Instituto Politécnico Nacional Escuela Nacional de Ciencias Biológicas
Fisiología General Práctica No. 7 “TRANSMISION SINAPTICA
INTRO!"CCION Sinapsis es el lugar de contacto entre las neuronas o entre una de ellas y un efector no nervioso, a través del cual se ejerce una inuencia de una célula sobre otra. En la sinapsis se pueden diferenciar tres componentes primarios: Membrana presináptica: Pertenece a una de las células que hacen contacto y es donde se inicia la comunicacin intercelular. Espacio sináptico: Espacio entre dos células, en particular entre la terminacin presin!ptica y la membrana de la célula contigua. Membrana postsináptica: Es la regin de membrana que est! inmediatamente opuesta a la terminacin presin!ptica. En ella se encuentran las sustancias que se combinan con el mediador "receptores sin!pticos# y también las sustancias que destruyan a esta combinacin "en$imas#. % es all& donde ocurren los cambios de permeabilidad que conducen a la generacin de un potencial local o sin!ptico. •
•
•
CLASIFICACIÓN DE LAS SINÁPSIS SEGÚN CRITERIOS MORFOLÓGICOS Y MECANISMOS DE TRANSMISIÓN. 'on base en los sectores de la neurona que entra en contacto y la transmisin se reali$a desde el elemento mencionada en primer término hacia el segundo: a(o)som!ticas a(o)dendr&ticas a(o)a(nicas dendro)dendritas soma)som!ticas • • • • •
Teniendo en cuenta el eecto !o"#e la e$cita"ilidad en el ele%ento &o!t!in'&tico: • •
E(citadoras *nhibidoras
'uadro comparativo del mecanismo de la transmisin sin!ptica.
El(ct#ica ,nione! de -endidu#a lla%ada! cone$ione!.
Fi!iolo+*a
Li"e#a
Ione!
Tie%&o de acci5n
Reta#do !in'&tico %eno# de 678 %ili!e+undo! 9idi#eccional
Di#ecci5n de la ino#%aci5n
)u*%ica Neu#ona &#e!in'&tica Canale! de&endiente! de Ca/0 Neu#ona &o!t!in'&tica Canale! de&endiente! de li+ando Rece&to#e! o !e+undo %en!a1e#o Mediado# 2u*%ico 3neu#ot#an!%i!o#4 Reta#do !in'&tico ent#e 67 8 o %'! %ili!e+undo! ,nidi#eccional
9a!'ndo!e en el %ecani!%o *nti%o de la t#an!%i!i5n !in'&tica: • •
Eléctricas. +u&micas .
Hay 2 tipos de sinapsis: la sinapsis química y la sinapsis eléctrica, casi todas las sinapsis en la transmisión de señales en el sistema nervioso central del ser umano son químicas, en estas la primera neurona segrega un producto químico llamado neurotransmisor en la terminación nerviosa y este act!a so"re las proteínas receptoras que ay en la mem"rana de la neurona siguiente para e#citarla, ini"irla o modi$icarla% &e a descu"ierto sustancias transmisoras muy importantes entre ellas acetilcolina, noradrenalina, adrenalina, istamina, acido amino "utírico '()B)*, glicina, serotonina y glutamato% Con este tipo de sinapsis tra"a+aremos en la presente prctica%
De acue#do a el %ediado# 2u*%ico:
• • • • •
'olinérgicas -drenérgicas -minérgias abaérgicas Serotoninérgicas
ANATOM:A FISIOLÓGICA DE LA SINAPSIS ),:MICA. /os elementos morfolgicos que componen una sinapsis qu&mica son: Neurona presináptica, Hendidura o espacio sináptico. Neurona postsináptica. /a neurona presin!ptica segrega una sustancia qu&mica llamada neurotransmisor en la sinapsis, las cuales est!n contenidos en ves&culas sin!pticas que al ser liberadas hacia la hendidura sin!ptica, e(cita o inhibe las neuronas: las e(cita si la membrana neuronal contiene receptores e(citatorios, las inhibe si contiene receptores inhibitorios. /as mitocondrias proporcionan -0P, que se requiere para sinteti$ar nueva sustancia transmisora. • • •
'uando un potencial de accin se dispersa sobre un terminal sin!ptico, la despolari$acin de la membrana provoca el vaciamiento de un determinado n1mero de ves&culas hacia la hendidura, y el transmisor liberado provoca a su ve$ un cambio inmediato en las caracter&sticas de permeabilidad de la membrana neuronal postsin!ptica, que produce e(citacin o inhibicin de la neurona, dependiendo de las caracter&sticas de su receptor. El proceso depende de la entrada de iones calcio por lo que algunas condiciones que ocasionan que redu$ca la cantidad de los mismos son: •
•
•
2n potencial de accin débil causado por despolari$acin parcial preliminar del botn presin!ptico. 3isminucin en la concentracin de iones calcio en el l&quido e(tracelular. 'ualquier factor que redu$ca presin!ptico a los iones calcio.
