Este documento describe los conceptos básicos de la fisiología de las células excitables. Explica el potencial de membrana en reposo y cómo se genera a través de la bomba de sodio-potasio. También describe cómo se generan los potenciales de acción y cómo se propagan a lo largo de las neuronas y las fibras musculares. Finalmente, resume los eventos de la transmisión neuromuscular y la contracción muscular.

1. Cátedra: Fisiología Humana Docente: Susana Leyes

2. Susana Leyes - 2009

3. Objetivos Definir y describir los fenómenos eléctricos de las células excitables.

4. Introducción Todas las células: Potencial de membrana en reposo.Algunas células: generan un potencial de acción propagado. Se las llama excitables.Las células excitables son: las neuronas, músculo estriado, cardíaco y liso.

5. Potencial de reposo en neuronas y células musculares estriadasM. Plasmática: barrera semipermeable selectiva. Posee mecanismos de transporte activo de iones (bombas) y canales químicos: de voltaje y de fuga de Na+ y K+ .

6. Las características de permeabilidadselectiva y la presencia de canales y bombas en la membrana Composición del LIC diferente a la del líquido extracelular LEC.

7. Suma de aniones y cationes, intra / extra celular: 150 a 160 mEq/L.Concentración de iones en reposo.

8. Generación del potencial de reposoPotencial difusivo de Na+; K+ y Cl –Bomba de Na+/K+

9. Gradientes determinantes del movimiento de los iones Na+ y K* en células excitables

10. Si bien la membrana en reposo es poco permeable al Na+, cierto número de estos cationes penetran a la célula siguiendo su gradiente eléctrico y de concentración.

11. Generación del PMR: Bomba Na+/K+ ATPasaLECLIC

12. La suma de los movimientos iónicos descriptos da como resultado un valor de potencial de reposo de – 90mV, en axones de gran diámetro y fibras musculares de gran tamaño.Este valor es diferente para axones pequeños o células musculares.

13. Potencial de acciónConcepto de potencial local. PropiedadesConcepto de umbralPropiedades del potencial de acción. Ley del todo o nada.

14. Potenciales locales en células excitablesSu función se relaciona con alcanzar el valor umbral de voltaje de la membrana. En este momento se produce:La apertura de canales de voltaje de Na+ y K+ permite que se produzca elPotencial de acción. (Ley del todo o nada)

15. Potenciales locales en neuronasLas neuronas presentan dos tipos de potenciales locales:Potencial postsináptico excitatorio (PPSE)Potencial postsináptico inhibitorio (PPSI)PPSEPPSI

16. Potencial postsináptico excitatorio Disminuye el valor del PMR de la neurona postsináptica, y lo acerca al valor umbral, lo que permite que se desencadene el potencial de acción).

17. Mientras dura su acción la membrana postsináptica es más excitable y está hipo-polarizada (más cercana al valor umbral)PMRSumación de estímulos: Umbral

18. Potencial postsináptico inhibitorio (PPSI)La unión de un neurotransmisor inhibidor a su receptor en la membrana postsináptica, abre canales para los iones K+ (que salen) o Cl- (que entran). El PPSI aleja el valor de voltaje interior de la membrana del valor umbral, haciendo necesaria la presencia de un estímulo de mayor intensidad para llegar al umbral y descargar el potencial de acción. Esta situación se describe como hiperpolarización de la membranaLos PPSI se suman en forma algebraica a los PPSE que se están descargando sobre una neurona.

19. Potenciales locales en receptores periféricos sensoriales:Potencial generador o potencial de receptor.

20. Propiedades de los potenciales locales Amplitud y duración: aumentan con el aumento del estímulo (a diferencia del potencial de acción que tiene siempre la misma intensidad y duración).Duran más que el potencial de acción y, si antes de desaparecer el primero, se produce otro, ambos se suman.Los potenciales locales no tienen períodos refractarios.

21. Potencial de acciónPara que se produzca un potencial de acción, el potencial de reposo de dicha célula debe incrementarse hasta un valor (umbral) en el que se abran los canales de Na+ y K+ dependientes de voltaje.Estos canales están bloqueados en el reposo

22. Canales de voltaje

23. Ley del todo o nadaUna vez alcanzado el umbral, la apertura de canales iónicos de voltaje desencadena el potencial de acción. Su magnitud del potencial de acción es independiente de la intensidad del estímulo que lo originó.

