Cátedra: Fisiología Humana

Docente: Susana Leyes

Susana Leyes - 2009

Fisiología de las células excitables

Objetivos

Definir y describir los fenómenos eléctricos de las células excitables.

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.

Potencial de reposo en neuronas y células musculares estriadas

M. Plasmática: barrera semipermeable selectiva.

Posee mecanismos de transporte activo de iones (bombas) y canales químicos: de voltaje y de fuga de Na+ y K+ .

Las características de permeabilidad selectiva y la presencia de canales y bombas en la membrana

Composición del LIC diferente a la del líquido extracelular LEC.

Suma de aniones y cationes, intra / extra celular: 150 a 160 mEq/L.

Concentración de iones en reposo.

Generación del potencial de reposo

Potencial difusivo de Na+; K+ y Cl –

Bomba de Na+/K+

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

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.

Generación del PMR: Bomba Na+/K+ ATPasa

LEC

LIC

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.

Potencial de acción

Concepto de potencial local. Propiedades

Concepto de umbral Propiedades del potencial de acción.

Ley del todo o nada.

Potenciales locales en células excitables

Su 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 el

Potencial de acción. (Ley del todo o nada)

Potenciales locales en neuronas

Las neuronas presentan dos tipos de potenciales locales:

Potencial postsináptico excitatorio (PPSE) Potencial postsináptico inhibitorio (PPSI)

PPSE PPSI

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).

Mientras dura su acción la membrana postsináptica es más excitable y está hipo-polarizada (más cercana al valor umbral)PMR

Sumación de estímulos: Umbral

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 membrana

Los PPSI se suman en forma algebraica a los PPSE que se están descargando sobre una neurona.

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

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.

Potencial de acción

Para 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

Canales de voltaje

Ley del todo o nada

Una 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.

Potencial de acción: secuencia de eventos

1. Potencial de reposo

2. Estímulo

3. Apertura de canales químicos de sodio+

4. Despolarización (canales de voltaje de sodio)

5. Cierre de canales de sodio y apertura completa de canales de potasio

6. Repolarización

7. Potencial ulterior negativo

8. Regreso al estado de reposo

Propagación del impulso nervioso

La 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.

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

Generación y conducción del potencial de acción: axón no mielinizado

Fuente: Purves, D. Neuroscience Third Edition

Generación y conducción del potencial de acción: axón mielinizado

Fuente: Purves, D. Neuroscience Third Edition

Repasamos …Partes de una neurona:

Comunicación entre neuronas(sinapsis)

Tipos de sinapsis

Sinapsis química. Elementos constitutivos.

Sinapsis químicas

1. Potencial de acción2. Apertura de canales

de calcio3. Las vesículas con

neurotransmisor se fusionan a la membrana del botón axónico.

4. Liberación del neurotransmisor

Neurotransmisión: secuencia de eventos

Neurotransmisión: repasamos la secuencia de eventos

Sinapsis químicas inter neuronales

Axo-dendríticas

Axo-somáticasMixtas: Axo-axónicas

y axo-somáticas

Pensamos… qué tipo de sinapsis es?

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

Neuroglia: tipos de células Cuatro tipos principales gliales:

Astrocitos

Oligodendrocitos – células de schwan (forman mielina)

Microglia (fagocitosis)

Epéndimo (revisten ventrículos y conducto medular) y células coroideas (forman líquido cefalorraquídeo)

Los neurotransmisores pueden tener efecto excitatorio o inhibitorio sobre la neurona siguiente.

Tipos de neurotransmisores:

Aminas biógenas: acetilcolina, Noradrenalina, adrenalina, dopamina, serotonina, histamina.

Aminoácidos: glutamato; GABA; aspartato, glicina, etc.

Péptidos Lípidos: anandamida Gases: óxido nítrico

Principales Neuropéptidos aislados en el SNC Péptidos Opioides: Proopiomelanocortina

(POMC): β –endorfina y otros

Péptidos hipotalámicos

Péptidos Hipofisarios: ACTH, MSH

Qué ocurre luego de la liberación del neurotransmisor?

Célu

las e

xcitab

les: m

úscu

lo

OB

JETIV

OS

Identificar 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.

Célu

las e

xcita

ble

s:

mú

scu

lo

OB

JETIV

OS

Describir 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

Al finalizar debe estar familiarizado con:

La organización del músculo y las características de las células del músculo esquelético.

Los componentes estructurales del sarcómero. Los eventos de la unión neuromuscular. Los principales conceptos envueltos en la

contracción muscular y la producción de tensión. Como las fibras musculares obtienen la energía

para la contracción. La contracción aerobia y la anaerobia, tipos de

fibras musculares y desempeño muscular. Las diferencias entre los músculos esquelétivo,

cardiaco y liso.

Produce el movimiento esquelético› Tendones y huesos

Mantiene postura y posición corporal› Tono muscular

Provee soporte a los tejidos blandos› Sostiene y protége: 6 pack

Proteje entradas y salidas› esfinteres

Mantiene temperatura corporal› 1ra ley de TD

Almacenaje de nutrientes› 1ra, 2da, 3ra fuentes de energia?

Funciones del músculo esquelético

Sinapsis neuro muscular

Los 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.

13/04/2023

Constitución muscular del organismo

• 40% Músculo esquelético• 10% Músculo Liso y Cardíaco.

FUNCIONES1. Mantenimiento de forma y posición2. Protección 3. Movimiento.4. Generación de calor

TIPOS DE TEJIDO MUSCULAR:• Estriado (esquelético y cardíaco)• Liso.

Excitabilidad

Contractilidad

Extensibilidad

Elasticidad

Caracteristicas del tejido muscular

Actina Miosina

Estructura de la sinapsis neuromuscular

mitocondrias

Pliegues de la hendidura sináptica

músculo

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

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

Unidad motora

Cerca 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.

