TEXTO DE FISIOLOGÍA GENERAL

PREFACIO.
Esta obra constituye el segundo texto de los tres que contempla el proyecto PAPIME
clave 192086 . El propósito fundamental de dicho proyecto es aportar a los estudiantes
de la carrera de medicina veterinaria y zootécnia de la FES-Cuautitlan, herramientas
didácticas que apoyen el desarrollo del proceso de enseñanza-aprendizaje en el área de
fisiología.
Por tal motivo, el contenido , extensión y profundidad de los temas aquí tratados se
apegan estrictamente a los objetivos del programa de estudios vigente de la asignatura
de fisiología general de la mencionada carrera, omitiendo la información que es tratada
en las asignaturas que son requisito y tienen seriación con dicha asignatura.
Hemos procurado que el contenido de este texto se sustente en información científica
actualizada obtenida de diferentes fuentes especializadas en el área, y de la propia
experiencia académica de los autores.
El texto esta organizado en 11 capítulos de acuerdo a la secuencia temática que
contempla el programa de estudios de la asignatura de fisiología general. Este orden
facilita al estudiante la consulta del texto en función del desarrollo de dicho programa
durante el semestre lectivo.
El capítulo 1 abarca información referente a las propiedades generales de las células
procarióticas, así como a la morfofisiología de las células eucarióticas y el equilibrio
funcional de las mismas.
El capítulo 2 aborda la estructura de la membrana plasmática, las propiedades
funcionales de la misma, los fenómenos de transporte que se manifiestan a través de
dicha estructura, y la importancia que tienen los receptores a nivel de la membrana.
El capítulo 3 contiene información respecto al fenómeno de la excitabilidad, que
sustenta a manera de introducción el estudio de las propiedades de los tejidos excitables,
particularmente el tejido nervioso y el tejido muscular.
En el capítulo 4 se abordan las propiedades estructurales y funcionales de las neuronas.
El capítulo 5 trata la información relativa a las propiedades funcionales del tejido glial;
un conjunto de células más numerosas que las neuronas que nutren, sostienen y
protegen el tejido nervioso.
En el capítulo 6 se analizan los aspectos anatómicos y funcionales de la sinápsis
neuronal tanto de tipo excitatorio como inhibitorio.
El capítulo 7 abarca el estudio de los aspectos anatómicos y los mecanismos fisiológicos
relacionados con la transmisión de impulsos nerviosos a los músculos esquelético, liso y
cardíaco.
El capítulo 8 analiza la estructura del tejido muscular y los procesos fisiológicos
inherentes al complicado fenómeno de la contracción muscular.
El capítulo 9 abarca la información relativa a la actividad refleja de la médula espinal.
El capítulo 10 aborda la temática relativa a la actividad de los receptores sensoriales en
el organismo de los mamíferos domésticos.
Por último, en el capítulo 11 se analizan la estructura y funcionamiento de los sentidos
especiales; el oído, la vista, el gusto y el olfato.
Para ilustrar el contenido de los temas hemos preferido emplear figuras y esquemas que
a nuestro juicio son lo más objetivos posible, para facilitar en el estudiante su
comprensión. De ninguna manera corresponden a la realidad anatómica. Por otra parte,
el estudiante debe tener presente que en condiciones “in situ” los tejidos y órganos no
son tan regulares y de contornos lisos como suelen ilustrarse en esquemas y figuras.
Al inicio de cada capítulo, se relacionan “palabras clave” con la finalidad de que el
estudiante dedique especial atención a la información que se desprende de dichas
palabras o conceptos.
Al final de cada capítulo el estudiante encontrará guías de autoevaluación cuyo
propósito es valorar y retroalimentar el aprendizaje. La resolución de dichas guías
tendrá un peso específico en la calificación final del curso de acuerdo al criterio del
profesor. Cualquier duda que los estudiantes tengan respecto al contenido del texto y de
las guías de autoevaluación , podrán aclararlas con los profesores del curso dentro del
programa de asesorías curriculares cuyos horarios y sitios de consulta están
contemplados en el programa de estudios de la asignatura de fisiología general que al
inicio del curso se proporciona a todos los estudiantes.
Finalmente deseo expresar mi agradecimiento y reconocimiento a mis compañeros
colaboradores de este proyecto por el entusiasmo y trabajo desempeñado. Por otra parte,
no cabe duda de que tenemos el firme propósito de mejorar el contenido de este texto en
ediciones futuras, por lo que agradeceremos a los alumnos y académicos sus críticas y
sugerencias.
Responsable del Proyecto
Marco Antonio Fajardo Román
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INDICE
CAPÍTULO 1.-LA CÉLULA Y EL EQUILIBRIO FUNCIONAL........... 7
Células procarióticas 7
Células eucarióticas 7
Ribosomas 10
Retículo endoplásmico 10
Aparato de Golgi 10
Lisosomas 11
Mitocondria 12
Centriolos 14
Citoesqueleto 14
Núcleo 15
Nucleolo 15
Uniones intercelulares 16
Equilibrio funcional 17
Resumen 18
Guía de autoevaluación 20
CAPÍTULO 2.- LA MEMBRANA PLASMÁTICA........... 23
Introducción 23
El sistema de membranas celulares 24
Funciones generales de la membrana celular 25
Estructura de la membrana celular 26
Fenómenos de transporte pasivo a través de la membrana celular 44
Difusión simple 45
Diálisis 47
Òsmosis 47
Difusión facilitada 50
Transporte metabólico (transporte activo) a través de la membrana celular 53
Transporte en masa a través de la membrana celular 56
Endocitosis 56
Pinocitosis 56
Fagocitosis 58
Exocitosis 58
Resumen 58
Guía de autoevaluación 59
CAPÍTULO 3.- EXCITABILIDAD........... 62
Los tejidos excitables 62
Factores que afectan la excitabilidad 63
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CAPÍTULO 4.- EL TEJIDO NERVIOSO........... 64
Morfología de la neurona 64
Fenómenos eléctricos en las neuronas 69
Conducción nerviosa en axones mielínicos y amielínicos 72
Potenciales compuestos en los nervios mixtos 74
Metabolismo del nervio 75
Tipos de fibras nerviosas 76
Resumen 76
CAPÍTULO 5.- EL TEJIDO GLIAL........... 78
Astrocitos 78
Oligodendroglia 79
Microglia 79
Resumen 80
Guía de autoevaluación 80
CAPÍTULO 6.- SINAPSIS NEURONAL........... 81
Anatomía fisiológica de la sinapsis 81
Sinapsis excitadora 83
Sinapsis inhibidora 85
Neurotransmisores 88
Características de la transmisión sináptica 94
Resumen 95
Guía de autoevaluación 96
CAPÍTULO 7.- SINAPSIS NEUROMUSCULAR........... 99
Anatomía fisiológica de la unión neuromuscular en el músculo esquelético 99
Excitación del músculo esquelético 100
Anatomía fisiológica de la unión neuromuscular en el músculo liso 101
Excitación e inhibición del músculo liso 103
Anatomía de la unión neuromuscular en el corazón 104
Fisiología básica del sistema nodal del corazón 105
Resumen 107
Guía de autoevaluación 108
CAPÍTULO 8.- LA CONTRACCIÓN MUSCULAR........... 111
Contracción de las fibras musculares esqueléticas
Anatomía de las fibras musculares esqueléticas 111
Conducción de impulsos en las fibras musculares esqueléticas 113
El proceso de contracción en el músculo esquelético 116
Metabolismo del músculo esquelético 119
Aspectos mecánicos de la contracción muscular 120
Contracción de las fibras musculares lisas
Anatomía de las fibras musculares lisas 122
Propiedades eléctricas de las fibras musculares lisas 123
4
Características del proceso contráctil 124
Contracción de las fibras musculares cardíacas
Anatomía de las fibras musculares cardíacas 124
Propiedades eléctricas de las fibras musculares cardíacas 125
Propiedades mecánicas de las fibras musculares cardíacas 126
Metabolismo del músculo cardíaco 126
Resumen 127
Guía de autoevaluación 128
CAPÍTULO 9.- REFLEJOS MEDULARES........... 130
Sistemas aferentes y eferentes 130
Niveles funcionales del sistema nervioso 131
Reflejos medulares 131
Arco reflejo 132
Tipos de arcos reflejos 134
Reflejo de tracción 136
Reflejo tendinoso 137
Reflejo flexor 138
Reflejo extensor 139
Reflejos en animales espinales 139
Resumen 140
Guía de autoevaluación 141
CAPÍTULO 10.- ACTIVIDAD SENSORIAL........... 143
Clasificación de los receptores sensoriales 143
Excitación de los receptores sensoriales 143
Fenómeno de adaptación 144
Sensaciones somáticas 145
Sensaciones cinestésicas 148
Sensaciones dolorosas 148
Sensaciones térmicas 150
Transmisión nerviosa de señales mecánicas, dolorosas y térmicas 151
Resumen 153
Guía de autoevaluación 154
CAPÍTULO 11.- LOS SENTIDOS ESPECIALES........... 158
El sentido del oído
Anatomía fisiológica del oído 158
Propiedades de las ondas sonoras 161
Transmisión de sonido en el oído 162
Mecanismos de la audición; función del órgano de Corti 163
Resumen 164
El sentido de la vista
Anatomía fisiológica del ojo 165
Mecanismo de formación de imágenes 166
5
Receptores visuales; conos y bastones 176
Fotoquímica de la visión 177
Vías nerviosas 177
Movimientos oculares 180
Resumen 181
Sentido del gusto
Receptores del gusto 183
Excitación de los receptores del gusto 184
Transmisión de señales gustativas 184
Modalidades del sabor 185
El sentido del olfato
Receptores olfatorios 18
Transmisión de señales olfatorias 187
Resumen 187
Guía de autoevaluación 188
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CAPÍTULO 1.- LA CÉLULA Y EL EQUILIBRIO FUNCIONAL.
Palabras clave: Procariótica, eucariótica, ribosomas, retículo endoplásmico,
aparato de Golgi, lisosomas, mitocondria, centriolo, microtúbulo, microfilamento,
homeostasis.
La célula es definida como la unidad anatómica y funcional de todo ser vivo. Las
células son estructuras extraordinarias; poseen un programa genético; son capaces de
autoduplicarse dando origen a dos células hijas; tienen la capacidad de captar
transformar y consumir energía, realizan múltiples funciones bioquímicas que
constituyen el metabolismo celular, se diferencian y especializan para realizar funciones
específicas, responden a los estímulos del medio ambiente, es decir son excitables y
poseen mecanismos de autorregulación
De acuerdo al proceso evolutivo que consumió millones de años, existen dos variedades
de células: las procarióticas y las eucarióticas.
Las células procarióticas (pro=antes y karión=núcleo) fueron los primeros organismos
que poblaron el planeta, y existen evidencias científicas de que éstas dieron origen a las
células eucarióticas (eu=bien, y karión=núcleo) primitivas. Ambos tipos de células
poseen ciertas características comunes, sin embargo existen notables diferencias
respecto a su tamaño y grado de desarrollo que a continuación de manera comparativa
vamos a referir.
Las células procarióticas corresponden a las bacterias y se agrupan en dos familias: las
arqueobacterias que son los organismos más primitivos y las eubacterias. Las primeras
abarcan tres variedades; las bacterias metanógenas productoras de gas metano, las
halófilas que habitan en medios salinos y las termoacidófilas que habitan en manantiales
calientes y muy ácidos. Las eubacterias corresponden a las llamadas algas azul verdosas
o cianobacterias que son los organismos más complejos dentro de su tipo. El
micoplasma es la eubacteria más pequeña y carece de pared celular.
El tamaño de las células procarióticas oscila entre 1-5 um; exhiben membrana celular y
carecen de núcleo, el material nuclear se agrupa en un nucleiode rodeado por
citoplasma, y el DNA esta constituido exclusivamente por cromosomas. Durante la
división celular no existe condensación de los cromosomas y tampoco se forma el
aparato fusiforme, en consecuencia los procesos de división celular son más rápidos,
consumen menor tiempo que en las células eucarióticas. Sus organelos no están bien
diferenciados y no se descubren estructuras membranosas internas. En general son
células asexuadas y con una estructura morfofuncional más sencilla..
Las células eucarióticas corresponden al resto de los organismos vivientes; protistas,
hongos, plantas y animales. Su tamaño es mayor que las procarióticas, oscila entre 1030 um y su membrana celular de naturaleza lipoprotéica es una estructura dinámica que
participa en muchos procesos fisiológicos que más adelante trataremos. Poseen núcleo
bien definido, rodeado por una doble membrana porosa que encierra el material nuclear,
el DNA esta compuesto por cromosomas y proteínas. Durante la división celular
(mitosis) los cromosomas se duplican y condensan y son separados formándose el huso
mitótico. La estructura y funciones de las células eucarióticas es más compleja; poseen
un conjunto de organelos bien diferenciados y especializados que desempeñan
funciones esenciales para la supervivencia y son células sexuadas.
En el organismo de los mamíferos, como en muchos otros seres, células con el mismo
origen y estructura se agrupan para constituir tejidos, tales como el conectivo, epitelial,
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muscular y nervioso. Grupos de tejidos diferentes pero con un propósito funcional
común conforman órganos, como: la lengua, faringe, esófago, estómago, intestinos,
hígado, páncreas, riñón, etc. Los órganos que desempañan funciones integradas
constituyen a su vez aparatos y sistemas.
En los mamíferos descubrimos el aparato digestivo cuyo propósito funcional es la
degradación mecánica, química, microbiológica y enzimática de los alimentos, así como
la absorción de los nutrientes; el aparato reproductor que asegura la preservación de la
especie; el aparato locomotor que permite el equilibrio y desplazamiento; el aparato
respiratorio encargado de los intercambios gaseosos del organismo con el medio
ambiente; el aparato urinario que filtra continuamente la sangre para depurar de ella los
metabolitos que son eliminados a través de la formación de orina; el aparato circulatorio
cuya función esencial consiste en el transporte de oxígeno y nutrientes a los tejidos, y el
transporte de bióxido de carbono y productos de desecho hacia los órganos de
excreción; el sistema endocrino que a través de sus productos de secreción llamados
hormonas regula el funcionamiento de diversos órganos y tejidos; el sistema
inmunológico encargado de la defensa del organismo contra agentes patógenos; y el
sistema nervioso que conduce impulsos nerviosos cuya finalidad es regular las
funciones corporales.
A pesar de que existen diferencias notables en las células que integran el organismo
animal en cuanto a su forma, tamaño, estructura y funciones, todas ellas presentan una
estructura común conformada por la membrana celular, citoplasma, organelos, núcleo y
citoesqueleto (fig.1-1)
La membrana celular es una estructura conformada esencialmente por proteínas y
lípidos, así como por una escasa proporción de carbohidratos. Es la envoltura externa de
la célula, delimita la superficie del citoplasma y separa el medio interno de la célula del
espacio extracelular.
El grosor de la membrana celular es de 7.5 um en promedio y sus constituyentes no son
estáticos; exhiben movimiento y se renuevan constantemente.
La membrana celular participa en diversos fenómenos de transporte de sustancias hacia
el citoplasma y desde el citoplasma, posee receptores celulares que interaccionan con
hormonas y agentes neurotransmisores y tiene propiedades antigénicas. Los detalles
acerca de la estructura y funciones de la membrana celular son tratados en el capítulo 2.
El citoplasma representa el cuerpo de la célula, constituye un estado coloidal y esta
compuesto básicamente por agua, proteínas, carbohidratos, grasas y compuestos
inorgánicos.
El agua es el componente más abundante del citoplasma, representa un 80% de la masa
celular. Constituye el medio donde ocurren las reacciones bioquímicas de la célula;
disuelve a la gran mayoría de los solutos presentes en el citoplasma; facilita el
transporte de sustancias dentro de la célula y es un importante medio termorregulador
en la célula.
Las proteínas son después del agua, los constituyentes más abundantes en el citoplasma,
representan un 15% de la masa celular. Funcionalmente se identifican proteínas
estructurales y enzimáticas, y participan además generando presión osmótica en el
medio interno de la célula, debido a que por su tamaño no son difusibles en la
membrana celular.
Los carbohidratos representan un 3% de la masa celular, tienen funciones energéticas y
corresponden esencialmente a monosacáridos cuyo principal representante es la glucosa.
Esta se almacena en las células bajo la forma de un polímero denominado glucógeno.
Las grasas existen en una escasa proporción 2-3% de la masa celular, representan una
importante fuente de energía y abarcan principalmente ácidos grasos y colesterol.
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Las principales sales inorgánicas en el citoplasma son potasio, fosfato, sulfato,
magnesio y una baja concentración de sodio, cloro, calcio y bicarbonato. Estos
compuestos brindan productos necesarios para las reacciones bioquímicas en la célula,
participan en el equilibrio acuoso y como veremos en el capítulo 3 tienen una
importante participación en la generación de los potenciales de membrana y acción.
Membrana celular
Microtúbulos
Ribosomas
Retículo endoplásmico rugoso
Mitocondria
Retículo endoplásmico liso
Núcleo
Membrana nuclear
Aparato de Golgi
Nucleolo
Lisosoma
Peroxisomas
Centriolos
Fig.1-1.- Representación esquemática de los componentes estructurales una célula eucariótica
Los organelos existentes en el citoplasma de las células eucarióticas conforman un
sistema de estructuras especializadas en las cuales se realizan diversas funciones, tales
como: la síntesis de proteínas; el plegamiento, acondicionamiento y empaquetamiento
de éstas; procesos digestivos; biosíntesis de energía en forma de ATP; síntesis de
esteroides; y procesos de desintoxicación celular entre otras. Dichas estructuras están
rodeadas por membranas lo que permite la división del trabajo dentro de la célula.
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Los organelos u organitos celulares son: el retículo endoplásmico, ribosomas, aparato de
Golgi, lisosomas, mitocondrias, peroxisomas y centriolos.
El retículo endoplásmico esta conformado por una red de túbulos cuya pared esta
recubierta por una membrana. Se distinguen dos regiones anatómicas el retículo
endoplásmico rugoso denominado así debido a que presenta adheridos a la cara externa
de la membrana ribosomas, y el retículo endoplásmico liso que carece de ribosomas.
Las funciones que desempeña la región rugosa están relacionadas con la síntesis de
proteínas y el plegamiento de éstas mediante la formación de puentes disulfuro. En
tejidos como la corteza de las glándulas adrenales, ovarios y testículos la síntesis de
esteroides se lleva a cabo en la región lisa; en las células que carecen de tal función se
llevan a cabo procesos de desintoxicación.
Como veremos en el capítulo 8, en el músculo esquelético el retículo endoplásmico se
denomina sarcoplásmico y tiene una importante participación en el proceso de la
contracción muscular al liberar iones de calcio responsables de activar dicho proceso.
Los ribosomas son organelos de 15 nm de diámetro, conformados por dos subunidades;
una grande 60s y otra menor 40s (fig.1-2) denominadas así en razón a su velocidad de
sedimentación a la ultracentrifugación (s= svedberg unidad de sedimentación). Un gran
número de ribosomas están adheridos externamente al retículo endoplásmico rugoso,
otros se encuentran libres en el citoplasma. Están compuestos por ARN ribosómico y
proteínas, y la función que desempeñan es la síntesis de las proteínas existentes en la
célula. Los ribosomas que se encuentran libres en el citoplasma sintetizan proteínas
especiales como son las moléculas de globina que conforman la hemoglobina.
Las proteínas recién sintetizadas en los ribosomas bajo control genético del DNA, pasan
a las cisternas del retículo endoplásmico donde son plegadas e incorporadas a vesículas
las cuales emergen de éste para incorporarse al aparato de Golgi.
Subunidad 40s
Subunidad 60s
Fig.1-2.- Representación esquemática de un ribosoma.
El aparato de Golgi es un conjunto de sacos aplanados, apilados en grupos de 5, 6 o
más, la pared de cada saco esta recubierta por una membrana unitaria. En las células con
actividad secretora dicho organelo es prominente y de hecho se pueden encontrar varios
aparatos de Golgi. Cada aparato constituye una estructura polarizada con dos regiones
una cis y otra trans en donde se cumplen las funciones esenciales de este organelo que
abarcan el acondicionamiento y empaquetamiento de productos de secreción para
conformar gránulos de secreción que son expulsados de la célula mediante endocitosis.
En el aparato de Golgi se forman los lisosomas originales llamados gránulos de
almacenamiento.
La formación de gránulos de secreción (fig.3-1), involucra procesos complejos que se
inician cuando las vesículas desprendidas del retículo endoplásmico se incorporan en la
región cis del aparato de Golgi, desde donde son transportadas secuencialmente a través
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de los demás sacos hasta la región trans donde se desprenden como gránulos de
secreción para abandonar la célula por endocitosis.
Retículo endoplásmico
VESÍCULA
CIS
TRANS
Exocitosis
Gránulo de secreción
Fig. 1-3.- Esquema que representa la formación de un gránulo de secreción.
Los lisosomas son corpúsculos de contorno irregular cuyo tamaño y distribución en la
célula es variable. Son especialmente abundantes en aquellas células que exhiben
actividad fagocítica como es el caso del sistema de los macrófagos. La pared de los
lisosomas esta conformada por membrana unitaria que encierra el contenido lisosómico
abundante en diversas enzimas, tales como: colagenasa, arilsulfatasa, catepsina,
ribonucleasa, fosfatasa ácida, desoxirribonucleasa ácida, galactosida y manosidasa entre
otras.
Funcionalmente se distinguen cuatro variedades de lisosomas: el gránulo de
almacenamiento, la vacuola digestiva, vacuola autofágica y cuerpo residual (fig.1-4). El
gránulo de almacenamiento es el lisosoma original formado en el aparato de Golgi.
Cuando la célula ingiere mediante endocitosis partículas en solución, por ejemplo
moléculas proteicas, se forma un endosoma el cual se fusiona con el gránulo de
almacenamiento para dar origen a la vacuola digestiva. Dentro de ésta se lleva a cabo la
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acción de las enzimas lisosómicas las cuales degradan las partículas ingeridas y los
productos finales resultantes difunden al citoplasma.
Estructuras celulares dañadas son digeridas por los lisosomas, bajo esta condición éstos
se denominan vacuolas autofágicas. Cabe destacar que la ruptura de las membranas de
los lisosomas también conduce a la formación de vacuolas autofágicas las cuales vierten
su contenido enzimático en el citoplasma provocando con ello la autolísis celular. Los
lisosomas que acumulan desechos resultantes de la actividad enzimática digestiva, se
denominan cuerpos residuales los cuales son excretados de la célula.
Endocitosis
Invaginación de la membrana
Endosoma
Fusión
Gránulo de almacenamiento
Lisosoma dañado (vacuola autofágica)
Vacuola digestiva
Liberación de productos de la digestión
liberación de enzimas
Cuerpo residual
Autolísis celular
Fig.1-4.- Representación esquemática de los tipos funcionales de lisosomas.
Las mitocondrias (fig.1-5), son organelos que exhiben diversas formas; ovoides,
esféricas, en forma de varilla, sin embargo las más comunes semejan a una salchicha.
Su pared esta conformada por una doble membrana una externa y otra interna, separadas
por un espacio llamado intracrestal. La membrana interna presenta proyecciones hacia
el interior llamadas crestas mitocondriales en las que se localizan unidades fosforilativas
compuestas por un sistema que transporta electrones (cadena respiratoria) y la enzima
encargada de la síntesis de ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico llamada
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ATPsintasa. Dichas unidades también se ubican en los bordes libres de la membrana
interna
La membrana externa esta tachonada por enzimas oxidativas que proporcionan materias
primas empleadas en los procesos metabólicos que ocurren en el interior de la
mitocondria.
La cavidad interna de la mitocondria se denomina matriz mitocondrial y esta ocupada
por un material gelatinoso que disuelve a las enzimas del ciclo de Krebs, a excepción de
la enzima
que se ubica en la membrana interna. En el ciclo de
Krebs la glucosa previamente convertida en piruvato, junto con aminoácidos y ácidos
grasos son transformados finalmente en CO2 y agua. Los átomos de hidrógeno liberados
en dicho ciclo son captados por el NAD(dinucletido de nicotinamida) y el FAD
(flavinadenindinucletido) y posteriormente cedidos en pares a la cadena respiratoria a
través de la cual se transfiere hidrógeno de un extremo a otro de la cadena donde se
localiza oxígeno molecular para formar finalmente agua. A lo largo de la cadena
respiratoria sus componentes se reducen y acto seguido se reoxidan a medida que el
hidrógeno es transportado.
La cadena respiratoria esta constituida por flavoproteìnas, proteínas de sulfuro de hierro,
ubiquinona (CoQ) y un sistema de citocromos . Su ordenamiento en la cadena obedece a
su potencial redox.
La energía derivada del transporte de electrones sustenta la translocación de protones en
la membrana interna de la mitocondria a partir de lo cual la ATPsintasa realiza la
síntesis de ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico.
El ATP es empleado en los procesos metabólicos que requieren aporte de energía como
lo es la síntesis de proteínas, la actividad de la bomba de Na+ - K+ , la actividad de la
Ca++ ATPasa, la contracción muscular, etc. Es importante destacar que además el ATP
es el precursor de AMPcìclico, un compuesto que actúa como segundo mensajero en los
mecanismos de acción de diversas hormonas.
En conclusión las mitocondrias son las centrales donde se genera la energía y por lo
tanto son muy numerosas en los tejidos cuya tasa metabólica es alta, y se les localiza en
los sitios donde se requiere aporte de energía.
Las mitocondrias poseen DNA mitocondrial, que sustenta la teoría de que estos
organelos originalmente fueron organismos autónomos que llegaron a establecer una
relación simbiótica con células eucarióticas estirpes, incorporándose finalmente en ellas.
El DNA mitocondrial regula la síntesis de ciertos componentes proteínicos que
participan en la fosforilación oxidativa.
El detalle del proceso de la fosforilación oxidativa no constituye objetivo de este texto.
Membrana externa
Matriz
crestas
membrana interna
espacio intracrestal
Fig.1-5.- Esquema de una mitocondria
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Los centriolos son dos estructuras cilíndricas localizadas cerca del núcleo y dispuestas
entre sí formando un ángulo recto. Su pared esta conformada por microtúbulos
dispuestos longitudinalmente en grupos de tres. Durante la mitosis los centriolos se
duplican y cada par se separa hacia los polos de la célula para formar el huso mitósico.
Los peroxisomas son organelos muy pequeños de .5 um de diámetro, rodeados de una
membrana que transporta sustancias al exterior y interior del organelo. Los peroxisomas
contienen una variedad de enzimas que catalizan diversas reacciones como el
metabolismo de los ácidos grasos de cadena larga.
En los peroxisomas los radicales superóxido generados en el metabolismo y que son
sumamente tóxicos, son inactivados
Citoesqueleto.
El esqueleto celular brinda a las células soporte estructural, puede modificar su forma,
exhibe movimientos y transporta sustancias en el interior de la célula.
Las estructuras que conforman el citoesqueleto son: Microtúbulos y microfilamentos.
Los microtúbulos constituyen un sistema de túbulos huecos con un diámetro de 15 nm,
conformados por proteínas fijadoras y dos subunidades proteicas llamadas tubulinas alfa
y beta. Estos componentes son dímeros que se encuentran en un estado dinámico, es
decir continuamente se están uniendo y desuniendo para formar y desconformar
microtúbulos (fig. 1-6). La temperatura tiene efecto sobre este fenómeno, el calor
favorece la formación de microtúbulos, en tanto que el frío tiene el efecto contrario.
La proteína fijadora llamada cinesina esta presente en los microtúbulos.
Las funciones que desempeñan los microtúbulos se relacionan con el transporte de
vesículas, participan en la formación del huso mitótico y forman parte del esqueleto
celular.
Los microfilamentos a diferencia de los microtúbulos son estructuras sólidas
conformadas por una proteína especial, contráctil, denominada actina, existente también
en el tejido muscular como uno de los componentes de las miofibrillas. Las unidades de
actina se llaman G-actina , y su polímero es la F-actina.
En los microfilamentos también se descubren proteínas fijadoras de actina que junto con
las proteínas fijadoras de los microtúbulos constituyen un sistema motriz intracelular.
Algunas de estas proteínas son la cinecina y dineína que llevan a cabo el desplazamiento
de partículas, organelos y otros componentes del citoplasma.
La F-actina es el componente estructural de los microfilamentos. Asociada a la actina se
ubica otra proteína denominada miosina I diferente a la miosina II del tejido muscular.
Es común encontrar microfilamentos adheridos a la membrana celular a través de
diversas proteínas.
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TUBULINA ALFA
TUBULINA BETA
EXTREMO DE UNIÓN
MICROTÚBULO
EXTREMO DE DESUNIÒN
Fig.1-6 Unión y desunión de tubulinas alfa y beta.
Los centriolos son dos estructuras cilíndricas ubicadas cerca del núcleo formando un
ángulo recto entre sí. La pared de ambos centriolos esta compuesta por microtúbulos
que contienen γ tubulina.
La función de los centriolos se manifiesta durante la división celular (mitosis), en efecto
cuando se inicia ésta, los centriolos se duplican y ambos pares se separan hacia cada
polo para formar el huso mitótico.
Núcleo.
El núcleo de la célula constituye el centro vital de la misma, contiene la información
genética y regula la actividad metabólica de la célula a través del control genético de la
síntesis de proteínas en los ribosomas, que es analizado en detalle en el curso de
bioquímica.
La pared nuclear esta conformada por una doble membrana unitaria, con permeabilidad
selectiva y que exhibe poros que poseen dos anillos a través de los cuales ingresan al
núcleo proteínas, y salen de éste diferentes tipos de ARN.
En el núcleo existe un nucleolo, filamentos adheridos a la membrana nuclear y los
cromosomas.
El nucleolo es prominente en todas las células en crecimiento, esta conformado por
gránulos ricos en ARN, y es el sitio donde se forman los ribosomas.
Los cromosomas existen en pares (excepto en las células sexuales) procedentes cada
uno de los progenitores.
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Cada cromosoma esta constituido por una molécula gigante de DNA que junto con
proteínas conforman la llamada cromatina. Una determinada porción de la molécula de
DNA corresponde a los genes las unidades de la herencia.
Uniones intercelulares.
Las uniones entre las células son de dos tipos: a) estructurales; cuya finalidad es brindar
soporte y firmeza entre las células y tejidos adyacentes y b) de transferencia o de paso;
cuyo propósito es permitir el desplazamiento de iones y moléculas entre las células.
Las uniones estructurales abarcan distintas variedades como la unión apretada,
desmosomas y zona adherente. El hemidesmosoma y la adhesión circunscrita adhieren
las células a la lámina basal. Las uniones de transferencia pueden ser en hendidura o
brecha.
En las uniones intercelulares tienen una importante participación proteínas llamadas
moléculas de adhesión de las cuales se conocen cuatro variedades: integrinas cuya
función es enlazar receptores; inmunoglobulinas G; cadherinas que unen células entre si
y son dependientes de Ca++; y selectinas que enlazan carbohidratos.
16
EQUILIBRIO FUNCIONAL.
El mantenimiento del equilibrio funcional del organismo se denomina homeostasis, este
término también se define como la suma de reacciones fisiológicas que ocurren en el
organismo para restablecer el equilibrio funcional cuando éste se ha alterado.
El organismo de los animales domésticos dispone de una organización morfofuncional
eficiente en la que se sustenta el mantenimiento de la homeostasis. Los mecanismos
inherentes a ésta tienen la característica de actuar por retroalimentación negativa, la cual
para este caso la podemos definir de la siguiente manera: la respuesta final a un
estímulo dado es negativa respecto al estímulo original. Con el propósito de ilustrar este
concepto vamos a citar el mecanismo homeostático que se desencadena cuando los
niveles sanguíneos de bióxido de carbono (CO2) exceden los límites fisiológicos (fig.18). Bajo este supuesto, el exceso de C02 es reconocido por quimiorreceptores
localizados en las paredes de los vasos sanguíneos; los cuales se excitan bajo el
estímulo adecuado y se generan impulsos nerviosos que son conducidos por neuronas
sensitivas hasta el centro respiratorio ubicado en el bulbo raquídeo. Las señales
integradas en esta región son interpretadas y elaboradas las respuestas específicas que
viajan por motoneuronas a los órganos efectores, en esta caso a los pulmones para
incrementar la frecuencia respiratoria y la ventilación pulmonar con el fin de eliminar el
exceso de C02 y restablecer la concentración sanguínea fisiológica de este gas. El
estímulo original (exceso de C02) es positivo; la respuesta final (disminución de C02)
es negativa respecto al estímulo original que la desencadenó.
Qumiorreceptor
Neurona sensitiva
bulbo raquídeo
CO2 (exceso)
pulmones
aumento de la frecuencia respiratoria
CO2 descenso
mayor ventilación pulmonar
Fig.1-8.- Representación del mecanismo homeostático que regula la concentración sanguínea de CO2
17
Los principales sistemas del organismo que regulan la homeostasis son : el sistema
nervioso, el endocrino y enzimático.
El sistema nervioso conduce e integra los impulsos nerviosos que controlan y regulan
las funciones corporales.
El sistema endocrino a través de sus productos de secreción las hormonas, regula la
actividad d diversos órganos y tejidos.
La participación del sistema enzimático determina la velocidad de las reacciones
bioquímicas que ocurren en los tejidos.
RESUMEN.
De acuerdo al proceso evolutivo, existen dos variedades de células: las procarióticas y
las células eucarióticas. Las primeras corresponden a las bacterias y se caracterizan
porque carecen de núcleo, en consecuencia el material nuclear se agrupa en un
nucleoide rodeado de citoplasma. Poseen vías metabólicas comunes, tienen membrana
plasmática, en general sus organelos son poco diferenciados, los procesos de división
celular son más rápidos y en general son células asexuadas.
Las células eucarióticas corresponden al resto de los seres vivos; protistas, hongos,
plantas y animales. Se denominan así debido a que poseen núcleo bien definido,
rodeado por una doble membrana porosa que encierra el contenido nuclear conformado
por los cromosomas, proteínas asociadas y el nucleolo. La membrana celular es una
estructura lipoproteica que limita la superficie del citoplasma, separa el espacio
intracelular del líquido extracelular y participa en muy diversas funciones relacionadas
con el transporte de sustancias y propiedades antigénicas entre otras.
Las células eucarióticas poseen una estructura morfofuncional más desarrollada y
compleja, exhiben en el citoplasma organelos desarrollados y diferenciados que poseen
una membrana que permite la división del trabajo intracelular.
Los organelos de las células eucarióticas son: ribosomas, retículo endoplásmico, aparato
de Golgi, lisosomas, mitocondrias, centriolos y peroxisomas.
Los ribosomas son los sitios donde se lleva a cabo la síntesis de proteínas dirigida por el
DNA nuclear. Las proteínas recién sintetizadas pasan a un sistema de túbulos de paredes
membranosas que conforman el retículo endoplásmico rugoso donde son plegadas y
envueltas en vesículas. Dichas vesículas se desprenden para pasar al aparato de Golgi.
El retículo endoplásmico liso carente de ribosomas, es el sitio donde se sintetizan
esteroides en aquellas células que tienen tal capacidad, como es el caso de la corteza
adrenal, testículos y ovarios. En otras variedades de células el retículo endoplásmico
liso es la zona donde se llevan a cabo procesos de desintoxicación celular.
El aparato de Golgi conformado por un conjunto de sacos aplanados y apilados en
grupos de 5, 6 o más, es una estructura polarizada donde las vesículas que proceden del
retículo endoplásmco rugoso, ingresan a él para formar finalmente gránulos de
secreción que abandonan la célula mediante exocitosis.
Los lisosomas son organelos de forma irregular formados en el aparato de Golgi. Su
pared esta constituida por una membrana que encierra el contenido lisosómico rico en
una gran variedad de enzimas. La función de los lisosomas se relaciona con los procesos
digestivos que ocurren en la célula. Funcionalmente se detectan cuatro variedades de
18
lisosomas: el gránulo de almacenamiento, la vacuola digestiva, la vacuola autofágica y
el cuerpo residual.
Las mitocondrias son las centrales eléctricas de la célula donde se sintetiza el principal
compuesto de alto contenido energético denominado ATP. Son organelos con una gran
variedad de formas, las más comunes semejan a una salchicha. Su pared esta
conformada por una doble membrana separadas por un espacio intracrestal. La
membrana externa esta tachonada de enzimas que proporcionan productos necesarios
para los procesos que ocurren en el interior de la mitocondria. La membrana interna
presenta proyecciones hacia el interior del organelo llamadas crestas mitocondriales. En
éstas y en los bordes libres de la membrana interna se localizan un sistema que
transporta electrones e hidrógeno de un extremo a otro para formar finalmente agua; y la
enzima encargada de la síntesis de ATP denominada ATPsintasa. La energía derivada
del transporte de electrones permite translocar protones del espacio intracrestal hacia la
matriz mitocondrial a través de la enzima ATPsintasa para formar ATP a partir de ADP
y fosfato inorgánico.
Los centriolos son dos pequeños cuerpos cilíndricos dispuestos cerca del núcleo
formando un ángulo recto. Su función se manifiesta durante la división celular donde se
duplican y participan en la formación del huso mitótico.
Los peroxisomas son estructuras diminutas que poseen diversas enzimas que participan
en diversos procesos metabólicos, como el metabolismo de los ácidos grasos de cadena
larga.
En las células eucarióticas se descubre un citoesqueleto que brinda soporte y forma a
dichos elementos, y que esta conformado por microtúbulos y microfilamentos. Los
microtúbulos son estructuras huecas que continuamente se ensamblan y desensamblan
por agregación y separación respectivamente de las dos subunidades que los conforman
llamadas tubulinas alfa y beta. Los microfilamentos son estructuras sólidas compuestas
por unidades de la proteína actina cuyo polímero de denomina G actina.
