Tema 4: Excitabilidad neuronal. Potencial de acción.

El potencial de reposo es  la distribución iónica asimétrica a ambos lados de la membrana en condición normal o de reposo. Esté potencial esta entre -60 y -100 mV, pero nosotros consideraremos el valor de -70 mV. La membrana ya célula están polarizada.

El potencial de acción o impulso nervioso es el fenómeno de carácter eléctrico que pueden transportar en tiempo y espacio, por el cual las células musculares y nerviosas son capaces de excitarse y realizar su función fisiológica.  En este caso la membrana y la célula están despolarizadas.

El estimulo es el factor externo o interno capaz de producir en una célula un potencial de acción. Según su magnitud lo dividimos en:

 Umbral: es el menor estimulo capaz de generar un potencial de acción que es el impulso nervioso.

 Subumbral: es un estimulo que tiene una intensidad que no es suficiente para generar el impulso nervioso.

 Superumbral: es un estimulo que tiene una intensidad que es capaz de generar la máxima excitabilidad.

El sistema de excitación se estudia con el osciloscopio de rayos catódicos que detecta el potencial de acción.  En fisiología se comenzó a estudiar en un calamar gigante. Se pincha en uno de los tentáculos poniendo una intensidad de 2 mA durante un nanosegundo, pasamos de un potencial de -70 mV a -50 mV y finalmente a -70 mV.

Hay dos acciones. El ion positivo va al interior disminuyendo el potencial negativo, pasando de un potencial de -70 mV a -50 mV. La membrana pierde dolarización, ya que el sodio entra y la membrana se despolariza. El segundo paso es que salen cargas positivas del interior, generando un aumento del potencial negativo, pasando de -50 a -70 mV. Con ello la membrana se repolariza. Si seguimos sacando cargas positivas obtenemos un potencial de -90 mV. En este caso tenemos una hiperpolarizacion.

Podemos llegar a una despolarización, que es generar un potencial positivo mediante la entrada pasiva del sodio. Este sodio entra a través de los canales de sodio. Cuando se produce la despolarización el sodio entra sin necesidad de aporte de ATP.

El canal de potasio saca las cargas positivas y se repolariza la membrana.

Los potenciales locales son potenciales subumbral  que no originan un potencial de acción, produciendo únicamente ligeras variaciones en la polaridad de la membrana plasmática. No se genera impulso nervioso.  Los tipos de potenciales son potencial eléctrico y respuestas locales. El potencial eléctrico es un cambio pasivo de polaridad produciendo mínimo o pequeñas despolarizaciones o hiperpolarizacion. Si el electrodo se coloca en el exterior se produce una minima despolarización. El valor es de 7 mV, se produce despolarización cuando es +7 mV y hiperpolarizacion cuando es -7 mV. Aparece en el músculo liso produciendo el tono. El tono es polarización o despolarización larga en el tiempo. 

Tema 3: La neurona y las células de la glia.

El potencial de membrana en célula muscular es de -120 mV. El potasio es el ion responsable del potencial de membrana. También podemos calcular la concentración a partir de la fuerza electromotriz.

Los potenciales dependen del gradiente de concentración, del gradiente eléctrico y además de la permeabilidad de la membrana a cada ion. La permeabilidad es característica de cada ion. La ecuación de Golman incorpora la permeabilidad, para determinar la fuerza electromotriz. Se expresa como:

Tema 3: La neurona y las células de la glia.III

Las propiedades de las neuronas se dividen en eléctricas y las no eléctricas. Las propiedades no eléctricas son:

      Metabolismo: consumen veinte veces mas oxigeno que otros tejidos. El cociente respiratorio entre dióxido de carbono y oxigeno es uno. Con la falta de oxigeno se produce la muerte cerebral y el ictus. La fuente de energía es glucosa, (ATP), en caso excepcional consume cuerpos cetonicos.

      Transporte axoplasmico: se encarga del transporte de neurotransmisores. El flujo lento es el crecimiento del axon en la regeneración. Hay partículas grandes con transporte activo, cuya energía es aportada por las mitocondrias. El axon se regenera y la neurona no. El flujo rápido es el transporte de neurotransmisores (pequeñas partículas) en los que los microtúbulos son los responsable.

      Asociación neuronal: se produce un circuito cerrado que puede ser lineal, ramificado…etc. Se producen asociaciones con células de la glia formando estos circuitos, la cual integra toda la información. Los sistemas nerviosos no son independientes. Podemos tener los nervios que son cordones que conducen o transmiten el impulso nervioso que se compone de fibras neuronales revestidas de vainas común denominada epimero que es el axon, los ganglios que son los engrosamiento en tamaño y estructura del nervio, estos se localizan en el sistema periférico al igual que los nervios. Además de los nervios y ganglios podemos encontrar la medula espinal que es una estructura cilíndrica intrarraquidea en el sistema central, la cual genera los reflejos y el encéfalo es una masa neuronal dentro del cráneo en la que esta el cerebro, cerebelo, protuberancias y bulbo raquídeo.