24. Potencial de acción: secuencia de eventosPotencial de reposoEstímulo Apertura de canales químicos de sodio+ Despolarización (canales de voltaje de sodio)Cierre de canales de sodio y apertura completa de canales de potasioRepolarización Potencial ulterior negativoRegreso al estado de reposo

25. Propagación del impulso nerviosoLa función principal de las neuronas es recibir, procesar y transmitir información. El “lenguaje” de las neuronas es el potencial de acción, que, luego de originarse en un punto del axón (cono axónico), se transmite a lo largo del mismo como impulso nervioso.

26. Los axones constituyen fibras nerviosas.Las fibras nerviosas del Sistema nervioso central (SNC) se denominan tractos nerviosos o vías, las fibras nerviosas en el S N Periférico se denominan nervios periféricos. En ambos hay dos tipos de fibras nerviosas: mielínicas y las amielínicas.Corte transversal de un axón mielinizado

27. Generación y conducción del potencial de acción: axón no mielinizadoFuente: Purves, D. Neuroscience Third Edition

28. Generación y conducción del potencial de acción: axón mielinizadoFuente: Purves, D. Neuroscience Third Edition

29. Repasamos …Partes de una neurona:

30. Comunicación entre neuronas(sinapsis)

31. Tipos de sinapsis

33. Sinapsis química. Elementos constitutivos.

34. Sinapsis químicas

35. Neurotransmisión: secuencia de eventosPotencial de acciónApertura de canales de calcioLas vesículas con neurotransmisor se fusionan a la membrana del botón axónico.Liberación del neurotransmisor

36. Neurotransmisión: repasamos la secuencia de eventos

37. Sinapsis químicas inter neuronalesAxo-dendríticasAxo-somáticasMixtas: Axo-axónicasy axo-somáticas

38. Pensamos… qué tipo de sinapsis es?

39. Neuroglia Conjunto de células no excitables más pequeñas y más abundantes que las neuronas.Las superan en 5 a 10 veces en número.Funcionalmente: no participan directamente en la interacción sináptica

40. Neuroglia: tipos de célulasCuatro tipos principales gliales:

41. Astrocitos

42. Oligodendrocitos – células de schwan(forman mielina)

43. Microglia (fagocitosis)

44. Epéndimo (revisten ventrículos y conducto medular) y células coroideas (forman líquido cefalorraquídeo) Los neurotransmisores pueden tener efecto excitatorio o inhibitorio sobre la neurona siguiente.

45. Tipos de neurotransmisores:Aminas biógenas: acetilcolina, Noradrenalina, adrenalina, dopamina, serotonina, histamina.Aminoácidos: glutamato; GABA; aspartato, glicina, etc.PéptidosLípidos: anandamidaGases: óxido nítrico

46. Principales Neuropéptidos aislados en el SNCPéptidos Opioides: Proopiomelanocortina (POMC): β –endorfina y otrosPéptidos hipotalámicos

47. Péptidos Hipofisarios: ACTH, MSH

48. Qué ocurre luego de la liberación del neurotransmisor?

49. Células excitables: músculoIdentificar la sinapsis para la transmisión neuromuscular .Describir la secuencia de acontecimientos en la transmisión neuromuscular,Distinguir la diferente naturaleza del potencial de placa motora y del potencial de acción muscular.Describir las posibles acciones de al menos dos agentes que bloqueen la transmisión neuromuscular.Explicar cómo trabajan los motores moleculares de la célula para generar fuerza y transportar las organelas y otras cargas.OBJETIVOS

50. Células excitables: músculoOBJETIVOSDescribir la secuencia de eventos implicados en la contracción y relajación muscular.Enumerar las fuentes de energía para la contracción muscular y ordenarlas respecto a su velocidad relativa y capacidad de proporcionar ATP para la contracción.Explicar los conceptos de contracción isotónica e isométrica.Comparar las relaciones fuerza-velocidad Y Tensión longitud del músculo esquelético

51. Al finalizardebeestarfamiliarizado con:La organización del músculo y lascaracterísticas de lascélulas del músculoesquelético.Los componentesestructurales del sarcómero.Los eventos de la unión neuromuscular.Los principalesconceptosenvueltos en la contracción muscular y la producción de tensión.Como lasfibrasmuscularesobtienen la energíapara la contracción.La contracciónaerobia y la anaerobia, tipos de fibrasmusculares y desempeño muscular.Las diferencias entre los músculosesquelétivo, cardiaco y liso.

52. Produce el movimientoesqueléticoTendones y huesosMantienepostura y posición corporalTono muscularProveesoporte a los tejidosblandosSostiene y protége: 6 packProtejeentradas y salidasesfinteresMantienetemperatura corporal1ra ley de TDAlmacenaje de nutrientes1ra, 2da, 3ra fuentes de energia?Funciones del músculoesquelético

53. Sinapsis neuro muscularLos músculos esqueléticos están inervados por neuronas motoras cuyo cuerpo neuronal está en el asta anterior de la médula espinal y en los núcleos motores de los pares craneanos.Estas sinapsis utilizan acetilcolina como neurotransmisor.