Tanto los microtúbulos como los microfilamentos poseen proteínas fijadoras que
conforman un sistema motriz dentro de la célula, encargado del transporte de sustancias
y organelos celulares.
El núcleo celular es el centro vital de la célula donde se regula la actividad metabólica
de la misma, a través del control genético de la síntesis de proteínas; y en donde se
contiene la información que es transmitida de las células madres a células hijas.
La homeostasis se define como el equilibrio funcional del organismo. Los mamíferos
poseen una organización morfológica y funcional eficiente que les permite reaccionar
ante las variaciones del medio ambiente para mantener el equilibrio homeostático.
Dichos mecanismos actúan por retroalimentación negativa, es decir la respuesta final a
un estímulo dado es negativa con relación al estímulo original.
Los principales sistemas de control de la homeostasis en los mamíferos son: el
nervioso, endocrino y enzimático.
19
Guía de autoevaluación.
Opción única verdadera.
1.- Las células procarióticas:
a) Dieron origen a las células eucarióticas primitivas.
b) Abarcan a las bacterias metanógenas.
c) Corresponden a las bacterias halófilas y termoacidófilas.
d) Comprenden las llamadas eubacterias.
e) Todas las anteriores.
2.- Y dichas células se caracterizan:
a) Por carecer de núcleo.
b) Ser más pequeñas que las células eucarióticas.
c) Porque el DNA esta conformado exclusivamente por los cromosomas.
d) Por ser en términos generales células asexuadas.
e) Todas las anteriores.
3.- Las células eucarióticas:
a) Poseen núcleo definido que encierra el material genético.
b) Exhiben organelos desarrollados.
c) Las dos anteriores.
d) Son más pequeñas que las células procarióticas.
e) Todas las anteriores.
4.- Los ribosomas:
a) Son un conjunto de túbulos membranosos.
b) Llevan a cabo la síntesis de lípidos en
c) la célula.
d) Las dos anteriores.
e) Es el sitio donde se sintetiza el ATP celular.
f) Ninguna de las anteriores.
5.- El retículo endoplásmico:
a) Exhibe dos regiones anatómicas.
b) Lleva a cabo la síntesis de lípidos y esteroides
c) Las dos anteriores.
d) Esta conformado por dos subunidades una 60s y otra 40s
e) Todas las anteriores.
6.- En las cisternas del retículo endoplásmico:
a) Se forman vesículas.
b) Se forman precursores de gránulos de secreción.
c) Las dos anteriores.
d) Se lleva a cabo la bisíntesis de ATP.
e) Todas las anteriores.
7.- En el retículo endoplásmico rugoso:
a) Ocurre la síntesis de proteínas.
b) Se sintetizan esteroides.
c) Se sintetiza ATP.
d) Se sintetizan lípidos.
e) Ninguna de las anteriores.
8.- Son los organelos encargados de llevar a cabo la síntesis de proteínas:
a) Lisosomas.
20
b) Mitocondrias.
c) Ribosomas.
d) Centriolos.
e) Microtúbulos.
9.- Los lisosomas:
a) Son el aparato digestivo de la célula.
b) Se forman a partir del aparato de Golgi.
c) Poseen enzimas digestivas.
d) Todas las anteriores.
e) Ninguna de las anteriores.
10.- Lleva a cabo la digestión de partículas necesarias para la célula:
a) Cuerpo residual.
b) Vacuola autofágica.
c) Gránulo de almacenamiento.
d) Vacuola digestiva.
e) Ninguna de las anteriores.
11.- La lesión de las membranas de los lisosomas da orígen a la formación de:
a) Cuerpos residuales.
b) Vacuolas autofágicas
c) Las dos anteriores
d) Gránulos de almacenamiento
e) a y b.
12.- Las mitocondrias:
a) Poseen DNA.
b) Presentan una pared conformada por una doble membrana.
c) Poseen enzimas oxidativas.
d) Son responsables de llevar a cabo la síntesis de ATP.
e) Todas las anteriores.
13.- La síntesis de ATP:
a) Se lleva a cabo principalmente en la matríz mitocondrial.
b) Esta ligada al ciclo de Krebs.
c) Las dos anteriores.
d) Demanda la participación de la cadena respiratoria.
e) Todas las anteriores.
14.- En la fosforilación oxidativa:
a) Participa un sistema que transporta electrones.
b) Se forma oxígeno molecular
c) Participa la enzima ATPsintasa
d) Todas las anteriores
e) Ninguna de las anteriores.
15.- Participan en la formación del huso mitótico:
a) Lisosomas.
b) Centriolos.
c) Mitocondrias.
d) Ribosomas.
e) Gránulos de secreción.
16.- Los microtúbulos:
a) Están conformados por dímeros que se unen y desunen continuamente.
b) Los factores térmicos afectan la formación de microtúbulos.
c) Poseen proteínas fijadoras.
21
d) Transportan vesículas, conforman el citoesqueleto y el huso mitótico.
e) Todas las anteriores.
17.- Los microfilamentos:
a) Son estructuras sólidas compuestas de una proteína llamada actina
b) Conforman un sistema motríz dentro de la célula junto con las proteínas fijadoras de
los microtúbulos.
c) Las dos anteriores.
d) Llevan a cabo la síntesis de energía.
e) a y e.
18.- El núcleo de la célula:
a) Esta rodeado por un doble membrana porosa.
b) Regula la actividad metabólica de la célula.
c) Posee la carga genética de todo individuo.
d) Determina las características hereditarias
e) Todas las anteriores.
19.- Las uniones intercelulares:
a) Pueden ser estructurales.
b) Son de transferencia o de paso
c) Abarcan variedades como los desmosomas, unión apretada y zona adherente.
d) Dependen de proteínas de adhesión.
e) Todas las anteriores.
20.- Los sistemas homeostáticos:
a) Son aquellos que provocan la coagulación sanguínea.
b) Restablecen el equilibrio funcional cuando este se ve afectado.
c) Actúan por retroalimentación negativa.
d) a y c.
e) b y c.
22
CAPÍTULO 2.- LA MEMBRANA PLASMÁTICA.
Palabras clave: membrana unitaria, fosfolípidos, proteínas membranales, difusión
simple, ósmosis, difusión facilitada, transporte activo, endocitosis, pinocitosis,
fagocitosis, secreción y excreción.
Introducción.
Las paredes externas de una casa con sus puertas, ventanas y ventilas constituyen una
barrera fuerte, rígida y selectiva de lo que entra y sale, protegiendo a los habitantes de
un mundo externo cambiante y hostil, además las paredes internas con sus puertas
permiten que el medio ambiente de cada cuarto conserve características ambientales
especiales que le dan confort y factibilidad de desarrollar actividades de sobrevivencia.
Se podría esperar al comparar esa casa con una célula del tipo de la eucarióticas, que su
límite exterior sería la membrana plasmática la cual será igualmente una barrera dura,
impenetrable y selectiva de lo que intercambia con su entorno, protegiendo así el
delicado contenido interno contra los rigores de un inhóspito exterior, también los
organelos celulares constituidos por membranas conservarían un interior con
características adecuadas que les permitieran desarrollar funciones especiales.
En 1925, dos científicos holandeses, E. Gorter y F. Grendel, propusieron por primera
vez que las membranas celulares podían contener una bicapa de lípidos. Estos
investigadores extrajeron lípidos de eritrocitos humanos y midieron la superficie
cubierta por dichos lpidos al extenderlos sobre la superficie del agua. Puesto que los
eritrocitos de mamífero carecen de núcleo y de organelos citoplásmicos, la membrana
plasmática es la única estructura que contiene lípidos; por lo tanto, se puede asumir que
todos los lípidos del eritrocito corresponden a la membrana plasmática. La proporción
entre la superficie de agua cubierta por los lípidos extraídos de eritrocitos y la superficie
calculada para los eritrocitos de los cuales se extrajeron dichos lípidos varió entre 1.8 y
2.2 a 1. Gorter y Grendel concluyeron que la verdadera proporción era 2:1 y que la
membrana plasmática contenía una capa bimolecular de lípidos o simplemente una
bicapa de lípidos. También sugirieron que los grupos polares de cada capa molecular
(hoja) se dirigen al exterior de la bicapa. Esta sería la disposición termodinámicamente
favorecida, puesto que los grupos polares de la cabeza de los lípidos podían interactuar
con las moléculas de agua que los rodean, en tanto que las cadenas hidrófobas de lípidos
acilo estarían protegidas del medio acuoso. Por lo tanto, los grupos de las cabezas
polares enfrentan al citoplasma en un borde y el plasma sanguíneo en el otro. Aunque
Gorter y Grendel efectuaron varios cálculos erróneos (compensados entre sí por
casualidad), llegaron a la conclusión correcta de que las membranas naturales contienen
una bicapa de lípidos.
Los primeros modelos de la estructura de la membrana, en particular el propuesto en
1935 por Hugh Davson, del University College de Londres, y por James Danielli, de la
Universidad de Princeton, propusieron que las proteínas de la membrana se encontraban
en la superficie externa de la bicapa de lípidos. Posteriormente hacia finales de la
década de 1950 las primeras micrografías electrónicas, logradas por J.D. Robertson, de
la Universidad Duke, mostraron la membrana plasmática como una estructura de tres
capas compuesta por dos capas de color oscuro orientadas hacia afuera y en medio una
capa de color claro. Todas las membranas que se examinaron con detalle, ya fueran
23
plasmáticas, nucleares, reticulares tomadas de plantas, animales o microorganismos,
mostraron esta misma ultra estructura.
Hacia finales del decenio de 1950 las técnicas para preparar y teñir tejidos habían
progresado hasta el punto que permitieron observar con claridad la membrana
plasmática mediante microscopio electrónico. Las primeras micrografías electrónicas,
como las logradas por J.D. Robertson, de la Universidad Duke, mostraron la membrana
plasmática como una estructura de tres capas compuesta por dos capas de color oscuro
orientadas hacia afuera y en medio una capa de color claro. Todas las membranas que se
examinaron con detalle, ya fueran plasmáticas, nucleares o citoplásmicas, o las tomadas
de plantas, animales o microorganismos, mostraron esta misma ultra estructura.
El sistema de membranas celulares
La membrana plasmática forma el límite externo de la parte viviente de una célula. Es
una estructura maravillosamente compleja que debe realizar las funciones
contradictorias de separar el citoplasma de la célula del medio exterior, mientras que,
simultáneamente, transporta substancias seleccionadas al interior o de la célula.
Las diferentes estructuras del RE, rugoso y liso, reflejan sus diferentes funciones. las
enzimas embebidas en las membranas del RE liso son el principal sitio de la síntesis de
lípidos, incluyendo a los fosfolípidos del RE y otras membranas. En algunas células el
RE liso también sintetizan otro tipos de lípidos, hormonas esteroides, testosterona y
estrógenos producidas en los órganos reproductores de los mamíferos. Los ribosomas
que se encuentran en la parte externa del RE rugoso sintetizan proteínas, incluyendo
proteínas de membrana. Por lo tanto, el RE puede sintetizar tanto componentes lipídicos
como proteicos. Aunque la mayor parte de las membranas sintetizadas en el RE forman
membranas nuevas o RE de reemplazo, algunas se mueven hacia el interior para
reemplazar la membrana nuclear o hacia el exterior para formar el aparato de Golgi, los
lisosomas y la membrana plasmática.
Los ribosomas que se encuentran sobre el RE también fabrican las proteínas que
algunas células secretoras exportan hacia sus alrededores, incluyendo las enzimas
digestivas y las hormonas proteicas (por ejemplo, insulina secretada por las células del
páncreas). Conforme los ribosomas que se encuentran en la cara externa del RE,
sintetizan estas proteínas, son transportadas de inmediato dentro de los conductos. Las
proteínas se mueven por el RE y se acumulan en los extremos, especialmente los
extremos cercanos al aparato de Golgi. Entonces estos cúmulos son “eliminados” y
forman vesículas recubiertas por membrana que migran hacia el aparato de Golgi.
El aparato de Golgi es un conjunto especializado de sacos membranosos que se originan
a partir del retículo endoplásmico. De hecho, el aparato de Golgi se parece a una pila de
RE liso que ha sido usada, aplanando la parte central y haciendo que los extremos
sobresalgan. Las vesículas eliminadas del RE liso se fusionan con los sacos en uno de
los lados de la pila del Golgi, agregando su membrana a la del Golgi y vaciando su
contenido en los sacos del aparato de Golgi. Separa las proteínas y los lípidos que se
reciben del RE de acuerdo con su destino; por ejemplo, el Golgi separa las enzimas
digestivas que son limitadas por los lisosomas a partir de las hormonas que serán
secretadas por la célula, empaca esos materiales en vesículas que son transportadas a
otras partes de la célula (el RE) o a la membrana plasmática para su exportación y
modifica algunas moléculas –por ejemplo, agregando azúcares a proteínas ubicadas a
nivel de la membrana para hacer glucoproteínas para que finalmente se ubique en la
superficie celular rellenando y agrandando la membrana plasmática.
24
Como se puede apreciar la envoltura nuclear, el RE liso y rugoso, el aparato de Golgi,
los lisosomas, las vesículas de transferencia y la membrana plasmática forman un
sistema membranoso organizado, ordenado e integrado.
Funciones generales de la membrana celular.
Las membranas son hojas continuas, sin aberturas, como las que encierran los
compartimientos intracelulares. La membrana plasmática rodea todo el contenido de la
célula, en tanto que las membranas nuclear y citoplásmica incluyen varios espacios
celulares internos en los cuales tienen lugar actividades especializadas. Igual que el
espacio dentro de un edificio debe dividirse para tener actividades de diferente tipo en
sus compartimientos con un mínimo de interferencia externa, así también debe dividirse
la célula. En la célula, la compartamentalización es particularmente importante
debido a que los diferentes espacios están llenos, de líquido, y si estos líquidos se
mezclaran sería desastroso.
Las membranas impiden el libre intercambio de materiales de un lado a otro, pero al
mismo tiempo proporcionan el medio para comunicar un espacio con otro. La
membrana plasmática debe garantizar que las sustancias apropiadas penetren al
citoplasma desde el espacio externo y las sustancias inapropiadas salgan de la célula.
En esta función, la membrana plasmática actúa como barrera selectivamente permeable.
Transporte de solutos.- La membrana plasmática contiene los mecanismos para
transportar físicamente sustancias de un lado al otro de la membrana, con frecuencia de
una región donde un soluto se encuentra en baja concentración a otra donde dicho soluto
muestra concentración más alta. Los mecanismos de transporte de la membrana
permiten que la célula acumule azúcares y aminoácidos, necesarios como energéticos de
su metabolismo y para construir sus macromoléculas. La membrana plasmática tiene
otra función relacionada con el transporte de solutos, que consiste en separar iones con
carga opuesta y establecer gradientes iónicos. Esta capacidad es crucial para las células
nerviosas y musculares, pero también puede desempeñar un papel en la respuesta de
cualquier célula a su ambiente.
Respuesta a señales externas.- La membrana plasmática tiene una función muy
importante en la respuesta de una célula a los estímulos externos, proceso conocido
como transducción de señales. Las membranas poseen receptores que se combinan con
moléculas específicas (ligandos) con estructura complementaria. Diferentes tipos de
células tienen membranas con distintos tipos de receptores, y por lo tanto pueden
reconocer y responder a diferentes ligandos de su ambiente. Los ligandos mejor
estudiados son hormonas, factores de crecimiento y neurotransmisores, todos unidos a
la parte externa de la membrana plasmática (no la atraviesan). La interacción de un
receptor de membrana plasmática con un ligando externo a veces provoca que la
membrana genere una nueva señal que estimula o inhibe actividades internas (vías
metabólicas). Por ejemplo, las señales generadas en la membrana plasmática pueden
indicar a la célula que elabore más glucógeno, se prepare para la división celular, se
desplace hacia las áreas de mayor concentración de un compuesto particular, libere
calcio de sus reservas internas o posiblemente que se suicide (apoptosis).
Interacción intercelular.- Situada en la frontera de la célula viviente, la membrana
plasmática media las interacciones que ocurren entre las células de un organismo
25
multicelular. La membrana también permite a las células reconocerse entre sí, adherirse
cuando es apropiado e intercambiar materiales e información.
Sitios para actividades bioquímicas.- Las membranas proporcionan un medio
estructural que permite organizar las actividades celulares. Puesto que los reactantes se
encuentran en solución, sus posiciones no son fijas y su interacción depende de
colisiones al azar. Por esto la unión de enzimas en complejos multienzimáticos facilita
mucho la secuencia de una reacción, debido a que cada enzima se sitúa en el lugar
correcto en el momento adecuado. De igual manera, las membranas suministran a la
célula una extensa armazón o andamiaje dentro del cual se pueden ordenar los
componentes para una interacción eficaz. Una parte significativa de los mecanismos
enzimáticos de una célula se relaciona con sus diferentes membranas.
Transducción de energía. Las membranas participan estrechamente en los procesos
que convierten un tipo de energía en otro (transducción de energía). Las membranas
también participan en la transferencia de energía química de grasas y carbohidratos al
ATP. En células eucarióticas de los animales, los mecanismos para estas conversiones
energéticas se encuentran en las membranas de las mitocondrias. Las membranas
también sirven como sitios para -almacenar energía cuando mantienen concentraciones
diferentes de iones específicos o de otros solutos entre un lado y otro de su superficie.
La energía almacenada en estos gradientes es igual a la acumulada en una pila eléctrica
y se emplea para ejecutar muchas de las actividades más importantes de la célula.
Estructura de la membrana plasmática
Los experimentos efectuados a fines del decenio de 1960 condujeron a un concepto
radicalmente diferente de la estructura de la membrana, según se detalló en el modelo
de mosaico fluido propuesto, en 1972, por S. Jonathan Singer y Garth Nicolson, de la
Universidad de California. En el modelo de mosaico fluido, el “dogma central”, radica
en la bicapa de lípido, pero prestando gran atención al estado físico que manifiestan los
lípidos. En vez de consistir en una bicapa inmóvil estática, las moléculas de lípido se
presentan en estado líquido capaces de girar y efectuar desplazamientos laterales dentro
de la membrana.
La estructura y disposición de las proteínas de la membrana en el modelo de mosaico
fluido son notablemente diferentes de las propuestas en modelos previos. Las proteínas
del mosaico fluido se presentan como “un mosaico” de partículas discontinuas que
penetran profundamente hacia el interior, inclusive atraviesan por completo la capa de
lípidos. Pero lo más importante del modelo de mosaico fluido es que considera las
membranas celulares como estructuras dinámicas cuyos componentes son movibles, con
capacidad para reunirse y participar en interacciones transitorias o semipermanentes de
diferentes tipos.
Composición química de la membrana
Todas las membranas son estructuras de lípidos y proteínas cuyos componentes se
mantienen unidos formando una delgada capa por medio de enlaces no covalentes.
Además de lípidos y proteínas, la membrana también contiene carbohidratos. La
proporción entre lípidos y proteínas varía considerablemente según el tipo de membrana
celular (plasmática, retículo endoplásmica, complejo Golgi, lisosomal, etc.), tipo de
organismo animal y tipo de célula (cartilaginosa, muscular, hepática). Por ejemplo, en la
26
membrana interna de las mitocondrias, la relación de proteínas con respecto de los
lípidos es muy alta en comparación con la membrana plasmática del eritrocito, que a su
vez es alta comparada con las membranas de la vaina de mielina que rodean el axón de
una célula nerviosa. Estas diferencias pueden correlacionarse en gran medida con la
función particular de estas membranas. La membrana interna de las mitocondrias
contiene proteínas transportadoras de la cadena de transporte de electrones y su
contenido de lípidos es menor en relación con otras membranas, en cambio la vaina de
mielina es como un aislante eléctrico que envuelve la neurona, función que es mejor
realizada por una gruesa capa de lípidos de resistencia eléctrica elevada y contenido
mínimo de proteínas.
Lípidos de la membrana
Las membranas contienen varios tipos de lípidos, todos anfipáticos o sea, contienen
regiones hidrófilas e hidrófobas. La mayor parte de los lípidos de la membrana
contienen un grupo fosfato, y las principales excepciones son el colesterol y los
glucolípidos (fig. 2-1). Puesto que casi todos los fosfolípidos de la membrana poseen un
esqueleto glicerol, se les denomina fosfoglicéridos. A diferencia de los triglicéridos, que
poseen tres ácidos grasos, los glicéridos de la membrana son diglicéridos: sólo dos
grupos hidroxilo del glicerol se esterifican para formar ácidos grasos; el tercero se
esterifica para formar un grupo fosfato. La molécula sin otras sustituciones, además del
fosfato y las dos cadenas lípidas acilo, se denomina ácido fosfatídico y prácticamente
está ausente en la membrana. En vez de esto, los diglicéridos de la membrana contienen
un grupo adicional unido al fosfato, por lo general en forma de colina (para formar la
fosfatidilcolina), etanolamina ( la fosfatidiletanolamina), serina (la fosfatidilserina), o
inositol (el fosfatidilinositol). Cada uno de estos grupos es pequeño e hidrófilo y, junto
con el fosfato eléctricamente cargado al cual se unen, forman un dominio muy
hidrosoluble en un extremo de la molécula denominado grupo de la cabeza. Por lo
contrario, las cadenas lípidas acilo son largas, no ramificadas, formadas por
hidrocarburos hidrófobos. Un ácido graso de la membrana puede estar completamente
saturado (carencia de dobles enlaces), monoinsaturado (un solo doble enlace) o
poliinsaturado (más de un doble enlace). A menudo los fosfoglicéridos contienen una
cadena lípida acilo insaturada y una saturada.
Un tipo menos abundante de lípidos de membrana, denominados esfingolípidos, se
derivan de esfingosina, un alcohol aminado que contiene una larga cadena de
hidrocarburo. Los esfingolípidos contienen esfingosina unida a un ácido graso á través
de su grupo amino. Esta molécula es un ceramido. Los diferentes lípidos formados por
esfingosina contienen grupos adicionales esterificados en el alcohol terminal de la
fracción esfingosina. Si el resultado de la sustitución es la introducción de un grupo
fosforilcolina, entonces la molécula es una esfingomielina, el otro fosfolípido de la
membrana. La molécula será un glucolípido si la sustitución introduce un carbohidrato.
Si el carbohidrato es un azúcar simple, el glucolípido se denomina cerebrósido; si es un
oligosacárido, el glucolípido se llama gangliósido. Puesto que todos los esfingolípidos
tienen dos largas cadenas de hidrocarburos hidrófobas en un extremo y una región
hidrófila en el otro, también son anfipáticos y con estructura total básicamente similar a
la de fosfoglicéridos.
Otro componente lípido de ciertas membranas es el esterol colesterol, que en ciertas
células animales puede constituir hasta 50% de las moléculas lípidas de la membrana
plasmática. Las membranas plasmáticas de la mayor parte de las células vegetales y de
todas las células bacterianas carecen de colesterol. El colesterol es más pequeño que los
27
otros lípidos de la membrana y menos anfipático. Las moléculas de colesterol se
orientan con sus grupos hidroxilo hidrófobos hacia la superficie de la membrana y su
extremo hidrófobo integrado a la bicapa de lípidos.
Fosfato
Dos Cadenas de ácidos grasos
Porción cefálica , polar de la molécula
Porción caudal, apolar de la molécula
Fig. 2-1 Representación esquemática de una molécula de fosfolípido de la membrana celular.
Bicapa de lípidos.
La presencia en las membranas de una capa bimolecular de moléculas lípidas
anfipáticas tiene consecuencias importantes para las propiedades fisiológicas de la
membrana. Debido a la cohesión y formación espontánea de las bicapas nunca se
observan membranas con bordes libres; siempre son estructuras íntegras continuas.
Como resultado, las membranas forman extensas redes interconectadas que se ramifican
a través de las células. Gracias a la flexibilidad de la bicapa de lípidos, las membranas
son deformables y pueden cambiar, toda su forma, como ocurre durante la locomoción o
la división celular. Se cree que la bicapa de lípidos facilita la fusión o el desdoblamiento
de las membranas. Por ejemplo, durante la secreción, cuando las vesículas
citoplásmicas se funden con la membrana plasmática, o la fertilización, cuando dos
células se unen para formar una sola célula, participan procesos en los cuales dos
membranas separadas se reúnen para constituir una capa continua.
La formación espontánea de bicapas de lípidos también es importante en las teorías de
la evolución celular. Una capa externa que contiene lípidos proporciona la barrera
necesaria para aislar el medio interno viviente cuyas propiedades son muy diferentes a
las del medio externo.
Carbohidratos de la membrana
Las membranas plasmáticas de células eucarióticas poseen carbohidratos unidos
mediante enlaces covalentes a los componentes lípidos y proteínicos. Según la especie y
el tipo de célula, el contenido de carbohidratos de la membrana plasmática varía entre 2
y 10% del peso. Por ejemplo, la membrana plasmática del eritrocito, contiene alrededor
de 52% de proteína, 40% de lípidos y 8% de carbohidratos. Del 8% de carbohidratos,
cerca de 7% se une a lípidos mediante enlaces covalentes para formar glucolípidos, y el
restante 93% se une a proteínas con enlaces covalentes para formar glucoproteínas.
Todos los carbohidratos de la membrana plasmática se encuentran en el espacio
extracelular. Los carbohidratos de las membranas celulares internas también suelen
alejarse del citosol.
En las glucoproteínas, el carbohidrato se presenta como un oligosacárido corto
ramificado que en condiciones típicas posee menos de 15 azúcares por cadena. El ácido
28
siálico por lo común es el azúcar terminal de los oligosacáridos y confiere carga
negativa a las cadenas de carbohidratos. Los oligosacáridos pueden unirse a diferentes
aminoácidos mediante dos tipos principales de ligaduras. Se piensa que estos
carbohidratos ramificados participan en la medición de las interacciones de la célula con
otras células y también con su entorno no viviente.
Todavía no se comprenden bien las funciones de los glucolípidos de la membrana,
aunque se les pueden asignar ciertas propiedades. Por ejemplo, los carbohidratos de los
glucolípidos de la membrana plasmática de eritrocitos determinan si el grupo sanguíneo
de una persona es A, B, AB u 0. Los determinantes ABO son cadenas cortas
ramificadas de oligosacáridos. La persona con tipo sanguíneo A posee una enzima con
una N-acetilgalactosamina en el extremo de la cadena, en tanto que una persona con
sangre tipo B tiene una enzima que se une a galactosa en la cadena terminal. Las
personas con tipo sanguíneo AB poseen ambas enzimas, en tanto que las personas con
sangre tipo 0 carecen de enzimas capaces de unirse a cualquier azúcar terminal.
También se ha demostrado que los glucolípidos participan en ciertas enfermedades
infecciosas; la toxina del cólera y el virus de la influenza penetran en su célula
específica uniéndose primero a los gangliósidos de la superficie celular. Si los
glucolípidos pueden funcionar como "compuertas" para la entrada de patógenos, tal vez
tengan algún tipo de función receptora en las células normales. En contraste con la
mayor parte de los carbohidratos de peso molecular elevado (como glucógeno, almidón
o celulosa), los cuales son polímeros de un solo azúcar, los oligosacáridos unidos a
proteínas y lípidos de la membrana muestran considerable variabilidad estructural. Por
consiguiente, estas cadenas de oligosacáridos pueden mostrar especificidad en sus
propias interacciones y con otros tipos de moléculas.
Proteínas de la membrana
Según el tipo de célula y el organelo particular del interior de dicha célula, una
membrana puede contener desde una docena hasta más de 50 proteínas diferentes. Estas
proteínas no se disponen al azar dentro de la membrana, sino que cada una se localiza y
orienta en una posición particular respecto de la bicapa de lípidos. Es digno de notar
que todas las proteínas de la membrana se sitúan asimétricamente de modo que las
propiedades de la porción externa de la membrana son muy diferentes a las de la
porción interna. Como resultado de esta "lateralidad" de la membrana, las proteínas de
partes de la membrana que interactúan con otras células o con ligandos extracelulares,
como hormonas o factores de crecimiento, se enfrentan al exterior, en tanto que las
proteínas de las partes de la membrana que interactúan con moléculas citoplásmicas,
como proteínas G o proteincinasas, enfrentan el interior de la célula. Las proteínas de la
membrana se pueden agrupar en tres tipos distintos según la intimidad de su relación
con la bicapa de lípidos. Estos grupos son:
Proteínas integrales, que penetran en la bicapa de lípidos. En realidad, prácticamente
todas las proteínas integrales atraviesan por completo la bicapa de lípidos y por lo tanto
tienen dominios que sobresalen en ambos lados de la membrana, el extracelular y el
citoplásmico.
Proteínas periféricas, que se localizan por completo fuera de la bicapa de lípidos,
sobre la superficie extracelular o citoplásmica, pero todavía relacionadas con la
superficie de la membrana mediante enlaces no covalentes.
Proteínas ancladas a lipidos, localizadas fuera de la bicapa de lípidos, pero unidas
mediante enlaces covalentes a una molécula lípida situada dentro de la bicapa.
29
Proteínas integrales de la membrana. Igual que los fosfolípidos de la bicapa, las
proteínas integrales de la membrana también son anfipáticas y presentan porciones
hidrófilas e hidrófobas. A diferencia de las proteínas solubles del citoplasma, que
tienden a presentar un núcleo hidrófobo y una superficie hidrófila, las proteínas
integrales de la membrana contienen residuos no polares en gran parte de su superficie
expuesta. Estas regiones no polares de la proteína se integran al interior de la bicapa de
lípidos donde pueden sufrir interacciones hidrófobas con cadenas, lípidas acilo. La
función de estos dominios hidrófobos para introducir proteínas en la pared lípida de la
membrana es muy parecida a la de ganchos que pueden introducirse en los orificios de
un perchero. El resto de una proteína integral se compone principalmente de
aminoácidos iónicos y polares no integrados a la bicapa que sobresalen del borde de la
bicapa en uno o ambos lados o forman un canal acuoso a través de la misma. Estos
dominios hidrófilos son las partes de una proteína integral que pueden interactuar con
sustancias hidrosolubles (iones, sustratos de bajo peso molecular, hormonas y otras
proteínas) en la superficie de la membrana o dentro de un canal central. Como veremos
más adelante, no es necesario que las proteínas integrales sean estructuras fijas, sino
más bien deben tener capacidad para desplazarse lateralmente dentro de la propia
membrana.
Debido a su superficie hidrófobo, las proteínas integrales de la membrana son difíciles
de extraer y de estudiar. La extracción de estas proteínas de membrana de ordinario se
logra con ayuda de un detergente. Los detergentes son compuestos anfipáticos con un
extremo polar y una cadena no polar de carbohidratos. Gracias a esta estructura los
detergentes pueden sustituir a los fosfolípidos estabilizantes de las proteínas integrales
en tanto mantienen su solubilidad en solución acuosa. Una vez que las proteínas se
solubilizan por acción del detergente, se pueden efectuar varios procedimientos
analíticos para determinar los aminoácidos que componen a la proteína, su peso
molecular, la secuencia de aminoácidos, y algo más.
La orientación de una proteína dentro de la membrana se puede determinar
experimentalmente utilizando agentes no penetrantes, como marcadores o
modificadores de las proteínas. Consideremos lo que ocurre cuando se trata una
preparación de células intactas con una enzima proteolítica como la tripsina, demasiado
grande para atravesar la membrana plasmática. Las partes de las proteínas de membrana
situadas en el lado externo de la bicapa de lípidos serán digeridas por la enzima añadida,
pero las partes situadas entre la bicapa o en la cara de la membrana enfrentada al
citoplasma no serán afectadas. El efecto del tratamiento puede determinarse extrayendo
las proteínas y sometiéndolas a electroforesis en gel de poliacrilamida y dodecilsulfato
de sodio. La proteína con parte de su estructura digerida se desplaza a una posición
diferente en el gel cuando se compara con la misma proteína de una membrana no
tratada. Para determinar si una parte de la proteína sobresale de la cara citoplásmica de
la membrana se puede incrementar la permeabilidad de las células mediante tratamiento
con detergentes no iónicos o por choque osmótico. En estas condiciones, la membrana
plasmática ya no actúa como barrera para la penetración de las enzimas proteolíticas, de
modo que las partes citoplásmicas de la proteína también sufrirán la digestión
enzimática.
Una manera alternativa de predecir la organización de una proteína integral de
membrana es a partir de la secuencia de aminoácidos de dicha proteína, que puede
deducirse de la secuencia de nucleótídos de un gen aislado. En condiciones típicas se
puede predecir que los segmentos de una proteína que atraviesan la membrana constan
de una cadena de 20 a 25 aminoácidos no polares que tal vez formen una hélice alfa.
Esta suposición depende de numerosos estudios, los cuales han demostrado que esos
30
segmentos de proteína que atraviesan la bicapa de lípidos, los segmentos
transmembrana, de ordinario consisten en aminoácidos no polares organizados en
conformación alfa helicoidal. La glucoforina A, principal proteína de la membrana
plasmática del eritrocito, es un ejemplo de proteína integral con una sola hélice alfa
hidrófobo transmembrana.
Sin embargo, hay una importante excepción a la regla de las hélices transmembrana
predominantemente hidrófobas. Muchas proteínas integrales de la membrana contienen
un canal acuoso para permitir el paso de iones o de solutos polares a través de la bicapa
de lípidos. Se cree que las paredes de estos canales acuosos contienen: 1) hélices
anfipáticas en las cuales una cara de cada hélice consta de aminoácidos no polares
enfrentados a la bicapa de lípidos, en tanto que la cara opuesta contiene principalmente
residuos polares enfrentados al poro, o 2) un borde de láminas beta muy similar al barril
beta.
Las proteínas integrales se pueden clasificar de la siguiente manera:
Proteínas monotópicas integradas a la bicapa de lípidos y expuestas en una sola
superficie de la membrana. Estas proteínas son raras, si en realidad existen. Se cree que
el citocromo b5, una proteína de las membranas citoplásmicas, es una proteína
monotápica, pero no hay acuerdo unánime.
Proteínas bitópicas que poseen un segmento dentro de la membrana y por lo tanto la
atraviesan una sola vez y están expuestas en ambos lados de la membrana. Esta clase
incluye gran variedad de receptores de la membrana plasmática que enlazan diferentes
ligandos en su superficie externa (p. ej., un factor de crecimiento, un péptido hormona o
un antígeno) y transmiten un mensaje a través de la membrana hacia el citoplasma por
medio del segmento que atraviesa dicha membrana.
Proteínas politópicas que poseen más de un segmento dentro de la membrana y por lo
tanto se entrelazan avanzando y retrocediendo a lo largo de la membrana. Esta clase
incluye las proteínas que forman canales para el paso de iones y solutos a través de la
membrana plasmática y también proteínas con otras funciones (p. ej., el receptor para la
partícula señal del receptor del retículo endoplásmico, el receptor adrenérgico que se
enlaza a la epinefrina, el pigmento fotosensible de los bastoncillos de la retina.
Proteínas periféricas de la membrana. Las proteínas periféricas se unen a la
membrana mediante débiles enlaces electrostáticos, sea a grupos hidrófilos de la cabeza
de los lípidos o a porciones hidrófilas de las proteínas integrales que sobresalen de la
bicapa. Las proteínas periféricas de ordinario se solubilizan mediante extracción con
soluciones acuosas salinas concentradas o pH alcalino. En realidad, la distinción entre
proteínas integrales y periféricas es incierta, porque muchas proteínas de membrana
contienen varios polipéptidos, algunos de los cuales penetran en la bicapa de lípidos y
otros permanecen en la periferia.
Las proteínas periféricas mejor estudiadas (principalmente de la familia espectrina) se
localizan en la superficie interna de la membrana plasmática. Estas proteínas forman
una red fibrilar que actúa como "esqueleto" flexible para suministrar apoyo mecánico a
la membrana cuando se producen cambios rápidos en la morfología celular y también
para fijar las proteínas integrales de la membrana. Otras proteínas periféricas sobre la
superficie interna de la membrana funcionan como enzimas o factores transmisores de
señales a través de la membrana. La superficie extracelular de la membrana plasmática
también puede contener proteínas periféricas, pero estas proteínas están me nos bien
definidas.
Proteínas de membrana ancladas a lípidos. Se distinguen dos tipos de proteínas de
membrana ancladas a lípidos, según los tipos de anclaje al lípido y la superficie de la
membrana sobre la cual están expuestos. Varias proteínas presentes en la cara externa
31
de la membrana plasmática se enlazan a ésta mediante un oligosacárido corto unido a
una molécula de glucofosfatidilinositol (GFI) integrada a la hoja externa de la bicapa de
lípidos. La presencia de estas proteínas ancladas al GFI fue descubierta cuando se
demostró que ciertas proteínas de la membrana podían liberarse mediante una
fosfolipasa que reconocía y rompía específicamente a los fosfolípidos que contienen
inositol.
Otro grupo de proteínas presentes en el lado citoplásmico de la membrana plasmática se
encuentra anclado a la membrana mediante largas cadenas de hidrocarburos integradas a
la hoja interna de la bicapa de lípidos. Al menos dos proteínas relacionadas en esta
forma con la membrana plasmática (Src y Ras) han sido implicadas en la
transformación de células normales a estados malignos. En la fig. 2-2, se esquematiza la
estructura de la membrana celular.
EXTERIOR
Canal hidrofílico
Carbohidratos
Fosfato
Proteína
ácidos grasos
Proteína
Proteína
Glucolípido
INTERIOR
Fig.2.2 Esquema de la estructura de la membrana celular.
Funcionalmente las proteínas de la membrana celular pueden ser: estructurales,
“bombas”, translocasas, canales iónicos, receptores celulares, enzimas y antígenos.
