Células excitables.
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Cátedra: Fisiología Humana
Docente: Susana Leyes
Susana Leyes - 2009
Fisiología de las células excitables
Objetivos
Definir y describir los fenómenos eléctricos de las células excitables.
Introducción Todas las células: Potencial de membrana en
reposo.
Algunas células: generan un potencial de acción propagado. Se las llama excitables.
Las células excitables son: las neuronas, músculo estriado, cardíaco y liso.
Potencial de reposo en neuronas y células musculares estriadas
M. Plasmática: barrera semipermeable selectiva.
Posee mecanismos de transporte activo de iones (bombas) y canales químicos: de voltaje y de fuga de Na+ y K+ .
Las características de permeabilidad selectiva y la presencia de canales y bombas en la membrana
Composición del LIC diferente a la del líquido extracelular LEC.
Suma de aniones y cationes, intra / extra celular: 150 a 160 mEq/L.
Concentración de iones en reposo.
Generación del potencial de reposo
Potencial difusivo de Na+; K+ y Cl –
Bomba de Na+/K+
Gradientes determinantes del movimiento de los iones Na+ y K* en células excitables
Si bien la membrana en reposo es poco permeable al Na+, cierto número de estos cationes penetran a la célula siguiendo su gradiente eléctrico y de concentración.
Generación del PMR: Bomba Na+/K+ ATPasa
LEC
LIC
La suma de los movimientos iónicos descriptos da como resultado un valor de potencial de reposo de – 90mV, en axones de gran diámetro y fibras musculares de gran tamaño.
Este valor es diferente para axones pequeños o células musculares.
Potencial de acción
Concepto de potencial local. Propiedades
Concepto de umbral Propiedades del potencial de acción.
Ley del todo o nada.
Potenciales locales en células excitables
Su función se relaciona con alcanzar el valor umbral de voltaje de la membrana. En este
momento se produce:
La apertura de canales de voltaje de Na+ y K+ permite que se produzca el
Potencial de acción. (Ley del todo o nada)
Potenciales locales en neuronas
Las neuronas presentan dos tipos de potenciales locales:
Potencial postsináptico excitatorio (PPSE) Potencial postsináptico inhibitorio (PPSI)
PPSE PPSI
Potencial postsináptico excitatorio
Disminuye el valor del PMR de la neurona postsináptica, y lo acerca al valor umbral, lo que permite que se desencadene el potencial de acción).
Mientras dura su acción la membrana postsináptica es más excitable y está hipo-polarizada (más cercana al valor umbral)PMR
Sumación de estímulos: Umbral
Potencial postsináptico inhibitorio (PPSI)La unión de un neurotransmisor inhibidor a su receptor
en la membrana postsináptica, abre canales para los iones K+ (que salen) o Cl- (que entran).
El PPSI aleja el valor de voltaje interior de la membrana del valor umbral, haciendo necesaria la presencia de un estímulo de mayor intensidad para llegar al umbral y descargar el potencial de acción. Esta situación se describe como hiperpolarización de la membrana
Los PPSI se suman en forma algebraica a los PPSE que se están descargando sobre una neurona.
Potenciales locales en receptores periféricos sensoriales:Potencial generador o potencial de receptor.
Propiedades de los potenciales locales
Amplitud y duración: aumentan con el aumento del estímulo (a diferencia del potencial de acción que tiene siempre la misma intensidad y duración).
Duran más que el potencial de acción y, si antes de desaparecer el primero, se produce otro, ambos se suman.
Los potenciales locales no tienen períodos refractarios.
Potencial de acción
Para que se produzca un potencial de acción, el potencial de reposo de dicha célula debe incrementarse hasta un valor (umbral) en el que se abran los canales de Na+ y K+ dependientes de voltaje.
Estos canales están bloqueados en el reposo
Canales de voltaje
Ley del todo o nada
Una vez alcanzado el umbral, la apertura de canales iónicos de voltaje desencadena el potencial de acción.
Su magnitud del potencial de acción es independiente de la intensidad del estímulo que lo originó.
