Facultad de Ciencias Biológicas Departamento de Ciencias Biológicas Área de Fisiología
SEMINARIOS Y LABORATORIOS FISIOLOGÍA GENERAL BIO 379 Carrera: ODONTOLOGÍA
‐ I SEMESTRE 2013 ‐
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SEMINARIO 1: FISIOLOGÍA GENERAL CONCEPTOS DE QUÍMICA GENERAL APLICADOS A LA FISIOLOGÍA. MEMBRANAS Y TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA MEMBRANA. PARA
CONTESTAR LAS PREGUNTAS DE ESTE SEMINARIO , USTED NECESITA HABER REPASADO LOS CONCEPTOS
GENERALES DEL TEMA DE SOLUCIONES DE SU CURSO DE QUÍMICA GENERAL Y ORGÁNICA. ADEMÁS, MEMBRANAS BIOLÓGICAS Y TRANSPORTE A TRAVÉS DE MEMBRANA .
Las células del organismo constan de un medio intracelular y a la vez están bañadas en medio extracelular. Ambos medios son líquidos y tienen como solvente al agua; en estos medios se disuelven una serie de electrolitos y moléculas orgánicas. Por lo tanto ambos medios pueden considerarse como una solución. Es importante conocer y manejar las unidades de concentración de las soluciones que tienen importancia biológica, en orden de poder interpretar correctamente las variables fisiológicas que se pueden medir en el plasma. 1. En un hombre sano y normal de 70 kg, un 60% del peso corporal es agua, 2/3 reside en el medio intracelular y el tercio restante en el medio extracelular. a. Si la concentración de Na+ en el medio extracelular de este sujeto es de 140 mEq/L, calcule: a.1. Número total de miliequivalentes y milimoles que hay en el volumen de líquido extracelular. a.2. Si el peso atómico del Na+ es de 23, calcule los gramos totales de Na+ que hay en el medio extracelular. b. El mismo sujeto tiene una concentración de Ca2+ iónico de 2,5 mEq/L, calcule: b.1. Los milimoles totales de Ca2+ que hay en el medio extracelular. ¿Cómo se explica la diferencia entre mmoles/L y mEq/L? c. El mismo sujeto tiene una concentración de K+ extracelular de 4,4 mEq/L. c.1. Calcule el total de miliequivalentes de K+ que hay en el medio extracelular. c.2. Una comida promedio contiene 150 milimoles de K+. Suponga que todo éste se absorbe en el intestino y pasa al medio extracelular. Calcule la nueva concentración de K+. 2. Un sujeto recibe una unidad de 500 mL de suero fisiológico (NaCl 0,9% p/v). a. ¿Cuál es la concentración en milimoles/L (mM)? Calcule la molaridad (moles/L) de la solución (PM NaCl = 58,5 g/mol). b. ¿Cuántos gramos de NaCl están ingresando al organismo? Las propiedades coligativas de las soluciones son aquéllas que dependen del NÚMERO de partículas presentes en la solución, independiente de la naturaleza de las partículas. La principal propiedad es la presión osmótica (mm Hg), que también se puede expresar como la osmolaridad de la solución (mOsmoles/L). La presión osmótica es la presión que se aplica en un compartimiento y que permite detener un flujo de agua generado por una gradiente o
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SEMINARIO 1: FISIOLOGÍA GENERAL CONCEPTOS DE QUÍMICA GENERAL APLICADOS A LA FISIOLOGÍA. MEMBRANAS Y TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA MEMBRANA. PARA
CONTESTAR LAS PREGUNTAS DE ESTE SEMINARIO , USTED NECESITA HABER REPASADO LOS CONCEPTOS
GENERALES DEL TEMA DE SOLUCIONES DE SU CURSO DE QUÍMICA GENERAL Y ORGÁNICA. ADEMÁS, MEMBRANAS BIOLÓGICAS Y TRANSPORTE A TRAVÉS DE MEMBRANA .
Las células del organismo constan de un medio intracelular y a la vez están bañadas en medio extracelular. Ambos medios son líquidos y tienen como solvente al agua; en estos medios se disuelven una serie de electrolitos y moléculas orgánicas. Por lo tanto ambos medios pueden considerarse como una solución. Es importante conocer y manejar las unidades de concentración de las soluciones que tienen importancia biológica, en orden de poder interpretar correctamente las variables fisiológicas que se pueden medir en el plasma. 1. En un hombre sano y normal de 70 kg, un 60% del peso corporal es agua, 2/3 reside en el medio intracelular y el tercio restante en el medio extracelular. a. Si la concentración de Na+ en el medio extracelular de este sujeto es de 140 mEq/L, calcule: a.1. Número total de miliequivalentes y milimoles que hay en el volumen de líquido extracelular. a.2. Si el peso atómico del Na+ es de 23, calcule los gramos totales de Na+ que hay en el medio extracelular. b. El mismo sujeto tiene una concentración de Ca2+ iónico de 2,5 mEq/L, calcule: b.1. Los milimoles totales de Ca2+ que hay en el medio extracelular. ¿Cómo se explica la diferencia entre mmoles/L y mEq/L? c. El mismo sujeto tiene una concentración de K+ extracelular de 4,4 mEq/L. c.1. Calcule el total de miliequivalentes de K+ que hay en el medio extracelular. c.2. Una comida promedio contiene 150 milimoles de K+. Suponga que todo éste se absorbe en el intestino y pasa al medio extracelular. Calcule la nueva concentración de K+. 2. Un sujeto recibe una unidad de 500 mL de suero fisiológico (NaCl 0,9% p/v). a. ¿Cuál es la concentración en milimoles/L (mM)? Calcule la molaridad (moles/L) de la solución (PM NaCl = 58,5 g/mol). b. ¿Cuántos gramos de NaCl están ingresando al organismo? Las propiedades coligativas de las soluciones son aquéllas que dependen del NÚMERO de partículas presentes en la solución, independiente de la naturaleza de las partículas. La principal propiedad es la presión osmótica (mm Hg), que también se puede expresar como la osmolaridad de la solución (mOsmoles/L). La presión osmótica es la presión que se aplica en un compartimiento y que permite detener un flujo de agua generado por una gradiente o
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diferencia de concentración de solutos que son impermeables a la membrana. La osmolaridad de una solución se calcula como: mOsmoles/L = [mmoles/L] x n Donde, n corresponde al número de partículas que se generan en solución. Ejemplo: NaCl(s) Na+(aq) + Cl‐(aq); por cada molécula de NaCl que se disuelve se generan 2 partículas en solución. Calcule la osmolaridad de la solución de NaCl al 0,9%. 3. Un sujeto pierde, debido a una hemorragia, 1 litro de sangre. En el instante en que se produce esta situación, explique: a. ¿Qué sucede con la osmolaridad del medio extracelular? b. ¿Qué sucede con la concentración y la cantidad de Na+ del líquido extracelular? c. ¿Qué sucede con el volumen extracelular? 4. Un sujeto sano de 70 kg se toma 1L de agua pura en un periodo corto de tiempo. Suponga que se absorbe completamente. Calcule los nuevos volúmenes de los medios extra e intracelular. Considere que la Osmolaridad plasmática inicial es 290 mOsm. 5. La figura muestra el modelo de membrana de mosaico fluido.
a. Señale a qué corresponden los componentes enumerados del 1 al 4. b. ¿Por qué los fosfolípidos tienen esta orientación en la bicapa? c. Si aumenta el contenido de colesterol en la bicapa, ¿qué sucederá con la fluidez de la bicapa? d. ¿Qué funciones cumplen las proteínas integrales de membrana?
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6. El sistema de la figura siguiente está formado por los compartimientos A y B separados por una membrana. La solución en A es dos veces más concentrada que en B. Se definen: flujo, movimiento de moléculas en la unidad de tiempo; flujo neto, la diferencia entre los flujos unidireccionales (A B; B A). Si la membrana es permeable al soluto y al agua indique:
a. ¿Cuál es el factor determinante del flujo neto de moléculas de soluto? b. Suponga que transcurrió un tiempo infinitamente largo y usted mide la concentración de la solución en los dos compartimientos, ¿qué debiera encontrar? Explique su respuesta. c. Suponga que se reduce el área disponible para que ocurra el flujo, ¿qué ocurrirá con el flujo neto? d. Si este mismo sistema tuviera una membrana con un espesor mayor, ¿cómo sería el flujo de moléculas comparado al mismo sistema con una membrana de menor grosor? e. Grafique la relación existente entre el flujo neto (ordenada) y la diferencia de concentración entre los compartimientos (abscisa). 7. Los compartimientos intra y extracelulares contienen gran cantidad de iones (cationes, aniones) y moléculas orgánicas como la glucosa; todos ellos son hidrosolubles. ¿Cómo atraviesan la membrana celular? 8. Observe la siguiente figura que muestra el transporte de glucosa en células como las fibras musculares o las células hepáticas.