la
permeabilidad
del
POTENCIALES POSTSINÁPTICOS E;CITATORIOS 3PPSE4.
botn
El PPSE se produce por la despolari$acin de la parte de la membrana celular postsin!ptica que es inmediata a la terminacin sin!ptica. El PPSE ocasionado por la actividad en el botn sin!ptico es peque4o, pero las despolari$aciones producidas por cada uno de los botones inactivos se suman./a suma puede ser espacial o temporal. 'uando hay actividad en m!s de un botn sin!ptico al mismo tiempo hay una suma espacial. /a suma temporal ocurre cuando est&mulos aferentes repetidos causan nuevos PPSE antes de que desapare$can los anteriores. El PPSE no es una respuesta todo o nada, sino que su tama4o es proporcional a la intensidad del est&mulo aferente.
NE,ROTRANSMISOR ACETILCOLINA. /a estructura de la acetilcolina es un éster acetilado de la colina. Se encuentra en altas concentraciones en los botones terminales de las neuronas que liberan acetilcolina "colinérgicas#.
S:NTESIS DE ACETILCOLINA. /a s&ntesis de acetilcolina incluye la reaccin de colina con acetato. /a colina es una amina importante. 5ay una captacin de activa de la colina mediante un transportador hacia las neuronas colinérgicas. /a colina se sinteti$a en las neuronas. El acetato se activa por la combinacin de grupos acetato activos "acetilcoen$ima -# y la colina se catali$a por la en$ima acetiltransferasa de colina. /as ves&culas sin!pticas captan la acetilcolina mediante un transportador ves&culas 6-'h0. /a acetilcolina debe eliminarse de la sinapsis para que haya repolari$acin. /a eliminacin del transmisor se reali$a mediante hidrlisis de la acetilcolina a colina y acetato, reaccin catali$ada por la en$ima acetilcolinesterasa . Fig. 1. Síntesis de la acetilcolina.
RECEPTORES. /os receptores para acetilcolina se dividen en dos tipos principales, con base en sus propiedades farmacolgicas. Efectos muscar&nicos, receptores colinérgicos muscar&nicos "estimula m1sculo liso y gl!ndulas#. Efectos nicot&nicos, los receptores colinérgicos nicot&nicos. •
•
EFECTO DEL C,RARE Y FISOSTIGMINA MECANISMO DE ACCIÓN DEL ACETILCOLINA.
SO9RE
EL
Eecto del cu#a#e< 3roga vegetal. 5ace que los m1sculos se relajen, bloqueando los receptores de acetilcolina de las 7bras musculares esqueléticas. El curare no destruye a la acetilcolina, sino que se combina con el receptor de manera estable. /a combinacin curare)receptor no produce alteraciones de la permeabilidad de la membrana, pero impide que la acetilcolina se combine con este receptor sin!ptico, y de esa manera bloquea la transmisin neuromuscular por falta de la combinacin acetilcolina)receptor.