54. 03/04/2011Constitución muscular del organismo 40% Músculo esquelético

55. 10% Músculo Liso y Cardíaco.FUNCIONES1. Mantenimiento de forma y posición2. Protección 3. Movimiento.4. Generación de calorTIPOS DE TEJIDO MUSCULAR:Estriado (esquelético y cardíaco)

56. Liso.Caracteristicas del tejido muscularExcitabilidad

57. Contractilidad

58. Extensibilidad

59. Elasticidad

60. ActinaMiosina

61. Estructura de la sinapsis neuromuscularmitocondriasmúsculoPliegues de la hendidura sináptica

62. La enzima acetilcolinesterasa es responsable tanto de la síntesis como de la inactivación de acetilcolina

63. Acción de la acetilcolinaActúa a través de su unión a receptores:Los receptores nicotínicos están en el músculo esquelético. Los receptores muscarínicos están en el músculo liso

64. Unidad motoraCerca de la unión neuromuscular el axón pierde su capa de mielina y se ramifica en miles de finas ramas terminales ensanchadas en el extremo, llamadas botón terminal.Cada botón terminal hace sinapsis con una fibra muscular.El axón y las fibras musculares inervadas por él se denomina UNIDAD MOTORA.

65. 40% Músculo esquelético

66. 10% Músculo Liso y Cardíaco.Funciones:1. Mantenimiento de forma y posición2. Protección 3. Movimiento.4. Generación de calorTipos de tejido muscular: Estriado (esquelético y cardíaco)

67. Liso.Constitución muscular del organismo

68. Tipos de músculos y fibras muscularesa. Según su localización y función:Músculo estriado esquelético (locomoción y postura)Músculo estriado cardíacoMúsculo visceral: forma la pared de los órganos internos (vísceras huecas) y vasos sanguíneos.b.Según estructura microscópica: estriado y liso.c. Según la regulación de su actividad: voluntarios o involuntarios.

69. Características del tejido muscular esqueléticoExcitabilidad B. ContractilidadC. ExtensibilidadD. Elasticidad

70. Músculo estriado esquelético: funcionesEl Pot. de acción contracción muscular. La energía mecánica producida puede generar: a) movimiento b) fuerza c) presión d) calorEl SNC controla el movimiento muscular. Recibe información relativa a la velocidad, fuerza y posición del músculo o del miembro. (aferencias de receptores musculares, articulares, tendinosos, visuales, auditivos. Procesa la información y envía órdenes motoras a través de sus eferencias motoras: voluntarias (piramidales) e involuntarias (extrapiramidales)

71. Fascículo muscular Fibra muscular Miofibrilla Sarcómera Actina MiosinaMúsculo estriado esquelético: estructura

72. Músculo esqueléticoLa imagen estriada que le da su denominación se debe a que las miofibrillas se disponen paralelamente al eje de la fibra, con alternancia de líneas y zonas claras (I) y oscuras (A).

74. Microfotografía electrónica que muestra la organización de sarcómera.

76. Filamentos Delgados: Actina, tropomiosina y TroponinaActina: Actina G: forma globular, dos cadenas forman:Actina F o actina fibrilar. Posee sitio activo de unión a la miosina

77. Proteínas reguladorasTroponina: Complejo de tres prot. Globulares (T, I, C)Troponina T: Se une a tropomiosinaTroponina I: Junto con tropomiosina inhibe la interaccion Actina miosinaTroponina C: Se une al Calcio. Inicia la contraccion.Tropomiosina: Prot. Filamentosa que, en reposo, bloquea los sitios activos de la actina. Bloquea el sitio de unión con miosina.Fuente: Guyton, A: Bases fisiológicas de la práctica médica. (2005)

78. Miosina Posee:Un par de cadenas pesadas. Se enlazan y forman la cola de la molécula de miosinaDos pares de cadenas ligeras: se enrollan y forman dos cabezas globulares (sitio de unión para la actina)Cabeza (puente cruzado) unión de la actina e hidrólisis de ATP.Fuente: Guyton, A: Bases fisiológicas de la práctica médica. (2005)

79. Miosina y actinaFuente: Guyton, A: Bases fisiológicas de la práctica médica. (2005)

80. La sarcómera es la unidad estructural y funcional del músculo

81. Acople electromecánicoBomba de calcioFuente: Guyton, A: Bases fisiológicas de la práctica médica. (2005)

82. Mecanismo de la contracción muscularCalcio + troponina CCambio conformacional del complejo tropomiosina /troponinaSe descubre el sitio activo de la actina. La activación de la miosina se origina con la unión al ATP. La zona globular de la miosina sólo muestra actividad ATPasa cuando se une a la actina y la energía liberada por la hidrólisis del ATP se utiliza para realizar ciclos de giro, desunión y readhesión de la cabeza de la miosina sobre el filamento delgado, provocando el deslizamiento de este último con respecto al de miosina.