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a. Deduzca si la entrada de glucosa es un fenómeno pasivo o activo e indique a qué tipo de transporte pertenece este ejemplo. b. Grafique la entrada de glucosa (ordenada) versus la concentración de glucosa extracelular (abscisa) y explique la forma del gráfico. 9. Observe la siguiente figura y deduzca el papel de la Na+‐K+/ATPasa o bomba de Na+. ¿A qué tipo de transporte corresponde? Explique.
10. En la siguiente figura, los compartimientos A y B del tubo en U están separados por una membrana que es sólo permeable al agua. La concentración del soluto no permeante es mayor en B que en A.
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a. Explique por qué sucede el cambio de volumen de los compartimientos A y B. ¿Cómo se llama el fenómeno que ocurre? b. ¿Cuál es la magnitud de la presión que debe aplicar en B tal que el volumen de A y B sean iguales? c. Si el soluto permeara la membrana, ¿qué fenómeno habría ocurrido? 11. El cloruro de sodio (NaCl) es la sal más abundante en el medio extracelular y la membrana plasmática es poco permeable a ambos iones, quedando ambos restringidos al espacio extracelular. Los solutos que quedan restringidos a un compartimiento son osmóticamente activos porque son capaces de generar flujos de agua a través de la membrana. Por otra parte, cuando la membrana es permeable a un soluto, este puede moverse siguiendo su gradiente de concentración. Este flujo de soluto será acompañado por un flujo de agua en el mismo sentido y provocará un aumento en el volumen celular. a. Considerando que las células están en equilibrio osmótico con el medio extracelular, ¿cuál es la osmolaridad del medio intracelular? b. Calcule las osmolaridades de las siguientes soluciones de NaCl. Peso molecular NaCl = 58,5 g/mol. Solución A B C
Soluto NaCl NaCl NaCl
Concentración (% peso/volumen) 0,9 1,8 0,45
Osmolaridad (mOsm/L)
c. Señale cuál de las soluciones es isoosmótica, hiperosmótica, hipoosmótica, y sus propiedades de tonicidad. 12. El transporte a través de epitelios es fundamental para el estudio de la Fisiología, pues establece el transporte de solutos a través de una capa de células. Suponiendo una estructura epitelial normal, ¿cuál de los siguientes enunciados es correcto? Justifique su respuesta. a. Si la concentración de glucosa es 170 mM en el lado apical y la concentración de NaCl es 100 mM en el lado basolateral, el agua se moverá de apical a basolateral. b. Si la concentración de glucosa es 200 mM en el lado apical y la concentración de NaCl es 100 mM en el lado basolateral, el agua se moverá de basolateral a apical. c. Si la concentración de glucosa es 100 mM en el lado apical y la concentración de NaCl es 100 mM en el lado basolateral, el agua no se moverá. d. Si la concentración de glucosa es 100 mM en el lado apical y la concentración de NaCl es 170 mM en el lado basolateral, el agua se moverá de basolateral a apical. e. Si la concentración de glucosa es 170 mM en el lado apical y la concentración de NaCl es 100 mM en el lado basolateral, el agua se moverá de basolateral a apical.
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ESTUDIO BASADO EN CASOS CLÍNICOS: 13. El infarto de miocardio se produce por la obstrucción de una arteria coronaria, de modo que una región del corazón queda sin suministro sanguíneo. Como consecuencia de esto, las células musculares cardíacas (cardiomiocitos) de esa región no reciben un aporte adecuado de oxígeno y nutrientes, por lo que no producen suficiente ATP. En la membrana de los cardiomiocitos existen, entre otros mecanismos de transporte, canales de Na+, bomba Na+/K+, bomba de Ca2+, contra‐transportador Na+/Ca2+, y canales de Ca2+ dependientes de potencial de membrana. a. Señale y describa cada uno de los tipos de transporte (transportadores) mencionados. b. ¿Qué alteraciones iónicas se producirán en los cardiomiocitos por la falta de ATP? Explique. c. Como consecuencia del infarto, ¿en qué condición quedarán los cardiomiocitos (contraídos, relajados, sin cambio)? Explique.
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SEMINARIO 2: FISIOLOGÍA GENERAL Y NEUROFISIOLOGÍA EXCITABILIDAD CELULAR, POTENCIAL DE ACCIÓN, SINAPSIS, CONTRACCIÓN MUSCULAR PARA CONTESTAR LAS PREGUNTAS DE ESTE SEMINARIO , USTED NECESITA HABER ESTUDIADO PREVIAMENTE SIGUIENTES MATERIAS : EXCITABILIDAD, POTENCIAL DE ACCIÓN, SINAPSIS, CONTRACCIÓN MUSCULAR.
LAS
1. A través de las membranas biológicas existe una diferencia de potencial eléctrico (de voltaje) que en el caso de las neuronas es de aproximadamente ‐70 mVolts (mV) y en las fibras musculares esqueléticas, de ‐90 mV. El signo negativo indica que el interior celular es negativo respecto al extracelular. La figura muestra una célula con un potencial de membrana de ‐90 mV.
a. Indique el sentido del movimiento pasivo de K+ y de Na+. ¿A qué se deben estos sentidos? b. ¿Cómo afectará el potencial de membrana al movimiento pasivo de ambos iones? c. El potencial de membrana en reposo en una célula excitable es aproximadamente de ‐70 mV, y después de una estimulación cambia por un tiempo breve desde los ‐70 mV a unos +30 mV. ¿En qué consiste este fenómeno? El potencial de equilibrio de una especie iónica (potencial de Nernst) es un valor calculado y corresponde al potencial de membrana que debiera existir para que una especie iónica esté en equilibrio. Es decir, que la gradiente eléctrica iguale a la gradiente química, pero con distinto sentido. d. ¿Qué significa que el potencial de equilibrio de una especie iónica coincida con el valor del potencial de membrana? e. ¿Qué significa que el potencial de equilibrio del Na+ sea de +65 mV? 2. La figura siguiente muestra un esquema del potencial de acción registrado en un axón. Asocie los números con eventos típicos del potencial de acción.
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Número
Estado o fenómeno asociado
1 2 3 4 5
a. ¿Por qué el potencial de membrana se vuelve más negativo después de la repolarización? b. Durante el periodo refractario absoluto, ningún tipo de estímulo es capaz de generar un nuevo potencial de acción. ¿Con cuál etapa o evento del potencial de acción se asocia este fenómeno? c. En el gráfico se muestran, además, los cambios en la permeabilidad iónica asociados con el potencial de acción. Explique los cambios en la permeabilidad al Na+ y K+. d. Si el axón se encontrara en periodo refractario relativo, ¿qué magnitud de estímulo debiera aplicar para generar un potencial de acción? e. ¿De qué factores depende la velocidad de conducción del potencial de acción?
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3. ¿Por qué cuando un paciente requiere hacerse una extracción dental se aplica anestesia local? ¿Qué relación existe entre los anestésicos locales y los canales de sodio dependientes de potencial de membrana? 4. Considere que el potencial de reposo de los cardiomiocitos es ‐90 mV. a. Si el potencial de equilibrio del H+ es ‐12 mV, el pH intracelular es 7.2 y el extracelular es 7.4, ¿en qué sentido se moverán los protones sin gasto de energía? b. Si el potencial de equilibrio del Ca2+ es +120 mV, la concentración intracelular de este ión es 10‐4 mM y la concentración extracelular es 1 mM, ¿en qué sentido se moverá el Ca2+ sin gasto de energía? c. Si el potencial de equilibrio del Cl‐ es ‐30 mV, la concentración intracelular de este ión es 5 mM y la concentración extracelular es 110 mM, ¿en qué sentido se moverá el Cl‐ sin gasto de energía? 5. Si removemos el Ca2+ del líquido extracelular, ¿qué sucederá con la contracción de la musculatura esquelética, cardiaca y lisa? Justifique. 6. ¿Qué criterios debe cumplir la acetilcolina (ACh) para ser considerada como neurotransmisor de la sinapsis en la unión neuromuscular? 7. Mencione todos los eventos que ocurren en la sinapsis química. 8. Utilizando la siguiente figura, haga una tabla comparativa entre la sinapsis química y eléctrica.
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9. ¿Cuáles son los dos tipos generales de receptores de neurotransmisores? ¿Cómo funcionan para producir una respuesta en la célula postsináptica? Explique a qué corresponde una respuesta postsinática excitatoria o inhibitoria.
