Biofisica Dela Conduccion Nerviosa
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CÁTEDRA DE BIOFÍSICA
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SALTA
FAC. DE CS AGRARIAS Y VETERINARIAS
2008
Farm. Pablo F. Corregidor 1
BIOFÌSICA DE LA CONDUCCIÒN NERVIOSA
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TEMARIO
1. Forma de actuación del Sistema Nervioso.
2. Elementos de Anatomía neuronal.
3. Sinapsis: elementos. Sinapsis Química y Eléctrica.
4. Bases Físicas del Potencial de Membrana.
5. Potencial de acción. Mecanismo Físico del Potencial de Acción. Mecanismo Molecular del Potencial de Acción.
6. Propagación del Potencial de Acción: fibras mielínicas y amielínicas.
7. Propiedades del Potencial de Acción: umbral de excitación, Ley del Todo o Nada, periodo refractario, velocidad de propagación.
8. Modelo eléctrico de la membrana neuronal.
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Definiciones previas
• IRRITABILIDAD: “capacidad de reaccionar frente a los cambios del medio externo o interno, debida a la facultad de los organismos para recibir y transmitir información.”
• ESTÍMULO: “ todo aquello capaz de provocar un cambio”
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FORMA DE ACTUACIÓN DEL SISTEMA NERVIOSO
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RECEPTOR
Célula nerviosa o NEURONA
ESTÍMULO
Órgano EFECTOR
Célula sensorial o RECEPTORA
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• NEURONA: unidad básica del sistema nervioso, encargada de:– Recibir y Analizar
estímulos provenientes del medio.
– Elaborar y Transmitir respuestas a tales estímulos.
Formadas por:
Soma
Dendritas: Fibras aferentes
Axón
Telodendrón: Fibras eferentes
Elementos de Anatomía neuronal.
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SINAPSISLas dendritas y el soma están especializados
para la recepción de información.
El axón se encarga de transmitir la información.
Para transmitir la información de una neurona a otra, el axón de la neurona 1 establece contacto con las
dendritas de la neurona 2.La unión entre dos neuronas se llama Sinapsis.
SINAPSIS: Es la unión de dos neuronas para transmitir información de una a otra.
QUÍMICA
ELÉCTRICA
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SINAPSIS QUÍMICA
•Son la mas abundantes.•El axón de la neurona actúa como emisora de información, libera los neurotransmisores de las vesículas sinápticas a la hendidura, donde se ponen en contacto con la membrana postsináptica provocando:
•Excitación.•Inhibición.
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SINAPSIS ELÉCTRICA
•Son las menos frecuentes.•Existe un contacto directo entre la membrana del axón emisor y la membrana de la neurona receptora de la información.•El impulso nervioso se transmite directamente de una célula a otra.
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BASES FÍSICAS DEL POTENCIAL DE MEMBRANA
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• ECUACIÓN DE NERNST:
V=RT. ln C2
n.F C1
• R=8,31 J/mol.K
• T=310 K
• F=96500 cb/mol
CUIDADOLa ecuación de Nernst no es aplicable a las células ya que las membranas son permeables a mas de un ión (excepto cél. Gliales: permeables solo a K+)
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La Ecuación de Nernst
in
outX X
X
zF
RTE
][
][ln
valenciadel ion X
potencial eléctrico del ion X
concentración extracelular
concentración intracelular
i
oX X
X
zE
][
][log
058.0A 18° C, Em (en voltios) es:
RT/F es constante ( 0.058 a 18° C y 0.061 a 38° C)
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Potencial de Equilibrio de Nernst para el K+
Calcular el potencial de equilibrio de Nernst para K+:
1. Asumir que [K+]i es 10 veces mayor que [K+]o
2. [K+]o/[K+]i =
)1.0log(058.0KE -58 mV
0.1
+1
i
oK K
K
zE
][
][log
058.0
3. Valencia =
)1(058.0KE -0.058Vi
oK K
KE
][
][log058.0
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Potencial de Equilibrio de Nernst para el Na+
Calcular el potencial de equilibrio de Nernst para Na+:
1. Asumir que [Na+]o es 10 veces mayor que [Na+]i
2. [Na+]o/[Na+]i =
)10log(058.0NaE 58 mV
10+1
i
oNa Na
Na
zE
][
][log
058.0
3. Valencia =
)1(058.0NaE 0.058Vi
oNa Na
NaE
][
][log058.0
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Potencial de Equilibrio de Nernst para el Cl-
Calcular el potencial de equilibrio de Nernst para Cl-:
1. Asumir que [Cl-]o es 10 veces mayor que [Cl-]i
2. [Cl-]o/[Cl-]i =
)10log(058.0ClE -58 mV
10
-1
i
oCl Cl
Cl
zE
][
][log
058.0
3. Valencia =
1058.0ClE -0.058Vi
oCl Cl
ClE
][
][log058.0
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EQUILIBRIO DONNANINTRACELULAR
mEq/LEXTRACELULAR
meq/L
Na+ 10 142
K+ 140 5
Cl- 7 103
X- Muy elevada
[Na+]2 = [K+]2 = [Cl-]1
[Na+]1 = [K+]1 = [Cl-]2
[Na+] 10
[K+] 140 [Cl-] 7
[P-] 165 mM
[Na+] 142
[Cl-] 103
[K+] 5
En el EQUILIBRIO, la relación entre iones de ambos lados de la membrana es un valor constante.