Potencial de acción: secuencia de eventos
1. Potencial de reposo
2. Estímulo
3. Apertura de canales químicos de sodio+
4. Despolarización (canales de voltaje de sodio)
5. Cierre de canales de sodio y apertura completa de canales de potasio
6. Repolarización
7. Potencial ulterior negativo
8. Regreso al estado de reposo
Propagación del impulso nervioso
La función principal de las neuronas es recibir, procesar y transmitir información.
El “lenguaje” de las neuronas es el potencial de acción, que, luego de originarse en un punto del axón (cono axónico), se transmite a lo largo del mismo como impulso nervioso.
Los axones constituyen fibras nerviosas.
Las fibras nerviosas del Sistema nervioso central (SNC) se denominan tractos nerviosos o vías, las fibras nerviosas en el S N Periférico se denominan nervios periféricos.
En ambos hay dos tipos de fibras nerviosas: mielínicas y las amielínicas.
Corte transversal de un axón mielinizado
Generación y conducción del potencial de acción: axón no mielinizado
Fuente: Purves, D. Neuroscience Third Edition
Generación y conducción del potencial de acción: axón mielinizado
Fuente: Purves, D. Neuroscience Third Edition
Repasamos …Partes de una neurona:
Comunicación entre neuronas(sinapsis)
Tipos de sinapsis
Sinapsis química. Elementos constitutivos.
Sinapsis químicas
1. Potencial de acción2. Apertura de canales
de calcio3. Las vesículas con
neurotransmisor se fusionan a la membrana del botón axónico.
4. Liberación del neurotransmisor
Neurotransmisión: secuencia de eventos
Neurotransmisión: repasamos la secuencia de eventos
Sinapsis químicas inter neuronales
Axo-dendríticas
Axo-somáticasMixtas: Axo-axónicas
y axo-somáticas
Pensamos… qué tipo de sinapsis es?
Neuroglia Conjunto de células no excitables más
pequeñas y más abundantes que las neuronas.
Las superan en 5 a 10 veces en número. Funcionalmente: no participan
directamente en la interacción sináptica
Neuroglia: tipos de células Cuatro tipos principales gliales:
Astrocitos
Oligodendrocitos – células de schwan (forman mielina)
Microglia (fagocitosis)
Epéndimo (revisten ventrículos y conducto medular) y células coroideas (forman líquido cefalorraquídeo)
Los neurotransmisores pueden tener efecto excitatorio o inhibitorio sobre la neurona siguiente.
Tipos de neurotransmisores:
Aminas biógenas: acetilcolina, Noradrenalina, adrenalina, dopamina, serotonina, histamina.
Aminoácidos: glutamato; GABA; aspartato, glicina, etc.
Péptidos Lípidos: anandamida Gases: óxido nítrico
Principales Neuropéptidos aislados en el SNC Péptidos Opioides: Proopiomelanocortina
(POMC): β –endorfina y otros
Péptidos hipotalámicos
Péptidos Hipofisarios: ACTH, MSH
Qué ocurre luego de la liberación del neurotransmisor?
Célu
las e
xcitab
les: m
úscu
lo
OB
JETIV
OS
Identificar la sinapsis para la transmisión neuromuscular .
Describir la secuencia de acontecimientos en la transmisión neuromuscular,
Distinguir la diferente naturaleza del potencial de placa motora y del potencial de acción muscular.
Describir las posibles acciones de al menos dos agentes que bloqueen la
transmisión neuromuscular. Explicar cómo trabajan los motores
moleculares de la célula para generar fuerza y transportar las organelas y otras
cargas.
Célu
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s:
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JETIV
OS
Describir la secuencia de eventos implicados en la contracción y relajación muscular.
Enumerar las fuentes de energía para la contracción muscular y ordenarlas respecto a su velocidad relativa y capacidad de proporcionar ATP para la
contracción. Explicar los conceptos de contracción
isotónica e isométrica. Comparar las relaciones fuerza-
velocidad Y Tensión longitud del músculo esquelético
Al finalizar debe estar familiarizado con:
La organización del músculo y las características de las células del músculo esquelético.
