Tema 3. NEUROFISIOLOGÍA CELULAR

1.1. Actividad Eléctrica de una neuronaa) Registro de la actividad del axón

Problemas de la medición: el diámetro del axón de la neurona es muy pequeño (aprox. 1 milésima de milímetro). Lo que se utiliza para medir la actividad eléctrica es el axón gigante del calamar (aprox. 1 mm). Se introduce el trozo de axón en solución salina y se utiliza un electrodo que se introduce en la solución salina (símil del líquido extracelular); y un electrodo (fino para no dañar la membrana –microelectrodo-) que se va a introducir en el axón. Esto permite registrar la diferencia de potencial entre el exterior y el interior de la membrana. Esa diferencia genera un movimiento en la punta del voltímetro, situándose la aguja en -70 voltios (potencial en reposo).Para registrar la actividad eléctrica de la membrana del axón a lo largo del tiempo se utiliza un osciloscopio.

b) Creación de cargas eléctricas a través del movimiento de ionesConcentraciones:

Sodio Na+ 142 mmol/l extracelular vs. 10 mmol/l intracelular Potasio K+ 4 mmol/l exterior vs. 140 mmol/l intracelular Cloro Cl- 103 mmol/l exterior vs. 4 mmol/l intracelular Aniones A- aniones orgánicos solo intracelular

Cuando cualquier sal entra en contacto con el líquido, la sal se separa en partículas con carga eléctrica (+ o -). Tanto en el líquido intracelular como extracelular nos encontraremos iones + (cationes) y – (aniones) [cloro, sodio y potasio].

2.2. ¿A qué se debe el potencial de membrana en reposo?La diferencia entre dos fuerzas que ocurren en el movimiento iónico:

1) Fuerza de difusión (concentraciones de iones) como los iones se mueven en función del gradiente de concentración (de mayor concentración a menor concentración).

2) Presión electroestática relacionada con el gradiente de voltaje. Por ejemplo, si el interior es -, K+ entra por que es +.

Iones misma carga se repelenIones distinta carga se atraen

Y por la estructura propia de la membrana plasmática:Es semipermeable y no todos los iones pueden atravesarla de la misma forma. A - son grandes y no pueden salir al exterior. Tiene canales de iones: los canales del Na +

permanecen cerrados durante el Potencial en Reposo y su paso es muy complicado; los canales de K+ o Cl- aunque no completamente abierto, si permite el trasvase de fuera a dentro y de dentro a fuera.

2.1. Potencial de Membrana en Reposo¿Por qué hay más concentración de Na+ en el interior que en el exterior si las dos fuerzas la empujan hacia dentro?Por la Bomba Sodio-Potasio en la membrana existen unas bombas de transporte activo. Expulsan 3 iones de sodio por cada 2 iones de potasio que se introduce en el interior de la membrana.

2.2. Potenciales graduadosCambios mínimos bruscos en el voltaje de la membrana (más – o más +):

Son cambios muy localizados (punto concreto de la membrana). De breve duración (ms) No llegan muy lejos. Ocurren cuando la neurona recibe algún tipo de estimulación que hace que se

modifique el flujo de iones.

Potenciales Postsinápticos excitatorios e inhibitorios (potenciales graduados): Excitatorios implican despolarización de la membrana (interior más +) Inhibitorios implican hiperpolarización (interior más -)

Drogas: Tetrodotoxina (TTX) se obtiene del pez globo. Bloquea los canales de Na+, e

impide el proceso de despolarización. Tetraetilamonio (TEA) bloquea los canales del K+, impidiéndose la

hiperpolarización.

Integración neuronalInteracción entre los efectos de las sinapsis excitatorias e inhibitorias en una neurona determinada. Si el resultado final es excitatorio y alcanza el cono axónico, se produce un Potencial de Acción (la neurona dispara).

Excitación comportamental excitación neural (PPE) Inhibición comportamental inhibición neural1 (PPI)

No toda la excitación e inhibición neural está relacionada con la excitación comportamental o la inhibición comportamental.

1 Durante el sueño hay neuronas inhibitorias que están siendo excitadas.

1. Sumación espacial suma de la estimulación de dos neuronas con dos puntos muy próximos a la neurona que tiene que responder (si son excitatorias despolarización, si son inhibitorias hiperpolarización y si son excitatoria e inhibitoria no responde).

2. Sumación temporal cuando una única neurona manda dos estimulaciones muy próximas en el tiempo.

2.3 Potencial de AcciónSucede cuando la neurona finalmente responde. Supone un cambio en la permeabilidad de la membrana. Muy breve pero muy pronunciado (1 ms) y gracias al cual se trasmite el impulso nervioso.

A. Etapas del Potencial de Acción1. ESTIMULACIÓN2. UMBRAL DE EXCITACIÓN3. APERTURA CANALES Na+

4. ENTRADA MASIVA DE Na+, SE ABREN CANALES DE K+

5. DESPOLARIZACIÓN6. CIERRE CANALES Na+, SIGUE SALIENDO K+

7. REPOLARIZACIÓN8. CANALES K+ SE CIERRAN, SE REACTIVAN Na+

9. HIPERPOLARIZACIÓN10. SE DIFUNDE EXCEDENTE K+

11. POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO

Si la estimulación alcanza un umbral determinado (-50 mv) en el cono axónico, se dispara el potencia de acción. La estimulación va hacer que se abra los canales de Na+ y entre. El interior se hace más + y s abren los canales de K+. Esto indica que la membrana se está despolarizando (subida en el potencial de acción). Esta alcanza un pico máximo (+40 mv) en el cual los canales de Na+ se cierran pero los canales de K+ siguen abierto y saliendo. Conforme salen, va volviéndose el interior de la membrana más -, ocurriendo la repolarización (bajada en el potencial de acción). Se cierran los canales de K+ y se reactivan (no quiere decir que se abran) los canales de Na+. El interior se vuelve más – de lo que estaba en reposo, produciéndose hiperpolarización. Ahora es necesario que desaparezca el K+ por que hay mucho en el exterior de la membrana. Los astrocitos (“el hombre del saco”) y las bombas sodio-potasio se llevan el K+, volviendo al potencial de membrana en reposo.