Las proteínas estructurales contribuyen con la arquitectura de la membrana celular.
Algunas de ellas participan en la unión entre las células, o en la unión de éstas a las
láminas basales.
Las llamadas “bombas” son proteínas que se encargan del transporte activo de iones y
otras sustancias, poseen actividad ATPasa necesaria para el aporte de energía que
implica transportar sustancias en contra del gradiente químico o de concentración. En
este capítulo estudiaremos más adelante la estructura y función de la bomba de sodiopotasio denominada Na+-K+ ATPasa. En el organismo de los mamíferos existen
además otras variedades de bombas como la bomba de yoduro en las células tiroideas, y
la bomba de Ca++ en el tejido muscular , entre otras.
32
Las translocasas son proteínas encargadas del transporte de sustancias a través de la
membrana bajo condiciones favorables de gradientes químicos y eléctricos. Al igual que
en el caso anterior más adelante estudiaremos la estructura y función de una de las
translocasas más importante cuya efecto se relaciona con el transporte de glucosa.
El transporte de sustancias a través de la membrana empleando proteínas, se manifiesta
en tres modalidades; unipuerto que consiste en el transporte de una sola sustancia,
simpuerto que implica el transporte de dos sustancias, y antipuerto cuando ocurre el
transporte acoplado de dos sustancias, una hacia el interior de la célula y la otra en
sentido opuesto, es decir hacia el exterior de la célula.
Los canales iónicos como su nombre lo indica permiten el ingreso o egreso de iones.
Algunos de ellos pemanecen constantemente abiertos, otros poseen compuertas
llamadas de voltaje y de ligando (fig. 2-3). Los canales iónicos de compuerta de voltaje
se activan por cambios eléctricos a nivel de la membrana como ocurre durante la
despolarización; los canales iónicos de compuerta de ligando se activan por la acción de
ligandos como lo son las hormonas y neurotransmisores.
Compuerta cerrada
Compuerta abierta
Fig. 2-3 Representación esquemática de un canal iónico de compuerta; ésta puede de voltaje o de ligando.
En el organismo existen una gran variedad de canales iónicos, en efecto ha sido posible
identificar canales iónicos para K+, Na+, Ca++ y Cl- cuyo número, estructura y actividad
es diferente. Un canal de K+ que permite el ingreso de K+ sin afectar notablemente la
33
salida de dicho catión, es una proteína que atraviesa dos veces la membrana y esta
conformada por cuatro subunidades que circunscriben una abertura o poro hidrofílico
(fig.2-4)
+
K
Membrana celular
Exterior
Interior
Fig. 2-4 Esquematización de un canal de K+ con una terminal amino de una subunidad que inactiva el canal. Cada
subunidad posee una terminal similar cuya función es cerrar el canal.
Parece ser que todos los canales de K+ son tetrámeros con diferencias en la estructura de
las subunidades. Pueden atravesar la membrana celular 2, 4 o más veces.
Los canales de Na+ y los canales de Ca++ con compuerta de voltaje están conformados
por cuatro subunidades cada una con seis dominios transmembrana rodeando un poro
hidrofílico (fig. 2-5). En otras regiones anatómicas, como las membranas apicales de las
células epiteliales renales se descubren canales de Na+ conformados por tres
subunidades denominadas α, β y γ. La subunidad alfa es la que participa en el transporte
de Na+. Hay canales de Na+ que en extracelular poseen una compuerta de activación que
abre; y en el extremo citoplasmático poseen otra compuerta de inactivación que cierra el
Canal.
Subunidad I
Subunidad II
Subunidad III
Subunidad IV
Fig. 2-5 Representación esquemática de un canal de Na+ . En el esquema de arriba se aprecian las cuatro subunidades cada una de
ellas atravesando seis veces la membrana. En el esquema de abajo se ilustran las cuatro subunidades rodeando el poro acuoso.
34
Los canales de Cl- son abundantes en los tejidos muscular, nervioso y renal. De hecho
en el tejido nervioso los receptores para los neurotransmisores glicina y GABA son
canales de Cl-.
Los receptores celulares abarcan un extenso grupo de proteínas muchas de ellas
localizadas en la membrana celular, en tanto que otras existen en el citoplasma o núcleo
de las células. Los receptores celulares de la membrana celular pueden ser canales
iónicos, como es el caso de los receptores para acetilcolina, GABA y glicina entre otros.
Otro grupo de receptores en dicha membrana son proteínas que interactúan con agentes
químicos como las hormonas.
Es importante señalar que dichos receptores celulares no son estructuras estáticas y su
número tampoco es constante; exhiben movimiento y su número es variable
dependiendo de diversos estímulos y del estado metabólico de la célula. En términos
generales el número de receptores suele disminuir si los niveles sanguíneos de la
hormona que interactúa con ellos se incrementa. En sentido inverso un descenso
sanguíneo de una hormona en particular genera incremento en el número de receptores
con los que interactúa dicha hormona. Algunos receptores son reciclados, en tanto que
otros son substituídos por nueva biosíntesis de los mismos.
Un proceso común mediante el cual el mensaje de una sustancia química ( por ejemplo
una hormona) es traducido en un efecto fisiológico en el tejido blanco, involucra la
participación de receptores en serpentina localizados en la membrana celular, los cuales
están acoplados a proteínas G (proteína nucleótido reguladora), llamadas de esta
manera debido a que unen GTP (guanosintrifosfato).
Los receptores en serpentina acoplados a proteínas G son proteínas con siete dominios
transmembrana y poseen un sitio o región que permite el enlace con el ligando
(hormona, neurotransmisor y otros agentes). Los ligandos de molécula pequeña se unen
a los resíduos de aminoácidos del receptor a nivel de la membrana celular; en tanto que
los ligandos de molécula grande se enlazan a las regiones extracelulares del receptor
(fig. 2-6).
Ligando de molécula pequeña unido al receptor
Ligando de molécula grande unido al receptor
Ligando
Ligando
Fig. 2-6 Esquema que representa a receptores en serpentina con siete dominios transmembrana cada uno de ellos. El ligando de
molécula pequeña se une al receptor a nivel de la membrana celular. El ligando de molécula grande se une al receptor en un punto
extracelular.
35
La actividad fisiológica de la proteína G se inicia cuando el ligando se une al receptor
en serpentina bajo estas condiciones la proteína G intercambia GDP por GTP; el
complejo resultante proteína-GTP genera finalmente el efecto. La proteína G tiene
actividad GTPasa por lo que después del efecto el GTP es convertido en GDP para
restablecer el estado de reposo.
Dentro del grupo de ligandos cuyos efectos se desencadenan por unirse a receptores en
serpentina acoplados a proteínas G, podemos citar los siguientes: adrenalina,
noradrenalina, histamina, hormona antidiurética (ADH), hormona folículo estimulante
(FSH), hormona luteinizante (LH), acetilcolina, histamina, sustancia P y tromboxano,
entre otros.
Dentro de la variedad de proteínas G en los mamíferos, se han identificado moléculas
pequeñas y grandes. Las proteínas G de molécula pequeña, están relacionadas con
funciones como el movimiento de vesículas en la membrana celular, retículo
endoplásmico, aparato de Golgi y lisosomas; y actividad del citoesqueleto. Por su parte,
las proteínas G de molécula grande (heterotriméricas) desempeñan la función de unir a
los receptores en serpentina con enzimas, las que a su vez catalizan la formación de
segundos mensajeros en el citoplasma. En este caso el ligando que originalmente
desencadena el efecto al unirse al receptor se llama primer mensajero. En otros casos,
las proteínas heterotriméricas acoplan los receptores en serpentina con canales iónicos.
Las proteínas heterotriméricas están conformadas por tres subunidades: alfa, beta y
gamma. La subunidad alfa es el sitio que enlaza al GDP, el cual es intercambiado por
GTP cuando ocurre la reacción del ligando con el receptor en serpentina. Bajo este
efecto el complejo subunidad alfa-GTP se separa de las otras dos subunidades y ejerce
su efecto fisiológico. Las subunidades beta y gamma permanecen unidas y por su parte
activan a diferentes efectores. Posteriormente la propia subunidad alfa que posee
actividad GTPasa convierte GTP en GDP, vuelve a unirse a las otras dos subunidades y
se restablece el estado de reposo (fig. 2-7)
Ligando
Receptor en serpentina
Exterior
Membrana celular
β γ
α
Citoplasma
α
GDP
β
γ
GTP
Efectos
Fig. 2-7 Representación de las reacciones asociadas a proteínas G heterotriméricas: Cuuando el ligando se une al receptor en
serpentina la subunidad alfa de la proteína G intercambia GDP por GTP y se separa de las subunidades beta y gamma para ejercer
efectos fisiológicos.
36
En la membrana celular se localizan también proteínas de tipo enzimático cuya
activación y por ende efectos catalíticos esta relacionada con la unión de un ligando a
un receptor en serpentina acoplado a proteína G. En efecto muchas hormonas (ligandos)
deben sus efectos a través de la formación de un segundo mensajero citoplasmático que
en el interior de la célula desencadena efectos fisiológicos. Este proceso involucra por
tanto la participación de un ligando, el receptor en serpentina, la proteína G, la proteína
enzimática y un segundo mensajero.
El mecanismo se desencadena cuando el ligando se une al receptor en serpentina el cual
puede ser de tipo excitador acoplado a una proteína G estimulante; o de tipo inhibidor
acoplado a una proteína G inhibidora.
En el primer caso, la unión ligando-receptor excitador activa a la proteína G
estimulante, a consecuencia de esta reacción la subunidad alfa de dicha proteína activa a
la enzima adenilciclasa la cual cataliza la conversión de ATP en AMPc (monofosfato de
adenosin cíclico). Esta última sustancia se une a la subunidad reguladora de enzimas del
tipo de las proteincinasas, las cuales fosforilan enzimas inactivas, las enzimas así
activadas ejerecen cambios metabólicos en las células. El regreso al estado de reposo,
ocurre por un descenso de los niveles de AMPc ocasionado por la acción de la enzima
fosfodiesterasa (fig. 2-8).
Entre los ligandos que ejercen sus efectos en los tejidos y órganos blanco de la manera
descrita, podemos citar a la insulina, vasopresina, noradrenalina, angiotensina II y
esteroides.
Ligando (1er Mensajero)
Adenilciclasa
Receptor excitador
Exterior
Membrana celular
Activación
Proteína G estimulante
Citoplasma
β γ
α
ATP
2o. Mensajero
AMPc
Fosfodiesterasa
subunidad reguladora
Proteincinasa
subunidad catalítica
Fosforilación de enzimas inactivas
Enzimas activas
Cambios fisiológicos
Fig. 2-8 Representación esquemática de la formación de un segundo mensajero con la participación de proteína G.
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En sentido opuesto, la unión de un ligando a un receptor inhibidor, ocasiona que la
subunidad alfa de la proteína G inhibidora ejerza un efecto inhibidor sobre la enzima
adenilciclasa.La adenilciclasa es una proteína que atraviesa 12 veces la membrana
celular, de la cual se han identificado ocho isoformas.
Cabe destacar, que existen otras sustancias que al igual que el AMPc, actúan como
segundos mensajeros, tal es el caso del ITP (trifosfato de inositol), diacilglicerol y
guanilciclasa.
Por otra parte, debemos mencionar que algunos segundos mensajeros como es el caso
del IP3 ejercen su efecto a través de incrementar los niveles citoplasmáticos de Ca++.
Este catión tiene una importante participación en diversos proceso fisiológicos como
son la contracción muscular, coagulación sanguínea, liberación de neurotransmisores,
secreción glandular entre otros. La concentración de Ca++ en el líquido extracelular es
mucho mayor que su concentración en el citoplasma, por lo que bajo estas condiciones
prevalece un gradiente químico favorable a la difusión de Ca++ hacia el interior de la
célula a través de los canales respectivos quepueden ser de compuerta de voltaje o de
compuerta de ligando. Los primeros se activan por variaciones en el voltaje de la
membrana, en tanto que los segundos se activan bajo el efecto de un ligando.
El desplazamiento de Ca++ al exterior de la célula ocurre por transporte activo
sustentado en la actividad de la bomba denominada Ca++-H+ ATPasa la cual intercambia
Ca++ por dos H+ . Existe también un transporte de Ca++ hacia el exterior mediado por
una proteína conducida por el gradiente de Na+ , la cual intercambia 3Na+ por un Ca++.
En diversos tejidos existen proteínas fijadoras de Ca++, tal es el caso de la troponina y la
calmodulina . La troponina es una proteína constituyente de los filamentos delgados de
las sarcómeras del músculo esquelético; posee una subunidad a la cual se fija el Ca++
para activar el mecanismo de la contracción muscular.
La calmodulina presente en el músculo liso fija Ca++ a consecuencia de esta reacción se
activan cinasas dependientes de calmodulina; una de ellas denominada miocinasa tiene
la función de fosforilar a la miosina generando con ello el proceso de contracción en el
músculo liso.
Existen otras variedades de cinasas, como la Ca++ calmodulina cinasa I y II cuya
actividad se relaciona con la funición sináptica; otra variedad III se relaciona con la
síntesis de proteínas. La calmodulina posee también efectos de activación de la proteína
calcineurina; enzima del grupo de las fosfatasas cuyo efecto es inactivar canales de Ca++
por desfosforilación.
Fluidéz de la membrana
El estado físico de los lípidos de una membrana puede describirse por su fluidez (o
viscosidad). Igual que muchas otras sustancias, los lípidos pueden existir en fase sólida
cristalina o en fase líquida de viscosidad variable, según la temperatura. Por ejemplo,
consideremos una sencilla bicapa artificial hecha de fosfatidilcolina y
fosfatidiletanolamina cuyos ácidos grasos son principalmente insaturados. Si la
temperatura de la bicapa se mantiene relativamente alta (p. ej., 37'C), el lípido existe en
estado relativamente fluido, semejante al líquido. A esta temperatura, la bicapa de lípido
se describe mejor como un cristal líquido bidimensional. Igual que en un cristal, las
moléculas aún mantienen una orientación específica; en este caso, los ejes
longitudinales de las moléculas permanecen prácticamente paralelos entre sí, pero los
fosfolípidos individuales son capaces de girar o desplazarse lateralmente en el plano de
la bicapa. Si la temperatura disminuye lentamente, se alcanza un punto donde ocurre un
38
cambio distintivo en la naturaleza de la bicapa. El lípido pasa de su estado normal
semejante a líquido a un gel cristalino "congelado" donde el movimiento de los
fosfolípidos está muy restringido. La temperatura a la cual ocurre este cambio se
denomina temperatura de transición.
La temperatura de transición de una bicapa particular depende de los lípidos particulares
que la constituyen. El determinante de mayor importancia es el grado de insaturación de
las cadenas ácidas acilo de los fosfolípidos, o sea, su contenido en dobles enlaces
(específicamente enlaces cis). La temperatura de transición y la fluidez son
determinadas por la capacidad de la molécula para compactarse. Aunque los ácidos
grasos saturados tienen forma de barras rectas y los ácidos grasos cis insaturados
presentan incurvaciones en la cadena donde se localizan los dobles enlaces, los
fosfolípidos con cadenas saturadas pueden compactarse más firmemente que los que
contienen cadenas insaturadas. Cuanto mayor sea el grado de insaturación de los ácidos
grasos de la bicapa, menor será la temperatura necesaria para que la bicapa pase al
estado de gel.
El límite dentro del cual los diferentes lípidos cambian de fase es muy amplio. Por
ejemplo, se pueden sintetizar varias fosfatidilcolinas y emplearlas para formar bicapas
cuya temperatura de transición varía desde temperaturas menores de O' C hasta mayores
de 60' C. Las moléculas de colesterol alineadas con las cadenas lípidas acilo de los
fosfolípidos de la bicapa afectan la fluidez de la membrana al alterar la manera de
compactarse de las cadenas de hidrocarburos. Como resultado, el colesterol tiende a
evitar temperaturas de transición bruscas y también puede incrementar la estabilidad y
disminuir la permeabilidad de la membrana.
Punto de fusión de los ácidos grasos comunes con función lípida en el carbono 18
Ácido graso Dobles Enlaces
Ácido esteárico
Ácido oleico
Ácido alfa linoleico
Ácido linolénico
Punto de fusión (+C)
0
1
2
3
70
13
-9
-17
Importancia de la fluidéz de la membrana
¿Qué papel representa el estado físico de la bicapa de lípidos en las propiedades
biológicas de la membrana? Al parecer, la fluidez de la membrana corresponde a un
compromiso perfecto entre estructura rígida ordenada sin posibilidad de movimientos y
líquido no viscoso totalmente fluido en el cual los componentes de la membrana no
pueden mantener una orientación determinada y carecen de oportunidad para
organizarse y suministrar apoyo mecánico. La fluidez es importante porque permite que
ocurran interacciones dentro de la membrana. Por ejemplo, gracias a la fluidez de la
membrana algunas proteínas se ensamblan en un sitio particular de la membrana y
forman estructuras especializadas como uniones intercelulares, compuestos que captan
luz y sinapsis. La transferencia de señales a través de la membrana plasmática requiere
de la interacción de receptores transmembrana que se unen a ligandos sobre la
superficie externa de la membrana y estimulan enzimas situadas en la superficie interna
de la misma. Debido a la fluidez de la membrana, las moléculas que interactúan pueden
reunirse, efectuar la reacción, necesaria y separarse. La fluidez también tiene relación
con el ensamblado de la membrana. Las membranas sólo se originan a partir de
39
membranas preexistentes y crecen mediante un proceso que añade componentes lípidos
y proteínas a la matriz líquida de una hoja membranosa. Muchos de los procesos
celulares mas básicos, incluyendo movimiento celular, crecimiento de la célula y
división de la misma, formación de uniones intercelulares, secreción y endocitosis,
dependen de movimientos de los componentes de la membrana y tal vez no serían
posibles si la membrana fuera una estructura rígida no fluida.
Conservación de la fluidéz de la membrana
La temperatura interna de la mayor parte de los organismos (que no sean aves ni
mamíferos) varía con la temperatura ambiental. Para muchas actividades de la célula es
indispensable que la membrana permanezca en estado fluido, por tanto las células deben
tener capacidad para regular la fluidez de su membrana frente a condiciones variables
controlando el tipo de fosfolípidos que las constituyen. La conservación de la fluidez de
la membrana es un ejemplo de homeostasis a nivel celular y puede demostrarse de
varias maneras. Por ejemplo, cuando disminuye la temperatura de un cultivo de células,
éstas responden metabólicamente. La respuesta inicial de "urgencia" está mediada por
enzimas capaces de "remodelar" las membranas y hacer la célula más resistente al frío.
Esta remodelación se lleva a cabo por desaturación de enlaces simples en las cadenas
lípidas acilo para formar dobles enlaces y reordenamiento (barajeo) de cadenas en las
diferentes moléculas para formar fosfolípidos con dos ácidos grasos insaturados. El
reordenamiento se lleva a cabo mediante fosfolipasas, que desdoblan al ácido graso del
esqueleto glicerol, y aciltransferasas, que los transfieren a fosfolípidos diferentes.
Además, las células cambian el tipo de fosfolípidos que sintetizan en favor de otros que
contengan más ácidos grasos insaturados. Como consecuencia de la actividad de estas
diferentes enzimas, las propiedades físicas de una membrana celular coinciden con las
condiciones prevalecientes en su entorno. En diversos organismos se ha demostrado la
conservación de fluidez de las membranas mediante ajustes en la composición de las
grasas acilo, incluyendo mamíferos en estado de hibernación, peces que viven en
estanques y cuya temperatura corporal cambia notablemente del día a la noche, plantas
resistentes al frío y bacterias que viven en aguas termales.
Asimetría de los lípidos de la membrana
La bicapa de lípidos consta de dos hojas distintas y no hay razón para suponer que la
composición de los lípidos en ambas mitades deba ser idéntica. De hecho, hay
numerosas pruebas que indican que los lípidos de 1a membrana plasmática se
distribuyen en un patrón muy asimétrico. Una serie de experimentos que han conducido,
esta conclusión tiene la ventaja de que las enzimas que digieren lípidos no penetran la
membrana plasmática y, por consiguiente, sólo digieren los lípidos que residen en la
hoja externa de la bicapa. Si se somete un eritrocito humano a la acción de una
fosfolipasa que hidroliza fosfoglicéridos, casi 70% de la fosfatidilcolina de la membrana
se libera en el medio, pero sólo se libera 20% de la fosfatidiletanolamina de la
membrana y menos de 10%, de la fosfatidilserina de dicha membrana. Estos datos
indican que, en comparación con la hoja interna, la capa externa posee una
concentración desproporcionadamente alta de fosfatidilcolina (y de esfingomielina) y
una baja concentración de fosfatidiletanolamina y de fosfatidilserina. De esto se deduce
que la bicapa de lípidos puede imaginarse como estructura compuesta de dos
monocapas independientes, más o menos estables, con diferentes propiedades físicas y
químicas.
40
Dada la asimetría de los fosfolípidos, surge la pregunta: ¿hasta qué grado hay
intercambio de fosfolípidos a través de la bicapa? Mediciones de diferente tipo con
fosfolípidos marcados indican que la vida media de una molécula de fosfolípido que
permanece fija dentro de una capa, en oposición a la que se mueve a través de la otra
capa, se mide en horas o días. En contraste, un fosfolípido puede desplazarse
lateralmente dentro de la misma capa con bastante facilidad. Se estima que un
fosfolípido puede difundir de un extremo al otro de una bacteria en uno o dos segundos.
Por lo tanto, de todos los posibles movimientos que puede efectuar un fosfolípido, el
paso desde un lado al otro de la membrana (flip-flop) es el más restringido. Este dato no
es sorprendente, pues para que eso ocurra, el grupo de la cabeza hidrófila del lípido
tendría que pasar a través de la capa hidrófobo interna de la membrana, lo cual es
termodinámicamente desfavorable. Sin embargo, hay células que contienen enzimas,
llamadas flipasas, que mueven activamente ciertos fosfolípidos desde una capa de la
membrana a la otra. Estas enzimas pueden participar en el establecimiento de la
asimetría de los lípidos y también revertir la velocidad de los lentos movimientos
pasivos que ocurren a través de la membrana.
Naturaleza dinámica de la membrana plasmática
Por lo señalado en los puntos previos se deduce que la bicapa de lípidos puede existir en
un estado relativamente fluido. La movilidad de las moléculas individuales de lípidos
dentro de la bicapa de la membrana plasmática puede observarse directamente uniendo
partículas doradas a las cabezas polares de los lípidos y siguiendo el movimiento de
dichas partículas con el microscopio. Puesto que los lípidos constituyen la matriz en la
cual están embebidas las proteínas integrales de las membranas, el estado físico de estos
lípidos también es un importante factor determinante de la movilidad de dichas
proteínas integrales. La demostración de que las proteínas integrales pueden moverse
dentro de la membrana plasmática fue una de las piedras angulares para formular el
modelo de mosaico fluido. Las Propiedades dinámicas de las proteínas de la membrana
se develan de diferentes maneras.
Difusión de las proteínas de la membrana luego de la fusión celular
La fusión celular es una técnica para unir dos células de diferente tipo o células de dos
especies distintas y producir una célula con un citoplasma común y una sola membrana
plasmática continua. La fusión se logra haciendo “pegajosa” la superficie externa de las
células, de modo que sus membranas plasmáticas se adhieran entre sí. La fusión celular
se puede inducir añadiendo ciertos virus inactivados que se unen a la superficie de la
membrana o agregando el compuesto polietilenoglicol. La fusión de las células ha
desempeñado un importante papel en biología celular y en la actualidad es parte de la
técnica para preparar anticuerpos específicos.
En los primeros experimentos para demostrar que las proteínas de la membrana tenían
capacidad de movimiento en el plano de la membrana se empleó la fusión celular, y
fueron publicados en 1970 por L.D. Frye y Michael Edidin, de la Universidad Johns
Hopkins. En estos experimentos se fusionaron células de ratón y de humanos, y luego
se observó la localización de proteínas específicas de la membrana plasmática una vez
que las dos membranas se volvieron continuas. Para seguir la distribución de las
proteínas de la membrana, de ratón o humanas, en diferentes momentos después de la
fusión se prepararon anticuerpos contra uno u otro tipo de proteínas y se unieron
mediante enlaces covalentes a colorantes fluorescentes. Los anticuerpos contra
41
proteínas de ratón formaron complejos con un colorante que produce fluorescencia
verde y los anticuerpos contra proteínas humanas con uno que produce fluorescencia
roja. Cuando se añadieron los anticuerpos a las células fusionadas se enlazaron a las
proteínas humanas o de ratón y pudo determinarse su localización bajo microscopio de
fluorescencia. En el momento de la fusión, la membrana plasmática podía considerarse
mitad humana y mitad ratón; o sea, las dos proteínas permanecieron separadas en su
propio hemisferio. Después de la fusión, conforme transcurrió el tiempo, se observó que
las proteínas de la membrana se desplazan lateralmente dentro de la misma hacia el
hemisferio opuesto. Unos 40 minutos después, las proteínas de cada especie estaban
distribuidas uniformemente alrededor de toda la membrana celular híbrida. Cuando se
efectúa el mismo experimento a temperatura más baja, la viscosidad de la bicapa de
lípidos aumenta y la movilidad de las proteínas de la membrana disminuye.
Restricciones a la movilidad de las proteínas
La fusión celular mostró por primera vez las características dinámicas de las proteínas
integradas a la membrana, pero hay otras técnicas más adecuadas para medir la
extensión y velocidad de los movimientos de las proteínas. Las técnicas empleadas
comúnmente son recuperación de la fluorescencia después de fotoblanqueamiento
(RFDF) y seguimiento de particular única (SM). En la técnica RFDF, primero se
marcan los componentes de la membrana uniéndolos a un colorante fluorescente. Las
proteínas de la membrana pueden marcarse de manera indiscriminada tratando la célula
con un colorante inespecífico (p. ej., isotiocianato de fluoresceína) que reaccione con
todas las moléculas de proteína expuestas o alternativamente se puede marcar una
proteína particular de la membrana empleando sondas específicas, como anticuerpos
fluorescentes. Una vez marcadas, las células se colocan bajo el microscopio y se
irradian individualmente empleando un delgado rayo láser enfocado con gran precisión,
el cual blanquea de manera irreversible las moléculas fluorescentes que encuentra en su
camino y deja un punto circular (típicamente de 1micrometro de diámetro) sobre la
superficie de la célula desprovista de fluorescencia. Si las proteínas marcadas en la
membrana son movibles, entonces los movimientos al azar de estas moléculas provocan
la reaparición gradual de la fluorescencia en el círculo radiado. La velocidad de
recuperación de la fluorescencia suministra una medida directa de la velocidad de
difusión (expresada como coeficiente de difusión) de las moléculas movibles. El grado
de recuperación de la fluorescencia (expresado como porcentaje de la intensidad
original) proporciona una medida del porcentaje de moléculas marcadas libres de
difundir.
La técnica de recuperación de la fluorescencia después de fotoblanqueamiento tiene sus
inconvenientes. Se emplea para seguir el movimiento de una extensa población de
moléculas marcadas conforme difunden a través de una distancia relativamente grande.
Por consiguiente, esta técnica no puede suministrar información acerca del trayecto que
siguen las proteínas individuales, ni tampoco si una molécula se mueve en una región
restringida (o dominio) dentro de la membrana, pero no sobre una distancia lo bastante
grande para entrar al círculo radiado y ser registrada como movible. Para superar estas
limitaciones se han desarrollado técnicas para seguir una sola partícula, en las cuales se
marcan proteínas de la membrana con sustancias como partículas de oro coloidal
(diámetro de 15 a 40 nm), que pueden observarse y seguir individualmente bajo
microscopio.
La rapidez de difusión de las proteínas dentro de una membrana depende de varios
factores, incluyendo viscosidad de la matriz lípida a través de la cual debe desplazarse
42
la proteína: cuanto más fluida la bicapa, mayor la movilidad. Otro factor es la masa de
la proteína: a mayor peso molecular de la partícula menor será la velocidad de difusión.
Si la movilidad de la proteína dependiera estrictamente de estos parámetros físicos:
viscosidad del lípido y tamaño de la partícula, podría esperarse que las proteínas se
desplazaran con coeficientes de difusión cercanos a 10-9 cm2/segundo (en comparación
con casi 10-8 cm2/segundo para las moléculas de lípidos más pequeñas y más móviles
de la bicapa). Sin embargo, cuando se estudian los movimientos de las proteínas en una
membrana natural mediante técnicas RFDF y otras, de ordinario se observa que se
mueven con mayor lentitud que la pronosticada antes. Los coeficientes de difusión
típicos para las proteínas de la membrana varían de 10-10 a 10-12 cm2/segundo, según
la especie de proteína y la membrana. En realidad, cierto porcentaje de las moléculas de
la proteína parecen estar completamente inmóviles e incapaces de difusión alguna.
Control de la motilidad de la membrana
Es evidente que las proteínas de la membrana no son totalmente libres para moverse al
azar en el “mar” lípido, sino que están sujetas a influencias restrictivas que inhiben su
movilidad. Algo de la restricción puede ser resultado de interacciones en la propia
membrana. Por ejemplo, muchas proteínas integrales existen como complejos
oligoméricos cuyo peso molecular puede ser muy grande, y en consecuencia su
coeficiente de difusión pequeño. Otras veces, las proteínas integrales se unen a
materiales presentes en la superficie interna o la externa de la membrana. Las
membranas plasmáticas de muchas células poseen una cadena fibrilar o “esqueleto” de
proteínas periféricas situado en su superficie interna. Cierta proporción de las proteínas
integrales de la membrana parece estar fija e inmovilizado en el esqueleto de la
membrana. Aun si las proteínas integrales no estuviesen firmemente ancladas, las
proteínas periféricas de la membrana pueden formar vallas alrededor de ciertas partes de
la membrana y establecer dominios que restringen la distancia que puede recorrer una
proteína. Al seguir la movilidad de proteínas individuales se observa la presencia de
estas barreras. Los dominios de membrana pueden mantener combinaciones específicas
de proteínas en estrecha proximidad, lo suficiente para facilitar su interacción.
La movilidad de las proteínas integrales también puede ser restringida por materiales
presentes en la superficie externa de la membrana. Esto se demuestra con mayor
claridad en experimentos con células que poseen genes que codifican proteínas de
membrana alteradas. Por ejemplo, si mediante manipulaciones se introduce a la célula
un gen que codifica un polipéptido transmembrana que carece de la porción que
normalmente se proyecta fuera de la membrana, la velocidad de difusión lateral de la
proteína mutante puede ser mucho mayor que su contraparte normal. Este resultado
sugiere que el movimiento de una proteína transmembrana a través de la bicapa puede
ser más lento por la presencia de materiales extracelulares que se enredan en la porción
más externa de la proteína.
Dominios de membrana y polaridad celular
Incluso entre membranas que se caracterizan por difusión lateral extensa, hay muchos
ejemplos en los cuales se mantiene una organización o disposición particular de las
proteínas de membrana. Las diferencias topográficas son particularmente evidentes en
células de tejidos organizados, donde las diferentes superficies celulares tienen
funciones distintas. Por ejemplo, las células epiteliales que revisten la pared intestinal o
constituyen los microscópicos túbulos del riñón son células muy polarizadas cuyas
43
diferentes superficies efectúan distintas funciones. Como resultado, la membrana
plasmática apical, que absorbe selectivamente sustancias de la luz del túbulo, posee
enzimas diferentes en comparación con la membrana plasmática de la superficie lateral,
que interactúa con células epiteliales vecinas o de la superficie basal que se adhiere a un
sustrato extracelular subyacente (membrana basal) y cuya función es intercambiar
sustancias con el torrente sanguíneo. En otros ejemplos, los receptores para
neurotransmisores se concentran en regiones de la membrana plasmática localizadas
entre las sinapsis y los receptores para lipoproteínas de baja densidad se concentran en
placas de la membrana plasmática especializada para facilitar su penetración al interior.
De los diferentes tipos de células de mamífero, los espermatozoides tienen la estructura
más altamente diferenciada. Un espermatozoide maduro se puede dividir en cabeza,
cuerpo o pieza central y cola, cada uno con su propia función especializada. Aunque
dividido en varias partes distintas, el espermatozoide está cubierto por una membrana
plasmática continua que, según han revelado numerosas técnicas, consta de un mosaico
de diferentes tipos de dominios localizados. Por ejemplo, cuando el espermatozoide es
tratado con varios anticuerpos específicos, cada anticuerpo se combina con la superficie
de la célula en un patrón topográfico único que refleja la distribución única del antígeno
particular en la membrana plasmática.
Fenómenos de transporte pasivo a través de membrana celular.
Puesto que el contenido de una célula está rodeado en toda su extensión por la
membrana plasmática, toda comunicación entre la célula y el medio extracelular debe
ser a través de esta estructura. En cierto sentido, la membrana plasmática tiene doble
“responsabilidad”. Por un lado, debe retener los materiales disueltos dentro de la célula,
de modo que no salgan de la misma por simple escurrimiento hacia el medio; por otra
parte, debe permitir el intercambio necesario de materiales hacia adentro y afuera de las
células. La bicapa de lípidos de la membrana es ideal para prevenir la pérdida de solutos
polares con carga eléctrica de una célula, pero deben tenerse algunas precauciones en
relación con el ingreso de nutrientes y la salida de productos de desperdicio que
pudieran ser bloqueados por la bicapa de lípidos relativamente impermeable. Como se
describirá más adelante, la membrana plasmática es una barrera con permeabilidad
selectiva; es decir, no es igualmente permeable a todo tipo de solutos. Esta selectividad
permite que la concentración de sustancias dentro de las células sea notablemente
diferente de su concentración en el exterior, condición necesaria para la vida de una
célula.
Para entender la naturaleza selectivamente permeable de la membrana plasmática es
necesario considerar cómo atraviesan esta estructura las moléculas individuales.
Básicamente hay dos medios para dicho movimiento: por difusión pasiva o por algún
tipo de transporte activo acoplado a energía. Ambos tipos de movimiento pueden
producir flujo neto de un ión o compuesto particular. El término flujo neto indica que el
movimiento de la sustancia al interior de la célula (flujo interno) y hacia afuera de la
misma (flujo externo) no está en equilibrio, sino que más bien uno excede al otro.
Se conocen varios procesos mediante los cuales se desplazan sustancias a través de las
membranas: difusión simple a través de la bicapa de lípidos; difusión simple a través de
un canal acuoso revestido de proteína; difusión facilitada, y transporte activo.
Consideraremos cada uno por separado, pero primero analizaremos la energética del
movimiento de solutos.
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Energética del movimiento de solutos
Difusión es un proceso espontáneo mediante el cual una sustancia se desplaza desde
una región de concentración elevada a una región de menor concentración, y que por
último elimina la diferencia de concentración entre las dos regiones. La difusión
depende del movimiento al azar de solutos y es un proceso exergónico debido al
incremento de entropía representado por la distribución al azar de las moléculas (fig. 23).
Membrana permeable al soluto
Difusión
Fig. 2-3 Representación del fenómeno de difusión.
El siguiente análisis se restringe a la difusión de sustancias a través de membranas.
El cambio de energía libre que ocurre cuando un soluto difunde a través de una
membrana depende de la magnitud del gradiente de concentración, o sea, la diferencia
de concentración entre los dos compartimientos situados a cada lado de la membrana. Si
el soluto no es un electrolito (partícula sin carga eléctrica), se observa la siguiente
relación para el movimiento de una sustancia al interior de la célula:
AG = RT In [Ci ]
[Co]
[Ci ]
AG = 2.303 RT log10 [Co]
donde AG es la diferencia de energía libre, R es la constante de los gases, T es la
temperatura absoluta y [Ci ]/[Co] es la relación entre las concentraciones del soluto en
las superficies interna (i) y externa (o) de la membrana. A 25oC,
[Ci ]
AG = 1.4 kcal/mol-log10 [Co]
Donde R es la constante de los gases (1.987 cal/mol*oK)y T es la temperatura absoluta
(298oK)
45
Si la proporción entre [Ci ]/[Co] es menor de 1.0, entonces el log de la proporción es
negativo, AG es negativo y la entrada neta de soluto es termodinámicamente favorecida
(exergónica). Por ejemplo, si la concentración externa de soluto equivale a 10 veces la
concentración interna, AG = -1.4 kcal/mol. Por lo tanto, mantener una concentración 10
veces mayor de un lado es igual a almacenar 1.4 kcal/ mol. Conforme el soluto se
desplaza al interior de la célula. el gradiente de concentración disminuye y AG se
reduce hasta que en el equilibrio se convierte en cero. Para calcular AG, del movimiento
de un soluto hacia afuera de la célula, el término correspondiente a la proporción entre
las concentraciones se convierte en [Ci ]/[Co].
Si el soluto es un electrolito (una especie con carga neta), también se debe considerar la
diferencia total de carga entre los dos compartimientos. Como resultado de la mutua
repulsión entre iones con carga semejante, para un electrolito es termodinámicamente
desfavorable desplazarse de un compartimiento a otro a través de una membrana con
carga total del mismo signo. A la inversa, si la carga del electrolito es de signo opuesto
a la del compartimiento hacia el cual se desplaza, el proceso es termodinámicamente
favorecido. Cuanto mayor sea la diferencia de carga (diferencia de potencial o voltaje)
entre los dos compartimientos, mayor será la diferencia de energía libre. Por lo tanto, la
capacidad de un electrolito para difundir de un compartimiento a otro depende de dos
gradientes: un gradiente químico determinado por la diferencia de concentración de la
sustancia entre los dos compartimientos y un gradiente de potencial eléctrico
determinado por la diferencia de cargas. Estas diferencias en conjunto se combinan para
formar un gradiente electroquímico. La diferencia de energía libre para la difusión de un
electrolito al interior de la célula es
AG = RT In [Ci ] + z FAEm
[Co]
donde z es la valencia del soluto, F es la constante de Faraday (23.06 kcal/V *
equivalente, donde un equivalente es la cantidad de electrólitos que posee un mol de
carga), y AEm es la diferencia de potencial (en voltios) entre los dos comportamientos.
