BIOELECTRICIDAD:PROPIEDADES ACTIVAS BARRERA HEMATOENCEFÁLICA CIRCULACI ÓN CEREBRAL
DRA VALERIA DELLA MAGGIORE
[email protected] Teoricas: login: fisio.neurofisio2010@gm
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CONTENIDOS REPASO: Propiedades pasivas de la membrana. Conceptos de capacitancia y resistencia de la membrana. Constantes de tiempo y de espacio. Los canales iónicos. Corrientes iónicas. Sustancias bloqueadoras de canales. Técnicas del voltage-clamp y del patch-clamp. Cambios en la permeabilidad de las células excitables. Potencial de Acción, umbral, ley de todo o nada. Las fases del potencial de acción y su explicación bioquímica y bioeléctrica. Conductancias iónicas. Períodos refractarios absoluto y relativo. Propagación del potencial de acción. Biología celular de las neuronas y la glía. Compartimientos y líquidos intracraneanos. Barrera hematoencefálica, líquido cefalorraquídeo, barrera hematocefalorraquídea.
CONTENIDOS REPASO: Propiedades pasivas de la membrana. Conceptos de capacitancia y resistencia de la membrana. Constantes de tiempo y de espacio. Los canales iónicos. Corrientes iónicas. Sustancias bloqueadoras de canales. Técnicas del voltage-clamp y del patch-clamp. Cambios en la permeabilidad de las células excitables. Potencial de Acción, umbral, ley de todo o nada. Las fases del potencial de acción y su explicación bioquímica y bioeléctrica. Conductancias iónicas. Períodos refractarios absoluto y relativo. Propagación del potencial de acción. Biología celular de las neuronas y la glía. Compartimientos y líquidos intracraneanos. Barrera hematoencefálica, líquido cefalorraquídeo, barrera hematocefalorraquídea.
ECUA ECUACI CION ON DE NER NERNS NST T 3)
DIFERENCIA DE POTENCIAL QUIMICO DEL K+ µ2 - µ 1= (µK+ + RT RT ln ln [K+]2) – (µK+ + RT RT ln ln [K+]1 ) µK = pote potenc ncia iall quím químic ico o del del K R = constante de los gases T = temperatura [K+] = concentr concentración ación de K
DIFERENCIA DE POTENCIAL ELECTRICO DEL K+ ∆V = z F V2 - z F V1 F = constante constante de Faraday Faraday = carga de un equivale equivalente nte z = número de oxidación del K COMBINANDO AMBOS POTENCIALES (ln [K+] [K+]1/ 1/ [K+ [K+]2 ]2)) + zF( zF(V1 V1 – V2) V2) ∆ µ = RT (ln Si µ1 - µ2 = 0 (no (no flu flujo jo neto neto)) y desp despej ejam amos os V1 – V2 ∆
flujo neto de k+ = 0
V = - RT ln [K]1 zF [K]2 = 58mV
POTENCIAL ELECTRICO QUE SE NECESITA APLICAR PARA EQUILIBRAR
POTENCIAL DE MEMBRANA CELULAR • En una una cél célul ula, a, el pote potenc ncia iall de de mem membr bran ana a es es la la Energía asociada al pasaje de una carga a través de la membrana. El flujo de iones pasa por canales transm transmem embra brana na select selectivo ivos s cuya apertura, en algunos, es regulable. Ley de Ohm: V = I*R • Una Una célu élula no se encue cuentra ntra en equilibrio electroquímico , porque necesita gasto de energía para mantener su estado. Las células están en estado estacionario. Cada especie especie iónica iónica está está sometida sometida a un gradient gradiente e electroquímico que genera flujo neto neto de iones. • El Potencial de Membrana (Vm) (Vm) estará estará determ determina inado do por por el ión con mayor permeabilidad. • La Ecua Ecuaci ción ón de Nern Nernst st no perm permit ite e calc calcul ular ar el Vm. Vm.