ESTUDIO BASADO EN CASOS CLÍNICOS: 10. La miastenia gravis es una enfermedad autoinmune caracterizada por debilidad muscular generalizada, debida a la presencia de anticuerpos dirigidos en contra del receptor colinérgico nicotínico de placa motora (N1), lo que provoca una disminución del número de receptores y fallas en la transmisión neuromuscular. a. ¿Qué pasará con la amplitud del potencial de placa motora? b. Para el tratamiento se utilizan inhibidores de la acetilcolinesterasa. ¿Cuál será su efecto? c. La esclerosis múltiple (EM) es otra patología neuromuscular que se caracteriza por una pérdida de la mielinización neuronal y subsecuente disminución del tono muscular (hipotonía), y pérdida de movimiento. Al respecto, ¿cuál será el efecto más probable de un tratamiento con inhibidores de acetilcolinesterasa en un paciente con EM? d. El curare bloquea el receptor colinérgico nicotínico de placa motora (N1). La administración de esta droga provoca parálisis muscular y, eventualmente, la muerte. Al respecto, ¿cuál es la acción más probable de esta droga? 11. JM es un joven de 16 años que realiza deporte en un equipo de la escuela. Recientemente, después de haber completado una práctica, se sentía muy cansado y sus piernas fláccidas. Su situación empeoraba cuando ingería carbohidratos. Luego de las comidas, era incapaz de caminar y tenía que dejar las pistas de entrenamiento. Sus padres estaban muy preocupados y lo llevaron a una evaluación médica. El médico midió las concentraciones de potasio, las cuales eran normales (4.5 mEq/L). Sin embargo, el médico no quedó conforme con los resultados y solicitó realizar el examen inmediatamente después de un esfuerzo físico. Luego del test , las concentraciones de potasio de JM eran extremadamente bajas (2.2 mEq/L). A JM se le diagnosticó Parálisis Periódica Hipokalémica Primaria y se le realizó un tratamiento con suplementos de potasio. a. ¿Cuál es la distribución normal de potasio entre los fluidos intracelular y extracelular? ¿Cuáles son los principales factores que alteran esta distribución? b. ¿Qué relación existe entre las concentraciones séricas y el potencial de membrana en reposo de células excitables (nervio‐músculo esquelético)? ¿Cómo una disminución de la concentración de potasio sérico altera el potencial de membrana en reposo del músculo esquelético? c. ¿Por qué JM se sentía débil luego de realizar ejercicio? ¿Por qué la ingesta de carbohidratos exacerba el debilitamiento muscular? d. ¿Cómo se espera que los suplementos de potasio mejoren la condición de JM?
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TRABAJO PRÁCTICO 1: NEUROFISIOLOGÍA REGISTRO DE LA ACTIVIDAD ELÉCTRICA DE LA MUSCULATURA (ELECTROMIOGRAFÍA, EMG) MASTICATORIA OBJETIVO GENERAL Explorar la actividad eléctrica de la musculatura esquelética masticatoria, utilizando como ejemplo los músculos masétero y digástrico. MARCO TEÓRICO Una fibra muscular esquelética está inervada por ramas de una neurona motora. Bajo circunstancias normales, el potencial de acción neuronal activa todos los músculos inervados por la neurona motora. Este proceso de activación involucra un potencial de acción y una contracción de las fibras del músculo. Por consiguiente, durante una contracción hay actividad sincronizada en varias fibras en el mismo músculo. La señal eléctrica registrada de un músculo contraído se denomina electromiograma (EMG). Así como en el electrocardiograma (ECG), esta actividad puede detectarse a través de electrodos puestos en la piel. Una contracción muscular voluntaria se produce por uno o más potenciales de acción en muchas fibras. A diferencia del ECG, la actividad de EMG no es una serie regular de onda, sino un estallido caótico de señales sobrepuestas en forma de espiga. En este práctico, usted registrará la actividad EMG durante las contracciones voluntarias de los músculos masétero (como ejemplo de músculo elevador mandibular) y del vientre anterior del músculo digástrico (como ejemplo de músculo depresor mandibular, suprahioideo) (Fig 1). La “señal cruda” del EMG obtenida durante las contracciones voluntarias por aplicación de fuerza, puede procesarse de varias maneras para indicar la intensidad de actividad del EMG. En el método usado aquí, la porción negativa del EMG es invertida y entonces la señal se rectifica, integra y filtra de tal manera de obtener un registro de trazado más suave que hace mucho más fácil apreciar el cambio de actividad a lo largo del tiempo (iEMG). Fig 1. Esquema de músculos masétero y digástrico
Masétero Digástrico (vientre anterior)
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MATERIALES PowerLab 4/20T conectado a computador Cable BioAmp y Electrodos autoadhesivos para EMG Martillo de reflejos Brazalete para conexión a tierra Cinta adhesiva, regla MÉTODOS 1. Los alumnos que servirán de sujetos de experimentación deben presentarse cuidadosamente afeitados, y las alumnas sin maquillaje. Se sugiere lavar la cara y aplicar alcohol 70% en las mejillas y cuello antes de poner los electrodos. En el computador, abra el archivo de configuración denominado “EMG masticatoria”. 2. Conecte la perilla marcadora de eventos en la entrada 1 del PowerLab, desplegando la señal de eventos en el canal 1 de la pantalla del computador. Un alumno marcará con la perilla en los tiempos indicados. La marca, será la orden para que el sujeto de experimentación realice la maniobra que corresponda. 3. Conecte el cable de entrada de registros fisiológicos (cable BioAmp) a la entrada correspondiente del PowerLab, que contiene las entradas 3 y 4, y que se desplegarán en los canales 3 y 4 de la pantalla del computador, respectivamente. Conecte los cables de registro de acuerdo con el color que aparece en el enchufe del cable BioAmp. Conecte por presión los electrodos al terminal de cada cable. 4. Remueva el papel protector de cada electrodo sólo al momento de aplicarlo a la piel del sujeto de experimentación. Aplique los electrodos sobre los músculos masétero y digástrico (vientre anterior) derechos (Fig 2). Coloque el electrodo de tierra en la mejilla contralateral al sitio de registro (éste debe ingresar al canal marcado “Earth” del cable BioAmp). 5. Inserte el otro extremo de los cables conectores a los orificios marcados CH1 (masétero) y CH2 (digástrico) del cable BioAmp. Así, desplegará la señal como registro EMG maseterino (EMGm) en el canal 3 de la pantalla y EMG digástrico (EMGd) en el canal 4 de la pantalla. Fig 2. Esquema de ubicación de electrodos para registro EMG.
Monitor PC
BioAmp
CH1
CH2
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En el canal 5 de la pantalla observará el registro EMG rectificado e integrado (iEMG) proveniente de la actividad “cruda” de la musculatura registrada en el canal 3 (iEMGm); y en el canal 6, el proveniente de la actividad “cruda” de la musculatura registrada en el canal 4 (iEMGd).
PROCEDIMIENTO 1. REGISTRO DE CONTRACCIONES MUSCULARES VOLUNTARIAS 1.
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3. 4.
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Apoye el mentón sobre su mesón de laboratorio y realice aperturas y cierres mandibulares sucesivos (aproximadamente de 2 s de duración). Otro integrante del grupo debe marcar con el botón de registro el tiempo en el cual la mandíbula permanece abierta. Observe la relación entre el movimiento efectuado (apertura/cierre) (canal 1) y el EMGm (canal 3) y EMGd (canal 4), y los respectivos iEMG (canales 5 y 6, respectivamente). Realice aperturas y cierres mandibulares rápidos con intensidad máxima (aproximadamente 1 s de duración). Registre en cada evento la amplitud máxima de apertura. Repita 10 veces a intervalos de relajación de 5 s. Repita el punto tres, pero esta vez a intervalos de relajación de 1 s. Realice aperturas y cierres mandibulares rápidos y breves (aproximadamente 1 s de duración), primero a apertura mínima y luego a amplitudes de aperturas cada vez mayores, hasta alcanzar la apertura máxima (registre todas las amplitudes). Repita este procedimiento en forma inversa, desde la apertura máxima a la mínima. Realice una apertura mandibular lenta y progresiva (desde la boca cerrada hasta alcanzar apertura máxima). Una vez alcanzada ésta, vuelva lentamente a cerrar la mandíbula. Luego de al menos 1 min de reposo, repita la maniobra. No se olvide registrar la amplitud máxima de apertura. Realice aperturas mandibulares máximas de manera brusca, de 1, 2, 5, 10, 20, 30 y 60 s de duración, a intervalos de 15 s de relajación. No se olvide registrar la amplitud máxima de apertura.
Análisis, gráficos y discusión 1. Relacione las amplitudes de apertura alcanzadas con las amplitudes de los iEMG (iEMGm e iEMGd) para distintos tiempos de relajación entre los eventos (compare 5 s vs. 1 s). 2. Relacione las amplitudes de las aperturas breves, desde mínima a máxima y la subsecuente regresión, con las amplitudes de los iEMGs. 3. Compare las amplitudes de apertura iEMGs máximas alcanzadas cuando realiza aperturas crecientes breves, respecto de la apertura lenta y progresiva. 4. ¿Qué puede decir de las amplitudes de apertura e iEMGs cuando cambia el tiempo de apertura? PROCEDIMIENTO 2. REFLEJO MENTONIANO 1. Pida al instructor que le enseñe cómo evaluar el reflejo mentoniano. Brevemente, el examinador debe apoyar transversalmente el dedo índice de su mano izquierda sobre el mentón y por debajo del labio inferior.
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2. El voluntario debe permanecer con la boca entreabierta (aproximadamente 1 cm de amplitud). Con un martillo de reflejos en su mano derecha, el examinador aplica golpes breves sobre su dedo.
