SEMINARIO: BIOPOTENCIALES. 1. Defina: Potenciales, Biopotenciales y Potenciales de membrana Importancia de los Biopotenciales en el ente biológico. Potenciales Es una forma de energía que participa en la trasferencia de una unidad de carga eléctrica Biopotenciales Es un potencial eléctrico que puede medirse entre dos puntos en células vivientes, tejidos y organismos y que es consecuencia de algunos de sus procesos bioquímicos. Potenciales de membrana Son potenciales que se dan un lado de la membrana y duran menos de un milisegundo Importancia Es importante porque las células nerviosas y las células musculares las utilizan para trasmitir los impulsos nerviosos 2. Potencial de Membrana en Reposo, definición, origen, porque es negativo y como se registra. Importancia de la bomba de sodio-potasio. Ecuación de Nernst y ecuación de Goldman. Definición Es la diferencia que existe atreves de las membranas en relación al potencial, este potencial se da en las células excitables entre periodos de potencial de acción Origen Se origina gracias a 3 contribuyentes que van a forma el PMR Difusión de potasio Difusión de sodio Bomba sodio-potasio ¿Porque es negativo? Es negativo debido a que en el interior de la célula es negativo debido a la presencia de aniones ¿Cómo se registra? Se mide con una pipeta pequeña llena de una solución de electrolitos. La pipeta se inserta en la membrana celular hasta el interior de la célula. Después se coloca con otro electrodo denominado “electrodo indiferente”, en el líquido extracelular, y se mide la diferencia de potencial entre el interior y exterior de la célula utilizando un voltímetro adecuado Importancia de la Bomba Na-K En primer lugar, la Na+-K+ ATPasa realiza una pequeña contribución eléctrica Directa, basada en la estequiometria de los tres iones Na+ bombeados hacia el exterior de la célula por cada dos iones K+ bombeados hacia el interior. En segundo lugar, la contribución indirecta más importante es mantener el gradiente de concentración del K+ a través de la membrana celular, que a su vez es responsable del potencial de
difusión del K+ que conduce el potencial de membrana hacia el potencial de equilibrio del K+. Ecuación de Nernst Permite calcular el potencial de equilibrio de un ion relacionando la concentración interna respecto a la concentración externa
E=-2.3RT/F* log10 [Ci]/[Ce] Donde E=Potencial de equilibrio (mV) 2.3RT/F=Constante (60 mV a 37 °C) z= Carga en el ion (+1 para Na+; +2 paraCa2+; −1 para Cl−) Ci=Concentración intracelular (mmol/l) Ce=Concentración extracelular (mmol/l) Ecuación de Goldman
Es una ecuación que permite calcular el potencial de membrana cuando se tiene dos o más iones Em= gK+/gT. EK+ + gNa+/gT. ENa+ + gCl−/gT. ECl− + gCa2+/gT. ECa2+, Donde Em=Potencial de membrana (mV) gK+ etc.= K+ conductancia etc. (mho, recíproco de laresistencia) gT=Conductancia total (mho) EK+ etc.=K+ potencial de equilibrio etc. (mV) 3. Explique con ejemplos cómo se determinan el PMR de un tejido excitable y como lo explicaría usando una célula y luego en un eje de coordenadas. Si usted está caminando descalzo por la playa y pisa una colilla de cigarrillo encendida, lo habitual es que retire rápidamente el pie, sienta el dolor tan típico de la quemadura. Todo esto ocurre, naturalmente, por conducción de la información (la sensación de quemadura) a través de vías nerviosas y su procesamiento en el sistema nervioso central (cerebro y medula espinal). Se puede