CÁTEDRA DE BIOFÍSICA
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SALTA
FAC. DE CS AGRARIAS Y VETERINARIAS
2008
Farm. Pablo F. Corregidor 1
BIOFÌSICA DE LA CONDUCCIÒN NERVIOSA
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.
2
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”
3
FORMA DE ACTUACIÓN DEL SISTEMA NERVIOSO
4
RECEPTOR
Célula nerviosa o NEURONA
ESTÍMULO
Órgano EFECTOR
Célula sensorial o RECEPTORA
• 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.
5
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
6
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.
7
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.
8
BASES FÍSICAS DEL POTENCIAL DE MEMBRANA
9
• 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+)
10
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)
11
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
12
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
13
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
14
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.
15
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)
16
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
17
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
18
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
19
POTENCIAL DE ACCIÓN
20
• 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.
21
22
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.
23
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
24
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
25
PROPAGACIÓN DEL POTENCIAL DE ACCIÓN
26
++++++++++++++++++++++++++++
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
++++++++++++- -+++++++++++++
-- - - - - - - - - - - ++ - - - - - - - - - - - - -
++++++++ + - - - - - - - - +++++++++
- - - - - - - - - ++++++++ + - - - - - - - - -
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.
27
++++++++++++++++++++++++++++
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - PMR
CONDUCCIÓN SALTATORIA
28
Este tipo de conducción del PA se realiza en las neuronas de tipo MIELINICAS (mas veloces).
PROPIEDADES DEL POTENCIAL DE ACCIÓN
29
• 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.
30
• 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.
31
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
FIN
33
Top Related