40% Músculo esquelético 10% Músculo Liso y Cardíaco.

Funciones:1. Mantenimiento de forma y posición2. Protección 3. Movimiento.4. Generación de calor

Tipos de tejido muscular:• Estriado (esquelético y cardíaco)• Liso.

Constitución muscular del organismo

Tipos de músculos y fibras musculares

a. Según su localización y función: Músculo estriado esquelético (locomoción y postura) Músculo estriado cardíaco Músculo 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.

A.Excitabilidad

B. Contractilidad

C. Extensibilidad

D. Elasticidad

Características del tejido muscular esquelético

Músculo estriado esquelético: funciones

El Pot. de acción contracción muscular.

La energía mecánica producida puede generar:a) movimiento b) fuerza c) presión d) calor

El 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)

Fascículo muscular

Fibra muscular

Miofibrilla

Sarcómera

Actina Miosina

Músculo estriado esquelético: estructura

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).

Microfotografía electrónica que muestra la organización de sarcómera.

Filamentos Delgados: Actina, tropomiosina y Troponina

Actina: › Actina G: forma globular, dos cadenas

forman:› Actina F o actina fibrilar. Posee sitio activo de

unión a la miosina

Proteínas reguladorasTroponina: Complejo de tres prot. Globulares (T, I, C)

› Troponina T: Se une a tropomiosina› Troponina I: Junto con tropomiosina inhibe la interaccion

Actina miosina› Troponina 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)

Miosina Posee:

› Un par de cadenas pesadas. Se enlazan y forman la cola de la molécula de miosina

› Dos 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)

Miosina y actina

Fuente: Guyton, A: Bases fisiológicas de la práctica médica. (2005)

La sarcómera es la unidad estructural y funcional del músculo

Acople electromecánico

Bomba de calcio

Fuente: Guyton, A: Bases fisiológicas de la práctica médica. (2005)

Mecanismo de la contracción muscular

Calcio + troponina C

Cambio conformacional del complejo tropomiosina /troponina

Se 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.

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.

Fuente: Guyton, A: Bases fisiológicas de la práctica médica. (2005)

Teoría del filamento deslizante.

Fenómeno contráctil La 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.

Contracción muscular o sacudida

Pero las masas musculares pueden graduar la fuerza de contracción…

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 = fuerza Asincronía: resistencia a la fatiga

2. El grado de tensión desarrollado por cada fibra depende de:

La frecuencia de estimulación. Longitud inicial de la fibra La carga Susceptibilidad a la fatiga

Unidad motora Reclutamiento:

permite graduar la fuerza contráctil

Asincronía: evita y/o retrasa la fatiga

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

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

Mayor tensión cuando la longitud inicial de la sarcómera es de 2 a 2.2 micras

Fuente: Guyton, A: Bases fisiológicas de la práctica médica. (2005)

Relación carga/velocidad de contracción

Fuente: Guyton, A: Bases fisiológicas de la práctica médica. (2005)

Hay tres tipos principales de unidades motoras:

lentas (L) Rápidas-resistentes a la fatiga (RRF), y Rápidas-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).

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.

Unidades motoras rápidas (músculos blancos) – Fibras tipo II

Son músculos de respuesta rápida Desarrollan 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. -

Propiedad Contracción lenta oxidativa

Contracción rápida Contracción rápida glucolítica

Color Rojo Rojo Blanco

Velocidad decontracción

Lenta Rápida Rápida

Actividad ATPasa Baja Alta Alta

Fuente de ATP Fosforilación oxidativa Fosforilación oxidativa Glucólisis

Diámetro Pequeño Intermedio Grande

Retículo sarcoplásmico Poco desarrollado Intermedio Muy

desarrollado

Red capilar y mitocondrias Extensa Intermedia Escasa

Fatigabilidad Lenta (m. posturales)

Intermedia Rápida (fuerza y velocidad)

Sistemas metabólicos musculares

Reservas de ATP intracelular. Conversión de reservas de alta

energía de fosfocreatina a ATP. Generación de ATP mediante

glucólisis anaerobia. Metabolismo oxidativo del Acetil-

CoA

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.

El músculo esquelético puede desarrollar una tensión de 3 a 4 kg/m2 de área de sección transversal

ACCIÓN MUSCULAR: TIPOS

Las acciones de los músculos pueden clasificarse en distintos tipos: ISOTÓNICA ESTÁTICA CONCÉNTRICA EXCÉNTRICA ISOCINÉTICA TETÁNICA

ISOTÓNICA: es el

tipo más común de

contracción. En

ella el ejercicio se

realiza con una

carga constante,

aunque la

resistencia varía

dependiendo del

ángulo de la

articulación.

ESTÁTICA (isométrica) :

el músculo genera

fuerza, pero su longitud

permanece estática.

También se llama

isométrica. Ocurre, por

ej. cuando sostenemos

un peso o cuando la

carga es muy pesada. En

este caso la miosina y la

actina se unen, pero no

hay movimiento.

CONCÉNTRICA: es

la acción principal.

En ella el músculo

se contrae al

tiempo que ejerce

la fuerza

EXCÉNTRICA: el músculo genera fuerza pero se alarga. La fuerza externa supera a la del músculo. El movimiento está controlado . Ocurre por ejemplo cuando bajamos un peso. Los músculos son utilizados como freno

Es frecuente en:› Equitación› Bajar pendientes› Esquiar

Bibliografía: Guyton: Tratado de Fisiología

Médica. Editorial Elsevier 11ª edición. 2006.

Best y Taylor. Bases fisiológicas de la práctica médica. Ed. Médica Panamericana. 13° Edición. 2003.

Preguntas, aportes, comentarios…