La interrelación entre diferencias de concentración y de potencial se observa en la
difusión de iones potasio (K+) hacia afuera de la célula. La salida del ión es favorecida
por el gradiente de concentración de K+, que corresponde a una mayor concentración
de K+ dentro de la célula, pero impedida por el gradiente eléctrico que representa una
carga eléctrica negativa en el interior de la célula con relación al exterior.
Difusión de sustancias a través de membranas
Un no electrolito debe satisfacer dos condiciones para difundir al interior o exterior de
una célula a través de la membrana plasmática. La sustancia debe estar presente en
concentración mas elevada fuera de la célula o dentro de la célula respectivamente y la
membrana debe ser permeable a la sustancia. Una membrana puede ser permeable a un
soluto determinado: 1) porque el soluto pasa directamente a través de la bicapa de
lípidos, o 2) porque dicho soluto es capaz de atravesar un poro acuoso situado en el
espesor de la membrana que impide el contacto del soluto con las moléculas lípidas de
la bicapa. Consideraremos primero la ruta en la cual una sustancia se disuelve en la
bicapa de lípidos para atravesar la membrana. El análisis de esta ruta obliga a considerar
la polaridad de un soluto.
Una medida simple de la polaridad (o no polaridad) de una sustancia es su coeficiente
de partición, o sea la proporción entre su solubilidad en aceite y su solubilidad en agua.
El coeficiente de partición para un compuesto se mide disolviendo la sustancia en aceite
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y en agua por separado, mezclando luego los dos solventes inmiscibles con la sustancia
disuelta y agitándolos, lo que permite que se separen en dos fases y se mida la
concentración del soluto en cada caso. El coeficiente de partición es la concentración en
aceite dividida entre la concentración en agua. Es evidente que a mayor liposolubilidad
la penetración es más rápida. A finales del siglo XIX, observaciones de este tipo
suministraron el primer indicio le que la frontera externa de la célula podía contener una
capa de lípidos.
Otro factor que determina la velocidad de penetración de un compuesto a través de una
membrana es su tamaño. Si dos moléculas tienen coeficientes de partición
aproximadamente iguales, las moléculas de menor tamaño tienden a penetrar en la
bicapa de lípidos de una membrana con mayor rapidez en comparación con la molécula
más grande. Moléculas sin carga y muy pequeñas penetran rápidamente a través de las
membranas celulares. Por consiguiente, las membranas son muy permeables a
moléculas inorgánicas pequeñas, como 02, C02, NO y H20, que parecen deslizarse entre
fosfolípidos adyacentes.
En contraste, moléculas polares más grandes, como ,azúcares, aminoácidos e
intermediarios fosforilados, muestran poca penetrabilidad en la membrana. Por
consiguiente, la bicapa de lípidos de la membrana plasmática suministra una eficaz
barrera que evita la difusión de estos metabolitos esenciales hacia el exterior de la
célula. Puesto que algunas de estas moléculas (p. ej., azúcares y aminoácidos) deben
entrar a las células procedentes del torrente sanguíneo, al parecer no lo hacen por simple
difusión. En vez de eso deben disponer de mecanismos especiales para penetrar a través
de la membrana plasmática. Estos mecanismos permiten a una célula controlar el
movimiento de sustancias a través de la barrera situada en su superficie.
El fenómeno de diálisis es un proceso de difusión de disoluciones verdaderas.
Difusión de agua a través de las membranas: Ósmosis.
Las moléculas de agua se desplazan con mucha mayor rapidez a través de una
membrana celular que los iones y pequeños solutos polares comúnmente presentes en
las células, los cuales son casi impenetrables. Debido a esta diferencia de penetrabilidad
del agua en comparación con solutos se dice que las membranas son semipermeables.
El agua se mueve rápidamente a través de una membrana semipermeable desde una
región de baja concentración hasta otra de alta de concentración de soluto. Este proceso
se denomina ósmosis y puede demostrarse fácilmente colocando la célula en una
solución con una concentración de soluto diferente de la presente en el interior de la
propia célula.
Cuando una membrana semipermeable separa dos compartimientos con concentración
diferente de un soluto, se dice que el compartimiento de concentración más alta es
hipertónico (o hiperosmótico) en relación con el compartimiento de concentración más
baja de soluto, qué se describe como hipotónico (o hiposmótico). Si se coloca una
célula en una solución hipotónica, la célula gana agua con rapidez por ósmosis v se
hincha. A la inversa, una célula colocada en una solución hipertónica rápidamente
pierde agua por ósmosis y se encoge. A partir de estas sencillas observaciones es
evidente que el control del volumen celular depende sobre todo de la relación entre
concentración de solutos en el interior de la célula en comparación con la concentración
en el medio extracelular. La mayor parte de las células mantienen un volumen
apropiado al desplazar iones hacia adentro y afuera de la célula hasta que la
concentración interna del soluto (incluyendo una concentración elevada de proteínas
disueltas) sea igual a la concentración del soluto externo. En estas condiciones, los
47
líquidos interno y externo son isotónicos (isosmóticos) y no hay movimiento neto de
agua hacia adentro o afuera de la célula.
La ósmosis es un factor importante para numerosas funciones del cuerpo. Por ejemplo,
el tubo digestivo secreta varios litros de líquido que se reabsorbe osmóticamente en las
células que revisten el intestino. Si este proceso de reabsorción no ocurre, como en el
caso de la diarrea intensa, se corre el riesgo de una rápida deshidratación. Las plantas
aprovechan la ósmosis de diferentes maneras. Cuando una célula vegetal permanece en
una solución hipotónica, gana agua y se hincha, igual que una célula animal. La célula
animal finalmente estalla en el medio hipotónico, pero la célula vegetal, que posee una
pared celular externa rígida, alcanza un volumen máximo y en vez de estallar genera
presión interna (turgencia) aplicada contra la pared que la rodea. Si la célula vegetal se
coloca en un medio hipertónico, su volumen disminuye conforme la membrana
plasmática tira de la pared celular que la rodea, proceso conocido como plasmólisis. La
presión desarrollada gracias al fenómeno de la turgencia suministra apoyo a las plantas
no leñosas y a ciertas partes de las plantas leñosas, como las hojas. La pérdida de agua
por ósmosis hace que las plantas pierdan turgencia v se marchiten.
Difusión de iones a través de las membranas
La bicapa de lípidos que forma el centro de las membranas biológicas es muy permeable
a sustancias con carga eléctrica, incluyendo iones pequeños como Na+, K+, Ca++4 y
CI-. Incluso el movimiento (conductancia) de estos iones a través de las membranas
desempeña un papel crítico en múltiples actividades celulares, que comprenden
generación y propagación de impulsos nerviosos, secreción de sustancias hacia el
espacio extracelular, contracción muscular, regulación del volumen celular y abertura de
los poros de los estomas situados en las hojas de la planta. Hace más de 40 años, Alan
Hodgkin, Bernard Katz y Andrew Huxley, tres fisiólogos ingleses, trabajando con un
axón gigante de células nerviosas de calamar, propusieron por primera vez que las
membranas celulares contenían canales iónicos permeables a iones específicos.
En la actualidad, los biólogos han identificado un sorprendente número de canales
iónicos, cada uno formado por proteínas integrales de la membrana que rodean un poro
acuoso. La mayor parte de los canales iónicos son sumamente selectivos y sólo
permiten el paso de un tipo particular de ión. Igual que en la difusión de otros tipos de
solutos a través de membranas, la difusión de iones por un canal siempre es "cuesta
abajo", o sea, desde un estado de mayor energía a otro de menor energía. Los canales
iónicos son bidireccionales, permiten el paso de iones en ambas direcciones y el flujo
neto del ión depende del gradiente electroquímico.
Nuestra comprensión de la estructura y la operación de los canales iónicos se ha
desarrollado más en años recientes gracias al gran avance tecnológico, que incluye:
Aislamiento y clonación de genes que codifican las proteínas que constituyen los
canales.
Deducción de la secuencia de aminoácidos de las proteínas codificadas y predicción
subsecuente por computadora de la forma de organización de estas proteínas dentro de
una membrana.
Alteración por mutagénesis dirigida a un sitio de la secuencia de nucleótidos en el gen
para producir un polipéptido selectivamente alterado cuyas propiedades se pueden
someter a prueba.
Aislamiento de estas proteínas y reconstitución de las mismas dentro de liposomas
donde su actividad pueda estudiarse aislada de otras proteínas de la membrana.
Inyección de genes (o de los correspondientes RNA mensajeros) que codifican para las
48
proteínas del canal a células extrañas, como oocitos de anfibios, donde las proteínas se
sintetizan e integran a la membrana plasmática de la célula receptora y forman canales
funcionales.
Desarrollo de técnicas mediante las cuales se pueda estudiar la conductancia de iones a
través de un solo canal iónico. Esto se lleva a cabo utilizando como electrodos
micropipetas fabricadas con vidrio pulido que se colocan en la superficie externa de la
célula y sellan la membrana por succión. El voltaje a través de la membrana se puede
conservar (pinzar) en un valor determinado y medir la corriente originada en la pequeña
porción de membrana que rodea a la pipeta.
Comparando la secuencia de aminoácidos en las proteínas que forman diferentes tipos
de canales iónicos en organismos tan diversos como bacterias, plantas y animales, sé
observa que todos los canales iónicos pertenecen a un pequeño número de súper
familias gigantes. Aunque los miembros de una súper familia dada pueden mostrar
selectividad muy diferente para cada ión, todas muestran bastante similitud en la
secuencia de aminoácidos y estructura total al indicar que provienen de una sola
proteína que alguna vez estuvo presente en un ancestro común que existió hace miles de
millones de años.
La mayor parte de estos canales iónicos que se han identificado pueden tener
conformación abierta o cerrada; se dice que estos canales son las compuertas. El cambio
de conformación cerrada a abierta, o sea, la abertura de la compuerta, puede ser
inducida por varios factores, que dependen del canal en particular. Se han identificado
dos categorías principales:
Canales operados por voltaje cuyo estado de conformación depende de la diferencia de
carga iónica en ambos lados de la membrana. Canales operados por sustancias químicas
cuyo estado de conformación depende del enlace con una sustancia particular.
Algunos canales operados químicamente se abren (o cierran) luego del enlace de un
ligando a la superficie externa del canal, otros se abren (o cierran) luego que un ligando
se enlaza a la superficie interna del canal. Por ejemplo, los neurotransmisores como
acetilcolina actúan sobre la superficie exterior de ciertos canales catiónicos, en tanto que
los nucleótidos cíclicos como AMPC actúan sobre la superficie interna de ciertos
canales iónicos para calcio.
Un canal de K+ único consta de cuatro polipéptidos homólogos (subunidades)
dispuestos simétricamente alrededor de un poro central conductor de iones. Por lo
contrario, los canales para Na+ y Ca++ de la misma superfamilia constan de un solo
polipéptido gigante con cuatro dominios hidrófilos separados, cada uno con seis
segmentos que atraviesan la membrana.
Los canales de potasio pueden existir en conformación abierta o cerrada, según el
voltaje a través de la membrana. Alterando sistemáticamente la secuencia de
aminoácidos de la proteína mediante mutagénesis dirigida a un sitio, Richard Aldrich y
sus colegas, de la Universidad Stanford, obtuvieron pruebas de que el canal se cierra por
medio de “ una esfera atada a una cadena”. Los 19 aminoácidos que forman la porción
N-terminal del polipéptido actúan como “esfera” oscilante que puede cerrar la boca del
canal y bloquear el paso de iones. Se cree que una hélice S4 transmembranal que
contiene 7 residuos aminoácidos con carga positiva situados cada tercer residuo a lo
largo de la cadena del polipéptido regula la abertura y cierre del canal. Se ha
determinado que esta porción de la proteina actúa como sensor de voltaje. Los cambios
de carga iónica a través de la membrana altera las interacciones de los residuos cargados
positivamente situados en la hélice S4 con residuos con carga negativa situados sobre
hélices vecinas, lo que provoca cambios de conformación en el polipéptido que
conducen a liberar la "esfera" y abrir la boca del poro. Una vez abierto el poro pueden
49
pasar a través del canal más de un millón de iones potasio por segundo. Debido a este
gran flujo iónico, la abertura de un número relativamente pequeño de canales K+ puede
tener un impacto significativo sobre las propiedades eléctricas de la membrana.
Algunos estudios indican que el canal K+ mide alrededor de 3 A (0.3 nm) de diámetro
en su punto más estrecho, justo el calibre suficiente para permitir el paso de un solo ión
potasio (más o menos 2 Á de diámetro) luego de despojarse de la capa de agua que lo
rodea. Se cree que cada canal tiene cuando menos tres sitios capaces de enlazarse
selectivamente a un ión potasio. Estos sitios tal vez se localicen en el segmento H5 del
polipéptido, que puede formar parte de la pared del poro hidrófilo. La repulsión
electrostática entre varios iones K+ sumamente próximos proporciona el mecanismo
para impulsar los iones a través del poro con tal rapidez.
Una sola célula puede poseer varios canales K+ diferentes que se abren y cierran en
respuesta a diversos voltajes. Además, el voltaje requerido para abrir o cerrar un canal
K+ particular puede variar según si la proteína del canal está fosforilada o no, lo que a
su vez es regulado por hormonas y otros factores. Es evidente que la función del canal
iónico se encuentra bajo control de un complicado conjunto de diversos agentes
reguladores.
La mejor comprensión de la estructura tridimensional de un canal iónico se ha logrado
por análisis con microscopio electrónico de alta resolución del receptor nicotínico para
acetilcolina, un canal operado por un ligando (fig. 3-3).
Canal iónico
Fig. 2-4 Esquematización del receptor de acetilcolina.
Difusión facilitada
Ya se indico que la difusión de una sustancia a través de una membrana siempre ocurre
desde una región de mayor concentración en un lado hacia otra de menor concentración
en el otro lado de la membrana, pero las sustancias no siempre difunden a través de la
bicapa de lípidos o de un canal abierto. Se conocen muchos ejemplos donde la sustancia
que debe difundir primero se une selectivamente a una proteína que atraviesa la
membrana, denominada facilitador del transporte, encargada de facilitar el proceso de
difusión. Se cree que el enlace del soluto a un facilitador de transporte sobre el lado de
la membrana desencadena un cambio de conformación en la proteína que expone el
50
soluto en la otra superficie de la membrana a partir de la cual puede difundir cuesta
abajo siguiendo su gradiente de concentración. La difusión facilitada, como se
denomina a este proceso, se asemeja en gran parte a una reacción catalizada por
enzimas.
Igual que las enzimas, los facilitadores de transporte son específicos para las moléculas
que transportan, por ejemplo pueden discriminar entre los estereoisómeros D y L.
Además, tanto las enzimas como los transportadores muestran cinética de tipo
saturación. A diferencia de los canales iónicos, que pueden conducir millones de iones
por segundo, la mayor parte de los facilitadores de transporte sólo pueden desplazar a
través de la membrana cientos o miles de moléculas de soluto por segundo. Otra
característica importante de los facilitadores de transporte es que, igual que las enzimas
y los canales iónicos, su actividad puede regularse para satisfacer las necesidades ese la
célula en determinado momento. La difusión facilitada es particularmente importante
para mediar la entrada y la salida de solutos polares como azúcares y aminoácidos que
no pueden penetrar la bicapa de lípidos.
Debido a que los facilitadores de transporte operan pasivamente, o sea, sin acoplarse a
un sistema capaz de liberar energía, pueden mediar el movimiento en forma satisfactoria
en ambas direcciones. La dirección del flujo neto depende sólo de la concentración
relativa de la sustancia en ambos lados de la membrana.
El transporte de glucosa: un ejemplo de difusión facilitada
La glucosa es la principal fuente de energía directa para el cuerpo, y la mayor parte de
las células contienen una proteína de membrana que facilita la difusión de glucosa desde
la corriente sanguínea al interior de la célula (fig. 3-5). El gradiente favorable para la
difusión continua de glucosa hacia el interior de las células se mantiene por
fosforilación del azúcar luego que penetra al citoplasma, por lo que desciende la
concentración intracelular de glucosa. Los seres humanos y otros mamíferos estudiados
tienen cuando menos cinco proteínas relacionadas que actúan como facilitadoras del
transporte de glucosa (estas variantes genéticas se refieren como isoformas). Las
isoformas denominadas GLUT1-GLUT5 se diferencian por los tejidos en los cuales se
localizan y también por su cinética y características reguladoras.
51
Glucosa
Insulina
Captura y transporte de glucosa
Receptor de insulina
Incorporación de glucosa al citoplasma
Desplazamiento hacia la membrana celular
GLUT 4 (transportador de glucosa)
Fig. 2-5 Representación de la difusión facilitada de glucosa.
La insulina, hormona producida por las células endocrinas del páncreas, desempeña un
papel clave para mantener una concentración apropiada de azúcar en la sangre. Una de
las principales acciones de la insulina es favorecer la captación de glucosa proveniente
de la sangre por las células musculares, en cuyo interior se almacena como glucógeno o
se emplea directamente como combustible para la actividad muscular y por las células
adiposas donde la glucosa se convierte en grasa. Los músculos cardiaco y esquelético, y
las células adiposas comparten una isoforma común de proteína facilitadora del
transporte de glucosa, en especial GLUT4. Si la concentración de insulina es baja, estas
células contienen relativamente pocos transportadores de glucosa en su superficie. Por
lo contrario, dichos transportadores se encuentran en la membrana de las vesículas
citoplásmicas. Cuando la concentración de insulina se eleva, esta hormona actúa sobre
células específicas para estimular la translocación de las vesículas desde el citoplasma
hasta la superficie celular. Como resultado, los transportadores se incorporan a la
membrana plasmática donde pueden actuar para eliminar glucosa de la sangre.
La causa de la diabetes mellitus es un defecto de la actividad de la insulina. En
pacientes que sufren la enfermedad desde la infancia (diabetes tipo I), por lo general hay
deficiencia en la producción de insulina debido a destrucción de las células productoras
de insulina por el propio organismo. Por lo tanto, a los niños con diabetes tipo 1 de
ordinario se les trata mediante inyección diaria de insulina. Por lo contrario, las
personas que desarrollan diabetes en la edad adulta (diabetes tipo II), en general
muestran concentración normal de insulina; el problema estriba en la incapacidad de las
células específicas para responder a la hormona, sea por deficiencia de los receptores de
insulina o por deficiencia de los transportadores GLUT4.
Transporte activo
En condiciones típicas, la concentración interna de K+ en las células de mamíferos es de
casi 100 mM, en tanto que fuera de la célula sólo es de unos 5 mM. En consecuencia,
52
hay un gradiente de concentración de K+ muy pronunciado a través de la membrana
plasmática que favorece la difusión de K+ hacia afuera de la célula. Los iones sodio
también se distribuyen de manera muy desigual a través de la membrana plasmática,
pero el gradiente se establece en sentido opuesto: la concentración de Na + es de casi
150 mM en el lado externo de la célula y de 10 a 20 mM en el lado interno de la
membrana plasmática. La diferencia de concentración para Ca++ todavía es mayor; la
concentración típica de 10-7 M en el citoplasma es 1 000 a 10 000 veces menor que la
concentración en el exterior de la célula. La capacidad de una célula para generar estos
pronunciados gradientes de concentración a través de su membrana plasmática no puede
depender de difusión simple o facilitada. Estos gradientes se generan más bien por
transporte activo.
Igual que la difusión facilitada, el transporte activo depende de proteínas integradas a la
membrana capaces de unirse selectivamente a un soluto particular y desplazar dicha
sustancia a través de la membrana impulsada por cambios en la conformación de la
proteína. Sin embargo, a diferencia de la difusión facilitada, el movimiento de un soluto
contra un gradiente requiere acoplar el ingreso de energía. En consecuencia, el
movimiento endergónico de iones o de otros solutos a través de la membrana contra un
gradiente de concentración debe acoplarse a un proceso exergónico, como hidrólisis de
ATP, absorción de luz, transporte de electrones o flujo de otras sustancias a favor de un
gradiente (fig. 3-6).
2 K+ transporte activo de potasio al interior
Exterior
ATPasa de Na+ y K+
Membrana celular
Interior
3 Na+
transporte activo de sodio al exterior
Fig. 3-6 Esquematización del fenómeno de transporte activo.
Acoplamiento del transporte activo a la hidrólisis de ATP
En 19571 el fisiólogo danés Jens Skou descubrió una enzima que hidroliza ATP en las
células nerviosas del cangrejo que sólo era activa en presencia de iones sodio y potasio
(y también Mg++ que actúa como cofactor). Skou propuso, y estuvo en lo correcto, que
esta enzima encargada de la hidrólisis de ATP era la misma proteína que actuaba en el
transporte activo de los dos iones; la enzima se denominó ATPasa Na+-K+, o bomba
sodio y potasio.
53
Los investigadores interesados en descubrir las propiedades de la ATPasa Na+-K+
pronto volvieron su atención a los fantasmas de eritrocitos, estos se hinchan en
soluciones hipotónicas hasta que la membrana plasmática es tan permeable que el
contenido interno de las células escurre al exterior. Estos fantasmas de eritrocitos
permeabilizados (hemolizado) se pueden colocar en soluciones de diferente
composición iónica, permitir que se encojan a su tamaño original y entonces volverlos a
sellar. Los fantasmas resellados pueden colocarse entonces en diferentes tipos de medio
y evaluar las actividades de transporte de la membrana. Utilizando este sistema se
observó que el transporte activo sólo ocurre cuando hay iones potasio fuera de la célula
y iones sodio dentro de la misma. También debe haber ATP disponible dentro del
fantasma restablecido; si el ATP se aplica externamente, la bomba no puede operar. De
igual manera se determinó que la uabaína, un inhibidor del transporte activo de cationes
ampliamente estudiado, sólo era eficáz cuando se aplicaba de forma externa sobre los
fantasmas recuperados. La uabaína es un esteroide cardiotónico con estructura similar a
la digital, un esteroide obtenido de la digital y empleado durante más de 200 años como
tratamiento para insuficiencia cardiaca congestivo. La digital aumenta la fuerza de
contracción del corazón inhibiendo la bomba de Na+-K+, lo que desencadena una serie
de acontecimientos que incrementan la disponibilidad de Ca++ dentro de las células del
músculo cardiaco. En años recientes se han acumulado pruebas de que las células
normalmente contienen tipos similares de compuestos denominados endouabaínas.
Los experimentos con fantasmas de eritrocitos ilustran claramente la naturaleza
asimétrica de la bomba de sodio y potasio. Esta asimetría es una de las características
más importantes de todos los sistemas de transporte activo. A diferencia del movimiento
mediado por proteínas en los sistemas de difusión facilitada, que pueden transportar la
sustancia igualmente bien en ambas direcciones, los sistemas de transporte activo se
acoplan a una fuente de energía de tal manera que sólo pueden impulsar el movimiento
de iones en una sola dirección. Numerosos estudios indican que la proporción de Na+K+ bombeada por la ATPasa Na+-K+ no es de 1:1, sino de 3:2. En otras palabras, por
cada ATP hidrolizado se bombean tres iones sodio afuera y sólo dos iones potasio
adentro de la célula. Debido a esta proporción de bombeo, la
ATPasa Na+-K+ es electrógeno, lo que significa que contribuye directamente a
separar cargas eléctricas a través de la membrana.
La ATPasa N+-K+ es un tetrámero que consta de dos tipos de subunidades, una
subunidad alfa de mayor tamaño encargada de la actividad de transporte y una
subunidad beta más pequeña que al parecer funciona sobre todo en la maduración y
ensamblado de la bomba dentro de la membrana. Ambas subunidades atraviesan la
membrana; la subunidad alfa contiene 8 a 10 segmentos transmembrana semejantes, en
tanto que la subunidad beta sólo contiene uno.
La ATPasa Na+-K+ es un ejemplo de bomba tipo P para iones. La “P” significa
"fosforilación" e indica que durante el ciclo de bombeo la hidrólisis de ATP transfiere
un grupo fosfato a uno de los aminoácidos de la proteína de transporte, lo que a su vez
provoca un cambio de conformación esencial dentro de la proteína. Los cambios de
conformación son necesarios para modificar la afinidad de la proteína por los dos
cationes que transporta. Consideremos la situación que confronta la proteína. Debe
captar iones sodio o potasio en una región donde están presentes en concentración baja,
lo que significa que la proteína debe poseer una afinidad relativamente alta por estos
iones. A continuación, la proteína debe liberar los iones en el otro lado de la membrana
frente a una concentración mucho mayor de ión. Para esto, la afinidad de la proteína por
dicho ión debe disminuir. Por lo tanto, la afinidad para los iones debe ser diferente en
54
ambos lados de la membrana, lo cual puede explicarse mejor mediante un cambio en la
forma de la molécula de la proteína.
Cuando la proteína se une a tres iones Na+ en el lado interno de la célula, sufre la
fosforilación y cambia de la conformación El a la conformación E2. En ese momento,
los sitios de enlace quedan expuestos al compartimiento extracelular y la proteína pierde
su afinidad por los iones Na+ que entonces se liberan fuera de la célula. Una vez
liberados los tres iones de sodio, la proteína capta dos iones potasio, se desfosforila y
regresa a su conformación original El. En ese estado, el sitio de enlace se abre en la
superficie interna de la membrana y su afinidad por iones K+ disminuye liberando estos
iones dentro de la célula. Entonces el ciclo puede repetirse. La importancia de la bomba
de sodio y potasio es evidente si consideramos que consume alrededor de un tercio de la
energía producida por la mayor parte de las células animales y dos tercios de la energía
producida por células nerviosas.
Otros sistemas de transporte de iones
La bomba de sodio y potasio sólo se encuentra en células animales. Se piensa que esta
proteína evolucionó en los animales primitivos como principal medio para conservar el
volumen celular y como mecanismo para generar los pronunciados gradientes de Na+ y
K+ que desempeñan un papel tan importante en la generación de impulsos en células
nerviosas y musculares. Las células vegetales dependen sobre todo del transporte de H+
por medio de una bomba tipo P situada en la membrana plasmática. Esta bomba de
protones desempeña en las plantas un papel clave en el transporte secundario de solutos,
en el control del pH del citosol y tal vez en la regulación del crecimiento celular
mediante acidificación de la pared de las células vegetales. Otro tipo de bomba P bien
estudiado es la ATPasa Ca++ presente en la membrana plasmática y las membranas del
retículo endoplásmico. La función dé esta bomba Ca++ es activar el transporte de iones
calcio hacia afuera del citoplasma, ya sea al espacio extracelular o a la luz del retículo
endoplásmico.
A diferencia de las bombas tipo P, las bombas tipo V utilizan la energía del ATP sin
formar una proteína intermedia fosforilada. Las bombas tipo V transportan activamente
iones hidrógeno a través de las paredes de organelos y vacuolas del citoplasma (de allí
su nombre tipo V). Se presentan en membranas de revestimiento de lisosomas, granulos
secretorios y vacuolas de las células vegetales.
Otro grupo distinto de proteínas que desempeñan una función en el transporte activo de
iones se clasifica como transportadores del cartucho enlazado al ATP (CEA), debido a
que todos los miembros de este grupo comparten un dominio homólogo de enlace al
ATP. El transportador CEA mejor estudiado se describe en La perspectiva humana:
Fibrosis quística.
Acoplamiento del transporte activo a los gradientes iónicos existentes
El establecimiento de gradientes de concentración, como los de Na+, K+, H+,
constituye un medio para almacenar energía en las células. La célula emplea de varias
maneras la energía potencial almacenada en gradientes iónicos para efectuar trabajo,
incluyendo transporte de otros solutos. Considérense las funciones del intestino. En su
luz, las enzimas desdoblan polisacáridos de peso molecular elevado para producir
azúcares más simples, los cuales deben desplazarse a través de todo el espesor de las
células epiteliales revisten al intestino y alcanzar la corriente sanguínea. El movimiento
de glucosa a través de la membrana plasmática apical (membrana de las células
55
epiteliales frente a la luz del intestino) contra un gradiente de concentración ocurre
mediante cotransporte con iones sodio. La concentración de Na+ se mantiene muy baja
dentro de las células por acción del sistema de transporte activo primario (ATPasa de
Na+-K+), localizado en la membrana plasmática basal y lateral que bombea iones sodio
fuera de la célula contra un gradiente de concentración. La tendencia de los iones sodio
para difundir hacia adentro a través de la membrana plasmática apical siguiendo su
gradiente de concentración es “controlada” por las células epiteliales que dirigen el
cotransporte de moléculas de glucosa hacia adentro de la célula contra un gradiente de
concentración. Las moléculas de glucosa son impulsadas por un sistema de transporte
activo secundario.
En este caso, la proteína de transporte se enlaza tanto al sodio como a la glucosa en la
superficie externa de la membrana plasmática apical. Cuando el ión sodio se libera en
la célula dentro de una solución de menor concentración, la conformación de la proteína
aparentemente cambia, de modo que pierde su afinidad por la molécula de glucosa, la
cual entonces es liberada dentro de la célula. Una vez adentro, las moléculas de glucosa
difunden por toda la célula y se desplazan a través de la membrana basal mediante
difusión facilitada.
El transporte activo secundario de glucosa al interior de las células epiteliales del
intestino (y al interior de las células que revisten los túbulos del riñón mediante un
sistema similar) es un ejemplo de simporte, en el cual las dos especies transportadas
(Na+ y glucosa) se mueven en la misma dirección. Se han aislado numerosas proteínas
de transporte secundario que participan en antipuerto, en el cual las dos especies
transportadas se mueven en direcciones opuestas. Gran número de células conservan el
pH citoplásmico apropiado acoplando el movimiento hacia adentro del Na+ con el
movimiento hacia fuera del H+.
Transporte en masa.
Además de los fenómenos de transporte descritos, la membrana celular participa
activamente en fenómenos que se caracterizan por el desplazamiento en masa de
sustancias. Cuando éstas se transportan hacia el interior de la célula el proceso se
denomina endocitosis el cual abarca dos fenómenos; la pinocitosis y la fagocitosis.
Cuando el desplazamiento es en sentido contrario, es decir hacia el exterior el proceso
se llama exocitosis el cual abarca también dos fenómenos; la secreción y la excreción.
La pinocitosis o “beber celular”, es la incorporación en masa de partículas en solución
usualmente de gran tamaño como proteínas. Este fenómeno se presenta en dos formas;
con la participación de receptores o sin ellos. En el primer caso los receptores se ubican
en la membrana celular y en grietas de la misma recubiertas de una proteína llamada
clatrina (fig. 3-7). Cuando la sustancia se fija al receptor en la superficie de la
membrana éstos se desplazan hacia las grietas a partir de las cuales se forman
endosomas. Los receptores se reciclan a partir del endosoma y regresan a la membrana
celular. La pinocitosis sin receptores denominada también constitutiva se caracteriza por
una invaginación de la membrana cuando las partículas se aproximan a ella.
56
A
Membrana celular
Grietas de clatrina
Endosoma
B
Sustancias en solución
Membrana celular
Invaginación
Fig. 3-7 Esquematización de la pinocitois con receptores (A) y pinocitosis constitutiva.
La fagocitosis o “comer celular”, es un fenómeno de defensa con el que cuenta el
organismo, mediante el cual células especializadas ingieren y destruyen partículas
nocivas propias o extrañas. Dicho fenómeno lo exhiben las células que integran el
57
sistema de los macrófagos, tales como; histiocitos, monocitos, células de los sinusoides
hepáticos, microglia, etc., las cuales poseen variadas y poderosas enzimas lisosómicas
encargadas de la digestión de las partículas ingeridas.
La fagocitosis es favorecida por factores como: superficies ásperas, carga eléctrica,
quimiotaxis y opsonización. Cuando la superfice de una partícula nociva no es lisa sino
áspera se incrementa la fagocitosis de la misma. Los macrófagos son células
electronegativas, por tal mtivo son atraídas por partículas con carga electropositiva. Los
tejidos dañados liberan sustancias químicas que atraen a los macrófagos hacia la zona
afectada, este fenómeno se denomina quimiotaxis. Cuando una agente extraño y nocivo
penetra al organismo, se genera una reacción en la que el agente extraño estimula la
formnación de anticuerpos (opsoninas) los cuales se fijan a dicho agente favoreciendo
su fagocitosis. La exocitosis son los fenómenos a través de los caules las células
expulsan sustancias y abarca la secreción y la excreción.
El proceso de secreción se define como la expulsión de sustancias elaboradas por las
células, útiles al organismo; como es caso de las hormonas, neurotransmisores, enzimas,
etc. La secreción involucra la participación del aparato de Golgi, los fenómenos que
ocurren en el mismo fueron tratados en el capítulo 1.
La secreción es el proceso mediante el cual las células expulsan productos de desecho
resultantes del metabolismo celular, para su eliminación del organismo a través de los
órganos excretores.
RESUMEN.
La membrana celular es una estructura lipoprotéica que delimita la superficie de la
célula, separa el espacio intracelular del extracelular, participa en el transporte de
sustancias hacia el interior y exterior de la célula, es el sitio donde interactúan muchas
hormonas y neurotransmisores para ejerecer sus efectos en los tejidos, y posee
propiedades antigénicas.
Todas las membranas celulares de las células eucarióticas exhiben una estructura común
denominada unidad de membrana o membrana unitaria; es decir están conformadas por
lípidos, proteínas y una escasa proporción de carbohidratos.
Los lípidos de la membrana son fosfolípidos, glucolípidos, colesterol y cefalinas
principalmente. Cada molécula de fosfolípido esta conformada por una región cefálica
constituida por fosfato que es la región polar de la molécula, y dos cadenas de ácidos
grasos que constituyen la porción no polar, hidrofoba de la molécula. Los fosfolípidos
se disponen en la membrana conformando una doble capa en la que las porciones
fosfato se orientan hacia los medios acuosos y las cadenas de ácidos grasos se orientan
hacia la región central.
Las proteínas de la membrana celular son unidades globulares aisladas, con sus
extremos cargados eléctricamente. Algunas de ellas contienen carbohidratos o lípidos.
Se disponen en la membrana celular en forma caprochosa; algunas de ellas se localizan
en las regiones externas, otras internamente; algunas se encajan sobre la membrana y
otras la atraviesan de un extremo a otro. Funcionalmente se distinguen diferentes tipos
de proteínas en la membrana celular. En efecto, algunas de ellas son estructurales y por
tanto contribuyen en la arquitectura de la membrana. Otras operan como receptores
celulares que interactúan con hormonas y neurotransmisores para que éstos ejerzan sus
efectos en los tejidos blanco. Otro grupo de proteínas son responsables del transporte de
sustancias a favor del gradiente de concentración, en tanto que otro tipo de proteínas lo
hace en contra del gradiente de concentración, por esta razón se denominan
genéricamente como “bombas”. En la membrana se localizan también proteínas de tipo
58
enzimático que participan en procesos metabólicos que ocurren a nivel de la membrana.
Aún más existen proteínas que regulan el paso de iones llamadas canales iónicos o
hidrofílicos.
Los fenómenos de transporte de sustancias a través de la membrana abarcan los
siguientes: difusión, ósmosis, difusión facilitada, transporte activo, pinocitosis,
fagocitosis, secreción y excreción.
La difusión es el desplazamiento de iones o meléculas a favor del gradiente químico, es
decir de concentración, desplazándose siempre de la región de mayor concentración
hacia la región de menor concentración.
La ósmosis consiste en la difusión de moléculas de agua entre dos disoluciones a
diferente concentración a través de una membrana semipermeable.
La difusión facilitada en la membrana celular es un fenómeno que permite la difusión de
sustancias dependiente de la participación de proteínas transportadoras que facilitan
dicho fenómeno.
El transporte activo consiste en el desplazamiento de moléculas o iones en contra del
gradiente químico, es decir de menor concentración a mayor concentración. En
consecuencia este fenómeno requiere la participación de proteínas de transporte que
consumen ATP y que se llaman genéricamente “bombas”.
La pinocitosis o “el beber celular” es un fenómeno de incorporación en masa de
sustancias en disolución usualmente moléculas grandes. En este fenómeno participa
activamente la membrana celular. La pinocitosis se puede dar con el empleo de
receptores o sin la participación de éstos.
La fagocitosis o “el comer celular” es un mecanismo de defensa del organismo ejercido
por las células que integran el sistema de los macrófagos. Mediante dicho fenómeno las
células fagocíticas ingieren y destruyen con sus poderosas enzimas lisosómicas a
sustancias nocivas y ajenas al organismo. La fagocitosis esta ligada a cuatro factores, a
saber: superficies ásperas, carga aléctrica, quimiotaxis y opsonización.
Los fenómenos de expulsión de sustancias a través de la membrana celular abarcan la
secreción y la excreción. En el primer caso, se expulsan sustancias elaboradas por las
células y que son útiles al organismo, tal es el caso de las hormonas, enzimas,
neurotransmisores, etc. En el segundo caso las células expulsan al torrente circulatorio
desechos resultantes de los procesos metabólicos celulares para que éstos sean
eliminados del organismo por los órganos excretores.
Guía de autoevaluación.
Relaciona los incisos con los conceptos que a continuación se enumeran.
a) Fosfolípidos.
b) Proteínas.
c) Canales iónicos.
d) Receptores celulares.
e) Bombas.
1.- En la membrana celular existen como unidades globulares aisladas, con cargas
eléctricas en sus extremos.
2.- Sus moléculas presentan una región polar y otra apolar.
