacia el potencial de equilibrio del K+ volviendo al potencial de membrana de reposo. 
El aumento en conductancia de Na+ genera una despolarización del potencial de acción por lo que el voltaje de membrana se asemeja al potencial de equilibrio de sodio. Luego se inactiva la conductancia de Na+ y ocurre la activación retardada de potasio generando la repolarización de la membrana.
Por lo tanto, se da la siguiente secuencia:
1. Reposo
2. Apertura de canales de Na+ dependientes de estimulo 
3. Apertura de los canales de Na+ dependiente de Voltaje 
4. Cierre de los canales de Na+
5. Apertura de los canales de K+ dependientes de voltaje 
6. Cierre de los canales de K+ dependientes de voltaje.
6- Defina los períodos refractarios absoluto y relativo. Identifique sobre el gráfico de un potencial de acción típico la duración de estos períodos. ¿Qué ocurre con la excitabilidad de la membrana durante cada uno de estos períodos? 
Una característica importante de las células excitables es su capacidad para disparar potenciales de acción repetitivos. Una vez que la célula dispara un potencial de acción, ¿con qué rapidez puede disparar el segundo?. En primer lugar, los potenciales de acción nunca se suman. En segundo lugar, una vez que se dispara un potencial de acción debe transcurrir un cierto tiempo antes de que pueda dispararse un segundo potencial de acción. El intervalo posterior al inicio de un potencial de acción en el que es imposible o resulta más difícil producir una segunda espiga se denomina período refractario. El período refractario consta de dos fases distintas. La fase inicial, o período refractario absoluto, dura desde el inicio de la espiga hasta un tiempo posterior al pico máximo, cuando la repolarización es casi completa. A lo largo de esta primera fase es imposible desencadenar un segundo potencial de acción, independientemente de la intensidad o de la duración del estímulo aplicado (ya que los canales de sodio están inactivos). Durante la segunda fase, o período refractario relativo, el estímulo mínimo necesario para la activación es de mayor intensidad o duración que el predicho por la curva de intensidad y duración del primer potencial de acción, (durante este periodo hay canales de sodio tanto inactivos como cerrados, estos últimos ante un estímulo pueden abrirse, como también están presentes los canales de K+ retardados). Las dos fases del período refractario surgen de las propiedades de apertura y cierre de las compuertas de canales de Na+ y K+ particulares y por el solapamiento del curso temporal de sus corrientes. 
8- Describa los canales involucrados en cada etapa del potencial de acción de los diferentes tipos musculares, así como también los períodos refractarios absoluto y relativo. Complete el siguiente cuadro: 
	
	Músculo esquelético
	Miocito cardíaco
	Célula marcapasos
	Neurona
	Valor del potencial de membrana en reposo (mV)
	-90mV
Hay canales de fuga de K+ que lo hacen más negativo que la neurona 
	-90mV
	-60mV
NO tiene potencial de membrana en reposo.
Tiene prepotencial sistólico (PPD)
	-70
	Valor del potencial umbral (mV)
	-55mV
	-75mV
	-40
	-55
	Fases del potencial de acción
	1.Reposo
2.Estímulo 
3.Despolarización
4.Repolarización
5.Despolarización post potencial (montañita)
6.Reposo
	1.Reposo
2.Estímulo
3.Despolarización
4. Repolarización transitoria
5. Meseta
6.Repolarización tardía
7.Reposo
	1.PPD
2.Despolarización por Ca+2
3.Repolarización
4.PPD
	1.Reposo
2.Estímulo
3.Despolarización
4.Repolarización
5. Hiperpolarización post potencial
	Iones involucrados en cada fase 
	3. ↑Na+ 
4. ↓K+
5. ↑K+
	3. ↑Na+ 
4. ↓K+
5. ↑Ca+2, ↓K+ y ↑Cl-
6. ↓K+
	1.Ifunny, INa+ background, ICa+2 transitorio
2.  ↑Ca+2
3.↓K+
	3. ↑Na+ 
4. ↓K+
5. ↓K+
	Canales involucrados
	3. Na+ voltaje dependiente 
4. K+
5. K+
	5. Ca+2 voltaje lentos y 
K+ rectificadores 
	2.  Ca+2 voltaje lentos 
	
	Duración del potencial de acción (mseg)
	2-5 mseg
	250-300 mseg
	800 - 1000 mseg
	1-2 mseg
Despolarización post potencial (montañita) en el músculo esquelético se da porque el músculo esquelético tiene túbulos T. En la fase de repolarización el K+ sale de la célula y queda retenido en el túbulo T y vuelve a ingresar por eso se produce una despolarización post potencial
Repolarización transitoria: Se abren canales de K+ que hacen como un piquito
9- Defina potencial de receptor. ¿Con qué otros nombres se conocen? ¿Cuál es su papel en la comunicación celular? 
