Bases estructurales y fisico-químicas del tejido excitable.

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1 Bases estructurales y fisico-químicas del tejido excitable.
núcleo de ingeniería biomédica facultades de ingeniería y medicina universidad de la república

2 Introducción Entre las células excitables se pueden distinguir principalmente las nerviosas (o neuronas) y las células musculares. NEURONAS - transmiten a otras y a células musculares, el impulso excitatorio. Característica fundamental para la formación del sistema nervioso. CÉLULAS MUSCULARES – Son las responsables de la contracción y distensión del tejido muscular. El músculo esquelético se compone de numerosas células musculares. La excitación de estas células generan mediante mecanismos químicos la contracción o distencsión de los músculos. En organismos complejos existen dos sistemas para la integración de información y generación de respuestas: Sistema Endócrino: que envía las órdenes a través de hormonas que inyecta a la sangre, generando respuestas en los órganos (por ej: corazón). Acción difusa y lenta. Sistema Nervioso: que envía órdenes a través de las redes neuronales o vías nerviosas, dirigidas directamente a cada órgano.

3 Introducción SISTEMA NERVIOSO PERIFÉRICO – Proyecciones del tejido nervioso desde los órganos centrales (cerebro, cerebelo, médula, etc) hasta los órganos periféricos. SISTEMA NERVIOSO CENTRAL – Constituido por encéfalo superior, encéfalo inferior y médula. Encéfalo inferior: Encargado de las funciones que no requieren atención consciente dirigida (sistema vestibular, respiración, etc.)‏ Encéfalo superior: Funciones conscientes, memoria. Médula: Vía de conducción de señales desde la periferia hasta el encéfalo.

4 Funciones del sistema nervioso
Funciones sensoriales: Los estímulos captados por neuronas especializadas llegan a través del SNP al SNC, originando respuestas. Funciones motoras: Control y regulación de actividades corporales. Se regulan músculos esqueléticos y liso, glándulas, etc. Funciones superiores: Elaboración de planes o ideas de actuación propios, utilizando la memoria.

5 Histología de la neurona
Soma - Contiene el núcleo celular. Ocurre la síntesis proteica. Dendritas - mayor parte de la estimulación eléctrica de la célula. Axón - extensión fina, semejante a un cable miles de veces el tamaño del soma. Transmite el impulso nervioso al exterior de la neurona. La neurona o célula nerviosa, es la célula excitable por excelencia, siendo estimulable eléctricamente. Su función es codificar y transmitir información mediante el estímulo nervioso; a su vez dicha información es procesada por el cerebro y la médula espinal. Están compuestas de un Soma o cuerpo celular, un árbol de dendritas y el axón. La mayoría de las neuronas de los vertebrados reciben los estímulos eléctricos en el soma o en el árbol de dendritas y transmiten el mismo a través del axón. Las células neuronales se comunican a través de sinapsis electroquímicas. El proceso fundamental que dispara la transmisión sináptica es el llamado potencial de acción. Las neuronas están altamente especializadas en el procesamiento y transmisión de señales bioeléctricas. Dada la diversidad de funciones que realizan en distintas partes del sistema nervioso, existe una gran variedad de tamaños, formas y propiedades electroquímicas de las mismas. Por ejemplo, el soma de una neurona puede variar de 4 a 100 micrones de diámetro. El soma es la parte central de la neurona. Contiene el núcleo celular y es donde ocurre la síntesis proteica de la neurona. El núcleo varía de 3 a 18 micrones de diámetro. Las dendritas de la neurona son extensiones celulares de muchas bifurcaciones, por lo que se las conoce también como árbol de dendritas. Es en las dendritas donde ocurre la mayor parte de la estimulación eléctrica de la célula. El axón es una extensión fina, semejante a un cable que puede extenderse hasta miles de veces el tamaño del diámetro del soma. El axón transmite las señales eléctricas hacia el exterior de la célula y generalmente estará cercano a otro árbol dendrítico de la red neural, para realziar la sinapsis con otra neurona. Cabe destacar que si bien la función principal de las dendritas es recibir el estímulo, se ha visto casos donde también la dendrita transmite estímulos hacia el exterior de la célula.

6 Histología de la neurona
La mayoría de las neuronas de vertebrados reciben la estimulación electroquímica en el soma o dendritas y lo transmiten a través del axón. Dicha transmisión se llama Transmisión sináptica.

7 Membrana celular Equilibrio electroquímico
Los potenciales biológicos involucran movimiento de iones entre el medio intra y extracelular. La distribución iónica no es simétrica a ambos lados de la membrana celular. gradientes de concentración

8 Difusión a través de la membrana celular
DOS TIPOS: PASIVA O FACILITADA. - Difusión simple: pasaje simple a favor de gradientes electroquímicos, pequeñas moléculas hidrosolubles, no iones. - Difusión por canales iónicos: transporte iónico, proteínas transportadoras selectivas, pueden ser: - Pasivos: siempre abiertos. - Activos: solo se abren frente a cierto estímulo (mecánico, electroquímico o cambios de voltaje) Selectividad, Comportamiento y cinética definen sus características. ACTIVA. - Bombas: transportan en contra de gradientes, consumen ATP.