3.- En la membrana celular se disponen en las regiones externa e interna; protruyendo la
membrana e inclusive atravesándola de un extremo a otro.
4.- Una porción de sus moléculas se disponen en la región central de la membrana
celular.
59
5.- Constituyen una barrera a nivel de la membrana para ciertas sustancias.
6.- Permiten el ingreso o salida de Ca++, Na+, Cl- y K+.
7.- Interactúan con neurotransmisores y otros agentes para desencadenar efectos en las
células.
8.- Se encargan del transporte de sustancias en contra del gradiente químico.
a) Enzimas.
b) Translocasas.
c) Unipuerto.
d) Simpuerto.
e) Antipuerto.
9.- Transportan sustancias a través de la membrana bajo condiciones favorables de
gradientes químicos y eléctricos.
10.- Participan en procesos metabólicos regulando la velocidad de las reacciones
químicas.
11.- Transporte acoplado de una sustancia hacia el interior de la célula y de otra
sustancia al exterior a través de la membrana celular.
12.- Transporte de una sola sustancia a través de la membrana celular.
13.- Transporte simultáneo de dos sustancias a través de la membrana.
a) Canal iónico.
b) Canal de K+.
c) Canal de Na+.
d) Receptores celulares.
e) Proteínas G.
14.- Tetrámero con dos, cuatro o más dominios transmembrana.
15.- Tetrámero conformado por cuatro subunidades con seis dominios transmembrana.
16.- Tienen la capacidad de unir GTP.
17.- Pueden estar abiertos permanentemente o tener compuertas de voltaje o de ligando.
18.- Se localizan en la membrana celular, citoplasma o núcleo; interactúan con agentes
químicos o pueden en esencia ser canales iónicos.
a) Proteína G de molécula pequeña.
b) Ligando de molécula pequeña.
c) Ligando de molécula grande.
d) Proteína G de molécula grande.
e) Receptor en serpentina.
19.- Proteína con siete dominios transmembrana acoplada a proteína G, y con un sitio
para interaccionar con un ligando.
20.- Se une al receptor en un sitio ubicado a nivel de la membrana celular.
21.- Se relaciona con funciones ligadas al movimiento de vesículas.
22.- Sus funciones son unir a receptores en serpentina con enzimas para desencadenar la
formación de segundos mensajeros citoplasmáticos.
23.- Se une al receptor en un sitio ubicado en la región externa de la membrana celular.
24.- Se denominan proteínas heterotriméricas.
25.- Están conformadas por tres subunidades denominadas alfa, beta y gama.
26.- La subunidad alfa de su estructura enlaza GTP y tiene actividad GTPasa.
27.- Su actividad se relaciona con la formación de AMPcíclico (segundo mensajero), o
con la activación de canales iónicos.
60
a) Adenilciclasa.
b) Receptor en serpentina.
c) AMP cíclico.
d) Proteincinasa.
e) Proteína G de molécula grande.
28.- Acopla al ligando para desencadenar un efecto fisiológico.
29.- Enzima que convierte ATP en AMPcíclico.
30.- Activa a un sistema enzimático en la membrana celular para formar un segundo
mensajero.
31.- Es un segundo mensajero y es degradado por la acción de la enzima
fosfodiesterasa.
32.- Su función es fosforilar enzimas inactivas para desencadenar efectos fisiológicos.
a) Difusión.
b) Ósmosis.
c) Difusión facilitada
d) Retrodifusión.
e) Diálisis.
33.- Difusión de moléculas de agua a través de una membrana semipermeable entre dos
disoluciones a diferente concentración.
34.- Emplea translocasas que actúan bajo gradientes químicos y eléctricos favorables.
35.- Transporte de sustancias en contra del gradiente químico.
36.- Transporte de sustancias a favor del gradiente de concentración.
37.- Fenómeno de difusión de disoluciones verdaderas.
38.- Constituye el mecanismo de acción de la hormona insulina.
39.- Emplea proteínas de transoporte llamadas genéricamente bombas.
40.- Se manifiesta con consumo de ATP.
a) Pinocitosis.
b) Fagocitosis.
c) Excreción.
d) Secreción.
e) Difusión facilitada.
41.- Mecanismo de endocitosis definido como el “comer celular”.
42.- Fenómeno de exocitosis a través del cual se expulsan desechos celulares.
43.- Fenómeno de endocitosis conocido como el “beber celular”.
44.- Mecanismo de exocitosis para expulsar productos útiles elaborados por las células.
45.- Se manifiesta sin receptores o con la participación de receptores.
46.- Es favorecido por superficies ásperas, carga eléctrica, quimiotaxis y opsonización.
47.- Mecanismo de defensa del organismo.
61
CAPÍTULO 3.- BIOEXCITABILIDAD
Palabras clave: Excitabilidad, estímulo, subumbral, umbral.
Una de las propiedades de los seres vivos es su capacidad para reaccionar a los diversos
estímulos del medio ambiente; esta propiedad denominada originalmente como
“irritabilidad” es conocida en la fisiología moderna como excitabilidad.
Los estímulos que desencadenan la excitabilidad en los tejidos, son variaciones
energéticas del medio ambiente, y de acuerdo a su naturaleza se clasifican en: eléctricos,
químicos, electromagnéticos, sonoros, mecánicos y térmicos. Cualquiera que sea su
naturaleza, los estímulos exhiben tres propiedades fundamentales; intensidad, duración
y frecuencia.
La intensidad es la fuerza con que se manifiesta un estímulo; la duración es el tiempo
que transcurre durante la manifestación del estímulo; y la frecuencia es el número de
veces que se repite el estímulo por unidad de tiempo.
La intensidad de un estímulo se expresa de acuerdo a las siguientes variedades:
subumbral, umbral, submáximo, máximo y supramáximo. El estímulo subumbral se
denomina así, debido a que su intensidad no es suficiente para excitar a una célula. El
nivel umbral posee la intensidad mínima necesaria para lograr la excitación de una
célula, en tanto que los estímulos submáximo, máximo y supramáximo poseen
intensidades crecientes al nivel umbral y son aplicables en tejidos.
Con relación a los estímulos eléctricos frecuentemente empleados en el campo de la
fisiología experimental; su intensidad se expresa en milivoltios (mV), la duración en
fracciones de segundo comúnmente milisegundos (mseg), y la frecuencia en segundos.
El reconocimiento de los estímulos y su transformación en impulsos nerviosos que al
ser integrados en el sistema nervioso central generan respuestas específicas, es función
de los receptores sensoriales los cuales analizaremos en detalle en el capitulo 10. En el
organismo animal, el grado de especialización que dichos receptores han desarrollado es
muy elevado. En efecto, los receptores auditivos por ejemplo; son capaces de
transformar las ondas sonoras en impulsos nerviosos que conducidos a la zona auditiva
de la corteza cerebral son interpretados como sensación auditiva.
Los receptores retinianos denominados conos y bastones son excitados por estímulos
electromagnéticos, y su excitación desencadena impulsos nerviosos en el nervio óptico
correspondiente para producir en el cerebro la sensación visual.
La aplicación de estímulos mecánicos en los tendones de ciertos músculos provocan la
excitación de receptores específicos que desencadena respuestas reflejas caracterizadas
por la contracción de dichos músculos. En sentido opuesto, la distensión intensa de los
tendones musculares provoca la relajación refleja de las masas musculares involucradas,
debido a la excitación de otro tipo de receptores.
En los animales homeotermos, las variaciones térmicas del medio ambiente, son
reconocidas constantemente por termorreceptores localizados en la superficie corporal,
cuyas señales nerviosas permiten al organismo desarrollar ajustes fisiológicos tendientes
a evitar el sobrecalentamiento o enfriamiento corporal.
Estímulos químicos provenientes de la concentración de protones (H+) en los líquidos
corporales, son reconocidos por quimiorreceptores cuyas señales permiten al organismo
ajustar el equilibrio ácido-básico para mantenerlo dentro de los limites fisiológicos.
Por otra parte, es importante destacar que la excitabilidad de las células puede afectarse
por diversos factores, entre los cuales destacan los siguientes: La integridad anatómica y
62
funcional de las células, resulta evidente que alteraciones morfofuncionales en las
células disminuyen su capacidad de reacción a los estímulos del medio ambiente.
Las reservas energéticas de las células bajo la forma de ATP, deben ser suficientes para
que ésta mantenga sus procesos funcionales.
Las variaciones de las concentraciones de ciertos electrolitos, como sodio (Na+), potasio
(K+), calcio (Ca++) y cloro (Cl-) en los líquidos corporales pueden aumentar o disminuir
la excitabilidad de los tejidos.
De la misma manera la actividad de neurotransmisores en el organismo afecta
notablemente la excitabilidad del tejido nervioso y de los órganos efectores, como
veremos en el capítulo 4.
Las variaciones del equilibrio ácido-básico en condiciones patológicas tiene un
profundo efecto en la excitabilidad de los tejidos. En términos generales, bajo
condiciones de acidosis disminuye la excitabilidad, en sentido opuesto la alcalosis cursa
con hiperexcitabilidad.
En condiciones artificiales, la aplicación de agentes farmacológicos como anestésicos,
hipnóticos, tranquilizantes y analgésicos, afectan temporalmente la excitabilidad del
tejido nervioso.
Ciertas toxinas procedentes de animales e insectos ponzoñosos, tienen efectos muy
notorios sobre la excitabilidad del tejido nervioso y en la transmisión neuromuscular.
63
CAPÍTULO 4.- EL TEJIDO NERVIOSO.
Palabras clave: neurona, dendritas, axón, potencial de membrana, potencial de
acción, conducción continua, conducción saltatoria.
El sistema nervioso se caracteriza por su gran complejidad estructural y de las
funciones de regulación que es capaz de realizar, está constituido por varios millones de
unidades funcionales llamadas neuronas (célula nerviosa) y por diez a cincuenta veces
más de células gliales (neuroglia). Este sistema recibe literalmente millones de
pequeños datos de información (estímulos) procedentes de los distintos órganos
sensoriales y luego los integra para determinar la respuesta adecuada que debe dar el
organismo. Está capacitado para responder mediante la transmisión de impulsos que se
producen por los cambios de potencial de membrana que se presentan en los tejidos
excitables .
Las neuronas son la estructura básica de formación del sistema nervioso, evolucionaron
a partir de células neuroefectoras primitivas, que respondían a diversos estímulos con
una contracción. En individuos más complejos, como el hombre y los animales, la
contracción se volvió una función especializada de las células musculares, mientras que
las neuronas se especializaron a su vez en la integración y transmisión de impulsos
nerviosos
Morfología de la neurona.
La neurona típica posee cuatro regiones morfológicamente definidas (fig.4-1). Las
dendritas, el cuerpo celular o soma, el axón y las terminales sinápticas o telodendrón.
Estas regiones anatómicas son importantes para llevar a cabo las cuatro tareas más
importantes de las neuronas: recibir señales de las neuronas circundantes, integración de
estas señales, la transmisión del impulso nervioso a lo largo del axón y emitir una señal
eléctrica o química sobre una terminal postsináptica .
Dendritas
Soma neuronal
Axón
Telodendrón
Fig. 4-1 Esquema de los componentes estructurales básicos de una neurona.
64
El funcionamiento de la neurona está basado en la capacidad que tiene para responder a
los estímulos externos, lo que se conoce como excitabilidad .
El sistema nervioso de los mamíferos contiene cerca de 1011 ( 10 mil millones ) de
neuronas que se presentan en muchas formas y tamaños diferentes (fig.4- 2). Sin
embargo, la mayor parte poseen las mismas estructuras que una neurona medular típica .
Neurona bipolar
Interneurona sensitiva
Motoneurona
Neurona de la neurohipófisis
Fig. 4-2 Esquematización de algunos tipos de neuronas en los mamíferos.
Las dendritas son prolongaciones finas de tipo arborescente que se extienden hacia fuera
del soma neuronal .
Su estructura es muy semejante a la del cuerpo celular, no poseen aparato de Golgi,
presenta ribosomas a excepción de las dendritas más finas y se encuentran
neurofilamentos de 10 nm y microtúbulos de 24 nm, aunque en menor número, con
relación al axón, particularmente en la corteza cerebral y cerebelosa, las dendritas
poseen pequeñas prolongaciones nudosas denominada espinas dendríticas las cuales
tienen una especial importancia ya que representan los sitios de contacto sináptico .
La mayoría de las neuronas poseen numerosas dendritas, que aumentan la superficie
celular, aunque existen algunas cuyo número es más reducido como la motoneurona
espinal típica que presenta de 5 a 7. El número de dendritas que posee una neurona
hace que existan tipos de neuronas tales como las bipolares que poseen una sola
dendrita y el axón; o las neuronas multipolares que tienen una enorme cantidad de
dendritas y el axón.
En lo general las dendritas son cortas, algunas pueden llegar a medir desde unos cuantos
centímetros hasta 1 mm, y se ramifican como las ramas de un árbol. En algunos casos
estas ramificaciones adoptan una configuración característica como es el caso de las
células de Purkinje en el cerebelo. Al contrario de los axones que mantienen un
diámetro constante en toda su longitud, las dendritas se vuelven más finas a medida que
se ramifican. En este sentido es conveniente señalar que del total de terminaciones
sinápticas que recibe una neurona, del 80 al 95% terminan en las dendritas, en tanto que
del 5 al 20% terminan en el soma de la neurona. La función esencial de las dendritas es
la de recibir las señales procedentes de otras neuronas y conducirlas hacia el soma
65
neuronal .Se ha calculado que hasta 200,000 terminaciones de axones establecen
contacto funcional con las dendritas de las células de Purkinje del cerebelo .
Muchas dendritas no transmiten potenciales de acción debido a que sus membranas
tienen relativamente pocos conductos del sodio con barrera dependiente del voltaje, por
lo que sus umbrales de excitación son demasiado altos para que aparezcan potenciales
de acción. Sin embargo las dendritas transmiten corriente electrotónica que desciende
desde las dendritas hasta el soma, esta transmisión equivale a una propagación directa
de la corriente por conducción eléctrica en los líquidos de las dendritas sin que se
produzca ningún potencial de acción .
En las dendritas suele presentarse el fenómeno de “Conducción en Declive”, esto es, en
el extremo de la dendrita suele manifestarse un elevado potencial postsináptico
excitador, al existir un potencial de membrana menos negativo (-10 mV), sin embargo
gran parte del potencial postsináptico excitador suele desaparecer antes de llegar al
soma .
Esto se debe a que las dendritas son prolongaciones largas y estrechas, y sus
membranas, que también son delgadas y excesivamente permeables a los iones de
potasio y cloro, las convierten en lugares por donde se pierde la corriente eléctrica. Por
lo tanto gran parte del potencial excitador se pierde antes de llegar al soma, escapando a
través de la membrana.
Las dendritas también tienen la capacidad de llevar a cabo procesos de sumación de
potenciales de excitación o de inhibición de la misma manera que lo hace el soma.
El soma neuronal también es llamado cuerpo neuronal o pericarión, esta porción de la
neurona contiene al núcleo, el citoplasma y diversos organelos, cuyas características
más relevantes se mencionan a continuación.
En la mayoría de las neuronas el núcleo es esférico y poco teñido, esto se debe a que su
cromatina es muy laxa. Cada núcleo tiene por lo general un nucleolo único, grande y
central .
Debido a la gran producción de proteínas, sobre todo en las motoneuronas, el retículo
endoplásmico granular o rugoso es muy abundante y ampliamente desarrollado. Está
formado por un conjunto de cisternas paralelas, en torno a las cuales se encuentran
numerosos ribosomas libres ( corpúsculos de Nissl ) aglutinados en forma de rosetas,
cuyo número depende del tipo de neurona y su estado funcional .
El Aparato de Golgi se localiza exclusivamente en el soma de la neurona y está
conformado de membranas lisas que constituyen cisternas aplanadas dispuestas
paralelamente entre sí, formando grupos paralelos respecto a la membrana nuclear.
Además de las vesículas aplanadas pueden encontrarse vesículas esféricas de menor
tamaño.
Las mitocondrias se encuentran en pequeñas cantidades en las dendritas y a lo largo del
axón, siendo un poco más abundantes en el soma y extraordinariamente abundantes en
la porción final del axón o telodendrón. Por ejemplo en las motoneuronas están
presentes el aparato de Golgi y las mitocondrias las cuales son particularmente
abundantes en la terminación del axón .
Dentro del soma encontramos el citoesqueleto neurofilamentos de 10 nm y
microtúbulos de 24 nm de diámetro.
La función esencial del soma es: integrar la información interna o externa (vía sinapsis),
generar la respuesta y la conducción de impulsos hacia otra neurona o bien hacia el
órgano efector.
Aquí se lleva a cabo el metabolismo celular normal, se sintetizan las macromoléculas
como las proteínas, glucoproteínas, y enzimas solubles en el axoplasma o las que
integran las distintas estructuras axónicas y sinápticas y que son distribuidas
66
posteriormente en las dendritas, el axón y las terminaciones nerviosas a distancias
variables la cuales oscilan entre unos cuantos milímetros y hasta metros. Ya que la vida
media de las proteínas presentes en las terminaciones nerviosas varía entre 12 horas y
50 a 100 días, es necesario remplazarlas continuamente con nuevas proteínas
sintetizadas en el soma.
Las neuronas además son consideradas células secretorias que se caracterizan por tener
ubicado el sitio de secreción lejos del soma, siendo éste al final del axón .
Cada neurona posee un axón único , que es un cilindro de longitud y diámetro variables,
de acuerdo al tipo de neurona. Algunos axones son cortos , pero en la mayoría de los
casos suele ser más largo que las dendritas de la misma célula.
Los axones de las células motoras de la médula espinal que inervan los músculos del
pie, miden aproximadamente un metro de longitud. Sin embargo como las dendritas son
numerosas y ramificadas, el volumen total de las dendritas de una neurona es mucho
mayor que el volumen de su axón. Generalmente el segmento inicial de un axón nace de
una estructura piramidal engrosada del soma celular, denominada cono de implantación
o cono axial.
El protoplasma del axón se conoce como axoplasma el cual es pobre en organelos,
posee pocas mitocondrias y microtúbulos, pero los neurofilamentos son muy
abundantes. Sin embargo en las terminaciones axónicas o telodendrón, encontramos una
gran cantidad de mitocondrias, así como vesículas del neurotransmisor. En toda su
extensión los axones tienen un diámetro constante y no se ramifican como lo hacen las
dendritas, aunque si pueden dar origen a ramificaciones en ángulo recto, denominadas
colaterales, las cuales son más frecuentes en el SNC .
La membrana plasmática de los axones puede estar rodeada por las células de schwann
las cuales forman una cubierta lipídica de color blanco llamada mielina.
Al patólogo alemán Rudolf Virchow (1864) se le atribuye el descubrimiento de la
mielina, formado por varias capas de la membrana de las células de Schwann. Esta
mielina constituye un poderoso aislante eléctrico, que permite que los axones que la
poseen conduzcan los impulsos con mayor rapidez.
La vaina de mielina compuesta casi exclusivamente por membranas que contienen
lípidos, es ideal para prevenir el paso de iones a través de la membrana plasmática.
Como resultado, los potenciales de acción sólo pueden ocurrir en hendiduras
descubiertas, o nodos de Ranvier (fig.4-3), entre las células de Schwann adyacentes
que constituyen la vaina.
Podemos distinguir dos tipos de axones, dependiendo de la presencia de mielina:
mielínicos y amielinicos.
En los axones mielínicos, las células de Schwann envuelven varias veces el axón,
excepto en algunos sitios denominados nodos de ranvier que son constricciones
periódicas de 1 μm, que están separadas entre sí por aproximadamente un milímetro.
En estos nodos, los canales de sodio con compuerta de voltaje se encuentran muy
concentrados, así como en el segmento inicial de las neuronas mielinizadas. El número
de canales de sodio que se acumulan en las nodos son de 2,000 a 12,000 por micrómetro
cuadrado, en comparación con los 75 canales que se aprecian en la terminal axónica.
Los axones amielínicos son aquellos que carecen de mielina, y aunque están en
contacto con las células de Schwann, estas no se enrollan sobre ellos. En este caso se
encuentran 110 canales de sodio por micrómetro cuadrado.
67
Célula de Schwan
Nodo de Ranvier
Telodendrón
Fig. 4-3 Representación esquemática de una neurona mielínica. La cubierta de mielina se pierde antes de que el axón concluya
formando el telodendrón. No existe en diminutas constricciones denominadas nodos de Ranvier.
La porción terminal del axón, también llamado telodendrón, se presenta de diversas
maneras tales como: forma de botón (botón sináptico o terminal), terminaciones
filamentosas en forma de listón y otras mas especializadas en forma de placa, como la
placa terminal que se encuentra en el músculo esquelético.
El axón primordialmente se encarga de conducir los impulsos desde el soma neuronal
hacia otras neuronas o bien hacia los tejidos efectores. Así mismo a través del axón se
lleva a cabo un proceso denominado flujo axoplásmico, mediante el cual son
transportadas diversas sustancias procedentes del soma, principalmente proteínas, hacia
los botones sinápticos.
Existe también un tipo de transporte anterógrado desde el cuerpo celular al axón , el
cual tiene dos variantes: un transporte o flujo axóplasmico rápido de alrededor de 400
mm/día que se lleva a cabo en los microtúbulos por acción de la cinesina y un flujo
axóplasmico lento de 0.5 a 10 mm/día .
El tipo de transporte retrógrado, va desde las terminaciones hasta el cuerpo celular, su
velocidad es de aproximadamente 200 mm/día, y es mediado por la dineina
citoplasmática a lo largo de los microtúbulos. Ejemplos en este caso lo constituyen las
vesículas sinápticas, las cuales se reciclan en la propia membrana, pero algunas , ya
usadas, se transportan de nuevo al soma y se depositan en los lisosomas; y por otro lado
una parte de las sustancias captadas por endocitosis, como el factor de crecimiento
nervioso, son transportadas hacia el soma neuronal.
Los nervios un conjunto de axones o fibras nerviosas que se agrupan en haces por
medio de una estructura fibrosa llamada epineuro. Debido al color de la mielina, los
nervios son blanquecinos, excepto los nervios muy finos formados solamente por fibras
mielínicas.Los nervios pueden ser de solo un tipo de fibras, sensitivas (aferentes),
motoras (efectoras), o la mayoría de los nervios que son fibras de los dos tipos llamados
mixtos. La función de los nervios es establecer comunicación entre los centros nerviosos
68
y los órganos sensitivos y los efectores. Las fibras aferentes son aquellas que conducen
a los centros nerviosos las informaciones procedentes del organismo y del medio
ambiente, en tanto que las fibras eferentes que transmiten impulsos de los centros
nerviosos a los órganos efectores.
Fenómenos eléctricos en las células nerviosas.
Potencial de membrana.
Hace unos 70 años (1930) los fisiólogos observaron por primera vez el potencial de
membrana a partir de estudios sobre axones gigantes de calamar. Estos axones, que
tienen aproximadamente 1 mm de diámetro, conducen impulsos a velocidad elevada.
Los fisiólogos desarrollaron formas para registrar los eventos eléctricos en el interior de
las neuronas.
Encontraron que, sin ser estimuladas, las neuronas inactivas mantienen una diferencia
eléctrica constante o potencial a través de sus membranas celulares. Este potencial,
llamado potencial de reposo (fig.4-4), siempre es negativo en el interior de la célula y
oscila de -40 a -90 milivoltios mV ; en especial en la neurona es de -70 mV.
+ + +
+ +
+ - -
-
+
-
+ + + + + + + + + + + + + + + + +
-
-
-
-
-
-
- -
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+ + +
-
+
- -
- -
-
-
+
+ +
+ +
-
-
-
-
+ + +
- + +
+ +
-
-
- -
+ +
+
-
-
+ +
+ + + + + +
Fig. 4-4 Esquema que representa el potencial eléctrico en una neurona en estado de reposo. Este potencial se denomina de
membrana. En el esquema no se representa la terminal axónica.
Potencial de acción.
En condiciones experimentales, cuando se estimula la membrana del axón de una
neurona en reposo, con una corriente eléctrica de baja intensidad , el axón responde
abriendo canales de sodio de compuerta de voltaje generándose con ello el ingreso por
difusión de Na+ . Este fenómeno implica el ingreso limitado y momentáneo de cargas
eléctricas al interior de la célula y pérdida de las mismas en el exterior, por lo que se
altera el potencial de membrana en el sitio de aplicación del estímulo; en efecto ocurre
una inversión de dicho potencial denominado activación de la membrana, en el que
ahora el interior de la membrana es electropositivo con respecto al exterior que resulta
electronegativo.
Si el estímulo altera el voltaje de la membrana unos pocos milivoltios -70 a -60 mV,
esta vuelve a su potencial reposo tan pronto como cesa el estímulo, sin embargo, cuando
éste es suficientemente intenso, la membrana se despolariza alcanzando una mayor
negatividad, llegando a un nivel llamado umbral (-50 mV, menos negativo que el
potencial de reposo).Cuando esto ocurre, se desencadena un cambio de voltaje, mismo
que provoca que las compuertas de los canales de Na+ operados por voltaje se abran y
69
puedan difundir suficientes iones de Na+ al interior de la célula neuronal siguiendo sus
gradientes de concentración y eléctrico.
Como resultado del ingreso de Na+ el potencial de reposo se invierte y llega a ser un
potencial positivo de casi +50 mV, luego de 1 milisegundo (mseg), aproximadamente,
los canales de Na+ se cierran espontáneamente e impiden mayor flujo hacia el interior,
en este momento se dice que la membrana neuronal se encuentra despolarizada.
Esta despolarización se propaga por toda la membrana neuronal. Inmediatamente
después los canales de potasio (K+ ) operados por voltaje se abren (fig.4-7): Como
resultado los iones K+ fluyen al exterior de la célula siguiendo su gradiente
electroquímico y el potencial de membrana vuelve al valor negativo cercano al potencial
de equilibrio del K+ (fig. 4-5). En conjunto a estos cambios se les denomina potencial
de acción.
Despolarización de la membrana del axón
Apertura de canales de Na+ de compuerta de voltaje
Estímulo
EXTERIOR
+ + + + + +
- - Na+
- - Na+
+ + +
- - - - -
- - -
+ +
+ + +
+ + +
- - - -
+
+
- - - - -
INTERIOR
+ +
+
+
+ +
Repolarización de la membrana
Apertura de canales de K+ de compuerta de voltaje
EXTERIOR
+
+
-
-
INTERIOR
+
+
-
-
K+
+
+
K+
-
-
Fig. 4-5 Esquematización de los fenómenos de despolarización y repolarización durante el potencial de acción.
70
Toda la serie de cambios descritos que ocurren durante el potencial de acción (fig. 4-6)
duran menos de 5 mseg en una célula nerviosa mielinizada de un mamífero. Como los
canales de Na+ no pueden reabrirse durante algunos milisegundos después de que se
cierran, la célula entra en un período refractario, después de un potencial de acción,
durante el cual no responde a nuevos estímulos.
+ 35 mV
0 mV
Nivel de disparo
- 55 mV
-70 mV
0
5 mseg
Fig. 4-6 Esquema del registro de un potencial de acción.
El movimiento de iones a través de la membrana plasmática de células nerviosas es
parte de la comunicación neuronal y mientras los canales iónicos se encuentren
cerrados, las células afectadas son incapaces de generar potenciales de acción.
Es interesante hacer notar que cuando la membrana de una neurona se despolariza hasta
su valor umbral, se dispara un potencial de acción “completo” sin estimulación
adicional. Esta característica funcional de la célula nerviosa se conoce como ley del
todo o nada. No hay intermedios, la despolarización subumbral es incapaz de generar
un potencial de acción, en tanto que la despolarización umbral automáticamente
provoca una respuesta máxima. También debe subrayarse que un potencial de acción no
es un proceso que requiera energía, sino que es el resultado de flujos de iones que
siguen sus respectivos gradientes electroquímicos. La célula requiere energía para
generar los pronunciados gradientes iónicos a través de la membrana plasmática, pero
una vez establecidos, los diferentes iones fluyen a través de la membrana tan pronto
como se abren sus respectivas compuertas.
Una vez iniciado el potencial de acción no permanece localizado en un sitio en
particular, sino que se propaga a lo largo de la célula en forma de impulso nervioso. En
condiciones normales, el potencial de acción se inicia en un extremo de la célula
nerviosa (en el punto donde surge el axón del cuerpo celular) y desde allí se desplaza
hacia el extremo opuesto de la célula (fig. 4-7).
71
+
+ + - -
- -
-
+
+ + -
-
- -
+
+
+ + -
+ + +
-
-
-
+ - - -
-
- + + + +
Fig. 4-7 Representación del flujo de corriente a través de un axón.
Como consecuencia de este flujo de corriente, la membrana también se despolariza en la
región situada justo por delante del potencial de acción.
Puesto que la despolarización que acompaña al potencial de acción es muy grande, la
membrana de la región adyacente se despolariza con rapidez hasta un valor umbral y las
compuertas de Na+ se abren en este nuevo sitio generando otro potencial de acción. Un
potencial de acción semeja una onda de movimiento rápido de carga positiva que viaja
sin perder intensidad, a lo largo del axón hacia la terminal sináptica. Inmediatamente
después de que pasa el potencial de acción, el potencial de reposo negativo se restablece
dentro del axón.
Conducción de impulsos nerviosos en axones mielínicos y amielínicos.
Los potenciales de acción deben viajar con rapidez. Por ejemplo, una jirafa no podría
escapar de un león si tomara 10 segundos para que la señal viajara de su encéfalo a sus
pezuñas. Sin embargo la apertura y cierre de canales iónicos durante los potenciales de
acción es relativamente lenta, por lo tanto para que una señal viaje rápidamente, deberán
abrirse y cerrarse tan pocos canales como sea posible. En los vertebrados, los axones
que necesitan conducir con gran velocidad están envueltos con capas aislantes de
mielina.Los axones mielinizados transmiten señales mucho más rápidamente que los
axones no mielinizados debido a que los canales de sodio con compuerta de voltaje se
presentan muy concentrados en los nodos de Ranvier y en el segmento inicial de las
neuronas mielinizadas.La transmisión de un potencial de acción a lo largo de un axón
mielinizado recibe el nombre de conducción saltatoria debido a que el potencial de
acción brinca de un nodo a otro (fig.4-8).
Los invertebrados sacan el mayor provecho de esta relación desarrollando axones de
gran diámetro que facilitan el escape del animal cuando encuentra algún peligro. Puesto
que la velocidad de conducción aumenta con la raíz cuadrada del incremento de
diámetro, un axón con 480 μm de diámetro puede conducir un potencial de acción
cuatro veces más rápido que uno que tenga 30 μm de diámetro.
72
Nodo activo
Nodo inactivo
Na+
Mielina
-
+
+
-
+
-
-
+
Dirección de la propagación del impulso
Fig. 4-8 Representación de la conducción saltatoria de un impulso nervioso en una fibra nerviosa mielínica.
En los axones amielínicos, la conducción del impulso nervioso se da en toda la
membrana, se propaga a todo lo largo del segmento del axón hasta alcanzar la terminal
axónica. Por esta razón este tipo de conducción se denomina continua, tal como se
representa en la figura 4-7.
Conducción ortodrómica y antidrómica.
Una fibra nerviosa puede conducir impulsos en ambos sentidos o direcciones en
situaciones experimentales. Si aplicamos un estímulo a la mitad de una fibra, el impulso
viaja hacia el soma y hacia el botón terminal. Sin embargo en los mamíferos el impulso
solo puede viajar en un solo sentido, desde las uniones sinápticas o desde los receptores
del soma hacia el axón, a este tipo de conducción de le denomina ortodrómica. La
conducción en el sentido opuesto (de axón a soma) se denomina antidrómica pero se
impide cuando se presenta, de tal manera que la conducciones antidrómicas que se
llegan a generar son discriminadas por el soma neuronal.
Velocidad de conducción en axones mielínicos y amielínicos.
La velocidad con que viajan los potenciales de acción a lo largo del nervio es la
velocidad de conducción. Esta propiedad es de gran importancia fisiológica puesto que
determina la velocidad a la cual se puede transmitir información en el sistema nervioso
Para entender la velocidad de conducción en tejidos excitables se utilizan dos
conceptos: las constantes de tiempo y de longitud.
La constante de tiempo (τ) indica la rapidez de despolarización en respuesta a una
corriente interna. Por lo tanto:
τ = Rm Cm
donde:
τ = constante de tiempo
Rm = resistencia de la membrana
Cm capacitancia de la membrana
Dos factores modifican esta constante: el primero si la Rm es alta la corriente no fluye
con facilidad a través de la membrana celular y es difícil cambiar el potencial de
73
membrana, incrementándose así la constante de tiempo. El segundo, la Cm para
almacenar la carga eléctrica, si la Cm es alta la constante de tiempo se incrementa.
La constante de longitud (λ) indica que tan lejos se propaga una corriente
despolarizante desde donde se inicia hasta donde llega, por lo que mientras mayor sea la
λ más lejos se propagara la corriente a lo largo de la fibra (Carpenter, 1998; Costanzo,
2000).
Existen por tanto dos mecanismos que permiten incrementan la velocidad de
conducción a lo largo del nervio: el aumento en el diámetro de la fibra nerviosa o la
mielinización.
Al incrementarse el diámetro de una fibra nerviosa se incrementa la velocidad de
conducción, ya que la resistencia interna es inversamente proporcional a la sección de
área transversal, por lo que, entre mayor sea el diámetro menor será resistencia interna y
mayor será la velocidad de conducción. De igual manera, la velocidad de conducción
nerviosa depende de la presencia o ausencia de mielina. La presencia de mielina (que
funciona como aislante) determina que el grosor de los axones mielínicos y amielínicos
sea diferente presentando un mayor grosor aquellos que la poseen. Cuanto mayor sea el
diámetro de un axón menor será la resistencia al flujo de corriente local y un potencial
de acción en un sitio viajará con mayor rapidez para activar regiones adyacentes de la
membrana.
Los impulsos conducidos a lo largo de un axón mielinizado alcanzan velocidades de
hasta de 120 metros por segundo, casi 20 veces más rápida que la velocidad de los
impulsos en una neurona no mielinizada del mismo diámetro.
En las fibras mielínicas la conducción es más rápida que en las amielínicas ya que la
despolarización ocurre solo en puntos determinados y no a lo largo de toda la fibra.
Potenciales compuestos en los nervios mixtos.
En los mamíferos, los nervios periféricos están constituidos por muchos axones unidos
en una envoltura fibrosa denominada epineuro. Por tanto, los cambios del potencial
registrados de manera extracelular a partir de tales nervios representan la suma
algebraica de los potenciales de acción de todo o nada en muchos axones. Hay una
variación en los umbrales de los axones individuales en el nervio y su distancia a partir
de los electrodos estimulantes.
Con los estímulos subumbrales, ninguno de los axones resulta estimulado y no aparece
respuesta. Cuando los estímulos son de intensidad umbral, los axones con un umbral
bajo se excitan y se observa un cambio pequeño en el potencial. A medida que se
incrementa la intensidad de la corriente estimulante, también descargan los axones con
umbrales más altos.
La respuesta eléctrica se incrementa de manera proporcional hasta que el estímulo es lo
bastante intenso para excitar todos los axones en el nervio. El estimulo que produce la
excitación de todos los axones corresponde al estímulo máximo, y la aplicación de
estímulos mayores, supramáximos, no da lugar a un incremento subsecuente en el
tamaño del potencial observado.
Otra propiedad de los nervios mixtos (que es opuesta a los axones únicos) consiste en la
aparición de múltiples espigas en el registro de un potencial de acción, el cual es
denominado potencial de acción compuesto (fig.4-9).
El nervio mixto está constituido por familias de fibras, con velocidades de conducción
variadas, por tanto, una vez que se estimulan todas las fibras, la actividad en las fibras
de conducción rápida llega a los electrodos de registro más pronto que las fibras de
conducción lenta. Mientras mayor sea la distancia del registro del potencial de acción a
74
partir de los electrodos estimulantes, mayor será la separación entre los picos de las
fibras rápidas y los de las fibras lentas.
Al utilizar estímulos menores que el máximo, la conformación del potencial de acción
compuesto dependerá del número y tipo de fibras estimuladas .
Fig 4.9. Esquema del registro del potencial de acción compuesto
Metabolismo del nervio.
Las fuentes de energía que utiliza la neurona para su función y mantenimiento son la
glucosa y el fosfato de creatina. Durante el metabolismo del nervio hay consumo de
oxígeno, liberación de bióxido de carbono y producción de calor.
Los potenciales de acción y de reposo en cualquier célula dependen del metabolismo,
por lo que al igual que el músculo, el nervio posee un calor de reposo durante la
inactividad, un calor inicial durante el potencial de acción y uno de recuperación.
Durante la actividad de los axones se producen pequeños incrementos en el consumo de
oxígeno, esto se comprueba cuando se suprime el potencial de acción mediante la fatiga,
ya que la presencia sucesiva de eventos, incrementa el consumo de oxígeno; y por esta
ausencia de oxígeno, los nervios pierden lentamente su capacidad para conducir
impulsos. Este consumo de oxígeno se acompaña de un aumento en la producción de
calor, hasta sobrepasar el calor de reposo.
Las neuronas pueden poseer un cierto reservorio de oxígeno y pueden mostrar una
deuda de oxígeno similar a la que se encuentra en el músculo esquelético.
Por la existencia de grupos enzimáticos tales como deshidrógenasas y citocromo
oxidasas, se deduce que realizan un metabolismo oxidativo. Y como productos del
metabolismo se han encontrado amoniaco, creatina y fosfato inorgánico.
Tipos y funciones de fibras nerviosas en los nervios de los mamíferos.