Los componentes estructurales del sarcómero. Los eventos de la unión neuromuscular. Los principales conceptos envueltos en la
contracción muscular y la producción de tensión. Como las fibras musculares obtienen la energía
para la contracción. La contracción aerobia y la anaerobia, tipos de
fibras musculares y desempeño muscular. Las diferencias entre los músculos esquelétivo,
cardiaco y liso.
Produce el movimiento esquelético› Tendones y huesos
Mantiene postura y posición corporal› Tono muscular
Provee soporte a los tejidos blandos› Sostiene y protége: 6 pack
Proteje entradas y salidas› esfinteres
Mantiene temperatura corporal› 1ra ley de TD
Almacenaje de nutrientes› 1ra, 2da, 3ra fuentes de energia?
Funciones del músculo esquelético
Sinapsis neuro muscular
Los músculos esqueléticos están inervados por neuronas motoras cuyo cuerpo neuronal está en el asta anterior de la médula espinal y en los núcleos motores de los pares craneanos.
Estas sinapsis utilizan acetilcolina como neurotransmisor.
13/04/2023
Constitución muscular del organismo
• 40% Músculo esquelético• 10% Músculo Liso y Cardíaco.
FUNCIONES1. Mantenimiento de forma y posición2. Protección 3. Movimiento.4. Generación de calor
TIPOS DE TEJIDO MUSCULAR:• Estriado (esquelético y cardíaco)• Liso.
Excitabilidad
Contractilidad
Extensibilidad
Elasticidad
Caracteristicas del tejido muscular
Actina Miosina
Estructura de la sinapsis neuromuscular
mitocondrias
Pliegues de la hendidura sináptica
músculo
La enzima acetilcolinesterasa es responsable tanto de la síntesis como de la inactivación de acetilcolina
Acción de la acetilcolinaActúa a través de su unión
a receptores:
Los receptores nicotínicos están en el músculo esquelético.
Los receptores muscarínicos están en el músculo liso
Unidad motora
Cerca de la unión neuromuscular el axón pierde su capa de mielina y se ramifica en miles de finas ramas terminales ensanchadas en el extremo, llamadas botón terminal.
Cada botón terminal hace sinapsis con una fibra muscular.
El axón y las fibras musculares inervadas por él se denomina UNIDAD MOTORA.
40% Músculo esquelético 10% Músculo Liso y Cardíaco.
Funciones:1. Mantenimiento de forma y posición2. Protección 3. Movimiento.4. Generación de calor
Tipos de tejido muscular:• Estriado (esquelético y cardíaco)• Liso.
Constitución muscular del organismo
Tipos de músculos y fibras musculares
a. Según su localización y función: Músculo estriado esquelético (locomoción y postura) Músculo estriado cardíaco Músculo visceral: forma la pared de los órganos
internos (vísceras huecas) y vasos sanguíneos.
b. Según estructura microscópica: estriado y liso.
c. Según la regulación de su actividad: voluntarios o involuntarios.
A.Excitabilidad
B. Contractilidad
C. Extensibilidad
D. Elasticidad
Características del tejido muscular esquelético
Músculo estriado esquelético: funciones
El Pot. de acción contracción muscular.
La energía mecánica producida puede generar:a) movimiento b) fuerza c) presión d) calor
El SNC controla el movimiento muscular. Recibe información relativa a la velocidad,
fuerza y posición del músculo o del miembro. (aferencias de receptores musculares, articulares, tendinosos, visuales, auditivos.
Procesa la información y envía órdenes motoras a través de sus eferencias motoras: voluntarias (piramidales) e involuntarias (extrapiramidales)
Fascículo muscular
Fibra muscular
Miofibrilla
Sarcómera
Actina Miosina
Músculo estriado esquelético: estructura
Músculo esqueléticoLa imagen estriada que le da su denominación se debe a que las miofibrillas se disponen paralelamente al eje de la fibra, con alternancia de líneas y zonas claras (I) y oscuras (A).
Microfotografía electrónica que muestra la organización de sarcómera.