La célula NO ES UN SISTEMA EN EQUILIBRIO.
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ECUACIÓN DE GOLDMAN-HODGKIN-KATZ
• Si la célula fuera un sistema en equilibrio no debería haber flujo neto transmembrana (se usaría la Ec. de Nernst)
• La célula es un sistema en ESTADO ESTACIONARIO en donde hay un flujo neto que siempre se mantiene constante por determinados mecanismos Homeostásicos (se usa la ecuación de Goldman)
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Ecuación de Goldman ó de Goldman-Hodgkin-Katz
• Calcula el potencial de equilibrio cuando mas de un ion es permeable.
• Incorpora los coeficientes de permeabilidad de cada ion (especifico de cada membrana)
oCliNaiK
iCloNaoKions
ClPNaPKP
ClPNaPKP
F
RTE
][][][
][][][ln
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PMR de una neurona
• Adentro de las neuronas hay mas ANIONES que CATIONES (en el exterior ocurre al revés)
• Hay mayor cantidad de cargas negativas adentro.
• Se crea una diferencia de potencial a lo largo de la membrana llamado POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO.(PMR= -70 mV)
INTRACELULAR mEq/L
EXTRACELULAR meq/L
Na+ 10 142
K+ 140 5
Cl- 7 103
Ca+2 0,001 5
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PMR
• En reposo, las permeabilidades (relativas al K+) de los iones mas importantes son: PNa= 0,03
PCa= 0,001
PCl= PK= 1
V= -0,058 V . Log 140 + (0,03)10 + (0,001)0,001 + 103 = -0,058 V.log 275,4 = 5 + (0,03)142 + (0,001)7 + 5 14,3
V = -0,071 V = - 71 mV
INTRACELULAR mEq/L
EXTRACELULAR meq/L
Na+ 10 142
K+ 140 5
Cl- 7 103
Ca+2 0,001 5
oCliNaiK
iCloNaoKions
ClPNaPKP
ClPNaPKP
F
RTE
][][][
][][][ln
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POTENCIAL DE ACCIÓN
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• La existencia de un PMR es la base de la exitabilidad de las células (responder a ciertos estímulos)
• Cuando una neurona sufre un estímulo, su membrana sufre una serie de cambios que modifican el PMR.
• Dichos cambios se conocen como POTENCIAL DE ACCIÓN.
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22
![Page 23: Biofisica Dela Conduccion Nerviosa](https://reader033.fdocumento.com/reader033/viewer/2022061109/545163f9b1af9fc7078b4575/html5/thumbnails/23.jpg)
MECANISMO FÍSICO DEL P.A.
• “El potencial de acción es consecuencia de los cambios de permeabilidad a ciertos iones (no a la entrada o salida de estos)”
• ETAPAS– Despolarización.– Repolarización.– Hiperpolarización.
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ESTÍMULOCAMBIO EN LA
PERMEABILIDADAL Na+
Ingresa Na+ Disminuye la
Carga (-) adentro.DESPOLARIZACIÓN
Inmediatamente que disminuye la
permeabilidad al Na+, aumenta al K+.
Comienza a salir K+ y se restablece la
carga negativa adentro.
REPOLARIZACIÓN
La permeabilidad al K+ cambia tanto que sigue saliendo K+ haciendo mas negativa de lo
normal.HIPERPOLARIZACIÓN
La bomba de Na+ y K+ regenera el valor de
PMR.
AFUERA
ADENTRO
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MECANISMO MOLECULAR DEL P.A.¿PORQUÉ CAMBIA LA PERMEABILIDAD DE LOS IONES Na+
Y K+ CUANDO SE GENERA EL POTENCIAL DE ACCIÓN?