Las fibras nerviosas han sido agrupadas de manera distinta por diversos investigadores
lo cual ha dado lugar a confusiones. ya que una clasificación esta dada en grupos ( A, B,
C) y subgrupos ( α,β,γ,δ), y otra es mediante un sistema numérico (Ia, Ib, II, III, IV).
La clasificación propuesta por Erlanger y Gasser (cuadro 4-1) muestra que a mayor
diámetro de un nervio, mayor resulta la velocidad de conducción. Los axones largos
tienen a su cargo, sobre todo, la sensación propioceptiva, la función motriz somática y
las sensaciones táctil y de la presión; mientras los axones más pequeños atienden las
sensaciones de dolor, temperatura y las funciones autónomas.
75
Tipo de fibra
Función
Diámetro de
la fibra (μm)
Velocidad de
la
conducción
(m/seg)
Duración de la
espiga (mseg)
Periodo
refractario
absoluto
(mseg)
A
α
β
γ
Propiocepción;
Motriz somática
12 a 20
70 a 120
0.4 a 0.5
0.4 a 1
Tacto, presión
5 a 12
30 a 70
0.4 a 0.5
0.4 a 1
Motriz a los husos
musculares
Dolor, frío, tacto
3a6
2a5
15 a 30
12 a 30
0.4 a 0.5
0.4 a 0.5
0.4 a 1
0.4 a 1
1.2
1.2
2
2
2
2
δ
Autónoma
preganglionar
3 a 15
<3
Dolor,
temperatura,
C
algunos
0.4 a 1.2
0.5 a 2
Raíz dorsal
mecanorreceptores,
respuestas reflejas
Simpática
Simpáticas
posganglionares
0.3 a 1.3
0.7 a 2.3
* Las fibras A y B están mielinizadas; las fibras C son amielinicas
B
Cuadro 4-1. Características y funciones de las fibras nerviosas en mamíferos.
RESUMEN.
La neurona es la unidad anatómica y funcional del tejido nervioso. Morfológicamente se
caracteriza por poseer dos tipos de prolongaciones citoplasmáticas el axón y las
dendritas. Las funciones de ambas son la conducción de impulsos nerviosos; el axón los
conduce del soma neuronal hacia la terminal axónica, en tanto que las dendritas
conducen impulsos hacia el soma neuronal. Los axones de muchas neuronas poseen una
cubierta de mielina formada por la membrana de células de Schwan que actúa como un
aislante eléctrico, las zonas no cubiertas de mielina se denominan nodos de Ranvier. El
axón o fibra nerviosa se origina de un engrosamiento llamado cono axial, y concluye
formando la terminal axónica conformada por múltiples botones terminales. Cada botón
posee un sistema de mitocondrias y numerosas vesículas en cuyo interior se almacena
un agente neurotransmisor.
En estado de reposo, las neuronas exhiben un estado eléctrico denominado potencial de
membrana que tiene un valor de –70 mV, y se caracteriza por una ligera
electropositividad en el exterior de la membrana neuronal y electronegatividad en su
interior. Dicho potencial es debido a la permeabilidad selectiva de la membrana, que
origina una distribución desigual de iones a cada lado de la misma y a la actividad de la
bomba de Na+-K+ ATPasa.
Bajo condiciones experimentales cuando se estimula el axón de una neurona con una
corriente eléctrica de baja intensidad, el potencial de membrana sufre un cambio brusco,
momentáneo y muy rápido caracterizado por la inversión de dicho potencial; ahora el
interior se vuelve ligeramente electropositivo y el exterior electronegativo, es decir la
membrana se ha despolarizado. Este fenómeno es debido a que el estímulo ocasiona la
apertura de canales de sodio de compuerta de voltaje que permiten la difusión de Na+ al
interior de la membrana. El flujo de sodio genera una corriente eléctrica que recorre
todo el axón hasta alcanzar la terminal. En fracciones de segundo, los canales de Na+ se
cierran y abren canales de K+ que permiten la difusión del mismo al exterior para
restablecer el potencial de membrana, es decir ésta se repolariza. Estos eventos
76
eléctricos constituyen el potencial de acción o impulso nervioso. En condiciones
naturales el potencial de acción se descarga a nivel del cono axial.
La presencia de mielina ocasiona que la conducción del potencial de acción guarde
diferencias respecto a las neuronas que carecen de dicha cubierta. En efecto, en las
neuronas mielínicas los nodos de Ranvier son las zonas exclusivas donde se manifiesta
el intercambio iónico en virtud de que la mielina tiene un efecto de aislante eléctrico, de
tal manera que la activación de un nodo es propagada al siguiente hasta alcanzar la
terminal. Este tipo de conducción nerviosa se denomina saltatoria. Las neuronas
amielínicas a diferencia de las anteriores conducen el potencial de acción a todo lo largo
del axón, razón por la cual este tipo de conducción se llama continua. La conducción
saltatoria es más rápida y consume menos iones que la conducción continua.
Las fuentes de energía para la actividad nerviosa proceden del ATP y del fosfato de
creatina.
77
CAPÍTULO 5 TEJIDO GLIAL.
Palabras clave: Microglia, oligodendrocitos, astrocitos fibrosos, astrositos
protoplásmáticos.
En los mamíferos una alta proporción de los órganos cuentan con una estructura interna
de tejido conectivo que brinda sostén a los elementos celulares. Los nervios periféricos
poseen también estructuras especializadas que cumplen con tal propósito, sin embargo
en el sistema nervioso central no existe tejido conectivo salvo en las membranas que lo
revisten (meninges) y en los vasos sanguíneos. El líquido cefalorraquídeo forma una
almohadilla de protección del sistema nervioso central; y el tejido glial o neuroglia
(glia= cola o pegamento) constituye el tejido de sostén, protección y nutrición de las
neuronas.
El tejido glial esta conformado por una variedad de células cuyo número es aún mayor
que el de las propias neuronas; dichas células son los astrocitos, oligodendrocitos y la
microglia.
Los astrocitos denominados así en función de las numerosas prolongaciones
citoplasmáticas que poseen que semejan la forma de una estrella, exhiben citoplasma
poco denso y algunas de sus prolongaciones terminan en los vasos sanguíneos formando
“píes terminales”. En los mamíferos existen dos variedades de astrocitos:
protoplasmáticos y fibrosos (fig.5-1). Los primeros son más abundantes en la materia
gris del sistema nervioso central, en tanto que los fibrosos existen preponderantemente
en la sustancia blanca y se caracterizan porque sus prolongaciones son menos
abundantes, más rectas y de mayor longitud.
Astrocito protoplasmático
astrocito fibroso
vaso sanguíneo
vaso sanguíneo
Fig. 5-1 Esquema de los dos tipos de astrocitos en el sistema nervioso
78
Las uniones que forman los astrocitos a través de sus “pies terminales” en los capilares
son muy estrechas de tal manera que limitan la permeabilidad en ellos formando una
barrera hematoencafélica. Algunas de sus prolongaciones también se descubren
recubriendo sinápsis.
Los astrocitos producen sustancias nutritivas para las neuronas, transportan iones y
capturan neurotransmisores como el GABA.
En estados patológicos los astrocitos fibrosos generan cicatrices en el tejido nervioso.
Los oligodendrocitos (oligo= disminución, dendrón=arbol) se caracterizan porque sus
prolongaciones citoplasmáticas son escasas y finas. Poseen núcleos pequeños, esféricos
y el citoplasma es denso (fig.5-2).
La función esencial de los oligodendrocitos es la formación de mielina en el sistema
nervioso central.
.
Fig. 5-2 Esquema de un oligodendrocito.
Las células de la microglia son pequeñas, su núcleo se tiñe intensamente, y poseen
numerosas y finas prolongaciones citoplasmáticas, tortuosas y con delicadas espinas
(fig.5-3).
La función que desempeñan esta relacionada con la de un macrófago, por lo que se
sospecha que esta variedad de células pueden formarse en otras regiones del cuerpo y
finalmente acceden al tejido nervioso
En resumen las células de la microglia constituyen el sistema de defensa del sistema
nervioso central.
Fig. 5-3 Esquema de una célula de la microglia.
79
RESUMEN.
El tejido glial o glia simplemente esta conformado por células más numerosas que las
propias neuronas; cuyas funciones son de sostén, nutrición y protección del tejido
nervioso.
Las células gliales abarcan tres variedades, a saber; la microglia, los oligodendrocitos y
los astrositos. Estos últimos abarcan dos variedades los fibrosos y los protoplasmáticos.
Las células de la microglia son elementos depuradores que de hecho pertenecen al
sistema de los macrófagos. Los oligodendrocitos son las células formadoras de mielina
en las neuronas del sistema nervioso central. Los astrocitos fibrosos al igual que los
protoplasmáticos poseen terminales en forma de “pies” o botones que guardan relación
con los endotelios capilares que irrigan el sistema nervioso central. Ambas variedades
de células transportan sustancias a las neuronas, mantienen el equilibrio
hidroelectrolítico y contribuyen al funcionamiento de la barrera hemtaoencefálica.
Guía de autoevaluación.
Completa los espacios lineados en el siguiente texto.
La capacidad que tienen las células de responder a un estímulo en particular se
denomina(1)__________________________, en tanto que los estímulos se definen
como(2)________________________________ del medio ambiente. Los estímulos
poseen tres características básicas(3)____________,____________y_____________.
De acuerdo a su intensidad los estímulos se clasifican en (4) ___________,
__________,_______________,_______________y_______________.
Los tejidos que han desarrollado máximamente la capacidad de responder a estímulos
son(5) _________________,___________________y__________________.
Las prolongaciones finas de tipo arborescente de las neuronas se llaman
(6)_____________, y su función es ________________________________________.
El axón o cilindroeje tiene como función(7)___________________________________.
El telodendrón contiene(8)________________________________________________.
La vaina de mielina en los axones periféricos la forman(9)_______________________,
en tanto que en el sistema nervioso central es formada por(10) ____________________.
Los axones amielínicos conducen impulsos nerviosos en forma(11)________________,
y los axones mielínicos lo hacen en forma___________________. En este tipo de
axones la despolarización ocurre a nivel de(12)________________________________.
Bajo
condiciones
de
reposo
las
neuronas
exhiben
un
potencial
llamado(13)________________, caracterizado por_____________________________,
y con un valor de _______.
El desencadenamiento del potencial de acción ocurre por(14)__________________en la
permeabilidad de la membrana que favorece la difusión de ________, debido a la
apertura de______________________. La recuperación de la membrana ocurre por
difusión de __________ que restablece el potencial de___________________.
Los tipos de astrocitos presentes en la neuroglia son(15)_____________y___________.
Y las funciones que desempeñan son(16)_____________________________________
______________________________________________________________________.
La función de las células de la microglia es(17)________________________________.
______________________________________________________________________.
80
CAPÍTULO 6 SINÁPSIS NEURONAL.
Palabras clave: sinapsis, neurona presináptica y neurona postsináptica, hendidura
sináptica, vesículas, neurotransmisor, potencial postsináptico excitatorio, potencial
postsináptico inhibitorio, convergencia, divergencia, retardo sináptico.
Anatomía fisiológica de la sinápsis.
A diario las neuronas manifiestan una intensa actividad consistente en la transmisión de
impulsos nerviosos que en esencia constituyen señales que permiten al sistema nervioso
cumplir con sus funciones básicas: coordinar y regular el funcionamiento de los
diversos órganos de la economía.
Los sitios o zonas donde las neuronas se relacionan tanto anatómica como
funcionalmente se denominan sinapsis. Recordemos que en el tejido nervioso a
diferencia de otros tejidos, no existe continuidad anatómica, por lo que en las sinapsis
las neuronas se aproximan entre sí, sin que exista contacto real entre ellas.
Los elementos anatómicos existentes en la sinapsis son tres: 1) el elemento presináptico;
2) Hendidura sináptica ; y 3) el elemento postsináptico (fig.6-1)
El elemento presináptico esta representado por la terminal axónica de la neurona que
establece la sinápsis; esta compuesto por la membrana celular de dicha terminal y los
botones o “pies” terminales en cuyo interior existen un sistema de mitocondrias y
vesículas que almacenan agentes químicos neurotransmisores. Los eventos fisiológicos
(electroquímicos) que se manifiestan finalmente en el elemento presináptico, permiten
la propagación de impulsos nerviosos al elemento postsináptico como ocurre en las
sinapsis excitadoras; o bien el bloqueo de dichos impulsos como sucede en las sinapsis
de tipo inhibitorio. En la terminal exónica existen abundantes canales de calcio.
La hendidura sináptica es el espacio intersticial que existe en la sinapsis, con un
diámetro de 20-40 nm. Dicha hendidura esta ocupada por líquido intersticial.
El elemento postsináptico esta representado por la membrana celular a nivel del soma,
dendritas o axón de la neurona con la que se establece la sinapsis. Esta membrana posee
receptores celulares específicos que interactúan con los agentes neurotransmisores para
que éstos ejerzan sus efectos.
Neurona presináptica
Vesículas
Botones terminales
Mitocondria
Elemento presináptico
Hendidura sináptica
20-40 nm
Elemento posináptico
Neurona posináptica
Membrana con receptores
81
Fig. 6-1 Elementos anatómicos de la sinápsis neuronal.
Como puede apreciarse en la figura 6-1, cada botón terminal posee abundantes vesículas
y mitocondrias. Las vesículas pueden ser esféricas, alargadas, planas. Las que son
esféricas, pequeñas y claras contienen acetilcolina, o glicina o GABA; vesículas
pequeñas pero con núcleo denso contienen catecolaminas; en tanto que vesículas
grandes con núcleo denso contienen neuropéptidos.
Las neuronas que están
estableciendo sinapsis nunca se tocan las separa una espacio de 20-40 nm. Se resaltan
en el elemento postsináptico la presencia de receptores celulares a los cuales se fijan los
agentes neurotransmisores.
En función de los elementos que intervienen en la sinapsis, en el organismo se
distinguen tres clases: axosomáticas, axodendríticas y axo-axónicas (fig.6-2). En la
sinapsis axosomática el axón de la neurona que establece el “contacto” (neurona
presináptica) se aproxima en la membrana celular del soma de la neurona con la que se
establece la sinapsis (neurona postsináptica). La sinapsis axodendrítica se caracteriza
porque el axón de la neurona presináptica se aproxima en las espinas dendríticas de la
neurona postsináptica; este tipo de sinápsis es la más común, en la corteza cerebral la
inmensa mayoría de las sinapsis son axodendríticas. Finalmente en la sinapsis axoaxónica, el axón de la neurona presináptica se aproxima al axón de la neurona
postsináptica. Cabe destacar que en algunas zonas del sistema nervioso central existen
sinápsis exclusivamente entre dendritas.
Neuronas presinápticas
Botón terminal
1
2
1 Axosomática
2 Axodendrítica
3 Axo-axónica
Espina dendrítica
3
Fig.6-2 Esquema que representa las tres clases de sinapsis neuronales
El número de sinapsis que una sola neurona puede establecer es variado, por ejemplo en
el sistema nervioso autónomo una neurona preganglionar establece sinapsis con 8-12
neuronas postganglionares. Una motoneurona de la médula espinal puede establecer
10,000 sinapsis. El número es aún mayor en ciertas zonas del cerebro.
La transmisión de impulsos nerviosos en la sinapsis puede ser química, eléctrica y
electroquímica (fig.6-3). Cuando están presentes vesículas la transmisión es química; la
ausencia de vesículas sugiere transmisión eléctrica y hay casos en los que existe una
combinación de éstas.
82
Vesícula esferoidal
Transmisión química
Vesícula aplanada
Transmisión química
Transmisión eléctrica
Sinápsis en fisura
Sinápsis seriada
Sinápsis recíproca
Sinápsis mixta
transmisión química
Transmisión química y eléctrica
Fig.6-3 Tipos de transmisión sináptica.
SINÁPSIS EXCITADORA.
Hemos mencionado que en condiciones naturales la descarga de impulsos nerviosos se
genera en el segmento inicial del axón que es una zona engrosada llamada cono axial. El
potencial de acción así generado, se propaga a todo lo largo del axón hasta alcanzar la
terminal axónica donde se disemina y provoca cambios que concluyen con la liberación
del agente neurotransmisor (fig.6-4). En efecto, la llegada del potencial de acción a la
terminal axónica provoca cambios en el voltaje de la membrana celular en dicha
terminal, lo que ocasiona la apertura de canales de compuerta de voltaje para el calcio
(Ca++). En virtud de que el Ca++ en el líquido extracelular tiene una mayor
concentración, éste difunde al interior de la terminal axónica provocando la liberación
del agente neurotransmisor hacia la hendidura sináptica por un proceso de exocitosis; en
83
el que las membranas de un cierto número de vesículas se fusionan con la membrana de
la terminal axónica por la participación de proteínas de acoplamiento existentes en las
membranas de las vesículas y de la terminal, empleando ATP y bajo la presencia de
Ca++ .
Potencial de acción
1
2
Botón terminal
Difusión del potencial en los botones
sinápticos
Ca++
Apertura de canales de calcio y difusión
de éste hacia el interior de los botones
Receptores
Membrana posináptica
3
Fusión de las membranas de las vesículas
con la membrana de la terminal axónica y
Unión del neurotransmisor a los receptores
posinápticos y aparición de su efecto
liberación del neurotransmisor
Fig. 6-4 Esquematización de los eventos que ocurren en la transmisión sináptica.
El neurotransmisor liberado a la hendidura sináptica se fija a los receptores existentes en
la membrana de la neurona postsináptica, lo que ocasiona apertura de canales de sodio
(Na+) que difunden al interior de dicha neurona provocando una despolarización local
no propagada denominada potencial postsináptico excitatorio (PPSE), que corresponde
a la despolarización local generada por la descarga de un botón terminal. La suma de
PPSE genera un potencial de acción propagado en la neurona postsináptica. La forma en
que se suman los PPSE puede deberse a dos mecanismos: Por la descarga simultánea de
varios botones terminales (suma espacial); o por la descarga repetida de un solo botón
terminal (suma temporal). En ambos casos, la intensidad de cada PPSE al sumarse
generan el potencial de acción propagado en la neurona postsináptica. Es importante
destacar que el PPSE no obedece a la ley del todo o nada, consiste en una respuesta
local que debe sumarse para alcanzar la intensidad necesaria para desencadenar el
potencial de acción. El tiempo que transcurre para liberar al neurotransmisor a la
hendidura sináptica dura menos de 0.5 mseg y se denomina retardo sináptico. En la fig.
6-5 se representan esquemáticamente los eventos que hemos descrito.
Una vez que las vesículas han vaciado el neurotransmisor a la hendidura sináptica son
recicladas en la propia terminal axónica; se recuperan mediante endocitosis formándose
endosomas que son recargados de neurotransmisor para ser nuevamente empladas.
Por su parte, el neurotransmisor liberado una vez que ejerce su efecto, debe ser
inactivado, este proceso implica dos mecanismos; una parte es recapturado por la
terminal axónica y otra porción es inactivado por acción enzimática. Los detalles de este
proceso los analizaremos más adelante.
84
Vesículas
Botón terminal
Liberación del neurotransmisor
Na+
Unión del neurotransmisor a los receptores postsinápticos
Receptores postinápticos
Membrana postsináptica
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Despolarización local de la membrana postsináptica
formación del PPSE. La suma temporal o espacial de cada
+
+
uno de ellos genera un potencial de acción propagado en la
neurona postsináptica
Fig.6-5 Formación del potencial postsináptico excitatorio.
SINÁPSIS INHIBIDORA.
De la misma manera que entre las neuronas se generan PPSE, también se producen
respuestas opuestas de naturaleza hiperpolarizante que disminuyen la excitabilidad de
las neuronas, dichas respuestas constituyen potenciales postsinápticos inhibitorios
(PPSI).
La formación del PPSI puede ocurrir de dos formas: por el ingreso de Cl – y salida de K+
en la neurona postsináptica, o bien por el cierre de canales de Na+. En ambos casos se
genera un estado de hiperpolarización bajo el cual disminuye la excitabilidad de la
neurona.
En el primer caso, el PPSI se forma debido a que los botones terminales liberan un
neurotransmisor inhibidor, el cual al fijarse a los receptores postsinápticos específicos
provoca la apertura de canales de Cl- , el ingreso de Cl- a la neurona postsináptica
refuerza la electronegatividad de la membrana provocando un estado de
hiperpolarización. El interior es más negativo ya que gana electronegatividad respecto al
exterior que resulta más positivo al perder aniones. Este efecto por tanto consiste en una
inhibición directa postsináptica (fig.6-6).
85
Botón con neurotransmisor inhibidor
Neurotransmisor inhibidor liberado
Membrana postsináptica
Cl-
+ ++ +
++++
---------------
Hiperpolarización
+ + + + + +
++++++++
---------------------
Fig.6-6 Formación del potencial postsináptico inhibitorio.
Existen otras variedades de sinapsis inhibidoras resultado de la disposición anatómica
de las neuronas, en este caso se distinguen la inhibición presináptica y postsináptica, y
la inhibición por retroalimentación o autoinhibición.
La inhibición presináptica corresponde a una sinapsis axo-axónica, en la que el axón de
una neurona inhibidora descarga sobre el axón de una neurona excitadora (fig.6-7).
La descarga del neurotransmisor inhibidor provoca, al fijarse a receptores presinápticos,
la apertura de canales de Cl-, el ingreso al axón de iones de cloro en la neurona
excitadora reduce la intensidad del potencial de acción que descarga ésta neurona; y esta
reducción a su vez limita el ingreso de Ca++ a la terminal axónica afectanto por lo tanto
la liberación del neurotransmisor excitador. El ingreso de Ca++ a la terminal también se
dificulta debido a la apertura de canales de K+ que permiten la difusión de este catión
hacia el exterior.
86
Neurona excitadora
Neurona inhibidora
Cl-
Descarga del neurotransmisor inhibidor
GABA
Neurona postsináptica
menor ingreso
Ca++
Difusión
K+
Fig.6-7 Representación esquemática de la inhibición presináptica.
El neurotransmisor en la inhibición presináptica es el GABA (ácido gama amino
butírico) cuyos efectos en la neurona excitadora son el incremento en la conductancia
para los iones de cloro, y la salida de iones potasio en la terminal en la que participa una
proteína G.
La inhibicón postsináptica (fig.6-8), esta organizada de tal manera que el axón de la
neurona inhibidora descarga en la membrana de la neurona postsináptica. El
neurotransmisor liberado se fija a receptores específicos incrementando la conductancia
para el K+ el cual difunde hacia el exterior generando con ello un estado de
hiperpolarización. Se ha identificado a la glicina como responsable de este efecto.
Neurona presináptica excitadora
Glicina
Neurona posináptica
Neurona inhibidora
K+ (efecto de hiperpolarización)
Fig.6-8 Representación del mecanismo de inhibición postsináptica.
87
La siápsis inhibitoria por retroacción se observa en las neuronas de la médula espinal y
otras regiones del sistema nervioso central; la disposición anatómica de este tipo de
sinápsis se caracteriza porque el axón de la motoneurona emite una rama colateral que
hace sinápsis con una neurona inhibidora, cuya terminal axónica a su vez hace sinápsis
con el soma de dicha motoneurona. De esta manera, cuando la motoneurona descarga se
llega a estimular a la neurona inhibidora, cuya excitación libera el neurotransmisor
inhibidor en la motoneurona disminuyendo la descarga de ésta.
NEUROTRANSMISORES.
El estudio en detalle de los agentes neurotransmisores que existen en el organismo de
los mamíferos rebasa los objetivos de este texto, sin embargo nos vamos a referir a
algunos de los más comunes y que por tanto participan en numerosas sinapsis del
sistema nervioso central, sistema nervioso autónomo y en la transmisión neuromuscular.
Cabe destacar, que cada terminal axónica posee solamente un tipo de neurotransmisor, y
que los efectos que este desencadena en las neuronas postsinápticas esta íntimamente
relacionado con el tipo de receptor al que se una. Como veremos más adelante un
mismo neurotransmisor puede desencadenar efectos inhibitorios o excitatorios
dependiendo del tipo de receptor con que interactúe. Existen neurotransmisores que
poseen efectos exclusivamente inhibitorios; y el número y actividad de los receptores
celulares no es constante; su número puede aumentar o disminuir dependiendo de
ciertas condiciones fisiológicas.
Fuera del sistema nervioso central, en la mayor parte de las sinápsis del sistema
nervioso periférico, los neurotransmisores químicos involucrados son la acetilcolina y la
noradrenalina, y en mucho menor proporción dopamina y algún nucleótido de adenina
(ATP y ADP). En el sistema nervioso central, además de dichos neurotransmisores,
existe un número importante de agentes químicos que también desempeñan dicha
función, tal es el caso de la serotonina, histamina, ergotioneína, aminoácidos
monocarboxílicos como el GABA (acidoγaminobutírico) y la glicina, aminoácidos
dicarboxílicos como el ácido glutámico y el ácido aspártico, sustancia P y péptidos
opioides, entre otros.
Acetilcolina.
La acetilcolina es el éster acetilo de la colina, liberada en muy diversas sinapsis del
cerebro; sinapsis neuromusculares; terminales nerviosas preganglionares del sistema
nervioso autónomo; terminales nerviosas postganglionares del sistema nervioso
parasimpático; en algunos casos terminales nerviosas postganglionares simpàticas; y en
la retina.
Es sintetizada a partir de la colina y el acetato activo para formar acetilcolina; reacción
catalizada por la enzima colinacetiltransferasa. La activación del acetato ocurre por
reacción con la coenzima A reducida. Una vez sintetizada es almacenada en vesículas
pequeñas y claras. Las vesículas son transportadas por el axón hasta alcanzar la terminal
axónica.
El receptor celular para la acetilcolina (colinérgico) es una proteína constituyente de la
membrana celular conformada por cinco subunidades: dos alfa, y tres unidades
designadas beta, gamma y delta respectivamente. Posee un sitio para enlace químico
con la acetilcolina, un canal iónico y un mecanismo para acoplar su actividad (fig.6-9).
Las subunidades alfa funcionan como sitios de enlace químico para la acetilcolina, de
88
tal manera que cuando ocurre este fenómeno, se genera un cambio en la configuración
de la proteína que a su vez ocasiona la apertura del canal iónico. Cuando el efecto es de
tipo excitatorio, el canal iónico abre para permitir la difusión del Na+ hacia el interior de
la neurona postsináptica y generar un PPSE.
Exterior
Delta
Acetilcolina
Na+
alfa
alfa
Beta
Interior
Beta
Receptor de acetilcolina
Apertura del canal de sodio bajo la acción de la acetilcolina
Fig. 6-9 Representación esquemática del receptor de acetilcolina resaltando las cuatro subunidades que lo conforman.
Una vez que la acetilcolina ejerce su efecto en la neurona postsináptica, el cual tiene una
duración de unos cuantos milisegundos; debe ser inactivada para permitir la
repolarización de dicha neurona. La inactivación de la acetilcolina ocurre por dos
mecanismos, a saber; una parte es recuperada por la propia terminal axónica gracias al
efecto de proteínas transportadoras de la membrana de la terminal; y otra porción es
inactivada en la hendidura sináptica por la acción de la enzima colinesterasa específica
o verdadera (fig.6-10). En el plasma sanguíneo existe también colinesterasa inespecífica
que puede degradar cualquier exceso de acetilcolina que llegara a ingresar al torrente
sanguíneo.
Botón de la terminal axónica
Recaptación
Acetilcolina
Colinesterasa específica
Fig.6-10 Representación esquemática de los mecanismos de inactivación de la acetilcolina.
89
Desde un punto de vista farmacológico los receptores para la acetilcolina han sido
clasificados como nicotínicos y muscarínicos. En virtud de que en animales de
experimentación, pequeñas dosis de nicotina reproducen los efectos de la acetilcolina en
sinapsis del sistema nervioso central; a nivel de las terminales nerviosas preganglionares
del sistema nervioso autónomo; y en las sinapsis neuromusculares esqueléticas, estos
efectos se denominan acciones nicotínicas de la acetilcolina y los receptores se designan
como nicotínicos. Por su parte, la muscarina un alcaloide extraído de un hongo,
reproduce los efectos de la acetilcolina en el músculo liso y glándulas. De esta manera,
dichos efectos se denominan acciones muscarínicas de la acetilcolina y los receptores se
llaman muscarínicos.
La distribución de la acetilcolina en el sistema nervioso es muy amplia, en efecto existe
en regiones como el bulbo, cerebelo, protuberancia,mesencéfalo, hipotalamo, talamo,
cuerpo calloso, cuerpo estríado, bulbo olfatorio y médula espinal.
Catecolaminas.
El grupo de las catecolaminas abarca a tres sustancias la dopamina, adrenalina y
noradrenalina. Todas ellas se forman hidroxilación y descarboxilación del aminoácido
tirosina. En efecto, la tirosina por acción de la enzima tirosinhidroxilasa es transformada
en Dopa (dihidroxifenilalanina), y esta a su vez se convierte en dopamina
(dihidroxifeniletilamina) bajo la acción de la enzima dopadescarboxilasa. La dopamina
es transformada en noradrenalina por efecto de la enzima dopamina beta hidroxilasa. La
adrenalina es un derivado metilado de la noradrenalina; es decir difiere de ésta
únicamente por contener un grupo metilo de más.
La síntesis de catecolaminas ocurre en todas las neuronas adrenérgicas y en las células
cromafines que integran la médula adrenal. Una vez sintetizadas son almacenadas
unidas a ATP y a proteínas de transporte denominadas cromograninas, en vesículas con
aspecto granular. La distribución de las catecolaminas es igualmente amplia, existen en
neuronas de la corteza cerebral, hipocampo, núcleo caudado, talamo, hipotalamo,
cerebro medio, cerebelo, protuberancia, bulbo y de la médula espinal
La noradrenalina es el principal neurotransmisor de la inmensa mayoría de las
terminales nerviosas simpáticas postganglionares. La adrenalina es liberada por las
células de la médula adrenal, en tanto que la dopamina es liberada en ganglios
autónomos y ciertas zonas localizadas del cerebro como sustancia negra, hipotalamo y
especialmente el núcleo caudado que es parte del sistema extrapiramidal que controla al
músculo esquelético.
Los receptores con los que interactúan la adrenalina y noradrenalina se denominan alfa
y beta. Los primeros son preponderantemente noradrenérgicos, en tanto que los beta son
esencialmente adrenérgicos. Ambos tipos de receptores a su vez se subdividen en alfa1 y
alfa2 y beta1 y beta2. Los efectos con que se relacionan los receptores B1 se ubican en el
corazón, tejido adiposo, músculo liso intestinal y en la termogénesis. Los receptores B2
se relacionan con efectos en el músculo liso de los vasos sanguíneos, músculo liso de
los bronquios, útero, vejiga y vías biliares, así como en lo glucogénesis del músculo
esquelético.
Los receptores alfa están relacionados con efectos en los músculos pilomotores,
dilatador de la pupila, conducto deferente, membrana nictitante, músculo liso intestinal,
esfínteres internos del intestino y vejiga, glándulas sudoríparas y en la inhibición de la
liberación de neurotransmisor en las terminales nerviosas adrenérgicas.
90
Los efectos de la adrenalina y noradrenalina son análogos a los efectos del sistema
nervioso simpático, por ejemplo: dilatación de la pupila, dilatación de los bronquios,
relajación de la pared del tubo digestivo y contracción de esfínteres, relajación del
músculo detrusor y contracción de trígono vesical, vasoconstricción, sudoración y
contracción pilomotora entre otros.
La degradación de las catecolaminas ocurre a través de diferentes vías: por recaptación
en la terminal axónica, por unión del propio neurotransmisor a receptores presinápticos
(alfa2) ocasionando una disminución de su liberación por la terminal nerviosa, y a través
de acción enzimática. En este último caso, las catecolaminas son oxidadas en primera
instancia por acción de la enzima MAO (monoaminooxidasa), y los metabolitos
resultantes
son
metilados
bajo
el
efecto de
la
enzima
COMT
(catecolortometiltransferasa). El metabolito final denominado metanefrina es eliminado
por vía urinaria.
Histamina.
Esta sustancia es formada por la descarboxilación del aminoácido histidina por la acción
de la enzima descarboxilasa de L-histidina. La histamina es metabolizada por la acción
de la enzima histaminasa y por la enzima imidazol Nmetiltransferasa. La distibución de
hsitamina en el organismo de los mamíferos es amplia, se le ubica en neuronas
hipotalámicas que tienen sinápsis con diversas regiones del cerebro, en el talamo,
cerebro medio y en la corteza cerebral; existe también en las células de la mucosa
gástrica y en las células cebadas abundantes en los espacios perivasculares de la piel,
pulmones e hígado.
Los receptores para la histamina (histamínicos) se agrupan en tres tipos: H1, H2 y H3.
Los primeros se relacionan con efectos de la histamina en el sistema nervioso central.
Los receptores H2 se ubican en la mucosa gástrica y su actividad esta relacionada con la
secreción de H+ para formar junto con Cl- ácido clorhídrico en la luz del estómago; en
tanto que los receptores H3 son presinápticos y su actividad se relaciona con la
inhibición de la liberación de histamina.
Los efectos que la histamina desencadena en el organismo son múltiples, a saber:
dilatación de arteriolas terminales, venoconstricción, aumento de la frecuencia cardíaca
y de la fuerza de contracción del corazón, aumento notable de la permeabilidad de los
lechos capilares y por ende pérdida de líquido y diversos solutos del plasma sanguíneo
hacia el espacio intersticial, dilatación de los vasos sanguíneos de la piel. En la piel
desencadena prurito y sensaciones dolorosas. Provoca así mismo, contracción del
músculo liso del intestino y de los bronquios y aumento de la secreción de mucosas.
Serotonina.
En el organismo de los mamíferos la serotonina es formada por hidroxilación y
descarboxilación del aminoácido triptofano. La primera reacción permite la formación
de 5-hidroxitriptofano, el que a su vez es descarboxilado por la enzima descarboxilasa
de aminoácidos aromáticos para formar la amina correspondiente llamada serotonina. El
metabolismo de la serotonina esta bajo control de la enzima monoaminooxidasa La
serotonina se encuentra en las plaquetas, células enterocromafines (intestino delgado y
píloro), cerebro, retina, bazo y pulmones
La glándula pineal por N-acetilación y O-metilación transforma la serotonina en
melatonina; una sustancia relacionada con el control del reloj biológico.
91
La serotonina existente en las plaquetas participa en el fenómeno de agregación
plaquetaria y tiene efectos excitantes en el músculo liso del tubo digestivo aumentando
el tono y la motricidad. Es un agente vasoconstrictor poderoso, excepto en los vasos
sanguíneos coronarios y del músculo esquelético donde provoca el efecto contrario de
vasodilatación. Aumenta la frecuencia y fuerza del latido cardíaco, estimula la
liberación de catecolaminas en la médula adrenal, genera contracción uterina y de los
conductos deferentes; estimula los quimiorreceptores del seno carotídeo y provoca
broncoconstricción.
Melatonina.
Esta sustancia es biosintetizada y liberada por la glándula pineal en donde existe la
mayor concentración, sin embargo se ha identificado también en la coroides, ovarios y
nervios simpáticos.
En ratas inhibe el ciclo estral y parece regular la secreción de estrógenos, en las ratas
machos disminuye el tamaño de las vesículas seminales. En las ranas es responsable de
los cambios de coloración de la piel.
La secreción de melatonina obedece a ritmos circadianos.
ATP.
Independientemente del importante papel que el ATP desempeña como principal
compuesto macroérgico, este nucleótido y algunos similares, tiene participación como
agente neurotransmisor de ciertas fibras nerviosas que generan relajación del músculo
liso intestinal y de los pulmones, contracción de la vejiga, vasodilatación y bradicardia.
El ADP y Ca++ participan en el fenómeno de agregación plaquetaria para inhibir
hemorragias. Dichas fibras no son colinérgicas ni adrenérgicas por lo que se designan
como purinérgicas.
Sustancia P.
Esta neurotransmisor fue por primera vez aislado en 1931 por Euler y Gaddum de
extractos de tejidos que fueron desecados. El polvo resultante se le denomino sustancia
P (del inglés powder que significa polvo). Su estructura corresponde a un undecapéptido
conformado por 11 resíduos de aminoácidos, abundante en terminales nerviosas de la
submucosa y mucosa del intestino, particularmente del duodeno y yeyuno. Se localiza
en otros nervios sensitivos, cerebro y en la médula espinal.
Los efectos que la sustancia P desencadena en el organismo abarcan: contracción de la
musculatura lisa del tubo digestivo; actua como una hormona local que regula el
peristaltismo; contrae también el músculo liso del sistema urogenital, provoca
broncoconstricción, vasodilatación y disminución pasajera de la presión arterial.
Estimula la secreción salival, y en las fibras sensitivas de la piel causa dolor.
Glutamato.
Este agente se forma por aminación del alfa-cetoglutarato en el ciclo de Krebs, y es el
principal neurotransmisor de tipo excitatorio en el sistema nervioso central.
Los receptores para este neurotransmisor son de dos tipos: metabotrópicos e
ionotrópicos. Los primeros son proteínas en serpentina asociadas a proteínas G, y están
92
relacionados con los efectos fisiológicos del glutamato en el cerebro. Los ionotrópicos
son en esencia canales iónicos de compuerta de ligando para Na+, K+ y Ca++.
GABA (ácido γ aminobutírico o γaminobutarato).
El GABA se forma en los mamíferos por descarboxilación del glutamato, y sus
funciones se relacionan primordialmente con la inhibición de la actividad sináptica en el
sistema nervioso central; como la médula espinal, cerebelo, bulbo, hipocampo, talamo y
núcleo caudado. Se localiza también en la retina. El GABA es responsable del proceso
de inhibición presináptica antes descrito.