3. Otro integrante del grupo debe registrar en el computador (botón marcador de eventos) el momento exacto en que el examinador golpea su dedo. 4. Observe la correlación que existe entre el evento mecánico (golpe) y la actividad eléctrica evocada (iEMG) [tiempo de respuesta y amplitud iEMG]. 5. Repita la maniobra de evocación de este reflejo mentoniano con distintos ángulos (amplitudes) de apertura mandibular. 6. Plantee una hipótesis razonable a las respuestas observadas. PROCEDIMIENTO 3. OTRAS MANIOBRAS PARA SU APRENDIZAJE 1. El examinador debe fijar la posición del mentón del voluntario, primero con la mandíbula cerrada y luego con distintos ángulos de apertura mandibular (que deben registrar). A cada nivel cierre‐apertura mandibular, el sujeto de experimentación trata de elevar la mandíbula. Observar los iEMGs asociados. 2. Realice apertura pasiva (por gravedad) de la mandíbula. ¿Qué pasa con el EMGm? 3. Un examinador, con su mano, baja con fuerza el maxilar inferior. Observe el EMGm, que presenta reacción limitante de la apertura mandibular (reflejo de cierre mandibular), evitando el riesgo de luxación.
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SEMINARIO 3: NEUROFISIOLOGÍA FISIOLOGÍA DEL DOLOR Y SOMATOSENSORIAL PARA
CONTESTAR LAS PREGUNTAS DE ESTA GUÍA, USTED NECESITA HABER ESTUDIADO PREVIAMENTE LAS
SIGUIENTES MATERIAS : SENSIBILIDAD SOMÁTICA, VÍAS DE ASCENSO DE INFORMACIÓN SOMATOSENSORIAL.
1. ¿Cuál es el principal mecanismo de acción de los anestésicos locales (por ejemplo, lidocaína)? 2. Mediante la teoría de la compuerta explique la disminución de dolor que percibe un sujeto al frotarse la región afectada. 3. Mencione la ubicación y efecto de los siguientes agentes químicos relacionados con la transmisión del dolor: a) sustancia P b) serotonina c) prostaglandinas d) bradicinina e) endorfinas f) encefalinas 4. Las posibilidades de tratamiento farmacológico del dolor se han enriquecido significativamente en la última década por un mayor conocimiento de los diferentes neuromediadores que participan en el cuadro doloroso, lo que ha permitido una mejor comprensión y manejo de los mecanismos de acción de analgésicos antiinflamatorios y analgésicos tipo opioide. ¿En qué puntos de la vía del dolor interviene la morfina? ¿Cuáles son sus mecanismos de acción en esa vía? 5. ¿Cuáles son los estímulos adecuados para el calor, el frío y el dolor? ¿Son específicos los receptores de dolor? ¿Qué agentes químicos pueden iniciar impulsos en las fibras de dolor? 6. Defina los siguientes términos: a) analgesia b) alodinia c) hiperalgesia d) neuralgia e) nociceptor 7. Haga un diagrama con las vías involucradas en la transmisión del dolor. 8. ¿Por qué el dolor visceral se localiza mal y por qué es particularmente molesto? 9. Compare la vía ascendente nociceptiva (ántero‐lateral) con la vía del tacto fino (columna dorsal). Realice un esquema.
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ESTUDIO BASADO EN CASOS CLÍNICOS: 10. Un hombre de 45 años presenta repentinamente un intenso dolor en el hombro y en el brazo izquierdo. Acude a un servicio de urgencia y se le hospitaliza rápidamente con diagnóstico de infarto al miocardio. ¿Cuáles son las bases neurofisiológicas que explican este dolor? 11. Un hombre pierde su mano derecha en un accidente laboral. Después de varios años presenta episodios de dolor intenso en la mano faltante. Señale cómo se llama este fenómeno y cómo se podría explicar. 12. Después de caer por las escaleras, una mujer sufre pérdida parcial del movimiento voluntario del lado derecho del cuerpo y pérdida de las sensaciones de dolor y temperatura del lado izquierdo, por debajo de la región medio torácica. ¿Cuál es la probable lesión? 13. Describa las alteraciones sensitivas que espera encontrar cuando un paciente sufre una: a. sección de la raíz posterior a nivel de T3 b. hemisección medular derecha a nivel de T3 14. Un hombre padece cáncer de colon descendente. A medida que avanza la enfermedad, aparecen intensos dolores en la pelvis. Se administra morfina sistemáticamente para contrarrestar el dolor. Sin embargo, si la dosis no llega a los niveles que originan somnolencia, el alivio del dolor es insuficiente. Claramente se necesita un método alternativo para neutralizar el dolor de este paciente. El tratamiento elegido es una bomba de morfina para su infusión epidural a través de un catéter situado sobre la médula espinal lumbosacra. a. ¿Por qué razón hay probabilidades de que este método sea satisfactorio? b. ¿Por qué razón es más probable el éxito de la morfina en este caso, que el de un anestésico local?
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SEMINARIO 4: FISIOLOGÍA ENDOCRINA I 1. EJE HIPOTÁLAMO‐HIPÓFISIS. OXITOCINA (OCT) Y PROLACTINA (PRL) 1. Las hormonas actúan uniéndose a receptores que se localizan en la membrana celular o bien son intracelulares. a. ¿Cuáles hormonas tienen receptores en la membrana celular? Para las hormonas que tienen este tipo de receptores, ¿cómo se ejerce la acción de la hormona dentro de la célula? b. ¿Cuáles hormonas tienen receptores intracelulares? c. ¿Qué puede decir del mecanismo de acción de ambos grupos de hormonas? d. Desde el punto de vista químico, ¿cómo se clasifican las hormonas? 2. La síntesis y secreción de hormonas adenohipofisiarias están controladas por hormonas hipotalámicas. La gran mayoría de ellas tiene una función liberadora (releasing hormone, RH). Complete los espacios en la siguiente figura:
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a. Suponga que se secciona completamente el tallo hipofisiario en un animal de experimentación, ¿qué sucederá con los niveles plasmáticos de cada una de las hormonas adenohipofisiarias? Justifique su respuesta. b. En el mismo procedimiento experimental, ¿qué sucederá con los niveles plasmáticos de ADH y oxitocina? ¿Cómo se explica esto? 3. El mecanismo general de control de la secreción de hormonas adenohipofisiarias corresponde a la retroalimentación negativa (feedback negativo): a. Suponga una insuficiencia en la función endocrina de la glándula periférica, ¿qué pasará con los niveles plasmáticos de la hormona hipotalámica y hormona adenohipofisiaria? b. Suponga ahora una hiperfunción de la glándula periférica, ¿qué ocurrirá con los niveles de la hormona adenohipofisiaria? 4. El control de la secreción de oxitocina durante el parto es un buen ejemplo de retroalimentación positiva. Observe la siguiente figura y deduzca cuál es el estímulo para la secreción de oxitocina.
5. ¿Cómo se regula la secreción de prolactina? ¿Qué factores aumentan la secreción de prolactina y generan un aumento en sus niveles séricos?
2. HORMONA DEL CRECIMIENTO (GH) y HORMONAS TIROIDEAS (T) 1. ¿Cuáles son las hormonas que influyen en el crecimiento normal y cuál es su función? 2. Utilizando la figura adjunta, explique cómo se regula la secreción de la hormona del crecimiento.
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3. La GH tiene efectos sobre el crecimiento y también sobre el metabolismo. ¿Quién media las acciones sobre el crecimiento? 4. La figura siguiente muestra las acciones fisiológicas de las hormonas tiroideas. a. Sobre la base de estas acciones, explique los síntomas que experimenta un sujeto que presenta hipotiroidismo. b. ¿Cuál es la importancia fisiológica de la deyodasa presente en tejidos periféricos?
BMR: metabolismo basal; CNS: sistema nervioso central
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5. La figura siguiente muestra un esquema de la regulación del eje hipotálamo‐ adenohipófisis‐tiroides.
a. ¿Qué sucederá con los niveles de TSH en un sujeto que presenta la enfermedad de Graves (enfermedad en la que el sistema inmune sintetiza anticuerpos capaces de unirse al receptor de TSH y activarlo)? Fundamente su respuesta. b. En un sujeto que presenta tiroiditis de Hashimoto (enfermedad autoinmune en la cual hay producción de anticuerpos antitiroideos), ¿qué espera usted que suceda con los niveles plasmáticos de TSH, T3 y T4?
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SEMINARIO 5: FISIOLOGÍA ENDOCRINA II 1. REGULACIÓN DE LA CALCEMIA y REGULACIÓN DE LA GLICEMIA 1. El modelo siguiente esquematiza el metabolismo del calcio en un individuo adulto, cuya ingesta es de 1 g diario.
a. Señale la hormona (1) que media la absorción de calcio. b. La concentración de calcio total en el líquido extracelular es de 10 mg/dL. ¿Cómo se encuentra el calcio en el plasma? c. Los procesos marcados como 2 y 3 corresponden a la estimulación (2) e inhibición (3) de la resorción ósea. ¿Qué hormonas median estos procesos? d. ¿Qué hormona estimula la reabsorción renal de calcio (4)? e. ¿Qué relación existe entre la PTH y el calcitriol? 2. Explique por qué un paciente con aumento de la hormona paratiroidea presentaría hipercalciuria si dicha hormona aumenta la reabsorción renal de calcio. 3. Un paciente presenta niveles de calcio plasmático que están bajo los niveles considerados normales: a. ¿Qué sucederá con los niveles plasmáticos de PTH y de calcitriol? b. ¿Qué sucederá con la absorción intestinal y reabsorción renal de calcio?