ECUACION DE GOLDMAN-HODGKIN Y KATZ
∆
V = - RT ln PK + [ K]1 + PNa+[ Na]1+ PCl- [Cl-]2 zF PK+[ K]2 + PNa+[ Na]2+ PCl- [Cl-]1 ∆
P = permeabilidad
Vm = Vextracelular – Vintracelular
p or convención Vextracelular = 0
• El potencial de reposo (Vr) es Vm en estado estacionario en que NO hay flujo neto de cargas pero SI flujo de iones • Si la permeabilidad de un ión es dominante el Vr tendrá un valor cercano al potencial de Nernst para ese ión.
POTENCIAL DE MEMBRANA EN CELULAS EXCITABLES Conductancia en reposo
1 0.03 0.3 0
∆
V = - RT ln PK+[ K]1 + PNa+[ Na]1+ PCl- +[Cl-]1 zF PK+[ K]2 + PNa+[ Na]2+ PCl- +[Cl-]2
= - 73mV
El K+ determina en gran parte el Vreposo
PROPIEDADES ACTIVAS Y PASIVAS DE LA MEMBRANA Propiedades pasivas: no cambian durante la generación de señales eléctricas Capacitancia, conductancia de canales pasivos
Propiedades activas: cambian durante la generación de señales eléctricas Conductancia de canales iónicos regulados por ligando, voltaje y mecánicamente.
PROPIEDADES ACTIVAS Y PASIVAS DE LA MEMBRANA
r a r t n o o c t n r e e i e d b a d l a n a d i c l i l b e a b o r P
POTENCIAL DE MEMBRANA (mV)
PROPIEDADES ACTIVAS Y PASIVAS DE LA MEMBRANA Un electrodo es una pipeta de vidrio muy fina (1 µm) llena con solución electrolítica conductora (NaCl). Esta sustancia conductora se conecta a un voltímetro como un osciloscopio que permite medir el voltaje transmembrana.
Respuesta Activa. Sólo en células excitables (neurona y músculo)
Respuesta Pasiva capacitiva
La actividad sináptica (neurotransmisión) es la principal fuente de potenciales electrótónicos en las neuronas
FASES DEL POTENCIAL DE ACCION ) V m ( m V A N A R B M E M E D L A I C N E T O P
Ley de todo o nada Estímulo umbral DESPOLARIZACION POTENCIAL DE REPOSO
Estímulo supra-umbral
REPOLARIZACION HIPERPOLARIZACION POST-POTENCIAL
TIEMPO (MSEG)
AMPLITUD ES CONSTANTE
AXON GIGANTE DE CALAMAR: - primeros registros intracelulares de potenciales de acción y las – -primeras mediciones de corrientes iónicas que generan el potencial de acción (propiedades activas)
A. La neurona de segundo nivel forma una sinapsis gigante con la neurona de tercer nivel (ganglio estrellado) que inerva los músculos del manto B. Sinapsis gigante del ganglio estrellado ampliada C. Corte de axón gigante.
FIJACION DE VOLTAJE: VOLTAGE CLAMP: Permite medir la influencia del Vm sobre las corrientes iónicas.
4. La corriente que hay que inyectar para mantener el voltaje constante es Idéntica a la intensidad de corriente que fluye a través de la membrana.
Contribución del Na+ al potencial de acción
FIJACION DE VOLTAJE (VOLTAGE CLAMP) ) E V D ( m L A A I N C A N R E B T M O P E M
E ) T 2 N m E c I / R A R m ( O C
TIEMPO (mseg) Que información me da la desaparición de esta corriente acerca de la especie iónica que la
DISECCION FARMACOLOGICA DE CORRIENTES ) E V D ( m L A A I N C A N R E B T M O P E M
E ) T 2 N m E c I / R A R m ( O C
(TEA) TIEMPO (mseg)
(TTX)
TIEMPO (mseg)
) E V D ( m L A A I N C A N R E B T M O P E M E ) T 2 N m E c I / R A R m ( O C + a N ) a 2 i c m n c a / t c S u m d ( n o C + K a ) i c 2 n m c a / t c S u m d ( n o C
Evolución de la corriente total de membrana y las conductancias al Na+ y al K+ con diferentes niveles de despolarización
) E V D ( m L A A I N C A N R E B T O M P E M
a i c ) n 2 a m t c c / u S d m n ( o C
Reconstrucción matemática del PA
PATCH CLAMP
Estados del canal de Na+ voltaje dependiente abierto
cerrado
inactivado
DESPOLARIZACI ON POTENCIAL DE REPOSO
PERIODO REFRACTARIO ABSOLUTO
Inactivación Canales Na+
REPOLARIZACION
umbral
HIPERPOLARIZACI ON POSTPOTENCIAL
TIMEPO (MSEG)PERIODO
REFRACTARIO RELATIVO
Aumento conductividad K+
CONDUCCION PASIVA Por qué decae el potencial electrotónico?