separar, si se quiere, el proceso en dos: un acto involuntario, reflejo, de retirar el pie, sin intervención del cerebro, y la percepción de quemadura, con su consecuente respuesta emotiva, ahora si con participación cerebral. Mientras que una respuesta hormonal llega a las células blanco, viajando por vía sanguínea, segundos o minutos después de que se haya producido el estímulo y la liberación de las moléculas de la hormona por la glándula de secreción endocrina, el viaje del pie a la medula y de la médula a los músculos de la pierna se hace, por vía nerviosa, en fracciones de segundo. Aunque varía de acuerdo al tipo de fibra nerviosa involucrada, se puede tomar, corno promedio, una velocidad de conducción en un nervio en alrededor de 30 metros por segundo (s), de modo que para llegar del pie a la medula en el ámbito de la 5a. vértebra lumbar (1 metro aproximadamente) se requerirán 0,033 s
4. Explique los factores que influyen en la variabilidad de los potenciales de membrana. La diferencia de concentraciones entre los iones sodio, potasio y cloruro. La permeabilidad que presenta la membrana frente a los iones ya mencionados. El cociente resultante entre la concentración interna con respecto a la concentración externa de un ion, pues mientras mayor sea dicho cociente, entonces mayor será el Potencial de Nernst. 5. Explique las propiedades de un tejido excitable Entre las propiedades más importantes de los tejidos excitables esta la irritabilidad o excitabilidad, que consiste en sentir los cambios que ocurren en el entorno de la célula y reaccionar ante ellos. Esto se puede observar al sentir un estímulo. 6. Defina potencial de acción y explique como las variaciones de las concentraciones de los iones sodio, potasio, cloro y calcio lo modifican. Registro del PA. Explicarlo usando una célula y luego en un eje de coordenadas. Definición Es el potencial de una membrana cuando transmite un estímulo. Presenta las siguientes variaciones Despolarización: Por la difusión de Na+ o Ca2+ Repolarizacion: Por la difusión de K+ Hiperpolarizacion: Por la difusión Cl Explicación Para este caso nos basaremos usando una neurona. Para que esta neurona transmita sus impulsos necesita de una despolarización que se da con la entrada de Na+ a la parte intracelular, aquí se da el potencial de acción. Una vez que trasmitió este impulso ocurre la regulación de la célula para que este en reposo. 7. Explique el origen y las fases del potencial de acción Origen Cada potencial de acción comienza con un cambio súbito desde el potencial de membrana negativo en reposo normal hasta un potencial positivo y después termina con un cambio casi igual de rápido de nuevo hacia el potencial negativo Fases 1.-Potencial de membrana en reposo En reposo, el potencial de membrana es de aproximadamente –70 mV (interior celular negativo). La conductancia o permeabilidad al K+ es alta y los canales de K+ están casi totalmente abiertos, permitiendo la difusión de iones K+ al exterior de la célula a favor del gradiente de concentración existente. Esta difusión crea un potencial de difusión de K+, que impulsa el potencial de membrana hacia el potencial de equilibrio del K+. La conductancia al Cl– también es alta y, en reposo, el Cl– también está cerca del equilibrio electroquímico. En reposo, la conductancia al Na+ es baja y, por tanto, el potencial de membrana en reposo está lejos del potencial de equilibrio del Na+. 2. Ascenso del potencial de acción.