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c. ¿Cuáles células estarán más activas en el tejido óseo? d. ¿Qué sucederá con la calcitonina? 4. La insulina juega un papel clave en la mantención de la homeostasis de la glucosa. La concentración de glucosa plasmática o glicemia es la principal variable fisiológica que estimula la secreción de insulina. Observe los siguientes gráficos. Izquierda: Un sujeto normal recibe 75 g de glucosa por vía oral. Derecha: Un sujeto normal recibe 0,5 g glucosa/kg de peso, administrada por vía endovenosa.
En ambos gráficos se muestra la glicemia y concentración de insulina plasmática en función del tiempo. a. ¿Cómo se explica la diferencia entre las dos curvas de secreción de la insulina? b. Ambos sujetos tienen la misma glicemia basal. ¿Cómo se explica la diferencia en las curvas de glicemia? La característica principal de la diabetes es la hiperglicemia. El test de tolerancia a la glucosa es una prueba de laboratorio que permite estudiar el curso temporal de la glicemia en función del tiempo luego de la administración de una carga oral de glucosa. La figura siguiente muestra el resultado de un test de tolerancia a la glucosa en un sujeto diabético.
Glucose
Insulin
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Compare la glicemia basal con la del sujeto normal (gráfico izquierdo, pregunta 4). ¿Qué puede decir de la respuesta a la ingesta de glucosa? 2. GLÁNDULA ADRENAL y GÓNADAS Un neonato presenta genitales externos ambiguos. No hay pene y el tamaño del clítoris está significativamente aumentado. El estudio cromosómico revela genotipo XX. Se detectan ovarios y útero pero no testículos. Se le realizan otros exámenes de laboratorio y los resultados son los siguientes: Glicemia : 68 mg/dL (normal en ayunas, 60‐100 mg/dL) Cortisol sérico : bajo el rango normal ACTH sérica : aumentada Excreción de 17‐cetoesteroides : aumentada Se confirma en esta niña recién nacida, ausencia congénita de la enzima córticosuprarrenal 21‐hidroxilasa. En definitiva, esta niña padece una forma de hiperplasia suprarrenal congénita. El pediatra recomienda que se inicie una terapia de reemplazo hormonal y que sea sometida a cirugía para reducir el tamaño del clítoris. 1. Usando su conocimiento sobre la vía de síntesis de hormonas córticosuprarrenales y el diagrama siguiente, responda las preguntas que siguen:
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a. ¿Cuáles serán las consecuencias de la deficiencia de la 21 ‐hidroxilasa? b. ¿Qué hormonas estarán deficitarias y qué hormonas se producirán en exceso? c. ¿Cuáles serán las consecuencias fisiológicas esperadas de las deficiencias hormonales? d. ¿Por qué los niveles de ACTH están aumentados? e. ¿Por qué la glucosa y el cortisol están bajo el rango normal? f. ¿Cuál es el significado de la elevación en la excreción urinaria de 17‐cetoesteroides? 2. Complete el siguiente esquema con los componentes de la función testicular en un hombre adulto normal. Los números 1 y 2 representan los tipos celulares típicos del testículo.
3. Describa las acciones de las hormonas folículo estimulante y luteinizante en los testículos.
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4. Los gráficos siguientes muestran las variaciones que experimentan los niveles plasmáticos de LH, FSH, progesterona y estradiol durante el ciclo menstrual. Complete, indicando la hormona que corresponde a cada perfil hormonal. Analice y discuta los gráficos. Explique las etapas por las que atraviesa el folículo ovárico durante este ciclo.
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SEMINARIO 6: FISIOLOGÍA GASTROINTESTINAL 1. En general, la saliva es un líquido hipotónico de gran volumen con respecto al peso de los tejidos que la secretan y contiene moco, ‐amilasa, lipasa, además de varios factores que restringen la proliferación de bacterias en la boca. Estos factores antibacterianos son lisozima, inmunoglobulina A y lactoferrina. La saliva también protege a la mucosa bucofaríngea contra efectos nocivos de sustancias ingeridas (ej., bebidas calientes o ácidas, alimentos muy condimentados) y secreciones gastrointestinales regurgitadas (jugos gástricos y bilis) ya que las diluye o las neutraliza. a. ¿Cuál es la función de la amilasa salival? b. ¿Desdobla la saliva a otros nutrientes, además de los carbohidratos? c. ¿Las enzimas salivales actúan sólo en la boca? d. ¿Cuáles son los componentes funcionales básicos de la unidad secretora de una glándula salival? e. ¿Qué características importantes tiene el flujo sanguíneo en las glándulas salivales? f. ¿Cómo se regula fisiológicamente la secreción de saliva? g. ¿Influyen las emociones y la actividad del sistema nervioso central en la secreción salival? 2. Los principales componentes de los jugos gástricos son: ácido clorhídrico, pepsina, moco y factor intrínseco. El HCl y la pepsina inician la hidrólisis proteica; el medio ácido del estómago, que puede tener pH cercano a 1 entre comidas, limita la proliferación de bacterias aeróbicas y así mantiene el estado semiestéril del estómago. La función principal del factor intrínseco es unirse a la vitamina B12 y promover su transporte a través de la mucosa del intestino delgado distal. a. ¿Qué función cumple la vitamina B12? b. ¿Cuáles son los principales reguladores fisiológicos de la secreción de ácido clorhídrico en el estómago? Explique sus mecanismos de acción. c. ¿Cómo funciona la bomba de protones en las células parietales? d. ¿Es posible realizar bloqueo farmacológico de la bomba de protones? e. ¿Cuáles son las principales funciones del moco gástrico? 3. Los siguientes gráficos muestran el vaciamiento gástrico en función del contenido gástrico. Gráfico izquierdo: fracción remanente en el estómago de un sólido o de un líquido en función del tiempo. Gráfico derecho: mismo concepto para una solución de glucosa, proteína y una comida sólida.
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a. En el gráfico de la izquierda, ¿por qué el componente sólido se vacía más lentamente que el componente líquido? b. En el gráfico de la derecha, ¿de qué depende el vaciamiento gástrico de un determinado componente de la comida? c. Si se hubiera probado una solución con partículas de grasa, ¿cómo sería el vaciamiento gástrico? Explique su respuesta. d. ¿Qué sucede con la motilidad gástrica cuando el pH intestinal es ácido? 4. La figura muestra la relación entre el flujo secretorio de jugo pancreático y las concentraciones de sus principales iones.
a. ¿Cómo cambia la concentración de electrolitos en el jugo pancreático al variar la velocidad de secreción? b. ¿Cómo se podría explicar la relación recíproca entre los dos aniones? 5. ¿Cómo se regula la secreción exocrina pancreática durante las fases cefálica, gástrica e intestinal de la digestión? 6. Describa los mecanismos que participan en la digestión y absorción de carbohidratos. 7. ¿Cómo se digieren y, luego, absorben los productos de la digestión de las proteínas a través de la mucosa del intestino delgado? 8. La bilis cumple una función esencial en la digestión y absorción de los lípidos alimentarios. Para ello, primero los emulsifica en partículas coloidales sobre las que pueden actuar fácilmente la lipasa y la colipasa pancreáticas. En segundo lugar, las sales biliares
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forman agregados coloidales, llamados micelas y micelas mixtas, que facilitan la absorción intestinal de los productos de la digestión de lípidos (AGL y 2 ‐monoglicéridos) y vitaminas liposolubles (ver figura). Además la bilis participa en la excreción de colesterol y sus derivados, así como de pigmentos biliares (bilirrubina) y otras sustancias químicas tóxicas que los riñones no filtran con facilidad.
a. ¿Cuáles son las características del tejido hepático que le permiten realizar las funciones de síntesis, secreción y modificación de la bilis? b. ¿Cómo, las sales biliares convierten las gotas de aceite (triglicéridos de la alimentación), en una microemulsión de partículas más pequeñas? 9. Con respecto a la absorción de H2O y electrolitos en el intestino, ¿cómo se realiza este proceso? Considere los datos entregados en la figura siguiente.