Potenciales graduados: ocurren en dendritas y soma.

Potencial de Acción: ocurre en el punto en el que el axón se comunica con el soma (cono axónico).

-70 mv membrana en reposo-50 mv umbral de excitación.+35-40 mv punto máximo de despolarización

B. El papel de los canales sensibles al voltaje Canal K + más permeables que Na+ en estado de reposo y menos sensibles a la

estimulación de la membrana. Canal Na + es más sensible que K+ y por eso los cambios se suceden en primer

lugar. En estado de reposo están cerrados.

C. Periodo Refractario2

Periodo Refractario Absoluto va desde que se supera el umbral de excitación (fase despolarización) hasta que los canales de Na+ se refractan. Por mucho que se estimule no se va abrir.

Periodo Refractario Relativo desde que se refractan los canales de Na+ hasta que la membrana vuelve al estado de reposo. La neurona podrá generar otro potencial de acción, siempre que la estimulación sea lo suficientemente grande para superar el nuevo umbral de excitación (el umbral aumenta más que el punto máximo de la despolarización y va bajando gradualmente hasta -50 mv).

3.3. Envío de un mensaje a lo largo del axón3.1 El impulso nerviosoEs el movimiento del PA a lo largo del axón. Se produce por propagación del PA que genera otro PA en la zona adyacente de la membrana del axón. Cada PA sucesivo da origen a otro a lo largo del axón. Los PA siguen la regla de todo o nada (o se generan o no se generan y una vez generado ni aumenta ni disminuye de tamaño a lo largo del axón). La membrana refractoria durante un breve periodo de tiempo y por eso el PA no puede avanzar en dirección contraria. El impulso nervioso viaja en una sola dirección (del cono axónico al botón terminal).

Estimulación experimental o traumatismo mecánico

2 Cuando la fibra de la neurona no responde.

Más permeable = hay trasvase aunque no mucho.Sensible = más fácil de activar.

Abierto: despolarización.Refractario: no activable aunque reciba estimulación.Reactivado: puede ser estimulado de nuevo y abrirse.

También se puede estimular el axón experimentalmente y que viaje en las dos direcciones el impulso nervioso. Se estimula en medio del axón por donde ya ha pasado el PA (estando en reposo), por lo que el PA seguirá su camino y se formará otro PA en la dirección contraria.

Antidrómico: hacia el cono axónico () Ortodrómico: hacia el botón terminal ()

3.2. Conducción saltatoria y vaina de mielinaLa mayoría de los axones son mielinizados (formados por vainas de los oligodendrocitos en el SNC y de las células de Schaw en el SNP). Las vainas están separadas por zonas sin mielinas: Nódulos de Ranvier. La mielina permite la trasmisión del impulso nervioso más rápido. El impulso nervioso va saltando de nódulo a nódulo (por eso se llama saltatoria). Hay conducción eléctrica de tipo pasivo dentro de la mielina.

3.3. La neurona siguienteLo que ocurre en la neurona postsináptica. Cuando llega el impulso nervioso (IN) a

las terminales axónicas se produce la exocitosis. El IN produce aquí la entrada de iones de calcio. De manera que en la membrana presináptica hay canales de calcio que se abren cuando llega el IN. Esto hace que entre el calcio y que este se una a proteínas de membrana que van a permitir la fusión entre las vesículas sináptico y que contienen el neurotransmisor con la membrana del botón terminal. Se abre el poro (los neurotransmisores se sintetizan en la neurona donde se almacena) de fusión de la vesícula sináptica y se libera el neurotransmisor al espacio sináptico. El transporte retrógrado desde el botón terminal al soma es importante en este proceso.Pinocitosis la membrana sináptica que se ha fusionado con la membrana del botón terminal es transportada de forma retrógrada hacia el soma.Pasos que tienen lugar para que se produzca la comunicación entre neuronas:

1) Potencia de Acción2) Despolarización membrana presináptica3) Apertura Calcio4) Fusión vesículas membranas y liberación de neurotransmisores5) Difusión neurotransmisores hendidura6) Unión a receptores

Transmisión química y eléctricaLa transmisión eléctrica es más rápida. Entre sinapsis eléctricas casi no hay espacio sináptico, es muy pequeño.En la sinapsis química el espacio entre neuronas también es muy pequeño, aunque es más grande que en la eléctrica.La sinapsis eléctrica es la más frecuente en invertebrados.

Modulación presináptica: sinapsis axoaxónicasProducen una inhibición presináptica o bien una facilitación presináptica.Inhibición presinápticaDisminuye la cantidad de neurotransmisor que se libera.Facilitación presináptica

La intensidad de respuesta de la neurona dependerá de la frecuencia de disparo de la neurona (más rápido, mayor intensidad)

Aumenta la cantidad de neurotransmisor que se libera.

Sendas lo produce la neurona intercelular. Aquí entra en juego tres neuronas postsináptica, intercelular y presináptica.