Eecto de la =!o!ti+%ina< *mpide que pueda eliminar la acetilcolina de los receptores colinérgicos, incrementando as& la concentracin de este neurotransmisor en los receptores. 0iene un efecto sobre el S8' y cardiovascular. *nicia su efecto a los 9min. con una duracin de accin entre 9min. y ;hrs. Es hidroli$ada por las colinesterasas.
S,MA TEMPORAL SOLAMNT SINAPSIS ),IMICA PLACA MOTORA POTENCIAL DE PLACA O#$%TI&OS. G%N%RA'
•
-"servar de manera indirecta con ayuda del so$t.are B/-0)C el proceso de transmisión sinptica con la li"eración del neurotransmisor acetilcolina a través de la contracción del musculo esquelético de rana, adems de ver el e$ecto producido en el mismo por la administración de ciertos $rmacos .
PARTIC"'AR%S •
Encontrar el volta+e um"ral con estímulos !nicos de duración de 1%2 ms, donde se dé una contracción mínima cuyo registro sea o"serva"le en el so$t.are 'B/-0)C*%
•
egistrar y o"servar en un cierto lapso de tiempo el comportamiento de las contracciones o"tenidas con estímulos um"rales a una $recuencia y duración esta"lecida
.
•
egistrar y o"servar el e$ecto que tiene el $rmaco $isostigmina en el proceso de transmisión sinptica por acetilcolina, sin estimulación eléctrica um"ral durante cierto periodo de tiempo%
•
egistrar y o"servar el e$ecto que tiene el $rmaco $isostigmina en el proceso de transmisión sinptica por acetilcolina, con estimulación eléctrica um"ral durante cierto periodo de tiempo .
•
egistrar y o"servar el e$ecto que tiene el $rmaco curare a di$erentes concentraciones en el proceso de transmisión sinptica por acetilcolina, sin estimulación eléctrica um"ral durante cierto periodo de tiempo%
•
egistrar y o"servar el e$ecto que tiene el $rmaco curare a una concentración alta en el proceso de transmisión sinptica por acetilcolina, con estimulación eléctrica um"ral durante cierto periodo de tiempo%
Fun(a)ento
COMO S% R%'ACIONA CON 'A CONTRACCION M"SC"'AR CON 'A TRANSMISION SINAPTICA SI %*IST% CONTRACCION %S !%#I!O A +"% ,"#O TRAMSIMISION SINAPTICA-
SI ,A F"%R/A !% CONTRACCION MAS GRAN!% 0I%R% !%CIR + MOTON%"RONAS + IN%R&A MAS C%'"'AS M"SC"'AR%S %STAN %*CITA!AS * %''O 'I#%RO MAS AC%TI'CO'INA
S% ,AC% %N RANA NO %N RATA *+
0ara el me+or estudio de la transmisión sinptica y todo lo que conlleva 'proceso, li"eraciones, reacciones, potenciales, etc%*, es necesario el mane+o practico y $cil de alg!n te+ido animal, el cual presente inervaciones con a#ones, puesto que de estos proviene el inicio de la sinapsis química% 0ara ello puede ser de utilidad las $i"ras musculares3 las cuales son inervadas por el a#ón de una sola motoneurona% &in em"argo, para la o"tención de las $i"ras 'musculo*, se tiene que tomar en cuenta el apego e#istente y e#tricto acia las Normas -$iciales 4e#icanas vigentes, adems de las recomendaciones del Comité de Bioética de la ENCB, las cuales sugieren la e#tracción del musculo de rana para el estudio del $enómeno $isiológico 'transmisión sinptica*, en ve5 de ratas, ya que esto permite seguir un protocolo e#perimental, $avoreciendo al m#imo el innecesario su$rimiento de los animales% 0or otro lado podemos considerar que el uso de musculo de rana, adems de $cil, se $undamenta en estudios ya reali5ados por otros cientí$icos, donde se compro"ó que al igual que un ser umano conlleva la misma serie de pasos para la transmisión sinptica reali5ados en el terminal motor o placa motora 'sinapsis neuromuscular* del musculo esquelético de verte"rado, especialmente con las placas motoras del musculo sartorio de rana% E#ceptuando la identidad de las sustancias transmisoras y ciertas di$erencias cuantitativas, dando evidencia que la transmisión sinptica e#citadora entre las neuronas del &NC, es similar a la transmisión en una sinapsis neuromuscular, tal como la placa motora% Esta es una sinapsis química y el neurotransmisor li"erado por las terminales a#ónicas de las motoneuronas es acetilcolina en la $i"ra muscular e#isten receptores ionotropicos Nm