Los receptores celulares para el GABA son similares a los del glutamato, son canales
iónicos para K+ y Cl-, responsables de generar hiperpolarización y por tanto
disminución de la excitabilidad de las neuronas.
Glicina.
Este aminoácido actúa como neurotransmisor excitador en el cerebro, pero sus efectos
preponderantes son de tipo inhibitorio en el tallo cerebral y médula espinal.
Los receptores para la glicina son canales iónicos que permiten la conductancia del Clhacia el interior de las células y con ello la generación de un estado de
hiperpolarización.
Una teoría acerca del mecanismo de acción de los anestésicos generales volátiles,
sostiene que estos activan receptores para GABA y glicina aumentando la conductancia
para el Cl-.
Péptidos opioides.
En el sistema nervioso central, así como en el tubo digestivo, se ha logrado identificar a
receptores celulares que tienen afinidad por la morfina. Los neurotransmisores
producidos en el organismo que interactúan con dichos receptores se denominan
genéricamente encefalinas.
Las encefalinas se forman a partir de moléculas precursoras de las cuales se han
identificado las siguientes: proencefalina, proopiomelanocortina y prodinorfina.
La proencefalina es el precursor de los neurotransmisores metencefalina (contiene
metionina) y leuencefalina (contiene leucina).
La proopiomelanocortina es el precursor de las endorfinas (beta y otras veriedades).
La prodinorfina da origen a los dinorfinas.
Los efectos de las encefalinas son diversos según la región anatómica donde se liberen,
por ejemplo en el tallo cerebral sus efectos son analgésicos. Las endorfinas se descubren
en los lóbulos anterior e intermedio de la glándula hipófisis.
Distintas variedades de dinorfinas se localizan en el duodeno, adenohipófisis e
hipotálamo.
Los receptores opiáceos hasta ahora bien identificados se designan con las letras griegas
μ (mu), κ (kappa) y δ (delta) ; todos ellos tienen la similitud estructural de ser
receptores en serpentina asociados a proteínas G.
Los receptores μ están relacionados con los siguientes efectos en el organismo:
analgesia, constipación, euforia, sedación y secreción de STH y LH. Los receptores κ se
relacionan con analgesia, diuresis y sedación, en tanto que los receptores δ se vinculan
con efectos analgésicos.
93
Cabe señalar que se ha logrado identificar algunas otras sustancias que se sospecha
actúen como como agentes neurotransmisores, sin embargo el papel que desempeñan en
los procesos fisiológicos del organismo aún se encuentra en estudio.
CARACTERÍSTICAS DE LA TRANSMISIÓN SINÁPTICA.
La transmisión sináptica entre las neuronas guarda ciertas características fisiológicas
que a continuación vamos a referir.
Principio de convergencia y divergencia.
Según la disposición anatómica de las neuronas en la sinapsis, existe el principio de
convergencia cuando varias neuronas establecen sinapsis con una sola neurona. En
sentido opuesto, cuando una sola neurona establece sinapsis con múltiples neuronas se
manifiesta el principio de divergencia (fig.6-11).
Dichos principios anatómicos y funcionales permiten al sistema nervioso que la
transmisión de impulsos ocurra de manera ordenada y eficiente para regular las
funciones corporales.
Convergencia
Divergencia
Fig. 6-11 Esquema de los principios de convergencia y divergencia de la sinapsis neuronal.
La transmisión de impulsos nerviosos en la sinapsis es de tipo anterogrado, es decir
viajan por el axón hasta alcanzar la terminal del mismo en donde gracias a la liberación
de un neurotransmisor excitador puede propagarse a la neurona postsináptica. Es
importante destacar, que el axón tiene la propiedad de conducir en ambos sentidos;
experimentalmente la aplicación de un estímulo en la región media del axón genera un
potencial de acción que transcurre hacia la terminal y hacia el soma neuronal, en este
último caso la transmisión no es permitida y por tanto es bloqueada. Únicamente se
permite la conducción hacia la terminal axónica.
94
El tiempo que transcurre entre la liberación del agente neurotransmisor y la aparición de
sus efectos en la neurona postsináptica se denomina retardo sináptico el cual tiene una
duración de 0.5 milisegundos.
La transmisión sináptica puede fatigarse, este hecho puede deberse a un agotamiento de
las reservas energéticas o del neurotransmisor. En casos patológicos como por ejemplo
un ataque epiléptico, parece ser que este cesa por un agotamiento del neurotransmisor.
Facilitación postetánica.
La aplicación de estímulos a cierta frecuencia en la neurona presináptica genera
potenciales postsinápticos de intensidad creciente, este efecto conocido como
facilitación postetánica es debido a un mayor ingreso de Ca++ en la terminal de la
neurona presináptica que genera en consecuencia mayor liberación del neurotransmisor.
RESUMEN.
La sinapsis es el sitio donde las neuronas se aproximan entre sí. De acuerdo a los
elementos que intervienen en la sinapsis se distinguen tres variedades de la misma: la
sinápsis axosomática en la que el axón de la neurona presináptica se aproxima al soma
de la neurona postsináptica; la sinápsis axodendrítica denominada así debido a que el
axón de la neurona presináptica se aproxima a las dendritas de la neurona postsináptica;
y la sinápsis axo-axónica en la que el axón de la neurona presináptica se aproxima al
axón de la neurona postsináptica.
Los elementos anatómicos de la sinapsis neuronal son por tanto, la terminal axónica de
la neurona que establece la sinapsis (neurona presináptica) y la membrana a nivel del
soma, dendritas o axón de la neurona con la que se establece la sinapsis (neurona
postsináptica. El elemento presináptico (terminal axónica) contiene botones terminales
donde se descubren mitocondrias y numerosas vesículas en cuyo interior se almacena un
agente neurotransmisor. El espacio que existe en la sinapsis se denomina hendidura
sináptica y es de 20 a 40 um aproximadamente. El elemento postsináptico contiene
receptores celulares que interactúan con el neurotransmisor cuando este es liberado
durante la transmisión de impulsos.
De acuerdo a los procesos fisiológicos, existen dos tipos de sinapsis: excitadora e
inhibidora. La primera como su nombre lo indica, permite la transmisión de impulsos
nerviosos; la segunda inhibe dicha transmisión.
La sinapsis excitadora se desencadena por la descarga del potencial de acción a nivel del
cono axial, dicho potencial al alcanzar la terminal axónica provoca la apertura de
canales de Ca++ de compuerta de voltaje los cuales ingresan a la terminal por difusión y
provocan vaciamiento de algunas vesículas por exocitosis. De esta manera es liberado el
neurotransmisor hacia la hendidura sináptica, para fijarse a los receptores específicos
ubicados en la membrana de la neurona postsináptica. Esta acción abre canales de Na+
de compuerta de ligando en dicha neurona lo que facilita la difusión del mismo y la
formación de un potencial despolarizante no propagado denominado potencial
postsináptico excitatorio. Este potencial se suma en forma temporal o espacial y alcanza
la intensidad suficiente para propagarse como potencial de acción en la neurona
postsináptica. El efecto del neurotransmisor es muy rápido, y su inactivación ocurre por
recaptación de la propia terminal axónica y por acción enzimática. Este hecho permite la
recuperación del potencial de membrana en la neurona postsináptica.
La sinapsis de tipo inhibitorio se logra por la liberación de un neurotransmisor inhibidor
cuyos efectos son generar un estado de hiperpolarización en la neurona presináptica o
95
postsináptica disminuyendo así su excitabilidad. La liberación de dicho neurotransmisor
ocurre por descargas de neuronas inhibidoras. En la inhibición presináptica la neurona
inhibidora descarga sobre el axón de la neurona presináptica; en la inhibición
postsináptica la neurona inhibidora descarga sobre la neurona postsináptica. En el
primer caso el neurotransmisor liberado es el ácido gama amino butírico (GABA), en el
segundo caso se libera glicina.
Existe una variedad de inhibición sináptica denominada por retroacción, observable en
la médula espinal. En este caso el axón de la motoneurona antes de concluir emite una
rama colateral que establece sinapsis con una neurona inhibidora cuyo axón descarga
sobre la propia motoneurona y otras aledañas.
Los neurotransmisores que operan en el sistema nervioso son muy variados; abarcan
sustancias como la acetilcolina, dopamina, adrenalina, noradrenalina, serotonina,
histamina, glutamato y endorfinas entre muchos otros.
Los efectos que desencadenan pueden ser de tipo excitatorio o inhibitorio. Las
terminales axónicas almacenan en vesículas un solo tipo de neurotransmisor. El tiempo
que transcurre entre la liberación del agente neurotransmisor y la aparición de sus
efectos se denomina retardo sináptico.
La conducción de impulsos nerviosos entre las neuronas es unidireccional, en las
dendritas se conducen hacia el soma neuronal, en el axón hacia la terminal axónica.
La transmisión de impulsos en la sinapsis puede fatigarse por agotamiento del
neurotransmisor o de las reservas energéticas.
Guía de autoevaluación.
Opción única verdadera.
1.- La sinápsis neuronal:
a) Es la zona donde se aproximan entre sí las neuronas.
b) Puede ser de tipo excitatorio o inhibitorio.
c) Las dos anteriores.
d) Es exclusivamente de tipo excitatorio.
e) Ninguna de las anteriores.
2.- Anatómicamente el elemento presináptico:
a) Esta conformado por las dendritas.
b) Esta representado por la terminal axónica de la neurona que establece la sinápsis
c) Las dos anteriores.
d) Lo conforman las espinas dendríticas.
e) Todas las anteriores.
3.- Y dicho elemento contiene:
a) Vesículas con neurotransmisor.
b) Abundantes mitocondrias.
c) Las dos anteriores.
d) La membrana de la neurona con la que se establece la sinápsis.
e) Todas las anteriores.
4.- Las sinápsis neuronales pueden ser:
a) Axosomáticas.
b) Axodendríticas.
c) Axoaxónicas
d) Dendrita-dendrita.
e) Todas las anteriores.
96
5.- La liberación de un neurotransmisor es desencadenada por:
a) K+.
b) Ca++.
c) I-.
d) Cu.
e) P.
6.- En la sinápsis de tipo excitatorio:
a) El neurotransmisor es liberado por exocitosis a la hendidura sináptica.
b) El neurotransmisor se fija a receptores postsinápticos.
c) Las dos anteriores.
d) El neurotransmisor abre canales de Na+.
e) Todas las anteriores.
7.- Un neurotransmisor de tipo excitatorio después de ejercer sus efectos:
a) Puede ser degradado por acción enzimática.
b) Una porción es recapturado por la terminal presináptica.
c) Las dos anteriores.
d) Se queda unido al receptor postsináptico.
e) Todas las anteriores.
8.- La sinápsis inhibitoria:
a) Puede ocurrir a nivel presináptico.
b) Ocurre a nivel postsináptico.
c) Las dos anteriores.
d) Es desencadenada por la liberación de GABA o de glicina.
e) Todas las anteriores.
9.- El tiempo que transcurre entre la liberación del neurotransmisor y la aparición de su
efecto se llama:
a) Convergencia.
b) Divergencia.
c) Fatiga.
d) Retardo sináptico.
e) Facilitación postetánica.
10.- Los neurotransmisores:
a) Pueden ser de tipo excitatorio e inhibitorio.
b) Se almacenan en vesículas planas.
c) Se almacenan en vesículas esferoidales de núcleo denso.
d) Se almacenan en vesículas esferoidales de núcleo claro.
e) Todas las anteriores.
Relaciona los incisos con los conceptos que a continuación se enumeran.
a) Acetilcolina.
b) Noradrenalina.
c) Histamina.
d) Serotonina.
e) Glutamato.
11.- Farmacológicamente sus receptores se denominan nicotínicos y muscarínicos.
12.- Principal neurotransmisor de tipo excitatorio en el sistema nervioso central.
13.- Principal neurotransmisor de las terminales nerviosas simpáticas postganglionares.
14.- Se biosintetiza por descarboxilación del aminoácido histidina.
97
15.- Neurotransmisor a nivel preganglionar del sistema nervioso autónomo, placa
motora y sistema nervioso central.
16.- Se forma por hidroxilación y descarboxilación del aminoácido triptofano.
17.- Se localiza abundantemente en las células cebadas.
18.- Actúa sobre receptores H1, H2 y H3.
a) Sustancia P.
b) Acetilcolina.
c) Catecolaminas.
d) GABA
e) Glicina.
18.- Sus receptores se denominan alfa y beta.
19.- Undecapéptido abundante en la mucosa intestinal.
20.- Genera inhibición presináptica.
21.- Las enzimas MAO y COMT son responsables de su degradación.
22.- Neurotransmisor responsable de la inhibición postsináptica.
23.- Su degradación depende de la enzima colinesterasa.
24.- Sus efectos son análogos a la estimulación simpática.
25.- En términos generales sus efectos son análogos a la estimulación parasimpática.
a) Convergencia.
b) Divergencia.
c) Fatiga.
d) Facilitación postetánica.
e) Retardo sináptico.
26.- Depleción de ATP y del neurotransmisor.
27.- Respuestas de intensidad creciente a la estimulación de alta frecuencia.
28.- Sinápsis de una neurona con varias neuronas.
29.- Sinápsis de varias neuronas con una sola neurona.
a) Serotonina.
b) Histamina.
c) Inhibición presináptica
d) Inhibición postsináptica
e) Inhibición por retroacción.
30.- Es desencadenada por las células de Renshaw en la médula espinal.
31.- Poderoso agente vesoconstrictor. Precursor de melatonina en la glándula pineal.
32.- Aumenta la permeabilidad de los capilares y provoca prurito en la piel.
33.- Descarga de GABA, participación de una proteína G y salida de K+.
34.- Descarga de glicina e incremento de la conductancia para el K+ e hiperpolarización.
35.- Neurotransmisor responsable de la secreción de H+ en la mucosa gástrica.
98
CAPÍTULO 7.- SINAPSIS NEUROMUSCULAR.
Palabras clave: motoneurona, placa motora, sarcolema, acetilcolina,
catecolaminas, potencial de placa, potencial de unión excitatorio, potencial de
unión inhibitorio, neuronas postganglionares, sistema de nodos y haces.
Anatomía fisiológica de la unión neuromuscular en el músculo esquelético.
Las motoneuronas que inervan a los músculos esqueléticos son mielínicas, y sus
cuerpos neuronales están localizados en la sustancia gris de la médula espinal.
La sinapsis neuromuscular esquelética tiene las siguientes características
anatomofuncionales: el axón de la motoneurona, un poco antes de formar la terminal
pierde se vaina de mielina y concluye formando varios botones terminales los cuales
contienen numerosas vesículas que almacenan acetilcolina. En dichos botones se
descubren también abundantes mitocondrias.
La membrana muscular (sarcolema) exhibe una zona engrosada con ciertas depresiones
llamada placa motora terminal. En las depresiones de esta placa se orientan los botones
terminales debajo de los cuales el sarcolema forma pliegues de unión. El espacio
existente entre los botones terminales y la membrana muscular se denomina canal
sináptico (fig.7-1 ). En los bordes del canal sináptico existe colinesterasa.
Mielina
Canal sináptico
Vesículas
Mitocondria
Sarcolema
Colinesterasa
Pliegues
Placa motora
Fig. 7-1 Esquema de la sinapsis neuromuscular en el músculo esquelético.
99
Excitación del músculo esquelético.
La transmisión de impulsos nerviosos de las motoneuronas hacia los músculos
esqueléticos requiere la participación de Ca++ y el vaciamiento del contenido de las
vesículas hacia el canal sináptico (fig.7-2). Cuando la motoneurona descarga un impulso
nervioso, éste viaja a lo largo del axón hasta alcanzar su terminal y se disemina por
todos los botones terminales aumentando la permeabilidad para el Ca++ el cual difunde
hacia el interior de la terminal axónica provocando la liberación de acetilcolina
contenida en las vesículas mediante el proceso de exocitosis. La acetilcolina liberada se
fija a los receptores (nicotínicos-musculares) abundantes en los pliegues de la
membrana muscular y esta acción genera la apertura de canales de Na+ en la placa
motora que permiten la difusión de dichos iones al interior de la membrana muscular
provocando la despolarización de la misma. Este potencial en el músculo esquelético se
denomina potencial de placa; el cual se manifiesta como potencial de acción en toda la
fibra muscular. Como veremos en el siguiente capítulo, dicho potencial es responsable
de generar el proceso de la contracción muscular. Una vez que la acetilcolina ha
ejercido su efecto, es inactivada por la acción de la enzima colinesterasa.
Potencial de acción
Botón terminal
+
+
+
-
-
-
Ca++
+
+
-
+
+ -
+
-
+
+
Liberación de acetilcolina +
+
-
Na+
+
-
-+
-
-
-
+
-
-
+ -
-
+
-
+
+
+ - -
- -
+
+
+
- + +
+ +
-
-
-
-
Pliegues del sarcolema
Receptores nicotínicos
Fig.7-2 Representación esquemática del mecanismo de transmisión de impulsos nerviosos en el músculo esquelético.
Bajo el efecto de la acetilcolina, se abren canales de Na+ para despolarizar la membrana localmente y generar el
potencial de placa. Los receptores se localizan en toda la membrana muscular, pero son especialmente abundantes
en los pliegues de la misma.
100
Factor de seguridad.
El diseño anatómico y funcional de la transmisión neuromuscular en los músculos
esqueléticos es altamente eficiente; por lo que se dice que dispone de un factor de
seguridad. En los humanos, cada impulso nervioso que alcanza la terminal axónica
genera el vaciamiento de 60 vesículas. Cada una de ellas contiene 10 000 moléculas de
acetilcolina; y la placa motora posee varias decenas de millones de receptores para
dicho neurotransmisor. Por estas condiciones la transmisión de impulsos nerviosos en el
músculo esquelético esta asegurada.
Bajo condiciones artificiales mediante el empleo de diversos fármacos es posible
bloquear la transmisión de impulsos en la placa motora. Existe un número importante de
drogas que tienen dicho efecto, y su estudio es materia de la farmacología.
Potencial miniatura de placa.
En condiciones de reposo, una cantidad muy reducida (cuántica) de acetilcolina es
liberada por la terminal axónica, generándose una despolarización no propagada de muy
baja intensidad en la placa terminal. Este estado eléctrico recibe el nombre de potencial
miniatura de placa. La presencia de Ca++ desencadena la liberación de acetilcolina, en
tanto que el incremento en la concentración de Mg++ en la placa terminal la reduce.
Es posible que el potencial miniatura de placa sea responsable del estado de contracción
residual que exhiben los músculos esqueléticos cuando están en reposo.
Anatomía fisiológica de la sinapsis neuromuscular en el músculo liso.
En los mamíferos domésticos el músculo liso se localiza en muy diversas regiones
anatómicas, tales como; tubo digestivo, tracto respiratorio, útero, vejiga, uréteres, vasos
sanguíneos, esfínteres internos, etc. La inervación de esta variedad de músculo esta a
cargo del sistema nervioso autónomo, cuyas neuronas posganglionares establecen
sinapsis con las fibras musculares lisas de una forma diferente a la sinapsis que hemos
descrito en los músculos esqueléticos.
En efecto, los axones de las neuronas posganglionares son amielínicos y terminan
formando una gran número de ramificaciones que se distribuyen entre las fibras
musculares lisas (sinapsis de paso). Dichas ramificaciones poseen miles de dilataciones
a manera de un rosario, en donde se localizan mitocondrias y vesículas que almacenan
el agente neurotransmisor (fig.7-3). Las neuronas posganglionares adrenérgicas poseen
vesículas con núcleo denso que contienen noradrenalina; en tanto que las neuronas
posganglionares colinérgicas tienen vesículas claras que almacenan acetilcolina.
Es importante señalar, que la inmensa mayoría de los órganos que poseen músculo liso,
poseen inervación dual; es decir están inervados tanto por neuronas posganglionares que
liberan noradrenalina, como por neuronas posganglionares que liberan acetilcolina, y los
efectos que ambos neurotransmisores desencadenan en un mismo órgano son de
naturaleza antagónica, cuando la noradrenalina tiene un efecto de tipo excitatorio, la
acetilcolina ejerce a su vez un efecto inhibitorio. En condiciones fisiológicas, dichos
efectos más que antagónicos deben entenderse como complementarios, en virtud de que
se producen para regular las funciones de un órgano en particular de acuerdo a los
procesos fisiológicos que en él se requieran.
101
Ganglio nervioso autónomo
Neurona postganglionar
Amplificación de dos varicosidades
Vesículas
Mitocondria
Dilataciones dispuestas a la largo de la terminal nerviosa semejando un rosario.
Fig.7-3 Esquema que representa la terminal nerviosa de una neurona postganglionar con dilataciones en las ramificaciones de la
terminal nerviosa que contienen vesículas y mitocondrias. En los ganglios nerviosos autónomos existen numerosas neuronas, el
esquema solo representa a una de ellas.
De lo expuesto anteriormente, es posible destacar que en la sinapsis neuromuscular del
músculo liso no existe placa motora terminal; la sinapsis de paso (fig.7-4) es un diseño
anatómico y funcional que permite que una sola neurona postganglionar pueda inervar a
muchas fibras musculares lisas; existen terminales nerviosas adrenérgicas y terminales
colinérgicas; y los neurotransmisores pueden tener efectos excitatorios o inhibitorios
dependiendo el órgano inervado.
Fibras musculares lisas
Fig.7-4 Esquematización de las sinápsis de paso en el músculo liso.
102
Excitación del músculo liso.
Hemos dicho que la mayor parte de los órganos y estructuras anatómicas que poseen
músculo liso están inervadas por neuronas posganglionares adrenérgicas y colinérgicas
cuyos efectos pueden ser de excitación o de inhibición (fig. 7-5).
La excitación del músculo liso se logra porque el neurotransmisor liberado por ingreso
de Ca++ a las dilataciones genera un incremento en la conductancia para el Na+ a nivel
de las membranas de las fibras musculares lisas; este potencial despolarizante en el
músculo liso se denomina potencial de unión excitatorio (PUE).
El efecto contrario de inhibición ocurre porque el neurotransmisor liberado genera un
potencial hiperpolarizante en las fibras musculares lisas, ocasionado por una mayor
conductancia para el K+ ; en este caso recibe el nombre de potencial de unión inhibitorio
(PUI).
Efecto de excitación
Efecto de inhibición
Varicosidad
varicosidad
Ca++
Liberación del neurotransmisor excitatorio
Liberación del neurotransmisor inhibitorio
Na+
K+
Receptor
Receptor
Fibras musculares
Despolarización (PUE)
Hiperpolarización (PUI)
Fig. 7-5 Representación esquemática de la formación de potenciales excitatorio o inhibitorio en las fibras musculares lisas.
Tanto la noradrenalina como la acetilcolina pueden actuar en el músculo liso como
neurotransmisores excitatorios o inhibitorios. La clave de esta posibilidad de acción
dual; se cifra en el tipo de receptor con el que interactúen para generar difusión de Na+
al interior de las fibras musculares, o bien difusión de K+ al exterior de dichas fibras.
Para ilustrar esta situación, tomemos como ejemplo los efectos de la noradrenalina y de
la acetilcolina en el intestino delgado.
La noradrenalina provoca contracción de esfínteres (efecto excitatorio) y relajación de
la pared intestinal (efecto inhibitorio). Por su parte, la acetilcolina liberada en el
intestino delgado relaja los esfínteres (efecto inhibitorio) y genera contracción de la
103
pared intestinal (efecto excitatorio), es decir tiene efectos opuestos a la noradrenalina
(fig 7-6).
La causa de que ambos transmisores en un mismo órgano, pero en regiones anatómicas
diferentes de tal órgano, ejerzan efectos tanto de excitación como de inhibición es
debida a la presencia de receptores diferentes que al interactuar con ellos generan
potenciales despolarizantes o hiperpolarizantes respectivamente.
Efecto inhibitorio
Efecto excitatorio
Noradrenalina
Acetilcolina
Na+
R
R
Pared intestinal
K+
Na+
K+
Efecto excitatorio en esfínter
Efecto inhibitorio en esfínter
R= Receptores
Fig.7-6 Esquema que representa los efectos de la noradrenalina y acetilcolina en la pared intestinal y esfínteres del intestino delgado.
Anatomía fisiológica de la sinapsis neuromuscular en el corazón.
Al igual que el músculo liso, el músculo cardíaco recibe inervación reguladora de
neuronas posganglionares del sistema nervioso autónomo; un grupo de ellas son
adrenérgicas y por tanto liberan noradrenalina; en tanto que otro grupo son colinérgicas
por lo que liberan acetilcolina.
En términos generales, la noradrenalina desencadena un efecto de excitación en las
fibras musculares cardíacas; por su parte la acetilcolina tiene el efecto contrario de
inhibición de dichas fibras.
La sinápsis neuromuscular en el corazón parece ser semejante a la descrita para el
músculo liso. Las terminales nerviosas de las neuronas posganglionares se ramifican
intensamente entre las fibras musculares cardíacas, y también poseen dilataciones o
varicosidades en cuyo interior se localizan mitocondrias y vesículas que almacenan el
neurotransmisor.
Las neuronas que liberan noradrenalina guardan sinapsis con las fibras musculares de
las aurículas y de los ventrículos. Las neuronas que liberan acetilcolina establecen
sinapsis solamente a nivel de las fibras musculares de ambas aurículas. No existe
inervación colinérgica para la masa ventricular.
Debemos destacar que la inervación que posee el corazón derivada del sistema nervioso
autónomo tiene una función reguladora de la actividad cardíaca de acuerdo a las
demandas fisiológicas en el organismo. El origen del latido cardíaco esta cifrado en la
104
actividad de fibras musculares especializadas únicas en el corazón y que brindan
automatismo a este órgano.
Fisiología básica del sistema nodal del corazón.
No constituye objetivo de este texto estudiar en detalle la actividad y características del
sistema de nodos y haces que brindan automatismo al corazón, esto es materia de la
asignatura de fisiología veterinaria, sin embargo nos vamos a referir en términos
generales a sus principales propiedades.
Las fibras musculares especializadas del corazón han perdido su capacidad contráctil, en
cambio poseen una alta excitabilidad que les permite generar y conducir impulsos
nerviosos que dan origen al latido cardíaco. Dichas fibras constituyen un sistema de
nodos y haces que se designan de la siguiente manera: el nodo SA (senoauricular,
marcapaso fisiológico o nodo de Keith y Flack); los haces internodales, uno anterior
(haz de Bachman), uno posterior (haz de Thorel) y uno intermedio (haz de
Wenckebach); el nodo AV (aurículoventricular o nodo de Aschow Tawara); el haz de
His y la red de purkinje (fig.7-7).
El nodo SA es una pequeña tira de músculo de 3 mm de ancho, compuesta por células
pequeñas redondas, localizada en la región superior de la aurícula derecha por dentro de
la apertura de la vena cava superior. En este nodo se genera automáticamente el
potencial de acción que conducido a la musculatura del corazón da origen al latido
cardíaco.
Nodo S-A o de Keith y Flack
Aurícula derecha
Aurícula izquierda
Haz de Bachman (anterior)
Haz de Wenckebach (medio)
Haz de Thorel
(posterior)
Nodo AV o de Aschow Tawara
Haz de His
Fibras de Purkinje
Fascículo anterior del haz de His
Ventrículo derecho
Ventrículo izquierdo
Fascículo posterior del haz de His
Fig.7-7. Esquema del sistema nodal y haces en el corazón.
105
Los haces internodales como su nombre lo indica van de nodo a nodo; conectan el nodo
SA con el nodo AV, y corresponden a una vía anterior, una media y otra posterior.
El nodo AV se localiza en la región posterior derecha del tabique interauricular . De este
se desprende el haz de His del cual se forman dos ramas: una derecha que viaja al
ventrículo derecho y una izquierda que a su vez da origen a dos fascículos uno anterior
y otro posterior en el ventrículo izquierdo. Tanto la rama derecha como los fascículos de
la rama izquierda pasan por el endocardio y establecen contacto con las fibras de
Purkinje que constituyen una amplia ramificación en todas las fibras musculares
ventriculares.
La excitación normal del corazón (fig7.8), se origina por descargas rítmicas del nodo
SA, por esta razón este nodo recibe el nombre de marcapaso fisiológico, ya que la
frecuencia con que este descargue determina a su vez la frecuencia del latido cardíaco.
Cabe destacar que todo el sistema posee capacidad de descarga sin embargo en
condiciones normales el SA lo hace más rápidamente por lo que asume la excitación de
las fibras musculares cardíacas.
La despolarización generada el nodo SA se disemina hacia las aurículas y a través de los
haces internodales alcanza el nodo AV. La conducción en este nodo es lenta, para
permitir que las aurículas se contraigan antes que los ventrículos. El paso del impulso se
retrasa 0.1 seg. Después de este retardo, el impulso es conducido rápidamente hacia los
ventrículos por el haz de His a través de sus ramas y fascículos y de éstos pasa a la red
de Purkinje para diseminarse por toda la musculatura ventricular, ocasionando
finalmente la contracción de ambos ventrículos.
Descarga inicial
nodo SA
Diseminación radial a las aurículas
Alcance del nodo AV
Conducción a los ventrículos
Diseminación en los ventrículos
Fig.7-8 Representación de la diseminación del impulso que da origen al latido cardíaco.
106
RESUMEN.
La transmisión de impulsos nerviosos entre las neuronas y los músculos se sustenta en
la sinapsis neuromuscular. En virtud de que en los mamíferos existen tres variedades de
músculo; esquelético, liso y cardíaco, la sinapsis neuromuscular en cada uno de ellos
guarda notables diferencias, sobre todo en lo referente al músculo esquelético.
Los cuerpos neuronales de las motoneuronas que inervan los músculos esqueléticos
están localizados en la sustancia gris de la médula espinal. Cada axón concluye
formando la terminal axónica que se invagina en una zona engrosada de la membrana
muscular denominada placa motora. En esta se localizan pliegues que contienen
abundantes receptores celulares. La terminal axónica posee botones terminales en cuyo
interior se localizan mitocondrias y vesículas que almacenan acetilcolina. El espacio
existente entre la terminal axónica y la membrana muscular o sarcolema se denomina
canal sináptico. En los bordes del canal sináptico existen depósitos de la enzima
colinesterasa.
La transmisión de impulsos nerviosos a las fibras musculares esqueléticas desencadenan
la contracción de éstas. La excitación se inicia por descarga de la motoneurona; al llegar
el potencial de acción a la terminal axónica genera la apertura de canales de Ca++ de
compuerta de voltaje que permiten la difusión de Ca++ al interior de la terminal para
provocar el vaciamiento de vesículas por exocitosis y con ello la liberación de
acetilcolina al canal sináptico. La acetilcolina se fija a los receptores celulares
(nicotínicos) abundantes en los pliegues del sarcolema abriendo canales de Na+ que
difunden al interior de la fibra muscular provocando despolarización de la misma. Este
potencial propagado desencadena la contracción de la fibra muscular. Después de su
efecto una porción de la acetilcolina es recapturada por la terminal, y el resto es
inactivada por la acción de la enzima colinesterasa específica. La actividad contráctil
del músculo esquelético es dependiente de la integridad de la sinapsis, en efecto, la
sección experimental de las fibras nerviosas que lo inervan provocan después de un
cierto tiempo atrofia muscular
La sinapsis neuromuscular en el músculo liso presenta notables diferencias respecto a la
del músculo esquelético. Las neuronas postganglionares que inervan el músculo liso
pertenecen al sistema nervioso autónomo en sus dos ramas el sistema nervioso
simpático y el sistema nervioso parasimpático. La sinapsis neuromuscular en el músculo
liso se caracteriza porque la terminal nerviosa de la neurona postganglionar termina
ramificándose entre las fibras musculares. Cada ramificación posee dilataciones o
varicosidades a manera de un rosario, en las que se contienen mitocondrias y vesículas
que almacenan en su interior el agente neurotransmisor. No existe placa motora, ni
pliegues de la membrana. La mayor parte de los órganos y estructuras que poseen
músculo liso son inervados por neuronas postganglionares simpáticas y parasimpáticas
y los efectos que estas desencadenan en un mismo órgano suelen ser antagónicos.
La acetilcolina es el neurotransmisor liberado por la inmensa mayoría de las terminales
nerviosas parasimpáticas, en tanto que la noradrenalina se libera en las terminales
nerviosas simpáticas. Los efectos que dichos neurotransmisores desencadenan en el
músculo liso pueden ser de tipo excitatorio o inhibitorio cuyo propósito es regular el
funcionamiento de esta variedad de músculo, la clave que determina el tipo de efecto es
a su vez el tipo de receptor existente en el órgano involucrado. Los receptores de
107
acetilcolina se denominan nicotínicos y muscarínicos. Los receptores para la
noradrenalina se llaman α y β, ambos se subdividen en α1 y α2, β1 y β2. La liberación
del neurotransmisor esta determinada por el Ca++.
Los efectos de excitación son debidos a la apertura de canales de Na+ en la membrana
muscular, en tanto que los efectos de tipo inhibitorio son debidos a estados de
hiperpolarización ocasionados por apertura de canales de K+ y de Cl-.
La sinapsis neuromuscular en el corazón es semejante a la descrita para el músculo liso.
El músculo cardíaco recibe inervación reguladora procedente de fibras nerviosas
postganglionares tanto simpáticas como parasimpáticas. Las fibras simpáticas inervan la
musculatura auricular y ventricular; en tanto que las fibras parasimpáticas inervan
exclusivamente a la musculatura de las aurículas.
Las terminales nerviosas en ambos casos, se ramifican y poseen varicosidades en donde
se localizan mitocondrias y vesículas con el agente neurotransmisor. Las fibras
postganglionares simpáticas bajo los efectos del Ca++ liberan noradrenalina, sus efectos
en el músculo cardíaco son de tipo excitatorio y los podemos traducir en términos
generales de cardioaceleración. Por su parte, las fibras nerviosas postganglionares
parasimpáticas liberan bajo los mismos efectos del Ca++ acetilcolina, y sus efectos son
opuestos provocando cardioinhibición.
Es importante destacar que la inervación autónoma que hemos descrito para el músculo
cardíaco tiene una función reguladora que ajusta su funcionamiento de acuerdo a las
necesidades fisiológicas en el organismo. El corazón es un órgano excepcional debido a
que posee fibras musculares especializadas que generan espontáneamente y conducen el
potencial de acción que da origen al latido cardíaco.
Dicho tejido especializado esta conformado por un sistema de nodos y haces
representados por el nodo S-A (seno auricular, marcapaso fisiológico o nodo de Keith y
Flack) que descarga automáticamente el impulso nervioso que da origen al latido del
corazón. Los haces internodales uno anterior, otro medio y uno posterior que
supuestamente conducen el impulso nervioso del nodo S-A al nodo A-V. El nodo A-V
(aurículo ventricular o nodo de Aschow Tawara) tiene la función de retardar muy
brevemente el paso del impulso nervioso hacia la masa ventricular para permitir que las
aurículas se contraigan antes que los ventrículos para completar el llenado ventricular.
El Haz de His que se desprende del nodo A-V, y cuya función es conducir rápidamente
el impulso nervioso a ambos ventrículos para diseminarse finalmente por toda la
musculatura ventricular a través de las fibras de Purkinje.
Guía de autoevaluación.
Opción única verdadera.
1.- El músculo esquelético:
a) Esta inervado por motoneuronas mielínicas.
b) Lo conforman células cilíndricas aisladas.
c) Las dos anteriores.
d) Las fibras nerviosas que lo inervan son colinérgicas.
e) Todas las anteriores.
2.- La placa motora:
a) Es una zona engrosada del sarcolema.
b) Presenta invaginaciones donde se orientan botones nerviosos terminales.
c) Tiene pliegues con abundantes receptores nicotínicos.
d) Es la zona de transmisión inicial de impulsos nerviosos.
e) Todas las anteriores.
108
3.- El canal sináptico:
a) Es el espacio equivalente a la hendidura sináptica entre las neuronas.
b) En sus bordes existen depósitos de colinesterasa.
c) Las dos anteriores.
d) Se abre para permitir la difusión de Ca++.
e) Ninguna de las anteriores.
4.- La transmisión de impulsos nerviosos al músculo esquelético:
a) Se inicia por descarga de la motoneurona.
b) Ocurre por apertura de canales de Ca++ de compuerta de voltaje.
c) Depende de la liberación de acetilcolina por la terminal nerviosa.
d) Implica la unión de acetilcolina a receptores nicotínicos del sarcolema.
e) Todas las anteriores.
5.- El llamado potencial de placa:
a) Es una despolarización local del sarcolema debida a difusión de Na+.
b) Es un potencial de acción propagado por toda la fibra muscular.
c) Es una despolarización local del sarcolema debida a difusión de K+.
d) Es un potencial propagado por acción de Mg++.
e) b y c.
6.- La liberación cuántica de acetilcolina por la terminal nerviosa:
a) Se incrementa bajo la presencia de Ca++.
b) Se reduce bajo la presencia de Mg++.
c) Las dos anteriores.
d) Es responsable del tono muscular.
e) Todas las anteriores.
7.- La sinápsis en el músculo liso:
a) Se denomina de paso.
b) Se caracteriza porque no existe placa motora.
c) Emplea como neurotransmisor a la noradrenalina.
d) Emplea como neurotransmisor a la acetilcolina
e) Todas las anteriores.
8.- El músculo liso esta inervado por:
a) Motoneuronas del sistema nervioso somático.
b) Neuronas postganglionares del sistema nervioso autónomo.
c) Terminales nerviosas mielínicas.
d) a y c.
e) b y c.
9.- Las fibras nerviosas que inervan al músculo liso:
a) Forman terminales que se diseminan entre las fibras musculares.
b) Presentan dilataciones o varicosidades semejantes a un rosario.
c) Establecen sinápsis de paso.
d) Todas las anteriores.
e) Ninguna de las anteriores.