Filamentos Delgados: Actina, tropomiosina y Troponina
Actina: › Actina G: forma globular, dos cadenas
forman:› Actina F o actina fibrilar. Posee sitio activo de
unión a la miosina
Proteínas reguladorasTroponina: Complejo de tres prot. Globulares (T, I, C)
› Troponina T: Se une a tropomiosina› Troponina I: Junto con tropomiosina inhibe la interaccion
Actina miosina› Troponina C: Se une al Calcio. Inicia la contraccion.
Tropomiosina: Prot. Filamentosa que, en reposo, bloquea los sitios activos de la actina. Bloquea el sitio de unión con miosina.
Fuente: Guyton, A: Bases fisiológicas de la práctica médica. (2005)
Miosina Posee:
› Un par de cadenas pesadas. Se enlazan y forman la cola de la molécula de miosina
› Dos pares de cadenas ligeras: se enrollan y forman dos cabezas globulares (sitio de unión para la actina)
Cabeza (puente cruzado) unión de la actina e hidrólisis de ATP.
Fuente: Guyton, A: Bases fisiológicas de la práctica médica. (2005)
Miosina y actina
Fuente: Guyton, A: Bases fisiológicas de la práctica médica. (2005)
La sarcómera es la unidad estructural y funcional del músculo
Acople electromecánico
Bomba de calcio
Fuente: Guyton, A: Bases fisiológicas de la práctica médica. (2005)
Mecanismo de la contracción muscular
Calcio + troponina C
Cambio conformacional del complejo tropomiosina /troponina
Se descubre el sitio activo de la actina.
La activación de la miosina se origina con la unión al ATP. La
zona globular de la miosina sólo muestra actividad ATPasa
cuando se une a la actina y la energía liberada por la
hidrólisis del ATP se utiliza para realizar ciclos de giro,
desunión y readhesión de la cabeza de la miosina sobre el
filamento delgado, provocando el deslizamiento de este
último con respecto al de miosina.
Como esto ocurre simétricamente en los dos extremos de los filamentos gruesos, el sarcómero se acorta, y disminuye la longitud de la banda I y de la zona H, aunque los filamentos no cambian de longitud. Es la teoría del deslizamiento de los filamentos.
Fuente: Guyton, A: Bases fisiológicas de la práctica médica. (2005)
Teoría del filamento deslizante.
Fenómeno contráctil La fibra muscular aislada responde al potencial
de acción con una respuesta mecánica llamada sacudida muscular que tiene 2 fases: contracción y relajación. La sacudida muscular aislada responde a la ley del todo o nada.
Las masas musculares pueden graduar la velocidad, tensión y grado de acortamiento muscular.
Contracción muscular o sacudida
Pero las masas musculares pueden graduar la fuerza de contracción…
El grado de tensión desarrollado por una masa muscular depende de:
1. El número de fibras musculares estimuladas: Unidad motora. Características relevantes:
Tamaño (depende de la especificidad del movimimiento realizado)
Reclutamiento = fuerza Asincronía: resistencia a la fatiga
2. El grado de tensión desarrollado por cada fibra depende de:
La frecuencia de estimulación. Longitud inicial de la fibra La carga Susceptibilidad a la fatiga
Unidad motora Reclutamiento:
permite graduar la fuerza contráctil
Asincronía: evita y/o retrasa la fatiga
La propiedad de la contracción muscular
esquelética de incrementar la intensidad de su
respuesta mecánica frente a 2 o más estímulos sucesivos se llama
ADICIÓN
Frecuencia de estimulación:
Cuanto más lenta sea la contración, menor será la frecuencia de estímulos necesarios para tetanizar el músculo: Para músculos lentos: 30 estím./seg.
Para músculos rápidos: 100 estím./seg
Mayor tensión cuando la longitud inicial de la sarcómera es de 2 a 2.2 micras
Fuente: Guyton, A: Bases fisiológicas de la práctica médica. (2005)
Relación carga/velocidad de contracción
Fuente: Guyton, A: Bases fisiológicas de la práctica médica. (2005)
Hay tres tipos principales de unidades motoras:
lentas (L) Rápidas-resistentes a la fatiga (RRF), y Rápidas-fatigables (RF).
