Dr.ClaudioO.CervinoFisiologa

Fac.deMedicina

UM

Ao2005

14

FISIOLOGFISIOLOGAADE LOSDE LOS

TEJIDOSTEJIDOSEXCITABLESEXCITABLES

(1(1rara Parte)Parte)

1

GuGuaaA.PA.P.deFisiolog.deFisiologaa ActividadesPrcticas3a5

En honor a...

Alan Alan HogdkinHogdkin Andrew Huxley Bernard KatzAndrew Huxley Bernard Katz

2

IntroducciIntroduccin:Tejidosn:Tejidos ExcitablesExcitables

PotencialdeMembranaPotencialdeMembrana ElectroquElectroqumicamica

PotencialdeReposoPotencialdeReposo

3

IntroducciIntroduccin n 4

DefiniciDefinicindeTejidondeTejido Excitable:Excitable:

TejidoNerviosoTejidoNervioso

TejidoMuscularTejidoMuscular

5

TejidoNervioso

1.Neuronas

2.Cl. de la gla n. sensitivas n. motoras

interneuronas n. de proyeccin

6

MembranaplasmMembranaplasmticatica composicicomposicinn estructuraestructurabicapabicapa liplipdicadica funcionesfunciones

Permeabilidad selectivaTransporte a travs de membrana

Distribucin inica desigual 7

Modelo de Mosaico Fluido

DistribuciDistribucinininicanica PrincipiodePrincipiodeElectroneutralidadElectroneutralidad

8

en mmol/L

Type

of

TransportActiveor

PassiveCarrier

Mediated

Uses

Metabolic

Energy

Dependent

on

Na+

Gradient

Simple

diffusion/osmosisPassive;

downhillNo No No

Facilitated

diffusionPassive;

downhillYes No No

Primary

active

transportActive;uphill Yes Yes;direct No

CotransportSecondary

active*Yes Yes;indirect

Yes(solutesmovein

samedirectionasNa+

acrosscell

membrane)

CountertransportSecondary

active*Yes Yes;indirect

Yes(solutesmovein

oppositedirectionas

Na+

acrosscell

membrane)

*Na+

istransporteddownhillandoneormoresolutesaretransported

uphill.Downhilltransport=pasivo

ocuesta

abajo;Uphill

transport=activo

ocuesta

arriba.

9

TransporteTransporte

aatravtravss

deladelaMembranaMembrana

CelularCelular

10

sin gasto de energa a favor de gradiente

no saturable no presenta veloc.

mxima movimiento a travs de

poros y canales factores que influyen: tamao, liposolubilidad, gradiente electroqumico

y carga veloc. del flujo definida

por la Ley de Fick Ej.: urea, gases (CO2 y O2 ),

agua (smosis), etc.

Difusin Simple Difusin Facilitada

en presencia de una molcula transportadora:

canal inico o de un transportador (carrier) sin gasto de energa a favor de gradiente

es saturable presenta veloc. mxima movimiento a travs de

poros y canales son especficos

pueden sufrir competencia Ej.: iones (Na+, K+, Ca++,

etc.), glucosa, aminocidos, etc.

CanalesICanalesInicosnicos Definicin Especficos (selectividad inica)

Compuertascanal de Na+ voltaje

dependiente : 3 m y 1 hcanal de K+ voltaje

dependiente : 4 n

Estados (modelos fsicos):1- abierto 2- abierto - cerrado4 - abierto - cerrado - desinactivado - inactivado

11

CanalesiCanalesinicosnicos

Tipos: segn el estmulo que controla la apertura o cierre de una canal inico.

A. Ligando dependiente

B. Fosforilacin dependiente

C. Voltaje dependiente

D. Mecano dependientes

Canales de Fuga (leak)

Cerrados Abiertos

12

TTcnica cnica PatchPatch--clampclamp

abiertocerrado

13

Sackmann,

B., Neher, B.

1983

Canales de Na+ y de K+

voltaje voltaje dependientesdependientesen membrana

del axn neuronal

y de la fibra muscular!!!

Cono axnicoSegmento

inicialalta densidad de canales de

Na+V14

tipos P, N, L

Corriente (I): n de cargas q / t (C/s= A)15

El Potencial de El Potencial de MembranaMembrana ((VVmm o o EEmm ) ) 16

17

SistemadeRegistrodelSistemadeRegistrodelVV mmmicroelectrodosmicroelectrodos

ORCORC

Pantalla de fsforo recibe electronestiempo

Tubo de Rayos

CatdicosAmplificador de la Seal

Amplificador de Tiempo (Generador de diente de sierra)

seal

Haz de e-

TTcnicacnica CurrentCurrentclampclamp

18

ESTIMULACIN REGISTRO19

PotencialdeReferenciayPotencialdeReferenciayVV mm

neuronas: neuronas: --65 a 65 a --70 70 mVmVf. f. muscmusc.: .: --90 90 mVmVPRPR

20

ElectroquElectroqumicamica

21

ConceptosdeConceptosde ElectricidadElectricidad

Ley de Ohm RIVRVI .==

22

IonesIones

AnionesAnionesCationesCationes

Solucin con

electrolitos debido

23

Comp. A Comp. B

100 mM KCl

100 mM K+

100 mM Cl-

membrana permeablea ambos iones

24

Comp. A Comp. B

50 mM K+

50 mM Cl- 50 mM Cl-

50 mM K+

membrana permeablea ambos iones

EquilibrioFLUJO NETO = 0

25

Comp. A Comp. B

100 mM KCl

100 mM K+

100 mM Cl-

membrana permeablesolo al K+

26

Comp. A Comp. B

50 mM K+ ?