Una corriente de entrada, habitualmente consecuencia de la transmisión de corriente de potenciales de acción en sitios circundantes, causa la despolarización de la membrana celular nerviosa hasta el umbral, que se produce aproximadamente a –60 mV. Esta despolarización inicial causa la rápida apertura de las compuertas de activación del canal de Na+ y la conductancia al Na+ aumenta rápidamente e incluso aumenta más que la conductancia al K+. El aumento de la conductancia al Na+ origina una corriente de entrada de Na+; el potencial de membrana se despolariza hacia (pero no alcanza totalmente) el potencial de equilibrio del Na+ de +65 mV. La tetrodo toxina (una toxina del pez globo japonés) y el anestésico local lidocaína bloquean estos canales de Na+ sensibles al voltaje y evitan la aparición de potenciales de acción nerviosos. 3. Repolarización del potencial de acción. La fase de ascenso ha terminado y el potencial de membrana se repolariza hasta el nivel de reposo como consecuencia de dos fenómenos. En primer lugar, las compuertas de inactivación en los canales de Na+ responden a la despolarización cerrándose, pero su respuesta es más lenta que la apertura de las compuertas de activación. Por tanto, tras un retraso, las compuertas de inactivación cierran los canales de Na+, finalizando el ascenso. En segundo lugar, la despolarización abre los canales de K+ y aumenta la conductancia al K+ hasta un valor incluso superior al que se produce en reposo. El efecto combinado del cierre de los canales de Na+ y la mayor apertura de los canales de K+ hacen que la conductancia al K+ sea mucho mayor que la conductancia al Na+. Por tanto, se produce una corriente de salida de K+ y la membrana se repolariza. El tetraetilamonio (TEA) bloquea estos canales de dependientes del voltaje, la corriente de salida de K+ y la repolarización. 4. Pospotencial hiperpolarizante (undershoot). Durante un breve período después de la repolarización, la conductancia al K+ es más elevada que en reposo y el potencial de membrana es conducido aún más cerca del potencial de equilibrio del K+ (pospotencial hiperpolarizante).Al final, la conductancia al K+ vuelve al nivel de reposo y el potencial de membrana se despolariza ligeramente, de vuelta al potencial de membrana en reposo. Ahora la membrana ya está preparada, si se estimula, para generar otro potencial de acción 8. Explique el potencial post potencial positivo Durante el periodo de despolarización de un potencial de acción, el potencial de membrana cambia de negativo a positivo. La fase de ascenso dura aproximadamente 1 o 2milisegundos. Durante la fase de ascenso, una vez el potencial de membrana se convierte en positivo, el potencial de membrana sigue hiperpolarizandose hasta que el pico del potencial de acción llega hasta unos +35 a +40 milivoltios
9. Explique cómo los estímulos del medio ambiente modifican el PM y el P.A de las células excitables.
. El estímulo puede definirse como la alteración del medio ambiente en que la fibra nerviosa se encuentra. Estos estímulos del medio ambiente que producen cambios en el PM y el PA de una célula excitable pueden ser: Estimulación eléctrica de la membrana. La aplicación de productos químicos (Gota de ácido sulfúrico sobre la fibra). La lesión mecánica de la membrana (Un golpe). El frío y el calor. Temperatura ----- Energía cinética de las moléculas ----- Difusión de las moléculas ----- Cambio en el PM y el PA de una célula excitable. 10. Defina: Estimulo Umbral, Umbral de Excitación, Sobreexcitación y Zona de disparo Estimulo Umbral: Es el menor estimulo que puede percibir un receptor, es aquel que tiene la intensidad mínima necesaria para generar un potencial de acción.
Umbral de Excitación: Se refiere a la intensidad mínima que debe tener un estímulo para ser capaz de generar un potencial de acción en la neurona.
Sobreexcitación: Ocurre en la fase de despolarización del potencial de acción nerviosa cuando en las fibras nerviosas grandes el gran exceso de iones sodio positivos que se mueven al interior hace que la membrana se sobreexcite más allá del nivel cero y que se haga algo positivo
Zona de Disparo: En esta zona es donde se integran la convergencia de todas las sinapsis que llegan al soma. Si en esta zona llega un potencial de acción se transmitirá. Si no llega n