Hay tres tipos de fibras musculares que encajan con las tres unidades motoras:
Oxidativas Lentas (Tipo I) Oxidativas Rápidas Glucoliticas (Tipo
IIA) Rápidas Glugolíticas (Tipo IIB).
Músculos rojos Músculos de respuesta lenta (Fibras tipo I). Constituídos por fibras de respuesta lenta, que
desarrollan contracciones de larga duración resistentes a la fatiga.
Son mas pequeños. Inervadas por fibras nerviosas más pequeñas. Muy vascularizados, para favorecer la llegada
de O2. Gran Nº de mitocondrias pora llevar a cabo el
metabolismo oxidativo. Gran [mioglobina], incrementa el
almacenamiento de O2 mitocondrial.
Unidades motoras rápidas (músculos blancos) – Fibras tipo II
Son músculos de respuesta rápida Desarrollan contracciones de breve duración,
se utilizan en ejercicios que impliquen fuerza y/o velocidad.
Son poco resistentes a la fatiga. Masas musculares muy grandes. Ret. Sarcoplasmico extenso, para liberación
rápida de Ca++. [] de Enz. Glucolíticos, para liberación rapida
de energía. Riego sanguíneo por del metabolismo
oxidativo. - Nº de mitocondrias por del metabolismo
oxidativo. -
Propiedad Contracción lenta oxidativa
Contracción rápida Contracción rápida glucolítica
Color Rojo Rojo Blanco
Velocidad decontracción
Lenta Rápida Rápida
Actividad ATPasa Baja Alta Alta
Fuente de ATP Fosforilación oxidativa Fosforilación oxidativa Glucólisis
Diámetro Pequeño Intermedio Grande
Retículo sarcoplásmico Poco desarrollado Intermedio Muy
desarrollado
Red capilar y mitocondrias Extensa Intermedia Escasa
Fatigabilidad Lenta (m. posturales)
Intermedia Rápida (fuerza y velocidad)
Sistemas metabólicos musculares
Reservas de ATP intracelular. Conversión de reservas de alta
energía de fosfocreatina a ATP. Generación de ATP mediante
glucólisis anaerobia. Metabolismo oxidativo del Acetil-
CoA
Hipertrofia muscular:
Aumento de número y tamaño de las miofibrillas.
Aumento de la cantidad de proteínas contráctiles.
Aumento cuantitativo y de la resistencia de las tejidos conectivos, tendinosos y ligamentosos.
El músculo esquelético puede desarrollar una tensión de 3 a 4 kg/m2 de área de sección transversal
ACCIÓN MUSCULAR: TIPOS
Las acciones de los músculos pueden clasificarse en distintos tipos: ISOTÓNICA ESTÁTICA CONCÉNTRICA EXCÉNTRICA ISOCINÉTICA TETÁNICA
ISOTÓNICA: es el
tipo más común de
contracción. En
ella el ejercicio se
realiza con una
carga constante,
aunque la
resistencia varía
dependiendo del
ángulo de la
articulación.
ESTÁTICA (isométrica) :
el músculo genera
fuerza, pero su longitud
permanece estática.
También se llama
isométrica. Ocurre, por
ej. cuando sostenemos
un peso o cuando la
carga es muy pesada. En
este caso la miosina y la
actina se unen, pero no
hay movimiento.
CONCÉNTRICA: es
la acción principal.
En ella el músculo
se contrae al
tiempo que ejerce
la fuerza
EXCÉNTRICA: el músculo genera fuerza pero se alarga. La fuerza externa supera a la del músculo. El movimiento está controlado . Ocurre por ejemplo cuando bajamos un peso. Los músculos son utilizados como freno
Es frecuente en:› Equitación› Bajar pendientes› Esquiar
Bibliografía: Guyton: Tratado de Fisiología
Médica. Editorial Elsevier 11ª edición. 2006.
Best y Taylor. Bases fisiológicas de la práctica médica. Ed. Médica Panamericana. 13° Edición. 2003.
Preguntas, aportes, comentarios…