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10. Considere el siguiente ejemplo de una alteración en la absorción intestinal de agua y electrolitos. Una estudiante de servicio social, fue invitada por una organización sin fines de lucro a construir una escuela primaria en un país de Centroamérica. Previo a su viaje recibió todas las vacunas necesarias y en su estadía se preocupó de hervir el agua de bebida. A pesar de esas precauciones, ella se enfermó con una cepa de E. coli que causa diarrea, con un volumen de 10 L/día. Sus deposiciones no tenían pus o sangre. Ella fue transportada al hospital más cercano y su examen demostró: presión arterial: 80/40 mm Hg, frecuencia cardiaca 120 lat/min, potasio plasmático 2,3 mEq/L. El cultivo de deposiciones confirmó una E. coli enterotoxigénica. Ella fue tratada con antibióticos, antidiarreicos y rehidratación oral con electrolitos y glucosa. La diarrea pasó y la hemodinamia y los electrolitos volvieron a lo normal. a. ¿Cuáles son los mecanismos de las diarreas: osmótica, secretora, inflamatoria y motora? b. ¿Cómo actúan la toxina de la E. coli de la paciente y la del cólera? c. ¿Por qué estaba tan bajo el potasio de la paciente? d. ¿Cuál sería el fundamento para hidratar por vía oral y no por vía endovenosa?
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SEMINARIO 7: FISIOLOGÍA SISTEMA CARDIOVASCULAR I ACTIVIDAD ELÉCTRICA Y MECÁNICA CARDIACA, CICLO CARDIACO 1. Utilizando el diagrama adjunto, describa los componentes principales del sistema cardiovascular. Defina circulación sistémica y pulmonar.
2. Con el siguiente diagrama, explique la(s) función(es) del aparato éxcito‐conductor cardiaco. Por qué al nodo sinusal se le denomina “marcapaso”. Fundamente su respuesta.
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3. La siguiente figura muestra el potencial de acción del nodo sinusal. Explique cada uno de sus componentes (potencial de membrana en reposo [prepotencial, PP], despolarización y repolarización [potencial de acción, AP]) respecto de los canales iónicos y corrientes asociadas.
4. Realice un esquema que muestre el potencial de acción en los cardiomiocitos auriculares y ventriculares. Describa cada uno de sus componentes y compárelos con el potencial de acción del nodo sinusal. 5. La figura muestra dos ondas electrocardiográficas normales. Describa cada uno de los componentes señalados (P, QRS, T, PR, RR, QT y ST).
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6. Utilizando las siguientes figuras, describa el efecto del sistema nervioso autónomo (simpático y parasimpático) sobre la actividad del nodo sinusal y frecuencia cardiaca (cronotropismo).
7. ¿Qué se entiende por ciclo cardíaco y cuál es su duración en el hombre en reposo? 8. ¿Cuál es el período de reposo del corazón y qué sucede con dicho período cuando aumenta la frecuencia cardiaca (taquicardia)? 9. ¿En qué radica la importancia de las válvulas del corazón y a qué se debe la apertura y cierre de las mismas? 10. Describa cómo se encuentran las válvulas del corazón en las siguientes sub‐fases de los períodos de sístole y diástole ventricular. Si le resulta útil, utilice el diagrama adjunto. a) contracción isovolumétrica b) expulsión rápida c) expulsión lenta d) relajación isovolumétrica e) llenado rápido f) llenado lento g) sístole auricular
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11. ¿Qué se entiende por volumen expulsivo y qué factores lo determinan? 12. ¿Qué se entiende por gasto cardíaco y de qué factores depende? 13. Si los aumentos de la precarga incrementan el gasto cardíaco, ¿qué efectos tienen los incrementos de la postcarga en el gasto cardíaco? 14. ¿Cómo influye la fuerza gravitatoria en la distribución de la volemia al permanecer de pié?
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TRABAJO PRÁCTICO 2: FISIOLOGÍA SISTEMA CARDIOVASCULAR PARTE 1. MEDICIÓN Y ANÁLISIS DEL ELECTROCARDIOGRAMA (ECG). OBJETIVOS Registrar y analizar un ECG obtenido de un estudiante voluntario estando en reposo y examinar la relación entre el ECG y los ruidos característicos del corazón. Un par de electrodos de superficie colocados directamente sobre el corazón registrarán un patrón repetido de cambios de potencial. Como los potenciales de acción se propagan desde las aurículas a los ventrículos, el voltaje medido entre estos dos electrodos variará en una forma tal, que, entregará una “imagen” de la actividad eléctrica del corazón. Esta imagen puede variar cambiando la posición de los electrodos de registro; diferentes posiciones entregan diferentes perspectivas, permitiendo así, una imagen más completa de los eventos eléctricos. El cuerpo humano es un buen conductor de la electricidad debido a que los líquidos tisulares contienen una alta concentración de iones que se mueven (creando corrientes) en respuesta a diferencias de potencial. Las diferencias de potencial generadas en el corazón, se conducen entonces a la superficie corporal, donde pueden registrarse mediante electrodos de superficie colocados sobre la piel. El registro obtenido de esta forma se denomina electrocardiograma (ECG, Figura 1). Los componentes del ECG se pueden correlacionar con la actividad eléctrica del músculo auricular y ventricular: La onda P corresponde a la despolarización de las aurículas. El complejo QRS es producido por la despolarización ventricular. La repolarización auricular también ocurre durante este tiempo. La onda T es producida por la repolarización ventricular.
Figura 1. Onda electrocardiográfica típica que muestra sus componentes principales.
MATERIALES PowerLab 4/20T (conectado al computador) Cable BioAmp Electrodos desechables
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Pasta conductora, algodón, alcohol y esponja abrasiva Fonendoscopio Botón marcador de eventos
MÉTODOS
REGISTRO DE UN ECG EN REPOSO 1. 2.
El estudiante voluntario deberá sacarse el reloj y joyas de sus manos (si procede). Conecte el botón marcador de tiempo y el cable común al bioamplificador de la unidad PowerLab como lo muestra el diagrama.
3.
La conexión de los electrodos debe realizarse de acuerdo al diagrama adjunto (en la derivación D2). No olvide que un registro de alta calidad sólo se puede realizar si la resistencia de las conexiones de los electrodos es baja. Ya que la mayor parte de la resistencia se produce en el estrato córneo de la piel, se recomienda “desgastar” levemente la piel antes de colocar los electrodos. Luego limpie con un algodón con etanol 70% las zonas desgastadas.
4.
Conecte los electrodos ya colocados en el estudiante, al cable del BioAmp (tierra, proveniente de la pierna derecha; negativo, del brazo derecho; y positivo, de la pierna izquierda). 5. Asegúrese que el estudiante esté acostado y relajado para minimizar cualquier señal proveniente del movimiento.
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6. 7.
En el computador, abra el archivo denominado “ECG reposo ODO”. Comience el registro pulsando el botón Start. Si la señal tiene mucho ruido de fondo, asegúrese que el estudiante voluntario esté relajado. 8. Vaya a la parte inferior derecha de Chart y cambie la compresión horizontal a 5:1 9. A partir del trazado ECG, utilizando el marcador (M) y el cursor mida la amplitud de 4 ondas P, complejos QRS y ondas T. Para esto, mueva el cursor hasta el punto más alto de la onda y obtenga el valor de la amplitud en el despliegue Rango/Amplitud, directamente sobre el canal ECG. Saque el promedio de los valores obtenidos. 10. Utilizando el marcador y el cursor, mida la duración de 4 ondas P, complejos QRS y ondas T, colocando el marcador sobre el trazado ECG al inicio de la onda y el cursor al final de la onda. Obtenga el tiempo en el despliegue Rate/Time. El símbolo indica que el valor es la diferencia en tiempo entre la posición del marcador y del cursor. Saque el promedio de los valores obtenidos y anote sus resultados en la Tabla I. Tabla I. Amplitud y duración de las ondas del ECG del voluntario en reposo. Componente Amplitud (mV) Duración (s) X SD Onda P Complejo QRS Onda T
X
SD
11. Mida el intervalo (en segundos) entre 5 ondas R adyacentes (intervalo RR, IRR) usando el marcador y el cursor. Determine la duración del intervalo PR (IPR) en los mismos ciclos. Calcule la frecuencia cardiaca de la siguiente forma: 60 f H
intervalo(s)
El valor 60 corresponde a los segundos presentes en un minuto. Así, la f H queda expresada en min‐1. Ingrese sus resultados en la Tabla II. Tabla II. Duración de los intervalos electrocardiográficos y frecuencia cardiaca (H) para el voluntario en reposo. Componente Intervalo PR (IPR, s) Intervalo RR (IRR, s) H (min‐1)
X
SD
Análisis y discusión ¿Qué puede decir acerca de la amplitud de las distintas ondas del ciclo cardíaco? La onda P y el complejo QRS representan la despolarización del músculo auricular y ventricular respectivamente. ¿Por qué el complejo QRS tiene una amplitud mayor? ¿Cómo definiría el IRR?
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¿Qué representa el IPR en el ECG? ¿Qué unidades se usan para expresar el intervalo P‐R? ¿Cuál es el valor normal? ¿Cómo se correlaciona el IRR con la velocidad de conducción en el nodo aurículo‐ ventricular?