Los transductores sensoriales deben detectar la energía del estímulo con la suficiente selectividad y velocidad. En la mayoría de los casos, la transducción supone además uno o más pasos de amplificación de la señal. 
La célula sensorial debe convertir la señal amplificada en un cambio eléctrico modificando la entrada a través de algún canal iónico. Esa modificación de la entrada da lugar a alteraciones del potencial de membrana (Vm) de la célula receptora, lo que se conoce como potencial de receptor. El potencial de receptor no es un potencial de acción, sino un fenómeno electrotónico graduado que puede modular la actividad de otros canales (p. ej., canales de Na+ o Ca2+ dependientes de voltaje) o desencadenar potenciales de acción en una zona diferente de la misma célula. 
Los potenciales de receptor determinan el ritmo y el patrón de los potenciales de acción que descarga la neurona sensorial. Este patrón de descarga es la señal que realmente se comunica al SNC. Los receptores sensoriales convierten la energía del entorno en señales nerviosas.
La magnitud del potencial de membrana va a depender de la intensidad y duración del estímulo → A mayor intensidad del estímulo se genera un mayor potencial de receptor por lo que supera el umbral con mayor rapidez y genera un potencial de acción. 
Por otro lado si el estímulo es poco intenso y no logra superar el umbral no se va a generar un potencial de acción pero si es débil y se mantiene en el tiempo puede generar una sumación temporal y que se dé el potencial de acción. 
La despolarización subumbral no generan un potencial de acción, sino que generan un potencial graduado que produce una variación en el potencial de membrana, pero no es lo suficientemente fuerte para desencadenar un potencial de acción. (Generan cambios locales en la membrana)
10- Complete el siguiente cuadro sobre las características de los potenciales de acción y de receptor 
	
	Potencial de receptor
	Potencial de acción
	Amplitud
	Pequeña (10μV)
	Grande (70-100mV)
	Duración
	30-300 seg
	1-3 msg
	Intensidad
	
	
	Señal
	Hiperpolarizante
Despolarizante
	Despolarizante
ACTIVIDADES
1- Células excitables 
¿Cómo se clasifican las células respecto a sus propiedades eléctricas? De ejemplos. 
Las células excitables se clasifican en excitables, no excitables y excitables:
Células excitables: pueden generar una perturbación en el potencial de membrana, cuya despolarización por encima de cierto umbral de voltaje desencadena una respuesta espontánea, llamada potencial de acción. Ej neuronas, todas las fibras musculares.
Células no excitables: no pueden generar potencial de acción frente a un estímulo. Ej glóbulos rojos
Células autoexcitables: no necesitan un estímulo externo ya que por sí mismas puede producir un potencial de acción. Ej: células marcapaso
2- Comunicación celular 
Identifique el tipo de comunicación celular que se encuentra representado en cada uno de los esquemas que se observan a continuación. De ejemplos de cada uno de ellos
Ejemplos: 
· Dependiente de contacto/Yuxtacrina: uniones ligando receptor mediante contacto intracelular Ej: Linfocito- Antígeno, célula presentadora de antígeno
· Paracrina→ cuando una célula libera hormonas que impactan en varias células dianas vecinas del mismo tejido Ej: plaquetas y macrófagos
· Uniones GAP→ uniones comunicantes entre células mediante canales que permiten el pasaje bidireccional de iones. Ej: sinapsis eléctrica músculo cardiaco
· Sinapsis química→ ante un estímulo la neurona libera neurotransmisores a través de su terminal axónica que impactan en la célula diana. Ej: liberación de acetilcolina y unión neuromuscular. (Sinapsis: Es un tipo de comunicación entre neuronas)
· Endocrina→ liberación de hormonas que viajan por el torrente sanguíneo. Ej: insulina
· Autocrina→ La hormona liberada impacta sobre receptores presentes en la célula que la secreta. Ej: células tumorales
3- Fenómenos eléctricos en las membranas de las células excitables 
a) Describa los principios de sumación temporal y de sumación espacial. (Descripto en la parte teórica)
b) Defina potencial postsináptico excitatorio (PEPS)
c) Defina potencial postsináptico inhibitorio (PIPS)
d) Esquematice en el gráfico los cambios que se producirán en el potencial de membrana (Em) de la neurona A:
a-en respuesta a la descarga de la neurona 1
b-en respuesta a la descarga de la neurona 3
c-en respuesta a la descarga simultánea de las neuronas 1 y 2. Indique el tipo de sumación: Espacial
d-en respuesta a la descarga repetitiva de la neurona 1. Indique el tipo de sumación: Temporal
El cambio en el potencial de membrana es el potencial postsináptico si se da en la membrana postsináptica por un neurotransmisor y potencial del receptor si se da en una terminación nerviosa sensorial por un estímulo externo. El estímulo produce un cambio en el voltaje de membrana que se puede graduar de pequeño a grande en función de la intensidad o cantidad de estímulos recibidos. 