CONDUCCION ACTIVA
Por que no se propaga hacia atrás?
De que depende la velocidad de conducción de un axón?
BARRERA HEMATOENCEFÁLICA Y CIRCULACIÓN CEREBRAL
CIRCULACION CEREBRAL
Aunque el cerebro representa el 2% del peso total, recibe 15 % del output cardíaco. El consumo de oxígeno es 20% del total del cuerpo. ALTA TASA METABOLICA El flujo por unidad de masa de la materia gris es 4 x el de la materia blanca.
CIRCULACION CEREBRAL
BARRERA HEMATOENCEFALICA La interfase entre el compartimento vascular y el líquido extracelular es la barrera hematoencefálica que mantiene los gradientes y moléculas en las concentraciones correspondientes.
Protege al cerebro de variaciones anormales en concentración de iones y de sustancias tóxicas.
Como pasa la glucosa al tejido cerebral si no es liposoluble?
MECANISMOS DE TRANSPORTE DE LA BHE
Transportadores para aminoácidos L, A y ASD
Que factores afectan la integridad de la barrera hematoencefáica? • Tumores • Meningitis bacteriana (permite entrada de antibióticos) • Inflamación • Monocitos y neutrófilos se filtran durante el ACV y pueden ser una fuente de agentes neurotóxicos • Edema cerebral • Manitol
MENINGES
Las principales arterias que irrigan al cerebro cursan por el espacio
LIQUIDO CEFALORRAQUIDEO • • • • • • • •
Constituye una porción importante de líquido extracelular que baña las neuronas y glia en el SNC. Los plexos coroideos secretan LCR, Na, nutrientes como vitaminas y glucosa x transportadores. Barrera sangre-LCR También absorven solutos de las neuronas. Circulación Dentro del espacio subaracnoideo, el LCR fluye dentro de los surcos del cerebro y del parénquima junto con los vasos sanguíneos en los espacios de Virchow-Robin. El LCR es absorvido x vellosidades aracnoideas, proyecciones dentro de la dura y los senos venosos. Además de la extracción de metabolitos, el líquido provee una protección mecánica que protege al cerebro del impacto contra el cráneo durante el movimiento (flotación) TOS aumenta el flujo venoso por la yugular
MECANISMO DE ELIMINACIÓN DE LCR EN VELLOCIDAD ARACNOIDE
VOLUMEN TOTAL DE LCR= 140 ml LCR PRODUCIDO EN 1 DIA= 500ml
DISTRIBUCION DE LOS FLUIDOS CEREBRALES
Según la doctrina Monro-Kellie, en un sistema cerrado como el cráneo, siendo el cerebro incompresible, un aumento en el volumen de cualquier compartimiento del cráneo debe ser acompañado por la disminución de otro compartimiento.
CIRCULACIÓN CEREBRAL – FLUJO SANGUÍNEO CEREBRAL PRESIÓN INTRACRANEANA FLUJO SANGUINEO CEREBRAL
PRESION DE PERFUSION CEREBRAL
RESISTENCIA PERIFERICA VASCULAR
FSC = PPC / RPV
PRESION DE PERFUSION CEREBRAL
PRESION ARTERIAL MEDIA
PRESION INTRACRANEANA
PPC = PAM - PIC
PAM: Pdiastolica + 1/3 de la dif entre P sistolica y P diastolica
Sistemas de medición del la Presión IntraCraneana (PIC)
ANTE UN AUMENTO DE LA PIC… Según la doctrina Monro-Kellie, en un sistema cerrado como el cráneo, siendo el cerebro incompresible, un aumento en el volumen de cualquier compartimiento del cráneo debe ser acompañado por la disminución de otro compartimiento. 3
4 1
b) Compensacion Homeostatica de la PIC
a) Insuficciencia Cardiaca
c) aumento PAM x cushing