PARTE 2. MEDICIÓN DE PRESIÓN ARTERIAL Y PULSO. OBJETIVO Determinar las presiones arteriales mediante distintos métodos (palpatorio y auscultatorio) y observar los cambios en el flujo sanguíneo mientras se mide la presión arterial. La presión en la aorta y en las arterias braquiales y otras arterias grandes en un adulto normal joven, aumenta hasta alcanzar su valor máximo (presión sistólica) de casi 110‐120 mm Hg durante cada ciclo cardíaco y disminuye a un valor mínimo (presión diastólica) cercano a 70‐80 mm Hg. La presión diferencial o de pulso es aproximadamente de 40 mm Hg y corresponde a la diferencia entre la presión sistólica y diastólica. La presión arterial media, es la presión promedio durante todo el transcurso del ciclo cardíaco; como la sístole es más corta que la diástole, la presión media es algo menor que el valor del punto medio entre las presiones sistólica y diastólica y puede determinarse de manera eficaz sólo mediante la integración del área de la curva de presión; no obstante como una aproximación, la presión media equivale a la presión diastólica más la tercera parte de la presión de pulso. La presión arterial se puede medir en forma directa, insertando una cánula en una arteria y el uso de transductores de presión. Sin embargo, la presión arterial en el ser humano se mide habitualmente por el método auscultatorio. El método auscultatorio para medir la presión arterial sistémica es un procedimiento indirecto y no invasivo, que se aplica de rutina en todos los servicios médicos. PROCEDIMIENTOS
I. REGISTRO TRADICIONAL DE LA PRESIÓN ARTERIAL Materiales Esfigmomanómetro de mercurio o de esfera aneroide Fonendoscopio
Métodos 1. Coloque el manguito aneroide del esfigmomanómetro en el brazo correspondiente (ver Figura 1). 2. Coloque la membrana del fonendoscopio sobre el trayecto de la arteria braquial a nivel del pliegue del codo (distal al sitio en que permanece el manguito del esfigmomanómetro).
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3.
Eleve rápidamente la presión del manguito a 150 mm Hg. Note que durante la fase de ascenso de la presión del manguito no escuchará nada. Figura 1
4.
Deje escapar lentamente el aire, moviendo el tornillo (válvula) anexo a la pera de insuflación (Figura 2). Ausculte los ruidos arteriales. Al mismo tiempo se observa el descenso de la columna de mercurio en el manómetro (Figura 3). La presión sistólica corresponde a la aparición de los primeros ruidos que se perciben durante el descenso de la presión; la presión diastólica, al momento en que se reducen notoriamente dichos ruidos o, en su defecto, cuando desaparecen.
Figura 2
Presión Sistólica
Presión del manguito
Presión Diastólica Pera de insuflación Estetoscopio
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Ruidos de Korotkoff
Figura 3
Presión Sistólica
Presión Diastólica
5.
Repita las mediciones 2 o 3 veces a intervalos de a lo menos 2 minutos, hasta obtener valores consistentes, experimentando con distintas velocidades de escape de aire, es decir, con una mayor o menor velocidad en el descenso de la columna de mercurio. 6. Calcule la presión de pulso y la presión arterial media.
II. REGISTRO ELECTRÓNICO DE LA PRESIÓN ARTERIAL Materiales PowerLab 4/20T (conectado al computador) Esfigmomanómetro Transductor de pulso Cardiomicrófono Métodos 1. 2.
Abra el archivo “Presion Arterial ODO” Conecte el terminal del cable del esfigmomanómetro ADInstruments (Figura 4) al Input 2 inferior del panel frontal del PowerLab. Pregunte a su docente si el equipo se encuentra calibrado. Figura 4
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3.
Coloque la membrana del fonendoscopio sobre el trayecto de la arteria braquial a nivel del pliegue del codo. Infle el manguito neumático y eleve la presión a 180 mm Hg rápidamente. Desinfle el manguito a una velocidad de 1 a 2 mm Hg por segundo. Si escucha algún ruido durante la descompresión presione ENTER (marcador de eventos) en los momentos en que éste aparece y desaparece (o se atenúa considerablemente). Deje caer la presión del manguito a 0 mm Hg luego de marcados los eventos. Detenga el registro y anote las presiones obtenidas.
III. PRESIÓN ARTERIAL Y PULSO 1.
Conecte el transductor de pulso al Input 1 del panel anterior del PowerLab como lo indica la Figura 5 (debe quedar firme pero no apretado). Abra el archivo “PA y Pulso ODO”
Figura 5
2.
Asegúrese que el voluntario esté sentado y relajado para minimizar cualquier señal proveniente del movimiento. 3. Coloque la membrana del fonendoscopio sobre el trayecto de la arteria braquial a nivel del pliegue del codo e inicie el registro. 4. Infle el manguito neumático y eleve la presión a 150 mm Hg rápidamente. Note que la señal de pulso desaparece. 5. Desinfle el manguito a una velocidad de 1 a 2 mm Hg por segundo. Si escucha algún ruido durante la descompresión presione ENTER (marcador de eventos) en los momentos en que éste aparece y desaparece (o se atenúa considerablemente). Deje caer la presión del manguito a 0 mm Hg luego de marcados los eventos. Detenga el registro y anote las presiones obtenidas.
IV. REGISTRO CARDIOMICROFÓNICO DE LA ARTERIA BRAQUIAL. DESPLIEGUE ELECTRÓNICO DE LOS SONIDOS DE KOROTKOFF 1. 2.
Desconecte el transductor de pulso del Input 1 (entrada BNC). Conecte el cable del cardiomicrófono a la entrada inferior del canal 1 del PowerLab. Abra el archivo “Korotkoff ODO”. 3. Ponga bajo el manguito neumático la membrana del cardiomicrófono sobre el trayecto de la arteria braquial en el pliegue del codo (medial al tendón del bíceps braquial).
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4.
Inicie el registro. Infle rápidamente y desinfle lentamente el manguito. Observe si aparece el registro eléctrico de los sonidos de Korotkoff . Ver Figura 6. Figura 6
5.
Detenga el registro. Si no hay señales acústicas, modifique la posición del cardiomicrófono y repita el procedimiento. 6. Re‐despliegue el registro de la pantalla con vista Zoom y determine las presiones alcanzadas al aparecer y desaparecer los registro acústicos. 7. Repita esta maniobra mientras un alumno escucha los ruidos de Korotkoff a través del fonendoscopio y registra con el marcador (ENTER) su aparición y desaparición. ¿Existe coincidencia temporal en la aparición y desaparición de los ruidos registrados electrónicamente y los escuchados a través del fonendoscopio? Explique. NOTA: Sonidos de Korotkoff Cuando fluye sangre por un vaso sanguíneo de paredes colapsables y la presión transmural es negativa (presión interior menor que la presión exterior), entonces puede originarse turbulencia de la sangre en el interior del vaso, lo que puede escucharse (figura inferior izquierda). Mediante estudios angiográficos y técnicas ultrasónicas, se demostró que la primera aparición de los ruidos arteriales coincide con el pasaje de sangre por la arteria en la zona de compresión braquial (presión sistólica). Luego, los sonidos sistólicos aumentan de intensidad y de duración, para disminuir después a medida que disminuye la presión en el manguito. Estos ruidos se hacen más sordos y apagados, llegando a desaparecer del todo a presiones inferiores a la diastólica (figura inferior derecha).
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Análisis y discusión
¿Se corresponde el tiempo en que aparece el primer sonido Korotkoff con la primera aparición de flujo? ¿Podría usted utilizar la medición de pulso para reemplazar el fonendoscopio? ¿Qué ventaja le otorga el registro electrónico de los ruidos de Korotkoff ? ¿Existe alguna diferencia entre la auscultación convencional y el registro electrónico de los ruidos de Korotkoff ?
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SEMINARIO 8: FISIOLOGÍA SISTEMA CARDIOVASCULAR II‐SANGRE 1. HEMODINAMIA, MICROCIRCULACIÓN Y REGULACIÓN DE LA PRESIÓN ARTERIAL 1. ¿De qué factores depende la velocidad del flujo sanguíneo por un vaso? 2. ¿En un perro se han medido las siguientes variables: Vaso
Área total de una sección (cm2)
Aorta 0.8 Ramas arteriales principales 5.0 Arterias terminales 19.6 Venas principales 27.0 Grandes venas 11.0
Velocidad (cm/s) 50.0 8.0 2.0 1.4 3.6
Flujo de la sangre (mL/s) _________________ _________________ _________________ _________________ _________________
Sobre la base de estos datos calcule: a. El flujo sanguíneo en los territorios vasculares correspondientes b. El promedio aritmético del flujo. Utilizando este valor, determine la velocidad de la sangre en los capilares, considerando que el área de sección transversal de ellos es 568 cm2. c. El área de sección transversal de las venas cavas sabiendo que la velocidad de la sangre en ellas es de 33 cm/s. 3. ¿Cuáles son los factores que determinan la resistencia al flujo? 4. ¿Cómo varía la presión dentro de un segmento de vena al ir aumentando el volumen de sangre que contiene? ¿Y en el de una arteria?. Haga los gráficos presión‐volumen (complacencia o compliance) correspondientes a cada caso. 5. ¿Cuáles son los factores responsables del movimiento de solutos y de agua a través de las paredes del capilar? 6. Discuta los efectos que tienen las siguientes maniobras sobre la presión arterial: a. aumento de la resistencia periférica b. disminución de la frecuencia cardiaca c. aumento del volumen sistólico 7. Cuando una persona que ha permanecido en posición decúbito dorsal se pone de pié, unos 500 a 700 mL de sangre de las venas de la cavidad torácica se desplazan hacia las venas de las extremidades inferiores, las cuales se expanden para alojar este volumen extra de sangre. Este “encharcamiento” de sangre reduce el retorno venoso y el gasto cardiaco. La caída resultante en la presión sanguínea es inmediatamente compensada
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por el reflejo barorreceptor. Utilizando el diagrama adjunto explique cómo funciona este reflejo en el caso descrito anteriormente.