que al entrar en contacto con moléculas de acetilcolina a"ren canales de sodio que despolari5an la mem"rana de la $i"ra muscular a un nivel su$iciente como para generar un 0) que se propague por la $i"ra muscular y que podemos o"servar como una contracción% 6i"erado el transmisor acetilcolina de las sinapsis neuromusculares de la rana, esta es o"+eto para la idrolisis de la en5ima acetilcolinesterasa ')cE*% 6a )c antes de ser idroli5ada, interact!a con moléculas receptoras de )c locali5adas en la mem"rana de la placa motora, lo que provoca la "reve apertura de canales iónicos estrecamente asociados y ms o menos selectivos para Na y 7% El anlisis del potencial de placa terminal se ve $acilitado por el empleo de agentes "loqueadores, del tipo del curare% 6as sustancias curari5antes "loquean la transmisión neuromuscular reduciendo el potencial de placa terminal asta por de"a+o del um"ral de la mem"rana% En el mecanismo de esta reducción el curare entra en competencia con la )CH por el receptor de esta, con el cual $orma compuestos inactivos% El comple+o curare8 receptor perdura ms tiempo que el $ormado con )c, por lo tanto el curare se disocia del receptor con una lentitud muco mayor que la de )C% &i se controlan adecuadamente las concentraciones de curare, pueden $ormarse algunos comple+os )c8receptor, de modo que el potencial de placa terminal no es a"olido y puede ser estudiado sin la inter$erencia de los potenciales de acción propagados por el m!sculo% &i se aplican concentraciones crecientes de curare '98tu"ocuranina*, se encontrar una concentración a la que ay un $allo repentino del 0) muscular y un $allo del mismo modo en la contracción de la $i"ra muscular% &in em"argo, los 0as del a#ón motor permanecern inalterados, así como la capacidad de la $i"ra muscular para producir un 0) y contraerse en respuesta a un estímulo eléctrico aplicado directamente% 0uesto que los 0)s presinptico y postsinptico no son alterados por el veneno, podemos concluir que el curare, de alg!n modo inter$iere con la transmisión sinptica en la sinapsis neuromuscular% En esumen: 6a $isostigmina, una anticolinesterasa, "loquea la acción de la acetilcolinesterasa, la en5ima que destruye la )c tras su li"eración en la endidura sinptica% El uso de este alcaloide a permitido la recuperación y medida de la )c li"erada, evitando su destrucción en5imtica% 9osis parciales acent!an el potencial postsinptico en las sinapsis colinérgicas%
Resulta(os
igura #% (r$ica8;olta+e volts%
En la gra$ica de ;olta+e volts so"re el nervios citico de rana% 6a línea ro+a nos representa la respuesta del musculo gastrognemio ante el estimulo, en este caso se presentan 2 respuestas, de"ido a que se aplicaron 2 estímulos !nicos de 1%=> volts con una duración de 1%2 ms%
!ISC"SION%S &olta1e u)2ral El volta+e um"ral para el musculo gastrocnemio de rana $ue de 1%=> volts, de"ido a que a este volta+e se presento una contracción mínima cuyo registro $ue o"serva"le, a este volta+e '1%=>v* al ser aplicado so"re el nervio citico de la rana, desencadeno una respuesta Aodo o Nada so"re este, el cual via+o asta el "otón terminal de la moto neurona, asta la placa motora, en donde se li"eró la cantidad su$iciente del neurotransmisor acetil colina para acer que el musculo se contra+era%