100 mM Cl- 0 mM Cl-

50 mM K+ ?

membrana permeablesolo al K+

gradiente qumico

gradiente elctrico

27

Membrana permeable solamente al potasio (K+)

GradienteGradienteElectroquElectroqumicomico

1 : 1

10 : 1

0,01M

28

GradienteElectroquGradienteElectroqumicomico

1. la permeabilidad de la membrana para este ion X.

2. el gradiente de concentracin del ion X gradiente qumico.

3. la diferencia de potencial elctrica (V) entre ambos lados de la membrana gradiente

elctrico.4. la temperatura absoluta y algunas

constantes fsico-qumicas.

Flujo de un in a travs de una membrana depende:

29

PotencialElectroquPotencialElectroqumicodeunimicodeuninn

GradientequGradientequmico:flujodedifusimico:flujodedifusinnLey de Fick

++= zFCTR ln..0componente

qumicocomponente

elctrico 30

)./(.. 2cmsegmolesxCADJ

=J= P.A.UC P= permeabilidad

PotencialElectroquPotencialElectroqumico=mico= iinnflujo neto de un in = desde > i hacia < i

Tendencia neta de un in para moversedesde un punto A a otro B:

diferencia de potencial electroqumica: A-B = A - B

[ ] AA zFXTR ++= ln..0A [ ] BB zFXTR ++= ln..0B 31

DiferenciadePotencialDiferenciadePotencial ElectroquElectroqumico=mico=UUiinn

Si A-B > 0 iones tienden a moverse de A a BSi A-B = 0 flujo neto = 0Si A-B < 0 iones tienden a moverse de B a A

[ ][ ] )(ln.. BAB

A zFXXTR +== BA

Cuando un in est en equilibrio electroqumico:

= 0

[ ][ ] )(ln.. BAB

A zFXXTR +== 0

EEin32

PotencialdeDifusiPotencialdeDifusinn GeneraciGeneracindePotencialesdeEquilibriondePotencialesdeEquilibrio

33

PotencialdeEquilibriodeunIPotencialdeEquilibriodeunIn=n=EE iinn yEcuaciyEcuacindendeNerstNerst

II

IX X

XFzRTE

][][ln=

II

IX X

Xz

E][][log058,0=

C)20 (58058,0)1(058,0

1,001,0log058,0

][][log058,0

oamVVKKE

i

eK

======

EE K+K+

en el equilibrio

34

PotencialdeMembranaPotencialdeMembrana (enunac(enunaclulahipotlulahipottica)tica)

35

Membrana plasmtica slo permeable al K+

C)37 (61061,0)1(061,0

10010log061,0

][][log061,0

oamVV

KKE

i

eK

===

===

Extracellular fluid

Hay cuatro posibilidades en la relacin entre el Vm y el Ei

Qu

relacionessepuedenestablecer

entreelPotencialdeEquilibrio

de

unin(Ei

)yelPotencialde

Membrana

(Vm

)enunsistema

biolgico,comoenlaneurona?

36

Equilibrio Electroqumico

grad. qumico = - grad. elctrico Flujo Neto = 0

Hay 4 posibilidades:

1.- Si VVmm = = EEiinn

Vm = -90 mVEin = -90 mV

Equilibrio37

Felctrica > Fconcentracingrad. qumico < grad. elctrico El movimiento neto del in es en

direccin al que determina la Felctrica

Hay 4 posibilidades:

2.- Si VVmm > > EEiinn (pero de igual signo)

Vm = -90 mVEin = -60 mV

Inicial = No EquilibrioFinal = Equilibrio 38

Fconcentracin > Felctricagrad. qumico > grad. elctrico El movimiento neto del in es en

direccin al que determina la Fconcentracin

Hay 4 posibilidades:

3.- Si VVmm < < EEiinn (pero de igual signo)

grad. qumico

grad. elctrico

Vm = -60 mVEin = -90 mV

Inicial = No EquilibrioFinal = Equilibrio 39

Fconcentracin y Felctrica grad. qumico y grad. elctrico

operan en igual sentido NO HAY EQUILIBRIO

Hay 4 posibilidades:

4.- Si VVmm -- EEiinn (de distinto signo)

grad. qumico Vm = -60 mVEin = +40 mVgrad. elctrico

40

Enelsistemaenestudio,laEnelsistemaenestudio,la

neurona,atravneurona,atravsdelasdela

membranaplasmmembranaplasmticaseticase

establecendosrelacionesentreestablecendosrelacionesentre

VV mm ylosEylosE

K+K+ yyEE

NaNa++ ::

41

- +- +- +- +- +

10 M K+ 1 M K+

EK+ = -90 mV

V = -60 mVA B

Flujo Neto de A a B

Es lo que ocurre con el Es lo que ocurre con el KK++en los tejidos excitablesen los tejidos excitables

en el reposoen el reposo

42

- +- +- +- +- +

1 M Na+ 10 M Na+

ENa+ = +40 mV

V = -60 mVA B

Super Flujo Neto de B a A

Es lo que ocurre con el Es lo que ocurre con el NaNa++en los tejidos excitablesen los tejidos excitables

durante el comienzo de ladurante el comienzo de larespuesta activarespuesta activa

43

ConquConqu

fuerzafuerza

losionespasanlosionespasandeuncompartimentoaotro?deuncompartimentoaotro?

Hay una Fuerza Electromotriz que hace que

los iones pasen de un compartimento a otro.

Es la Fuerza Impulsora o Driving Force.

femfem == VV mm -- EE iinn = = drivingdriving forceforce44

En presencia de un anin no difusible en un compartimento, los

solutos difusibles se redistribuyen

desigualmente entre ambos compartimentos

>