2. SANGRE 8. ¿Cuál es el volumen de sangre total en un adulto promedio y qué porcentaje del peso corporal representa? ¿Cómo se distribuye la sangre en un sujeto sano? 9. ¿Cuáles son los principales grupos de proteínas plasmáticas y con qué funciones se relaciona cada uno de ellos? 10. Cuando se lesiona un vaso sanguíneo, se activan varios mecanismos fisiológicos que promueven la hemostasia o cese de la hemorragia. Mencione los principales mecanismos involucrados en este proceso y descríbalos brevemente.
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SEMINARIO 9: FISIOLOGIA RESPIRATORIA 1. La siguiente figura muestra un registro espirométrico típico, con los volúmenes y capacidades pulmonares.
a. Describa cada uno de los componentes indicados. b. ¿Qué volúmenes y capacidades pulmonares se pueden medir con la espirometría? c. ¿Qué proporción aproximada del volumen pulmonar en reposo representa el espacio muerto anatómico? d. ¿Qué sucede con el volumen del espacio muerto y su proporción, cuando el volumen pulmonar aumenta hasta la capacidad pulmonar total? 2. Si un adulto normal tiene un volumen corriente de 500 mL y una frecuencia respiratoria de 14/min, ¿cuál será su ventilación pulmonar y su ventilación alveolar? 3. Describa todos los tipos celulares que se encuentran presentes en el alvéolo. ¿Cuál es la función de cada uno de ellos? 4. ¿Qué les sucederá a múltiples burbujas (cada una de ellas con una interfase aire líquido) de diferentes tamaños que se encuentran interconectadas? Explique de acuerdo con la ley de Laplace. Lleve este ejemplo al sistema respiratorio (zona respiratoria), ¿cómo se resuelve esta situación? 5. En cada ciclo ventilatorio, el sistema respiratorio se encarga de optimizar los parámetros que favorecen la difusión. Explique de acuerdo con la Ley de Fick. 6. Con respecto al O2 transportado por la Hemoglobina (Hb): a. Describa la estructura básica de la Hb, diga en qué componente sanguíneo se localiza y cuál es su función en el transporte de O2. b. Explique a qué parte de la molécula de Hb se une el O2, cuáles son las características de esta unión y cómo se llama el compuesto que se forma. c. Explique los conceptos de saturación de la Hb por el O2 y la P50
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7. La cantidad de O2 unido a la Hb no sólo depende de la PO2, pues existen algunos factores que afectan la afinidad de la Hb por el O2, como: ‐ pH ‐ Temperatura ‐ PCO2 ‐ 2,3 DPG a. ¿Qué sucede con la curva de saturación de la Hb cuando aumentan y cuando disminuyen estos factores y por lo tanto qué pasa con el transporte de O2 y con la P50? b. Fisiológicamente, ¿qué significa que la curva de disociación del O2 se desplace hacia la derecha? 8. De acuerdo con la curva de disociación hemoglobina‐oxígeno, ¿por qué la respuesta ventilatoria a la hipoxemia no es significativa sino hasta que la PaO2 disminuye bajo los 60 mm Hg? 9. Si la proporción de oxígeno a nivel de mar y a 5500 msnm es de 21%, ¿por qué el ser humano experimenta “falta de aire” en la altitud? 10. Defina los siguientes términos: a) eupnea b) hiperpnea c) taquipnea d) hipopnea e) bradipnea f) apnea g) apneusis h) hipercapnia i) hipoxemia 11. Dibuje una curva normal de disociación O2 – hemoglobina, y superponga la curva de disociación O2 – hemoglobina en presencia de monóxido de carbono (CO). Explique. 12. JC padece intoxicación aguda por CO, la que ocasionó que su valor de carboxi‐Hb fuera de 50%. FJ, a quién se le diagnosticó anemia, tiene 7.5 g/dL de Hb (normal 12‐15 g/dL). En lo que respecta a la oxigenación, ¿cuál de ellos está en situación más grave? 13. ¿De qué manera se transporta el CO2 en la sangre?
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14. Aplicación de conceptos: a. ¿Qué tipo de respiración adoptaría un paciente con una resistencia normal de las vías aéreas pero pulmones muy rígidos (poco distensibles) para reducir su trabajo respiratorio? b. ¿Qué sucedería con la difusión de los gases respiratorios, entre el aire alveolar y la sangre de los capilares pulmonares, si un paciente sufre edema intersticial. Plantee una hipótesis respecto de cómo afecta esto las posibilidades de realizar ejercicio físico. c. Calcule el volumen corriente de un sujeto que respira a una frecuencia respiratoria de 12/min y tiene una ventilación minuto de 6 L. d. Si un adulto normal tiene un volumen corriente de 500 mL y una frecuencia respiratoria de 14/min, ¿cuál será su ventilación pulmonar minuto y su ventilación alveolar minuto? e. Si la ventilación alveolar se duplica y la producción de CO2 se mantiene constante ¿qué sucede con la PCO2 arterial? f. El tío de Juan le dice a su sobrino que él puede permanecer todo el tiempo que lo desee 3 metros bajo tierra, pues simplemente podría respirar por un tubo de 10 cm de radio, conectado desde su boca hasta la superficie. Determine el volumen del cilindro (Vcil = * r2 * h; =3.14; r, radio del cilindro; h, altura del cilindro; 1 L = 1000 cc = 1000 cm3). A qué volumen pulmonar lo adicionaría. Si el tío de Juan respirara a VT (500 mL) o a VC (5 L) y, en ambos casos con una f R 15 min‐1; calcule la ventilación alveolar en cada caso (recuerde que el volumen del espacio muerto anatómico, VD es 150 mL). Con estos antecedentes, indique si el tío de Juan está en lo correcto. Fundamente su respuesta.
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SEMINARIO 10: FISIOLOGIA RENAL 1. ¿Cuáles son los tres procesos básicos que contribuyen a la formación de orina? ¿Cuál es la diferencia entre la reabsorción y la secreción tubular? 2. La excreción urinaria de una molécula cualquiera, es el resultado de tres procesos: filtración glomerular, reabsorción y secreción tubular. Los términos anteriores se reúnen en la ecuación de balance de masas: Excreción urinaria (V · [X]u) = Carga Filtrada (VFG · [X]pl) – Reabsorción Tubular + Secreción Tubular Donde VFG = velocidad de filtración glomerular [X]pl; [X]o = concentración de X en plasma y orina, respectivamente V = flujo urinario a. Analice esta ecuación para el manejo renal de la glucosa en un sujeto normal adulto. b. Suponga una sustancia que filtra libremente, no se reabsorbe ni se secreta. En estas condiciones, ¿cómo será la carga filtrada y la excretada? 3. Las fuerzas responsables de la filtración glomerular son las mismas que están involucradas en el intercambio de líquido en el lecho capilar. La ultrafiltración ocurre porque las fuerzas de Starling (presión hidrostática y oncótica) determinan el paso de líquido desde el lumen de los capilares glomerulares, a través de la barrera de filtración, hacia el espacio de Bowman. La figura muestra las arteriolas, un capilar glomerular idealizado y las fuerzas de Starling que gobiernan la ultrafiltración glomerular:
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PUF: presión neta de ultra filtración PGC: presión hidrostática capilar glomerular PBS: presión hidrostática espacio de Bowman GC: presión oncótica capilar glomerular BS: presión oncótica espacio de Bowman a. ¿Cuáles son las presiones que favorecen la filtración y cuáles se oponen a ella? b. ¿Por qué cree Ud. que la tasa de filtración glomerular es considerablemente mayor en los capilares glomerulares que en los capilares sistémicos? c. Discuta cómo se verá afectada la tasa de filtración glomerular en las siguientes situaciones: disminución de la resistencia en la arteriola aferente aumento de la resistencia en la arteriola eferente disminución de la presión arterial por hemorragia intensa hipoalbuminemia obstrucción aguda del tracto urinario por litiasis renal 4. El siguiente gráfico muestra la facilidad con que filtran moléculas de carga positiva, negativa y neutra de diferente radio molecular hidratado. Utilice este gráfico para explicar por qué el filtrado glomerular prácticamente carece de albúmina (radio molecular hidratado = 35.5 °A)