Fisostig)ina )l aplicar estímulos um"rales eléctricos se registró una serie de contracciones que varia"a seg!n la $recuencia con la que se da"an% )l ser estos estímulos muy cercanos al valor um"ral, la respuesta que se genera"a era con una $uer5a muy pequeña% 9urante la aplicación de la $isostigmina, se o"serva una contracción espontnea sin la necesidad de un estímulo eléctrico, esto se de"e a que esta sustancia act!a como un ini"idor de la aceticolinesterasa, la en5ima que se encarga de degradar a la acetilcolina una ve5 que ésta a sido li"erada en la placa motora% 0or lo tanto con la aplicación de una sustancia ini"idora de ésta, las pequeñas cantidades de acetilcolina que se li"eran ocasionalmente sin la aplicación de estímulo, se acumula asta que se provoca una contracción% Esta es la ra5ón por la que la contracción no se da instantneamente a la aplicación de la $isostigmina, se de"e acumular la acetilcolina para que suceda% 9espués de eso se le inyectó acetilcolina, así se produ+o que el potencial de reposo de la mem"rana aumentara, y con esto se acercara a su potencial um"ral% &e o"servó que con esta aplicación, la contracción muscular se dar a!n con menores intensidades de estímulo o incluso sin estímulo, si la cantidad de acetilcolina es su$iciente% )l aplicar un estímulo una ve5 que se administró con acetilcolina, se o"serva la generación de un potencial de acción, como ya se a"ía discutido antes, $ue necesaria una menor intensidad que la se aplico inicialmente para que este se llevara a ca"o, adems la $uer5a de contracción m#ima que presenta tam"ién es considera"lemente mayor%
CAM#IOS %N 'A T%NSION POR TANTO CAM#IO %N CONC%NTRACION FISIOSTIGMINA SIN %STIM"'O ,AC% + S% !%GRA!% M%NOS AC%TI'CO'INA POR TANTO S% ''%G"% A !AR "N PA A + %STIM"'O CANA'%S S"PRA"M#R'A CON %STIM"'O AC%TI'CO'INA SIN %STIM"'O ,A#IA CONTRACCION 'ARGAS MATO CONC%NTRACION ! AC%TI'CO'INA CON %STIM"'O
)cetilcolina mas curare &e le inyectó acetilcolina, así se produ+o que el potencial de reposo de la mem"rana aumentara, y con esto se acercara a su potencial um"ral% &e o"servó que con esta aplicación, la contracción muscular se dar a!n con menores intensidades de estímulo o incluso sin estímulo, si la cantidad de acetilcolina es su$iciente% )l aplicar un estímulo una ve5 que se administró con acetilcolina, se o"serva la generación de un potencial de acción, como ya se a"ía discutido antes, $ue necesaria una menor intensidad que la
se aplico inicialmente para que este se llevara a ca"o, adems la $uer5a de contracción m#ima que presenta tam"ién es considera"lemente mayor%
9urante la prctica utili5amos como modelo de estudio de la transmisión en sinapsis química el musculo gastrocnemio de la rana y su comunicación con las $i"ras motoras del nervio citico% encontramos que el estimulo mínimo al cual se produce una contracción registra"le por los medios que contamos en el la"oratorio tuvo una duración de ms y un volta+e de mv o"teniéndose una contracción mínima de g de $uer5a, este volta+e y tiempo de estimulación $ueron su$icientes como para despolari5ar un N numero de $i"ras nerviosas asta su nivel um"ral ocasionando la transmisión de impulsos nerviosos a través de ellas y a la posterior li"eración de neurotransmisor en sus terminales a#onicos el cual al unirse con los receptores de la mem"rana muscular, la despolari5o produciendo una contracción registra"le% &e encontró que el volta+e que produce una m#ima respuesta de estimulo simple