ESTÍMULO DESPOLARIZACIÓN
Cambia la permeabilidad
al Na+.Se abren
canales de Na+
Cambia la permeabilidad
al Na+.Se cierran
canales de Na+
Cambia la permeabilidad
al K+.Se abren
canales de K+
REPOLARIZACIÓNLos canales de K+ siguen
abiertos
HIPERPOLARIZACIÓN
Bomba de Na+ y K+ PMR
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PROPAGACIÓN DEL POTENCIAL DE ACCIÓN
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![Page 27: Biofisica Dela Conduccion Nerviosa](https://reader033.fdocumento.com/reader033/viewer/2022061109/545163f9b1af9fc7078b4575/html5/thumbnails/27.jpg)
++++++++++++++++++++++++++++
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
++++++++++++- -+++++++++++++
-- - - - - - - - - - - ++ - - - - - - - - - - - - -
++++++++ + - - - - - - - - +++++++++
- - - - - - - - - ++++++++ + - - - - - - - - -
A la membrana llega un estímulo.
Provoca la salida de K+ y el ingreso de Na+.
Si el estímulo es de intensidad suficiente, se llega al valor umbral y se produce el Potencial de Acción que se propaga en todas direcciones y no disminuye de Intensidad, es infrenable.
Si el estímulo NO es de intensidad suficiente, las fuerzas regeneradores RESTITUYEN el PMR y no se logra la generación de un PA propagable.
Este tipo de conducción del PA se realiza en las neuronas de tipo AMIELINICAS.
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++++++++++++++++++++++++++++
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - PMR
![Page 28: Biofisica Dela Conduccion Nerviosa](https://reader033.fdocumento.com/reader033/viewer/2022061109/545163f9b1af9fc7078b4575/html5/thumbnails/28.jpg)
CONDUCCIÓN SALTATORIA
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Este tipo de conducción del PA se realiza en las neuronas de tipo MIELINICAS (mas veloces).
![Page 29: Biofisica Dela Conduccion Nerviosa](https://reader033.fdocumento.com/reader033/viewer/2022061109/545163f9b1af9fc7078b4575/html5/thumbnails/29.jpg)
PROPIEDADES DEL POTENCIAL DE ACCIÓN
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![Page 30: Biofisica Dela Conduccion Nerviosa](https://reader033.fdocumento.com/reader033/viewer/2022061109/545163f9b1af9fc7078b4575/html5/thumbnails/30.jpg)
• UMBRAL DE EXCITACIÓN: para que se genere el PA, la intensidad del estímulo ha de ser tal que supere cierto valor de potencial (20 mV para la neurona)
• LEY DEL TODO O NADA: un estímulo supraumbral origina un PA que una vez producido se transmite a lo largo de toda la neurona. Si el estímulo es subumbral, el PA no se produce.
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![Page 31: Biofisica Dela Conduccion Nerviosa](https://reader033.fdocumento.com/reader033/viewer/2022061109/545163f9b1af9fc7078b4575/html5/thumbnails/31.jpg)
• PERÍODO REFRACTARIO: después que se ha producido el PA, existe un tiempo en el cual la célula no responde a los estímulos, posteriormente la célula va recuperando su excitabilidad.
• VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN: la velocidad con la que se conduce un impulso nervioso es constante. Depende de:– Diámetro de la fibra.– Presencia o ausencia de mielina.– Propiedades eléctricas de la membrana: resistencia,
capacitancia, etc.
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![Page 32: Biofisica Dela Conduccion Nerviosa](https://reader033.fdocumento.com/reader033/viewer/2022061109/545163f9b1af9fc7078b4575/html5/thumbnails/32.jpg)
BIBLIOGRAFÍA
• “Biofísica”; Calvo Bruzos, S.; Sandoval Valdemoro, E.; Summers Gamez, J.; Encuadernación Elva S.A.; Segunda edición, Madrid, España. 1987.
• “Temas de Biofísica”; Parisi, M.; McGraw-Hill Interamericana; Cuarta edición, México. 2003.
• “Biofísica”; Frumento, A. S.; Mosby/Doyma Libros S.A.; Tercera edición, Madrid, España 1995.
• “Manual de Biofísica”; Muracciole, J. C.; López Libreros Editores S.R.L.; Buenos Aires, Argentina. 1965.
32
![Page 33: Biofisica Dela Conduccion Nerviosa](https://reader033.fdocumento.com/reader033/viewer/2022061109/545163f9b1af9fc7078b4575/html5/thumbnails/33.jpg)
FIN
33