11. Explique: Periodo Refractario Tipos e importancia. El periodo refractario es una etapa donde las células excitables son incapaces de producir potenciales de acciones normales. Se les puede clasificar en 2 tipos: Período refractario absoluto El período refractario absoluto coincide con casi toda la duración del potencial de acción. Durante este período ningún estímulo, por intenso que sea, podrá producir un nuevo potencial de acción. La base del período refractario absoluto es el cierre de las compuertas de inactivación del canal de Na+ en respuesta a la despolarización. Estas compuertas están en posición cerrada hasta que la célula se repolariza y alcanza el potencial de membrana en reposo ( Período refractario relativo El período refractario relativo se inicia al final del período refractario absoluto y coincide principalmente con el período del pospotencial hiperpolarizante. Durante este período, puede producirse un potencial de acción, pero sólo si se aplica una corriente despolarizante (de entrada) mayor de la habitual. La base del período refractario relativo es que la conductancia al K+ es mayor que durante el potencial de reposo. Dado que el potencial de membrana está más cerca del potencial de equilibrio del K+, se necesita más corriente de entrada
para despolarizar la membrana hasta el umbral y que se inicie el siguiente potencial de acción. 12. Explique ley del Todo o Nada. Ejemplos Una vez que se ha originado un potencial de acción en cualquier punto de la membrana de una fibra normal, el proceso de despolarización viaja por toda la membrana si las condiciones son las adecuadas, o no viaja en absoluto si no lo son. Ejemplo Las fibras nerviosas mielinizadas se propaga de forma diferente. El potencial de acción es un evento que se rige por la ley del todo o nada, o sucede o no sucede 13. Explique el factor de seguridad –Importancia: En modelos matemáticos de estudio del potencial de acción, cuando se asume un medio excitable continuo, se describe la propagación de éste mediante una ecuación de difusión-reacción; en la que el primer término hace referencia a la difusión del voltaje a través del tejido y el segundo, al flujo de corriente a través de la membrana celular. Para que se produzca la propagación del proceso de activación, la célula despolarizada ha de proporcionar a la célula situada en su vecindad una carga eléctrica suficiente para que ésta alcance el umbral de excitación. La relación entre la carga disponible y la necesaria para alcanzar el umbral determina la propagación de la activación y este hecho queda expresado mediante el término «factor de seguridad». 14. Explique la propagación de los potenciales. Tipos Un potencial de acción obtenido en cualquier punto de la membrana excitable suele excitar las porciones adyacentes de la misma dando lugar a la propagación del potencial de acción, esta se da si una fibra nerviosa ha sido excitada en su porción media, la porción media desarrolla bruscamente una permeabilidad mayor al sodio, entonces las áreas de la membrana se despolarizan en el punto de excitación y en las áreas adyacentes en reposo. Es decir, las cargas eléctricas positivas son transportadas por los iones sodio a través de la membrana despolarizada y a continuación por varios milímetros en ambas direcciones a lo largo del núcleo del axón .Estas cargas positivas aumentan el voltaje en una distancia de 1 a 3 milímetros el interior de la fibra mielínica por encima del voltaje umbral para la iniciación del potencial de acción. Por consiguiente el potencial de acción se extiende en forma explosiva, de este modo el proceso de despolarización viaja a lo largo de toda la fibra. Potencial de acción se propaga: Por circuitos locales de corriente: Es decir bidireccionalmente por que el estímulo se coloca en la parte media de la fibra nerviosa Por propagación saltatoria: En las fibras mielinizadas salta el potencial de acción porque es más rápida la transmisión por que gastan menos energía, además los lugares a donde llega el potencial de excitación es menor. Por propagación ortodrómica: Es la propagación normal, es decir sinapsis, soma, axón y telendrón . Por propagación antidrómica: Esta propagación es en una sola dirección, es decir unidireccional y se da en telendrón, soma, axón y no pasa a la siguiente sinapsis, pero el axón si acepta la propagación en ambas direcciones.