9 Neurofisiología Ecuación de Nernst-Planck
R : Constante de los gases (8,31 J/K.mol)‏ Z : Valencia iónica T : Temperatura F : Constante de Faraday Pej: -90mV para el K

10 Neurofisiología Ecuación de Nernst-Planck

11 Neurofisiología POTENCIAL DE REPOSO Ecuación de Goldman-Hodgkin y Katz
Donde Pi es la permeabilidad del ión i a través de la membrana celular.

12 Modelado de la membrana celular
Comportamiento eléctrico característico, Circuito equivalente de una célula esférica. Vm es el potencial de reposo, rm y Cm las resistencia y capacidad de la célula. Cm tiene un valor aproximado de 1 uF/cm²

13 Modelado de la membrana celular
Componentes de las conduc-tancias de Na+ y K+ con sus respectivos potenciales de equilibrio.

14 Canales iónicos Como vimos, los canales iónicos son canales dependientes de voltaje: La variación de voltaje transmembrana modifica la permeabilidad de los canales, generando corriente iónica en favor de los gradientes electroquímicos.

15 Fenómenos eléctricos Potencial transmembrana puede modificarse por estímulos mecánicos, eléctricos, térmicos o químicos. Estímulos: Baja intensidad: Potencial local Alta intensidad: Potencial de acción

16 Potencial local El exceso de cargas eléctricas introducidas en la célula nerviosa, por estimulación eléctrica, causa una variación del potencial transmembrana. Esto induce un flujo neto de iones (principalmente K+). No ocurren cambios sustanciales en las permeabilidades de los canales iónicos. Dura de 10 a 15 ms. Tras lo cual se recupera las concentraciones iónicas y el potencial de reposo.

17 Potencial local

18 Potencial local No es autopropagable. Se extiende pocos mm.
Pueden tener signo positivo o negativo. Entrada de cargas positivas: depolarizante. Entrada de cargas negativas: hiperpolarizante. Son potenciales sumables.

19 Potencial de acción Si un estímulo o la suma de varios supera los 20 mV de depolarización, (sube de -70 mV a - 50 mV), se producen variaciones en las permeabilidades de los canales iónicos, provocando cambios bruscos de flujos iónicos y potencial transmembrana. Esto se llama Potencial de Acción. Se llama Potencial de Umbral, al cambio mínimo necesario para producir un Potencial de Acción.

20 Potencial de acción Fases del potencial de acción:
Depolarización: 0,2 a 0,5 ms. Se alcanza un voltaje de hasta +30 mV. Repolarización: 0,5 ms. El voltaje vuelve al valor de potencial de reposo. Post-potencial hiperpolarizante: El voltaje desciende por debajo del potencial de reposo.

21 Potencial de acción Ley del “Todo o nada”.
Amplitud variable, depende de del equilibrio iónico y permeabilidades de la neurona. Implica la apertura de canales iónicos dependientes de voltaje. Corta duración (1 a 2 ms). Depolarizante. No es sumable. Autopropagable por toda la membrana neuronal.

22 Potencial de acción

23 Potencial de acción Al final existe un desequilibrio ionico que es constantemente restaurado con la Bomba Na/K. Se consume ATP, se introducen iones K+ y se extraen iones Na+, en contra de los gradientes electroquímicos, buscando el equilibrio electroquímico.

24 Potencial de acción Existe el llamado Período Refractario.
Debido a que la permeabilidad de los canales de Na+ queda inactivada durante un breve lapso posterior al Pontencial de Acción. Esto da la direccionalidad en la propagacion del impulso. El Período Refractario Absoluto, es el lapso en el cual no se produce ningún potencial de acción, cualquiera sea la intensidad del estímulo (duración entre 1 y 2 ms). El Período Refractario Relativo, es el lapso en que puede producirse un Potencial de Acción, pero con un estímulo superior al normal.

25 Propagación del potencial de acción

26 Propagación del potencial de acción
Existen axones mielínicos y amielínicos. Amielínicos: Conducción continua. Mielínicos: Conducción saltatoria. A lo largo del axón mielínico existen espacios sin mielina llamados Nodos de Ranvier. En estos nodos se genera el potencial de acción. La propagación saltatoria consume menos cantidad de energía al tener que mover menos iones la Bomba Na/K.

27 Propagación del potencial de acción entre neuronas
La terminación del axón se llama “cono axónico”. Tiene mayor densidad de canales iónicos, lo que la hace más fácilmente excitable. Los terminales axónicos son zonas especializadas en liberar neurotransmisores que son los responsables de mediar en la sinapsis. Las dendritas se ubican en la postsinapsis, obteniendo un estímulo químico que genera un Potencial de Acción.

28 Histología de la neurona