Las propiedades eléctricas son:

 Potencial de membrana: tiene dos estados que son en reposo y en equilibrio iónico. Es la diferencia de cargas eléctricas a cada lado de la membrana. Es la fuerza electromotriz que se denomina FEM. también se representa con V_m. Se basa en la diferencia concentración de membranas. En el líquido extracelular hay más calcio, sodio y cloro y dentro tenemos más potasio y proteínas. Dentro de las proteínas. Dentro de las proteínas aparecen aminoácidos con cargas positivas o negativas. La base del potencial de membrana es la bomba de sodio-potasio.  El potencial de reposo o potencial de membrana es debido a la distribución iónica que corresponde a  un nivel entre -60 y 100mV. Es la base electroquímica del impulso nervioso. En todas las células hay potencial de reposo. En los músculos y en neuronas tenemos el potencial de acción (pda). Se basa en dos fuerzas que mueven los iones a través de la membrana plasmática mediante el gradiente electroquímico que es la fuerza que tiende a igualar las concentraciones por un determinado ion entre dos zonas. El gradiente eléctrico es la otra fuerza que iguala cargas eléctricas. La fuerza electromotriz se calcula con la ecuación de Nerst y Golgi.

Tema 3: La neurona y las células de la glia.II

La clasificación en base a su polaridad o prolongaciones es:

      Unipolares: tienen una sola prolongación de la fibra nerviosa, que suele corresponder al axon.

      Bipolar: dos prolongaciones de la fibra nerviosa, en la que una es la prolongación de una dendrita y el de la otra es el axon.

      Multipolar: tiene una prolongación del axon y varias de las dendritas.

Las células de la glia se componen de células de aislamiento y estructurales. Están en mayor proporción que las neuronas. No establecen contacto sináptico. Pueden multiplicarse. Se dividen en:

      Astroglia: se haya revestida de tejido nervioso y su función esta implicada en el metabolismo de los neurotransmisores, en la inmunidad y en la nutrición. Se localizan en la barrera hematoencefálica.

      Oligodendroglia: proporciona la microglia al axon. Son las células de Schwann.

      Microglia: acompañada de vasos sanguíneos y tiene propiedades fagocíticas. Tiene transporte de endocitosis de sustancias sólidas y grandes.

Tema 3: La neurona y las células de la glia.

El sistema nervioso es el conjunto de nervios, centros, tejidos y ganglios que regulan las funciones corporales.

Esta formado por dos clases de célula:

      Neurona: es la unidad funcional y morfológica del sistema nervioso que se encarga de la transmisión del impulso nervioso. La estructura de la neurona es: soma o cuerpo (es el lugar donde se localiza el núcleo y los orgánulos), alrededor están las dendritas (son prolongaciones pequeñas) y el axon (es la prolongación mayor. Esta puede estar recubierta por una vaina de mielina que es una estructura no uniforme. El espacio entre la vaina de mielina se denomina nódulos de Ranvier). Estas neuronas proporcionan las zonas grises y blancas. En la medula la zona gris se localiza hacia el interior y la blanca hacia fuera. En el encéfalo se encuentran al revés. Estos dos son los centros nerviosos. La neurona no se puede regenerar, aunque el axon si.

      Células de la glia: son células que actúan de soporte y nutrición de las neuronas.

Las neuronas se dividen según distintos conceptos. La clasificación en base al tamaño es:

      Tipo Golgi I: se caracterizan por un axon largo o muy largo que llega a medir hasta un metro. Es mielinico. Este tipo de neuronas se pueden localizarse en neuronas motoras, efectoras ó ejecutoras. En base a la información que se aporte del centro se encargan del movimiento.

      Tipo Golgi II: son neuronas sensitivas y aferentes. Llevan el impulso nervioso desde los receptores externos los lleva al centro.

Tema 2: Fisiología celular.

. El equilibrio Donan es el proceso de intercambio de iones difusibles. Hay una membrana semipermeable que deja pasar solvente y solutos de pequeño tamaño. Mantienen la presión osmótica en la sangre. Los solutos más pequeños son los electrolitos.

Efecto Donan: es el trasiego de iones mediante difusión para equilibrar las cargas eléctricas. El citoplasma contiene proteínas, fosfatos orgánicos y otras sustancias iónicas que no pueden penetrar la membrana plasmática. Se tiende a la homeostasis. Esto es lo que ocurre entre la sangre y las células. Si pasan electrolitos se denomina coloidosmotica que es la presión de la sangre, esta es muy pequeña. Es el trasiego, generalmente de sodio, potasio y también de cloro.

      Transporte activo: necesitamos un aporte de energía. Se divide en dos: primario (como ejemplo tenemos la bomba de sodio/potasio) y el secundario o co-transporte.