tiene una duración de ms, es de mv de volta+e, esta contracción tiene una $uer5a de gramos% Con este volta+e y duración se logra estimular a todas las $i"ras motoras del nervio citico que estn implicadas en la movilidad del musculo gastrocnemio asta su potencial um"ral por lo cual se produce la m#ima respuesta posi"le para un estimulo simple% )l aumentar gradualmente la $recuencia de estímulos su" um"rales de mv se llego al punto '5* con el cual se o"tuvo una contracción esto se de"e a que cuando se origina un estimulo poco después de uno anterior el e$ecto del primero no a"r aca"ado a!n por lo cual al aplicar el segundo estimulo am"os se sumaran consiguiendo una respuesta mayor como consecuencia a pesar de que los estímulos aplicados esta"an por de"a+o del um"ral se produ+o una contracción% ) este $enómeno se le conoce como sumasión temporal% 9urante el e#perimento D" a pesar de ser propio de musculo esquelético o"servamos $enómenos interesantes relacionados con la comunicación en sinapsis química, primero al
aumentar la $recuencia de estímulos su" m#imos se llego a un punto '5* en el cual se o"tuvo una respuesta signi$icativamente mayor a la m#ima para un estimulo simple, esto es de"ido a que al estar estimulando continuamente el musculo se li"erara mas y mas acetilcolina en la placa motora produciéndose un cumulo de la misma% 9espués durante el e#perimento =1a se estimulo durante 1s con estímulos um"rales y una $recuencia de 25 o"teniéndosecontracciones individuales con duración de s cFu por lo cual calculamos una $recuencia de contracción de contracciones por minuto% )l inyectar en el gastrocnemio $isostigmina y de+arlo en reposo no se produ+o contracción en el musculo ni respuesta alguna, pero, al aplicar acetilcolina se generaron contracciones esto evidencia que la acetilcolina es el neurotransmisor responsa"le de la transmisión sinptica% 0ues ocasiona la misma respuesta en el musculo que la estimulación de las $i"ras nerviosas% 0osteriormente se procedió a volver a dar una estimulación igual a la empleada para calcular la $recuencia de contracción y se o"servo que e#istía cierto acumulamiento en la $uer5a de contracción esto se de"e a que $isostigmina ini"e la acetilcolinesterasa la cual idroli5a a la acetilcolina una ve5 e+ercido su e$ecto so"re los receptores del musculo% 6uego, al aplicar dosis crecientes de curare con estímulos electrónicos iguales cada ve5 se o"servo una disminución gradual de la $uer5a de contracción de"ido que la d% tur"o curarina 'principio activo de curare* "loquea la transmisión post sinptica al ini"ir gradualmente los receptores nicotínicos de acetilcolina en la mem"rana muscular% En suma se o"tuvieron resultados e#perimentales satis$actorios ya que pueden ser e#plicados teóricamente%
CONC'"SION%S •
•
El voltaje umbral de musculo gastrocnemio de rana es de .<; volts -l administrar 7sostagmina se observan contracciones espontaneas en ausencia de acetilcolina, al agregar acetilcolina y estimular eléctricamente la fuer$a de contraccin aumenta con respecto a los valores basales
•
-l administrar curare en la unin mioneuronal en presencia de acetilcolina aumenta la fuer$a de contraccin con respecto al curare en esta concentracin sin administrar acetilcolina
#i2liogra3ía •
(uyton, )% C% )natomía y $isiología del sistema nervioso% Ed% 4édica panamericana% 4é#ico, =DGD% >1Dpp% Consultadas: =>D8=Gpp%
•
(anong, I% % isiología 4édica, Ed% El manual moderno% 4é#ico, 211J%
•
Aratado de 0sico$armacología% Bases y aplicación clínica% 2a edición% Ed% 4édica 0anamericana, 211D% DKGpp%