83. Como esto ocurre simétricamente en los dos extremos de los filamentos gruesos, el sarcómero se acorta, y disminuye la longitud de la banda I y de la zona H, aunque los filamentos no cambian de longitud. Es la teoría del deslizamiento de los filamentos.

84. Teoría del filamento deslizante.Fuente: Guyton, A: Bases fisiológicas de la práctica médica. (2005)

85. Fenómeno contráctilLa fibra muscular aislada responde al potencial de acción con una respuesta mecánica llamada sacudida muscular que tiene 2 fases: contracción y relajación. La sacudida muscular aislada responde a la ley del todo o nada.Las masas musculares pueden graduar la velocidad, tensión y grado de acortamiento muscular.

86. Contracción muscular o sacudida

87. Pero las masas musculares pueden graduar la fuerza de contracción…

88. El grado de tensión desarrollado por una masa muscular depende de:1. El número de fibras musculares estimuladas: Unidad motora. Características relevantes: Tamaño (depende de la especificidad del movimimiento realizado)Reclutamiento = fuerzaAsincronía: resistencia a la fatiga 2. El grado de tensión desarrollado por cada fibradepende de:La frecuencia de estimulación.Longitud inicial de la fibraLa cargaSusceptibilidad a la fatiga

89. Unidad motoraReclutamiento: permite graduar la fuerza contráctilAsincronía: evita y/o retrasa la fatiga

90. La propiedad de la contracción muscular esquelética de incrementar la intensidad de su respuesta mecánica frente a 2 o más estímulos sucesivos se llama ADICIÓN

91. Frecuencia de estimulación: Cuanto más lenta sea la contración, menor será la frecuencia de estímulos necesarios para tetanizar el músculo: Para músculos lentos: 30 estím./seg. Para músculos rápidos: 100 estím./seg

93. Mayor tensión cuando la longitud inicial de la sarcómera es de 2 a 2.2 micrasFuente: Guyton, A: Bases fisiológicas de la práctica médica. (2005)

94. Relación carga/velocidad de contracción Fuente: Guyton, A: Bases fisiológicas de la práctica médica. (2005)

96. Hay tres tipos principales de unidades motoras: lentas (L)Rápidas-resistentes a la fatiga (RRF), yRápidas-fatigables (RF). Hay tres tipos de fibras musculares que encajan con las tres unidades motoras:Oxidativas Lentas (Tipo I) Oxidativas Rápidas Glucoliticas (Tipo IIA)Rápidas Glugolíticas(Tipo IIB).

97. Músculos rojos Músculos de respuesta lenta (Fibras tipo I).Constituídos por fibras de respuesta lenta, que desarrollan contracciones de larga duración resistentes a la fatiga.Son mas pequeños. Inervadas por fibras nerviosas más pequeñas.Muy vascularizados, para favorecer la llegada de O2.Gran Nº de mitocondrias pora llevar a cabo el metabolismo oxidativo.Gran [mioglobina], incrementa el almacenamiento de O2 mitocondrial.

98. Unidades motoras rápidas (músculos blancos) – Fibras tipo IISon músculos de respuesta rápidaDesarrollan contracciones de breve duración, se utilizan en ejercicios que impliquen fuerza y/o velocidad.Son poco resistentes a la fatiga.Masas musculares muy grandes.Ret. Sarcoplasmico extenso, para liberación rápida de Ca++.[] de Enz. Glucolíticos, para liberación rapida de energía.Riego sanguíneo por del metabolismo oxidativo.- Nº de mitocondrias por del metabolismo oxidativo.-

100. Sistemas metabólicos muscularesReservas de ATP intracelular.Conversión de reservas de alta energía de fosfocreatina a ATP.Generación de ATP mediante glucólisis anaerobia. Metabolismo oxidativo del Acetil-CoA

102. Hipertrofia muscular:Aumento de número y tamaño de las miofibrillas.Aumento de la cantidad de proteínas contráctiles.Aumento cuantitativo y de la resistencia de las tejidos conectivos, tendinosos y ligamentosos.