      El primario es mediado por proteínas, se realiza en contra de gradientes de concentración y se requiere energía metabólica (ATP). El mas característico es la bomba de sodio-potasio que es una bomba transportadora compuesto por dos proteínas globulares, la mayor de 100.000 Dalton y la pequeña de 45.000daltons. la proteína mayor fija tres moléculas de sodio del interior celular y las expulsa hacia el exterior, además de coger dos moléculas de potasio del exterior e introducirlos hacia el interior. Salen tres sodios y entran dos potasios. Esta acoplado a una ATPasa. La subunidad pequeña es la que la ancla a la membrana plasmática.

 Al final, con todo  esto, en el medio exterior tenemos 143 miliequivalentes de sodio y en el interior hay 10 mEq. En cuento al potasio en el interior tenemos 40 mEq y en el exterior 4 mEq. Tenemos mas sodio hacia fuera con cargas positivas y dentro hay mas potasio que generan cargas negativas. Esto es la base del sistema nervioso. Las principales funciones son: conservar diferentes concentraciones de sodio-potasio a través de la membrana plasmática y restablecer el potencial electronegativo dentro de la célula, siendo el interior negativo y el exterior  positivo. Otras funciones pueden ser mantener el volumen celular (osmosis) y el transporte de monosacáridos y aminoácidos. Necesitamos la presencia del magnesio para que funcione. Es un macronutriente. Otro ejemplo de transporte activo primario es la bomba de calcio que se encuentra en los músculos estriados esqueléticos que producen la contracción del músculo.

      El transporte activo secundario ó co-transporte: se caracteriza porque es un transporte en contra del gradiente, esta relacionado con la concentración de sodio en el medio y requiere ATP. Se transporta glucosa y aminoácidos en el intestino, además de los macronutrientes. Requiere de proteína transportadora con ATPasa. Lo dividimos en dos que son: simporte (la molécula a transportar cruza la membrana plasmática en el mismo sitio que el sodio, es el co-transporte) y antiporte (la molécula a transportar cruza la membrana plasmática en sentido contrario al del sodio, también se denomina contra-transporte). El uniporte es el que solo se transporta una molécula. Hay dos tipos de bombas atendiendo al nivel eléctrico: electrogenitas (transportan un numero desigual de moléculas hacia dentro que hace fuera) y electroneural (transporta un numero de moléculas igual hacia dentro que hacia fuera).

Tema 2: Fisiología celular.II

Hay diferentes transportes a través de la membrana que son:

      Exocitosis y endocitosis: Es el transporte a trabes de vesículas membranales hacia el exterior o hacia el interior, respectivamente. Necesita ATP para la formación de vesículas membranosas.

      Exocitosis: es el transporte hacia el exterior mediante la fusión de estas vesículas con la membrana plasmática. Se produce en neuronas y en células endocrinas. Es necesario el ATP, ya que es un proceso activo, porque se hace en contra de gradiente, además de gastar para la formación de las vesículas.

      Endocitosis: es la incorporación de sustancias sólidas o liquidas que son invaginadas hacia el interior. Es un proceso activo, ya que se utiliza el ATP para generar las vesículas. La endocitosis se divide en fagocitosis y pinocitosis. Es fagocitosis cuando la sustancia es sólida, como por ejemplo los patógenos por los neutrófilos y la pinocitosis cuando la sustancia es liquida. Son activos y normalmente en contra de gradiente.

      Difusión simple o pasiva: Es el proceso por el que un gas o un sólido se expanden en una solución por el movimiento al azahar de sus partículas para ocupar todo el volumen disponible. No hay gasto energético, es pasivo. Se realiza a través de los fosfolípidos. Puede haber canales proteicos y proteínas intrínsecas. Se presenta en las neuronas. La velocidad depende de la temperatura, del área de intercambio y del gradiente químico, que cuanto mayor sean estos factores más rápido es el proceso. Es inversamente proporcional a la distancia y al tamaño de la partícula. Esto se expresa en la ley de Fick.

      Difusión facilitada: Es facilitada gracias a una proteína transportadora que es específica. No existe gasto de ATP. El transporte es a favor de gradiente, de moléculas grandes. Se caracteriza por una proteína denominada transportador. La velocidad de transporte es mayor que la difusión simple, sigue la cinética de saturación (cuanto mas transportadores abiertos haya mayor es la velocidad, hasta llegar a abirilos todos y todos entren). Tiene especificidad química de transporte, moléculas estructuralmente estructuradas que actúan como inhibidores competitivos e inhibidores específicos para el transporte.

      Osmosis: El movimiento de moléculas de agua o solvente a través de la membrana que es permeable al solvente e impermeable al soluto. Transporta de un compartimento donde la concentración de soluto es menor hacia donde la concentración es mayor. Esto se basa en la presión osmótica que se aplicaría a la solución mas concentrada para impedir el desplazamiento de solvente de la solución menos concentrada. Esta presión definida por la ecuación de los gases ideales. La clasificación de las soluciones según su presión osmótica:

      Hipertónica o hiperosmotica: cuando la solución tiene mayor presión osmótica que la otra.

      Hipotónica ó hiposmotica: cuando la solución tiene menor presión osmótica que la otra.

      Isotónica o isosmotica: cuando las dos soluciones tienen la misma presión osmótica.

Produce el cambio de volumen celular.