4- Potencial de acción 
a) Defina potencial de acción. 
Es una perturbación transitoria del potencial de membrana en reposo que se extiende a través de ella en respuesta a una despolarización que genero valores más positivo en el potencial de membrana suficientes como para superar el potencial umbral. Es un impulso eléctrico transitorio y regenerativo. 
Sus fluctuaciones rápidas y grandes de mV son una forma rápida, eficiente y fiable de transmitir una señal a larga distancia. 
b) Complete el siguiente gráfico donde se esquematizan cambios sucesivos del potencial de membrana durante la generación y desarrollo en un potencial de acción típico registrado utilizando un microelectrodo:
c) Identifique las fases sucesivas que caracterizan a un potencial de acción típico uniendo con flechas 
d) ¿Qué entiende por período refractario relativo y período refractario absoluto? Identifique qué fases del punto c) corresponden a cada uno. 
Una característica importante de las células excitables es su capacidad para disparar potenciales de acción repetitivos. Una vez que la célula dispara un potencial de acción, ¿con qué rapidez puede disparar el segundo?. En primer lugar, los potenciales de acción nunca se suman. En segundo lugar, una vez que se dispara un potencial de acción debe transcurrir un cierto tiempo antes de que pueda dispararse un segundo potencial de acción. El intervalo posterior al inicio de un potencial de acción en el que es imposible o resulta más difícil producir una segunda espiga se denomina período refractario. El período refractario consta de dos fases distintas. La fase inicial, o período refractario absoluto, dura desde el inicio de la espiga hasta un tiempo posterior al pico máximo, cuando la repolarización es casi completa. A lo largo de esta primera fase es imposible desencadenar un segundo potencial de acción, independientemente de la intensidad o de la duración del estímulo aplicado (ya que los canales de sodio están inactivos). Durante la segunda fase, o período refractario relativo, el estímulo mínimo necesario para la activaciónes de mayor intensidad o duración que el predicho por la curva de intensidad y duración del primer potencial de acción, (durante este periodo hay canales de sodio tanto inactivos como cerrados, estos últimos ante un estímulo pueden abrirse, como también están presentes los canales de K+ retardados). Las dos fases del período refractario surgen de las propiedades de apertura y cierre de las compuertas de canales de Na+ y K+ particulares y por el solapamiento del curso temporal de sus corrientes. 
e) A continuación, esquematice un potencial de acción típico y los cambios asociados en la conductancia de la membrana a los iones sodio y potasio. 
f) ¿Cómo se denomina la gráfica de este tipo de potencial de acción? ¿En qué tipo celular se desencadena?
	La grafica se denomina espigaa y pertenece a al musculo estriado esqueletico
5- Potenciales de acción en otras células excitables 
b) ¿Cómo graficaría el potencial de acción del músculo liso?
6- Potencial de receptor o potencial graduado
a) Defina potencial de receptor. Mencione qué tipo/s de canales se encuentra/n involucrado/s en su generación. → Canales regulados por compuerta.
b) Analice las situaciones a y b del esquema que se encuentra a continuación y discuta la siguiente afirmación:
- Mientras mayor sea la intensidad del estímulo, mayor será el potencial de receptor y, por lo tanto, mayor será la frecuencia de los potenciales de acción.
(Respuesta en la parte teórica)