Propagación ondulatoria: Se da en fibra más delgadas desmielinizadas de menos calibre esto se debe a la presencia de nódulos de Ramvier 15. Explique las características de los diferentes tipos de fibras nerviosas. Las fibras nerviosas se clasifican según su velocidad de conducción, que depende del tamaño de las fibras y de la presencia o ausencia de mielinización. Los efectos del diámetro de las fibras y la mielinización sobre la velocidad de conducción se detallan en el capítulo 1. Brevemente cuanto más grande es la fibra, mayor es la velocidad de conducción. La velocidad de conducción también aumenta debido a la presencia de una vaina de mielina alrededor de la fibra nerviosa. Así, las fibras nerviosas mielinizadas grandes tienen las velocidades de conducciones mayores, y las fibras nerviosas no mielinizadas pequeñas tienen las velocidades de conducción menores. Fibras tipo A Son las fibras mayores, las más gruesas, que conducen a velocidades de 15-100metros por segundo, y comprenden las fibras motoras (músculo esquelético) y algunas sensitivas (tacto, presión, vibración, etc.).-Alfa.velocidad de conducción 70-120 es mielínica. Motoras-Beta.- velocidad de conducción. 40-70 es mielínica. Sensitivas-Gamma.- velocidad de conducción. 10-50 es mielínica. Huso muscular.-Delta.- velocidad de conducción. 6-30 es mielínica. Dolor. Fibras tipo B Conducen a velocidades entre 3-14metros por segundo y comprenden fundamentalmente fibras de la sensibilidad visceral. Fibras tipo C Están formadas por fibras amielínicas que conducen a velocidades de 0,52metrospor segundo, conducen impulsos vegetativos y también algunos sensoriales. 16. Explique los factores que modifican la propagación del impulso nervioso. Excitabilidad La excitabilidad de las neuronas depende de la existencia de distintas concentraciones de iones a ambos lados de la membrana celular y de la capacidad de transporte activo a través de estas membranas. La excitación neuronal se acompaña de un flujo de partículas cargadas a través de la membrana, lo cual genera una corriente eléctrica. Cantidad de estímulo La cantidad de estímulo necesario para provocar la actividad de una neurona, se denomina umbral de excitabilidad. Alcanzado este umbral, la respuesta es efectiva, independientemente de la interrupción o aumento del estímulo. Es decir, sigue la ley del todo o nada. Despolarización Durante la despolarización, la neurona no es excitable, es decir, está en periodo refractario. Hiperpolarizacion
Durante la Hiperpolarizacion subsiguiente, la neurona es parcialmente excitable, parcialmente refractaria, es decir, que necesitamos un estímulo más intenso para provocar un nuevo potencial de acción, ya que ha aumentado el umbral de excitabilidad. Propagación del impulso nervioso La despolarización de la membrana en un punto produce que el exterior en ese punto quede cargado negativamente al introducirse las cargas positivas de sodio (Na+) en la célula. Las zonas adyacentes sufren una atracción de sus cationes por la carga negativa del área estimulada, actuando como sumidero de cationes de sodio. De este modo, se va transmitiendo la onda de electronegatividad a lo largo de toda la fibra nerviosa. En las fibras que poseen cubierta de mielina, dispuesta en torno a las células de Schwann, separadas por los denominados nódulos de Ramvier, la onda de electronegatividad se propaga saltando de nódulo en nódulo. Esta propagación saltatoria es más rápida. en estas células los nodos de Ramvier son las únicas áreas que se despolarizan permitiendo la propagación rápida del impulso asociada a los músculos involucrados en los movimientos rápidos. 17. Efecto de los anestésicos locales. Hay diversas sustancias que interfieren en la actividad normal de la unión neuromuscular. Sus mecanismos de acción pueden entenderse fácilmente si se consideran los pasos que intervienen en la transmisión neuromuscular La toxina botulínica bloquea la liberación de ACh de los terminales pres sinápticos, provocando un bloqueo total de la transmisión neuromuscular, parálisis del músculo esquelético y, al final, muerte por insuficiencia respiratoria. El curare compite con la ACh por los receptores nicotínicos en la placa motora terminal, reduciendo el tamaño del PPT. En dosis máximas, produce parálisis y causa la muerte. Una forma de curare denominada dtubocurarina se utiliza como tratamiento para relajar el músculo esquelético durante la anestesia. La a-bungarotoxina es una sustancia relacionada que se une de forma irreversible a los receptores de ACh. La unión de la abungarotoxina radiactiva se usa como herramienta experimental para medir la densidad de receptores de ACh en la placa motora terminal. Los inhibidores de la AChE (anticolinesterasas) como la neostigmina impiden la degradación de ACh en la hendidura sináptica y prolongan y aumentan su acción en la placa motora terminal. Los inhibidores de la AChE pueden utilizarse en el tratamiento de la miastenia grave, una enfermedad caracterizada por debilidad del músculo esquelético y fatiga, en la que los receptores de ACh están bloqueados por anticuerpos ( El hemicolinio bloquea la receptación de colina en los terminales pre sinápticos, reduciendo por tanto los depósitos de colina del terminal de la moto neurona y