10.- Son neurotransmisores que ejercen efectos en el músculo liso:
a) Noradrenalina.
b) Acetilcolina.
c) Las dos anteriores.
d) Serotonina e histamina.
109
e) Todas las anteriores.
11.- Los efectos excitatorios o inhibitorios de neurotransmisores en el músculo liso:
a) Son debidos a la existencia de receptores relacionados con la difusión de Na+.
b) Son debidos a receptores vinculados con la difusión de K+.
c) Las dos anteriores.
d) Se desencadenan por acción del sistema nervioso somático.
e) Todas las anteriores.
12.- La inervación que recibe el corazón:
a) Corresponde a fibras nerviosas del sistema nervioso autónomo.
b) Regula su funcionamiento de acuerdo a las necesidades orgánicas.
c) Sus fibras nerviosas se diseminan entre las fibras musculares cardíacas.
d) Posee fibras que exhiben varicosidades que almacenan un neurotransmisor.
e) Todas las anteriores.
13.- Fibra muscular especializada cuya descarga da origen al latido cardíaco:
a) Nodo AV.
b) Nodo SA.
c) Haz de His.
d) Red de Purkinje.
e) Haz de Thorel.
14.- Retarda brevemente el paso del impulso hacia los ventrículos para permitir que las
aurículas se contraigan antes que los ventrículos:
a) Nodo SA
b) Nodo AV
c) Haz de Hiss
d) Haz de Bachman.
e) Haz de Wenckebach
15.- Conduce rápidamente el impulso hacia los ventrículos:
a) Nodo SA.
b) Nodo AV.
c) Haz de His.
d) Haz de Thorel
e) Haz de Bachman.
16.- Disemina el impulso por la musculatura ventricular:
a) Haz de Bachman.
b) Haz de Thorel
c) Fibras de Purkinje
d) Haz de Wenckebach
e) Nodo AV.
110
CAPITULO 8.- LA CONTRACCIÓN MUSCULAR.
Palabras clave: fibra muscular, proteínas contráctiles, contracción, contracciones
simple, isotónica e isométrica, ley del todo o nada, efecto de la escalera,
tetanización muscular, tono muscular.
CONTRACCIÓN DEL MÚSCULO ESQUELÉTICO
Anatomía Fisiológica de las Fibras Musculares Esqueléticas .
La fibra muscular es una célula multinucleada de forma cilíndrica con un diámetro de
10 a 100 micras, que presenta estrías transversales, las cuales han dado origen a la
denominación de músculo estriado; éste abarca dos variedades, el esquelético y el
músculo cardiaco tomando en consideración la localización de estos así como otras
propiedades. El músculo esquelético corresponde a todos los músculos voluntarios del
organismo, la variedad de músculo estriado cardiaco se localiza exclusivamente en el
corazón. Cabe destacar que el músculo estriado esquelético localizado en algunos
órganos viscerales tales como la faringe y la porción superior del esófago, que en un
sentido estricto no tienen actividad voluntaria, se le denomina músculo estriado visceral.
En el caso de las fibras musculares la membrana celular se denomina sarcolema, en
tanto que el citoplasma se llama sarcoplasma.
La fibra muscular (fig. 8-1) esta constituida por cientos de miofibrillas, las cuales a su
vez están conformadas filamentos gruesos y filamentos delgados. Los primeros
contienen miosina, y los delgados actina y otras proteínas. Se estima que cada
miofibrilla contiene aproximadamente 1500 filamentos de miosina y 3000 de actina. La
miosina y la actina son proteínas contráctiles , y la interacción que se produce entre ellas
da lugar al acortamiento de la fibra muscular y por lo tanto del músculo como
analizaremos más adelante.
Es conveniente recordar que los músculos en sus extremos poseen tendones que les
permiten fijarse a los huesos y también que las fibras se agrupan en forma paralela entre
los extremos tendinosos, de tal manera que al contraerse las fibras musculares se
produce un efecto aditivo a lo largo del músculo que da como resultado el acortamiento
del mismo. Las miofibrillas al agruparse de un modo particular dan lugar a la formación
de una serie de bandas que se aprecian como estriaciones en la fibra muscular, éstas son
debidas a los índices de refracción de los diferentes componentes de dicha fibra. Las
bandas están comprendidas en una sarcómera que es la unidad contráctil del músculo y
que está delimitada entre dos lineas Z. Las bandas y líneas se designan de la manera
siguiente.
Banda I corresponde a los filamentos de actina que no están relacionados con los
filamentos de miosina. La banda A comprende la interdigitación de los filamentos de la
actina con los de miosina. La banda H Corresponde solo a los filamentos de miosina.
La linea Z es el sitio donde los filamentos de actina se fijan.
111
Dentro de la célula las miofibrillas están suspendidas en la matriz sarcoplásmica donde
hay grandes cantidades de K+, Mg+, fosfatos, enzimas y una gran cantidad de
mitocondrias.
Corte sagital de un músculo
Tejido conectivo
fibra muscular formada por miles de miofibrillas
constituidas por filamentos gruesos y delgados que
contienen proteínas contráctiles. Los filamentos gruesos
contienen miosina, los delgados tienen actina, tropomiosina y
troponina
Fibra muscular
SARCOLEMA
MIOFIBRILLA
Z
SARCÓMERA
Z
Z
Z
Z
Filamento delgado
Filamento grueso
I
I
A
A
H
Fig.8-1 Representación esquemática de una fibra muscular en la que se desglosa la disposición de los filamentos gruesos y delgados.
El espacio entre dos líneas Z constituye una sarcómera la unidad contráctil de la fibra muscular. Las bandas I son isotropas a la luz
polarizada. Las bandas A son anisotrópicas. La banda M que constituye un abultamiento central de los filamentos gruesos no se
representa en el esquema.
112
El retículo sarcoplásmico (fig.8-2) se distribuye en forma de redes alrededor de un
grupo de miofilamentos o bien entre ellos. Existiendo en algunos casos redes que
rodean a las bandas A e I. Donde las redes se encuentran entre la unión de las bandas A
e I se forman unos sacos terminales que sirven como cisternas o depósitos de Ca++..
El sistema T (túbulos transversos) recorren de un lado a otro la fibra muscular,
formando una especie de rejilla y a los puntos donde se cruzan o contactan con los sacos
terminales del retículo sarcoplásmico, se les conoce como triadas. Este sistema permite
la rápida transmisión del potencial de acción del sarcolema hacia los sacos terminales en
todo el espesor de la fibra muscular, y así mismo la transmisión de dicho potencial a las
células de conducción de impulsos en la fibra muscular esquelética. Cuando nos
referimos al músculo esquelético es frecuente asociarlo con el termino de voluntario,
esta característica lo diferencia funcionalmente de los músculos cardíaco y liso, a los
cuales consideramos involuntarios debido a que su proceso de excitación es totalmente
ajeno al control de la voluntad, y la actividad del sistema nervioso autónomo sobre ellos
solo tiene una función reguladora, en tanto que para el músculo esquelético la
estimulación nerviosa es vital para que pueda llevarse a cabo la contracción, llegando a
darse el caso de atrofia muscular cuando se pierde o interrumpe la inervación.
Túbulos tranversos
Sarcolema
Tríada
Fibra muscular
Túbulos del retículo sarcoplásmico
Fig.8.2 Esquema que representa la disposición en la fibra muscular del sistema T (túbulos transversos) y los túbulos que conforman
el retículo sarcoplásmico. El sistema T permite la difusión del potencial de acción al interior de la fibra muscular.
Una fibra muscular puede excitarse al aplicarle un estimulo en cualquier punto de la
membrana, pero el proceso se realiza más fácilmente, si dicho estímulo se aplica en la
unión neuromuscular, también conocida como placa terminal. Una motoneurona en su
porción terminal puede estimular desde unas cuantas fibras musculares hasta mas de
cien. Por ejemplo en aquellos músculos que efectúan contracciones finas o delicadas
tales como los músculos externos del ojo la relación motoneurona-fibra muscular es de
1 a 3 o 6, en tanto que en los músculos del dorso o de los miembros la relación es de 1 a
120.
113
Conducción de impulsos nerviosos.
Como lo señalamos en el capìtulo 7, las motoneuronas excitan a las fibras musculares
mediante la liberación de la acetilcolina, la que a nivel del sarcolema al fijarse a los
receptores nicotínicos modifica la permeabilidad de la membrana para el Na+,
provocando con esto la generación de un potencial de acción que difunde por el
sarcolema y de ahí al sistema T para diseminarse a todo lo largo y ancho de la fibra
muscular. Aunque la onda despolarizante podría transmitirse de una fibra a otra
mediante el sarcolema esto no es indispensable para el proceso contráctil, ya que como
señalamos anteriormente cada fibra es estimulada directamente por una motoneurona.
En los procesos eléctricos de la excitación de la fibra muscular esquelética encontramos
las siguientes características: El potencial de membrana tiene un valor de -90 milivolts.
(mv) .La duración del potencial de acción es de 2 a 4 milisegundos. (mseg), y la
velocidad de conducción del impulso es de 5 metros por segundo. La duración del
periodo refractario absoluto es de 1 a 3 milisegundos.
Como señalamos anteriormente el potencial responsable de la contracción muscular, se
genera a nivel de la placa neuromuscular y difunde a lo largo del sarcolema para
introducirse al interior de la fibra, a través del sistema T, y así alcanzar al retículo
sarcoplásmico para volver a salir al sarcolema, generando un circuito de corriente iónica
local que fluye por toda la fibra. Después de un periodo de latencia de aproximadamente
3 mseg., tiempo que tarda la onda despolarizante en abarcar toda la fibra, sobreviene la
contracción
Importancia de los iones de Calcio.- Este elemento es de gran importancia para el
organismo ya que interviene en varios eventos fisiológicos que permiten mantener la
homeostasis. Tal es la importancia del Ca++ para el organismo, que existen tres
hormonas relacionadas directamente con su metabolismo las caules son: la hormona
paratiroidea, la calcitonina y el 1,25 Dihidroxicolecalciferol.
El papel del calcio en la contracción muscular es fundamental, simplemente basta
señalar que sin este ion el proceso contráctil no se llevaría a cabo. Este hecho se
refuerza con la presencia de los sacos terminales del retículo sarcoplásmico donde el
Ca++ es almacenado para ser utilizado exclusivamente en la sarcómera para
desencadenar el proceso contráctil.
Disposición Estructural y Naturaleza Química de las Proteínas Contráctiles.
Dentro de cada sarcómera se encuentran organizados los filamentos responsables de la
contracción, estos filamentos son de naturaleza proteica y corresponden a filamentos
gruesos y filamentos delgados (fig.8-3). Los filamentos gruesos están constituidos por
moléculas de una proteína contráctil denominada miosina; en cada filamento grueso se
ubican 200 o más moléculas de miosina. Cada molécula de miosina tiene un peso
molecular de 480,000 y esta constituida por seis cadenas de polipéptidos; dos de ellas
pesadas cada una con peso molecular de 200,000 y cuatro cadenas ligeras con peso
molecular de 20,000 cada una. Las cadenas pesadas se disponen en espiral y su extremo
se pliega para formar la cabeza de la molécula. Las cadenas ligeras también forman
parte de la cabeza de la molécula. Esta región de la molécula forma los puentes
cruzados con las moléculas de G actina durante la contracción, además la cabeza tiene
actividad ATPasa, que permite la hidróliss de ATP, en presencia de Mg++ , para que se
libere la energía necesaria para el proceso contráctil.
Los filamentos delgados están conformados por tres tipos de proteínas: la actina,
tropomiosina y calcitonina. Las unidades globulares de G actina conforman el polímero
114
denominado F actina que consiste en una doble cadena. El peso molecular de cada
unidad de G actina es de 46000. Estas unidades poseen sitios reactivos que forman
enlaces o puentes cruzados con las subunidades de meromiosina pesada de los
filamentos gruesos durante el proceso de la contracción muscular.
La tropomiosina es una cadena de polipéptidos en forma helicoidal, con un peso
molecular de 70 000, que esta situada sobre la superficie ya todo lo largo de las cadenas
de la F Actina. Por su propiedad de cambiar de posición tiene una actividad reguladora
sobre la formación de los puentes cruzados, ya que cada molécula de tropomiosina
cubre los sitios de enlace para la miosina, ubicados cada 7 unidades de G Actina .
La troponina es una proteína conformada por tres subunidades denominadas T, C e I.
La troponina T esta proporciona el enlace de las otras dos subunidades con la
tropomiosina y tiene un peso molecular de 35000.
La troponina C es la unidad fijadora del Ca++, tiene un peso molecular de 18 000, esta
porción se enlaza fuertemente con dos iones de Ca++, enlace que da lugar al
desplazamiento lateral de la tropomiosina y descubrimiento de los sitios reactivos de la
G actina..
La troponina I representa tiene un peso molecular de 23 000 y su función es inhibir la
interacción de la actina con los puentes cruzados de meromiosina durante el estado de
reposo.
Dos cadenas pesadas de polipéptidos dispuestas en forma espiral
Cabeza
Cuatro cadenas ligeras de polipéptidos
Filamento grueso
Cabeza
Cadenas pesadas
Troponina
G actina
115
Tropomiosina
TROPONINA
SUBUNIDAD I
SUBUNIDAD C
SUBUNIDAD T
Tropomiosina
Fig. 8-3 Esquema que representa la estructura molecular de los filamentos gruesos y delgados de la sarcómera. En la región
superior se representa una molécula de miosina y la unión de éstas para formar los filamentos gruesos. En la región inferior se
representa la estructura de un filamento delgado y de las moléculas de troponina y tropomiosina.
Mecanismo de la Contracción Muscular.
La contracción muscular es un proceso en el que se efectúa el acortamiento de la fibra
muscular, al deslizarse los filamentos de la actina sobre los de miosina. Para llegar a
este punto han de realizarse varios procesos eléctricos y mecánicos consecutivos que
señalaremos a continuación. Todo se inicia con la excitación de la fibra muscular, a
través de la acetilcolina liberada por la motoneurona correspondiente, que desencadena
un potencial de acción que se disemina por toda la fibra muscular, a través del
sarcolema y al interior de la fibra muscular mediante el sistema T
Al atravesar el potencial de acción por el sistema T se produce un mensajero celular que
es el Trifosfato de Inositol -IP3-, que difunde al retículo sarcoplásmico para
desencadenar la liberación de Cal++ de las cisternas o depósitos. Estos iones de calcio
difunden hasta los filamentos de actina, en donde se fija a la troponina C , y el resultado
de este enlace modifica la posición de la troponina I; así ésta se desplaza lateralmente y
este efecto tira de la tropomiosina cambiando de posición dejando al descubierto los
sitios de unión de la actina con la miosina. Recordemos que por cada molécula de
tropomiosina que se desplaza quedan al descubierto 7 sitios de enlace. Cuando los sitios
de enlace se encuentran libres la cabeza de miosina se enlaza a la actina para formar un
ángulo de 45°, generando con esto el desplazamiento de la actina sobre la miosina,
después de este paso la miosina se desconecta de la actina y forma un ángulo de 90° ,
para volver a enlazarse con una nueva porción de actina, repitiéndose el proceso en
forma seriada (fig.8-4 ) .
La energía necesaria para que la cabeza de la miosina se flexione a 45° y con ello
desplace a la actina, proviene del desdoblamiento del ATP por acción de la ATPasa de
la miosina. La miosina por si sola tiene muy baja actividad ATPasa , pero cuando un
puente de miosina se combina con la actina esta actividad enzimática aumenta
116
considerablemente. Se ha observado que en ausencia de ATP la unión de la actina con la
miosina se hace permanente y por lo tanto no se produce la relajación Por esto se
considera que en condiciones normales la molécula del ATP al unirse a la miosina, sin
desdoblarse, da lugar a la separación de la actina de los puentes de miosina durante el
proceso contráctil. Este proceso se puede ejemplificar con el fenómeno del rigor mortis
o rigidez cadavérica, en el que los músculos del organismo se endurecen y ponen
rígidos, poco tiempo después de la muerte. Esto es consecuencia de la perdida de ATP
en las fibras musculares muertas donde los puentes de miosina se combinan con la
actina, sin que se pueda romper el enlace. Por lo anterior podemos concluir que el ATP
se requiere tanto para la contracción como para la relajación.
Cuando el calcio es liberado por efecto del potencial de acción al poco tiempo comienza
a ser rebombeado hacia las cisternas del retículo sarcoplásmico por un mecanismo de
transporte activo. En las cisternas para facilitar el almacenamiento del calcio existe una
proteína que participa en su fijación y es conocida como Calsecuestrina. y así al
disminuir la concentraciones del calcio en la sarcómera, cesa la interacción entre la
actina y la miosina, produciéndose la relajación.
Los eventos que desencadenan para ocasionar la contracción muscular se pueden
resumir de la siguiente manera:
Descarga de la motoneurona
Liberación de la acetilcolina en la placa neuromuscular
Generación del potencial de placa terminal
Generación del potencial de acción en las fibras musculares
Propagación de la despolarización a lo largo del sistema T
Liberación del calcio de los sacos terminales y difusión hacia los filamentos de la
sarcómera
Combinación del calcio con la troponina C, descubriéndose los sitios de unión de la
actina con la miosina
Formación de los enlaces cruzados y deslizamiento de los filamentos de actina sobre los
de miosina, generando así el acortamiento de las fibras musculares
Los eventos para dar paso a la relajación involucran los siguientes fenómenos:
El calcio es rebombeado y almacenado en las cisternas del retículo sarcoplásmico
Separación del calcio de la troponina C
Cese de la interacción entre la actina y la miosina
Meromiosina ligera del filamento grueso
Meromiosina pesada (puente cruzado)
Tropomiosina
I
troponina
C
117
Sitio reactivo de la G actina
ADP + Pi
I
ATP
Ca++
C
Tropomiosina desplazada
Fig. 8-4 Representación esquemática del proceso de contracción muscular. En el esquema superior se puede apreciar que en estado
de reposo, el puente cruzado no pueden reaccionar con el sitio reactivo de la G actina debido a que la tropomiosina lo cubre. En el
esquema inferior cuando el Ca++ se fija a la subunidad C de la troponina, se puede apreciar que la troponina se desplaza
lateralmente y tira de la tropomiosina descubriendo el sitio reactivo de la G actina que reacciona con el puente cruzado hidrolizando
ATP en ADP y fosfato inorgánico; formándose enlaces químicos entre los filamentos gruesos y los delgados.
Sarcómera relajada
Sarcómera contraida
Fig.8-4 Representación del acortamiento de la sarcómera durante la contracción muscular a consecuencia de enlaces entre los
filamentos gruesos y los filamentos delgados.
118
Metabolismo del músculo esquelético
De los procesos celulares que ocurren el el organismo, aquel que demanda el mayor
consumo de energía para llevarse a cabo es sin duda el proceso contráctil.
En efecto las fibras musculares requieren de grandes cantidades de ATP para su
correcto funcionamiento, recordemos que la energía proveniente del ATP se utiliza en:
el potencial de acción, en la interacción de la actina con la miosina, en la separación de
estos filamentos y otra buena cantidad para regresar el Ca++ hacia las cisternas del
retículo sarcoplásmico.
Además del ATP, dentro de la fibra muscular existe otro compuesto energético con
enlaces fosfato de alta energía llamado fosforilcreatina, la cual se hidroliza en creatina y
fosfato, liberando energía, que se utiliza en la resíntesis de ATP a partir de ADP.
Esta hidrólisis se efectúa en la zona de unión de la actina y la miosina donde se esta
liberando el ADP, con la finalidad de que continúe la contracción.
Las reservas de fosforilcreatina son cinco veces mayores, en relación al ATP existente.
De tal manera que en una contracción moderada la concentración de ATP no desciende,
debido a que la fosforil creatina esta siendo hidrolizada continuamente para
resintetizarlo, entonces cuando se agotan las reservas de fosforilcreatina empieza a
disminuir el ATP. En los periodos de reposo el ATP mitocondrial transfiere fosfato a la
creatina para formar reservas de fosforil creatina.
Es importante destacar que la vía de la fosforil creatina no es el único recurso energético
para la fibra muscular, ya que la célula lleva a cabo varios procesos metabólicos que
generan energía para la síntesis de ATP y que son: La glucólisis aerobica en la que el
glucógeno propio del músculo y la glucosa son degradados hasta ácido pirúvico el cual
ingresa al ciclo del ácido cítrico para generar como productos finales CO2 y H2O . La
energía desprendida de este ciclo se emplea para sintetizar ATP (fosforilación
oxidativa). La glucólisis anaeróbica que también lleva a cabo el músculo bajo
condiciones de déficit de oxígeno, se caracteriza porque en este caso la glucosa es
transformada en ácido láctico, con poca producción de energía. La acumulación de
ácido láctico relaja las fibras musculare.
El músculo también puede utilizar ácidos grasos libres los cuales son captados de la
sangre y degradados hasta CO2, H2O y ATP. La cantidad de ATP generado representa
otra fuente alternativa de energía
Existen indicios acerca de que estos compuestos son los principales sustratos de la fibra
muscular en estado de reposo y durante la recuperación postcontracción. Cuando hay
una actividad muscular intensa, los vasos sanguíneos se dilatan, para aumentar el aporte
de oxigeno en cantidades suficientes que satisfagan las necesidades de energía obtenida
mediante procesos aerobios, los cuales al poco tiempo resultan insuficientes, por lo que
se empieza a degradar la fosforilcolina para obtener energía y cuando este compuesto se
agota, se inicia el proceso de glucólisis anaerobia la cual genera ácido láctico y una
deuda de oxígeno ,equivalente hasta 6 veces el consumo basal de oxigeno.
Aun cuando el ácido láctico difunde con relativa rapidez hacia la sangre, ciertas
cantidades suelen acumularse en el tejido ocasionando una disminución del pH, que da
lugar a la inhibición enzimática y en casos agudos llega a formar cristales dentro del
mismo tejido generando dolor. Su acumulación inclusive puede llegar a necrosar el
tejido muscular.
119
Después de terminado el ejercicio, la frecuencia respiratoria se mantiene alta durante un
cierto periodo de tiempo con la finalidad de que el organismo tenga un aporte extra de
oxigeno, para llevar a cabo la oxidación del ácido láctico, para renovar las reservas de
ATP y de fosforilcreatina y para reponer el oxigeno tomado de la mioglobina.
Este consumo adicional de oxigeno es proporcional a la deuda contraída para la
realización de los procesos anaeróbicos.
De los procesos anteriores tanto contráctiles como metabólicos se genera cierta cantidad
de calor, cuyas magnitudes dependen de la etapa del proceso contráctil y se han
clasificado de la siguiente manera: Calor de reposo; que corresponde al calor que se
produce en el músculo cuando está en reposo o relajado. Calor inicial; es mayor que el
de reposo y se produce durante la contracción muscular dividiéndose en dos tipos: el
calor de activación generado al iniciarse la contracción y durante la misma, y el calor
de acortamiento, el cual es proporcional al acortamiento del músculo y se produce en
contracciones de tipo isotónico.
Otras manifestaciones son el calor de recuperación resultante de los procesos
metabólicos que restituyen al músculo a su estado de reposo. Esta cantidad es casi igual
a la del calor inicial, y el calor de relajación que se genera después de una contracción
isotónica.
Aspectos mecánicos de la contracción muscular.
Contracción simple, isotónica e isométrica.
La contracción de una fibra muscular, también es conocida como sacudida simple y es
una contracción única que se da en respuesta a un potencial de acción simple. Debemos
entenderla como la manifestación de la propiedad contráctil de la fibra muscular. En su
registro gráfico se distinguen varios elementos (fig.8-5) :
B
C
A
Fig.8-5 Componentes en un registro gráfico de la sacudida simple.
A= Periodo de Latencia.- es el tiempo que transcurre desde la aplicación de un estimulo,
hasta que se inicia la respuesta observable.
B= Periodo de Contracción.- es el tiempo que transcurre desde que se inicia la respuesta
hasta el punto máximo (altura máxima de la curva)
C=Periodo de Relajación.- es el tiempo que transcurre desde el punto máximo hasta que
el músculo recupera su longitud de reposo.
Fuerza de contracción.- corresponde a la intensidad o magnitud de la contracción (altura
del punto máximo) .
La llamada contracción isotónica, corresponde cuando ocurre el acortamiento real del
músculo, al levantar una carga, manteniendo una fuerza o tensión constante. Es decir,
cuando el músculo realiza un trabajo.
La contracción isométrica (igual medida) ocurre cuando en las fibras musculares no hay
cambios en su longitud, debido a que la carga es superior a la tensión muscular o a una
120
carga en posición fija (sin moverse) . El músculo solo desarrolla tensión sin acortarse y
por lo tanto sin realizar un trabajo.
En un individuo la locomoción involucra la mezcla de los dos tipos de contracciones, ya
que por ejemplo para realizar movimientos se efectúan contracciones isotónicas, en
tanto que para mantener la postura se requieren contracciones isométricas.
Ley del todo o nada.
Esta ley establece que cuando una membrana excitable es estimulada, responde en
forma máxima con una respuesta propagada o no reacciona en absoluto.
Entonces cuando se estimula en forma normal una fibra muscular aislada, o bien
responde con el máximo de energía que es capaz en ese momento o no responde en
absoluto. Por otro parte, la magnitud de la fuerza que puede desarrollar la fibra muscular
en un momento determinado, va a depender de ciertos factores tales como:
disponibilidad de ATP, temperatura, pH y la naturaleza y concentración de los
catabolitos presentes.
Sumación de la contracción
Cuando hablamos de sumación, nos referimos a la adición de contracciones musculares
individuales con el objeto de lograr aumentos en la fuerza de contracción. Este
fenómeno puede ocurrir bajo dos mecanismos: por reclutamiento de unidades motoras;
o por sumación de ondas. El primer caso se manifiesta por descargas simultáneas de
varias motoneuronas. En el segundo caso la sumación ocurre debido a que una
motoneurona descarga repetidamente a cierta frecuencia en el músculo.
Fenómeno de la escalera (efecto treppe).
Si un músculo es excitado repetidamente para que realice una serie de sacudidas poco
espaciadas entre si, la fuerza de cada contracción sucesiva será progresivamente mayor
hasta que finalmente se alcance una fuerza máxima.
El nombre de este fenómeno surge de la forma en que se observan en el registro las
contracciones (fig.8-6).Este fenómeno es causado por una mayor disponibilidad de Ca++
ocasionada por los estímulos repetidos.
Fig. 8-6 Representación de un registro gráfico del fenómeno de la escalera
Fenómeno de tetanización
La tetanización es la respuesta mecánica de un músculo, que resulta de una estimulación
repetitiva, a una frecuencia suficientemente rápida para producir una adición máxima
sostenida (fusión de contracciones) .Cuanto mayor es la frecuencia de estimulación,
mayor es la tensión producida, hasta llegar a una frecuencia máxima en la cual ya no
aumenta la tensión.
121
Este fenómeno abarca dos fase como se puede apreciar en la fig. 8-7. Tétanos
incompleto, en el que la frecuencia de los estímulos no es tan alta, y permite la aparición
de periodos de relajación incompletos; y tétanos completo que se desencadena cuando la
frecuencia de los estímulos aplicados es tan alta que no es posible distinguir una
contracción de la otra.
Tétanos completo
Tétanos incompleto
Fig.8-7 Representación esquemática del fenómeno de tetanización.
Tono y fatiga muscular.
En estado de reposo, el músculo esquelético raramente se relaja en forma completa. Por
el contrario mantiene un estado persistente de contraccion parcialmente sostenida, que
se conocen como tono muscular. El tono muscular que consiste en una contracción
residual se genera por la descarga cuántica de acetil colina en condiciones de reposo.
La fatiga muscular que se traduce como una incapacidad temporal del músculo para
contraerse, es consecuencia de contracciones vigorosas y prolongadas, que dan como
resultado un deterioro en las condiciones favorables para la contracción. Este proceso
esta determinado por factores tales como, la disminución de las fuentes energéticas
(ATP), disminución del aporte de oxígeno (hipoxia) y acumulación de ácido láctico.
CONTRACCION DE LAS FIBRAS MUSCULARES LISAS
Anatomía fisiológica de las fibras musculares lisas.
El músculo liso se distingue por carecer de las estriaciones características que producen
los miofilamentos organizados dentro de las sarcómeras del músculo esquelético. Las
fibras musculares lisas son fusiformes, con un solo núcleo en posición central y son
relativamente mas pequeñas que las fibras musculares estriadas. En comparación con el
músculo esquelético las fibras musculares lisas tienen un retículo sarcoplásmico poco
desarrollado, carecen del sistema T y tienen pocas mitocondrias.
En los mamíferos existen dos variedades de músculo liso: el visceral y el multiunitario
o de unidades múltiples (fig.8-8). El músculo liso visceral se localiza en las paredes de
las vísceras huecas como esófago, estómago, intestino, útero, vejiga y uréteres entre
otras, donde aparece formando grandes laminas. Las células tienen una estrecha relación
entre sí, debido a la fusión de sus membranas que forman puentes de baja resistencia
eléctrica que permiten un funcionamiento a manera de sincitio y además se comunican
entre si a través de uniones con hendidura.
El músculo liso visceral funciona de manera autónoma, debido a la presencia de fibras
nerviosas que actúan como marcapasos, generando potenciales de acción en forma
regular, para determinar el ritmo y frecuencia de las contracciones. Dichas fibras forman
plexos. En el músculo liso visceral la inervación proveniente del sistema nervioso
122
autónomo, a través de las ramas simpática y parasimpática, actúa regulando la actividad
del mismo, ya sea aumentándola o inhibiéndola de acuerdo a las necesidades
fisiológicas. En el caso de las vísceras del aparato digestivo la noradrenalina tiene un
efecto inhibitorio en la pared de los órganos, y un efecto excitatorio a nivel de los
esfínteres. En sentido opuesto, la acetilcolina desencadena un efecto excitatorio en la
pared del órgano y un efecto inhibitorio en los esfínteres internos.
El músculo liso multiunitario o de unidades múltiples, esta conformado por fibras
aisladas, entre las cuales no hay puentes de interconexión; son fibras que responden por
efecto de un estímulo nervioso. Dichas fibras se localizan en sitios donde se requieren
contracciones graduadas o finas, como por ejemplo el iris del ojo y en vasos sanguíneos,
por citar algunos ejemplos.
Por lo que respecta a la disposición estructural y naturaleza química de las proteínas
contráctiles en el músculo liso, hay que destacar que al no existir sarcómeras definidas
dentro de la fibras, los filamentos de actina y miosina se distribuyen en forma aleatoria,
pero conservando la disposición paralela en relación a la fibra muscular.
La composición química y función de las proteínas contráctiles en el músculo liso es
similar a la descrita en el músculo esquelético, a excepción de la troponina la cual hasta
el momento no ha sido aislada en las fibras lisas. En cambio se ha aislado otra proteína
que suple la acción fijadora de Ca++ de la troponina y que es la calmodulina, un péptido
de 148 aminoácidos con un peso molecular de 16700. La fijación del Ca++ a esta
proteína activa a la miosinasa de cadena ligera, enzima que fosforila a la miosina, este
proceso de fosforilación es indispensable para la interacción con la actina.
Músculo liso visceral
Músculo liso multiunitario
Fig. 8-8.- Esquema de las dos variedades de músculo liso en los mamíferos.
Propiedades Eléctricas de las fibras Musculares Lisas.
El potencial de membrana de las fibras musculares lisas es muy inestable, debido a que
el músculo experimenta contracciones continuas intensas o leves, como las que
mantienen el tono muscular, por lo cual es un poco complicado establecer valores
reales. Sin embargo en periodos de relativa inactividad se han encontrado valores de -50
mv en el intestino y de -30 mv en el útero. Estos valores pueden ser aumentados por la
acción de sustancias inhibidoras (hormonas, mediadores químicos, etc ) que provoquen
una hiperpolarización o bien pueden disminuir bajo la acción de sustancias excitadoras
o por la distensión de la fibra. Dadas las características de este músculo, el potencial de
acción se manifiesta de dos maneras:
123
El potencial de espiga en las fibras musculares lisas es poco frecuente y tiene una
duración de 50 mseg.
El potencial de acción con meseta es el más frecuente en el músculo liso y tiene una
duración que oscila entre 50 y 500 mseg., según la función del músculo. En este caso el
músculo comienza a contraerse 200 mseg después de iniciada la espiga. Esta
característica determina que el proceso de acoplamiento de la excitación y la
contracción del músculo liso sea lento, en comparación con el músculo esquelético, en
el cual el tiempo, desde la despolarización inicial hasta el comienzo de la contracción es
menor a lO mseg. La ritmicidad que presenta el músculo liso visceral esta dada por
algunas fibras propias del tejido que son autoexcitables debido a la existencia de un
potencial de marcapaso; este es ocasionado por una disminución lenta en la
permeabilidad al K+, lo que causa una disminución progresiva en la salida de K+ y por
lo tanto una reducción en el potencial de membrana.
Características del proceso contráctil.
En el músculo liso la contracción también se realiza por la interacción actina-miosina,
desencadenada por la acción del Ca++. Sin embargo es necesario que previamente la
miosina sea fosforilada. Este proceso es llevado a cabo por una enzima activa llamada
miosinasa de cadena ligera, la activación de dicha enzima ocurre por efecto del
complejo Ca++ - Calmodulina.
El Ca++ requerido para el proceso contráctil ingresa al interior de la célula cuando la
membrana celular se despolariza, haciéndose mas permeable, y permitiendo un flujo
abundante de Ca++ que activa la contracción. La necesidad de disponer de Ca++
extracelular es debida al escaso desarrollo del retículo sarcoplásmico que no favorece el
almacenamiento de Ca++ como ocurre en el músculo esquelético.
Durante el proceso de relajación la miosina es desfosforilada y el calcio es bombeado
fuera de la célula, sin embargo, durante un cierto tiempo los puente cruzados de la
miosina permanecen unidos a la actina, por un mecanismo de picaporte, prolongándose
la contracción, aun sin la presencia de calcio. Este fenómeno explica la capacidad del
músculo liso para mantener contracciones por largos periodos de tiempo sin un gran
gasto de ATP.
Plasticidad del músculo liso.
En el músculo liso se presenta una propiedad exclusiva que se conoce como plasticidad,
la cual le permite contraerse cuando es estirado (en ausencia de inervación extrínseca) ,
esto denota su sensibilidad para ser estimulado en forma mecánica. Como resultado a
este estiramiento la tensión o fuerza de contracción se mantiene dentro de un amplio
intervalo de longitud muscular.
Gracias a esta propiedad los órganos huecos, como el intestino o la vejiga, pueden
aumentar o disminuir su volumen, sin que se altere en forma considerable su presión
interna.
CONTRACCION DE LAS FIBRAS MUSCULARES CARDIACAS
Anatomía Fisiológica de las Fibras Musculares Cardiacas
Las fibras musculares cardiacas al igual que las esqueléticas también presentan
estriaciones, por lo tanto los miofilamentos están agrupados en la sarcómera.
124
Estas fibras pueden ser mononucleadas o binucleadas y en forma habitual una célula se
une a otras dos, dando lugar a ramificaciones, las uniones entre las células son más
estrechas y forman los discos intercalares, que son los puntos donde las membranas de
dos células se fusionan en una sola, para propagar los impulsos en forma lineal e
inmediata, estos discos intercalares se forman por regla general en las líneas Z, también
encontramos las uniones de hendidura.
Estos tipos de unión en conjunto permiten que el tejido muscular cardíaco funcione de
manera sincitial. Las fibras musculares cardíacas poseen una gran cantidad de
mitocondrias, cuya longitud llega a igualar a la de la sarcómera. Aunque el retículo
sarcoplásmico esta altamente desarrollado no presenta una asociación bien organizada
con el sistema T, por lo que no son comunes las triadas. Actualmente se ha detectado
que el sistema T es muy escaso o está ausente en las células auriculares.
Disposición estructural y naturaleza química de las proteínas contráctiles.
En el músculo cardíaco las proteínas responsables de los procesos contráctiles son las
mismas que encontramos en el músculo esquelético y de igual forma tienen la misma
disposición estructural, composición química y funciones.
Propiedades eléctricas de las fibras musculares cardiacas.
En las células cardiacas el valor del potencial de membrana o de reposo es
aproximadamente de -90 mv. Como en otros tejidos excitables los cambios en la
concentración externa de K+ afectan el potencial de reposo o de membrana del músculo
cardiaco, en tanto que los cambios en la concentración externa de Na+ afectan la
magnitud del potencial de acción.
El potencial de acción se caracteriza por manifestarse como una espiga con meseta, en
la cual se aprecian varias etapas. (fig.8.9).
b
c
a
d
a) Despolarización.- se debe al aumento en la conductancia del Na+
b) Repolarización Inicial Rápida.- Se debe al cierre de los conductos del Na+ y al ingreso de CIc) Meseta.- en esta etapa hay una apertura lenta y prolongada de los conductos del Ca++
d) Repolarización tardía.- aquí se produce el cierre de los conductos del calcio y se abren los conductos del K+ .
Fig. 8-9 Registro del potencial de acción en las fibras musculares cardíacas
La presencia de la meseta hace que el potencial de acción, en comparación con el
músculo esquelético, tenga una duración 20 a 25 veces mayor.
125
Otra particularidad de este músculo es que la duración de la repolarización disminuye
cuando aumenta la frecuencia cardiaca, por ejemplo: A una frecuencia de 75 latidos por
minuto la repolarización dura 250 mseg. A una frecuencia de 200 latidos por minuto la
repolarización dura 150 mseg.
Durante el proceso de despolarización y parte de la repolarización las fibras musculares
cardíacas no pueden ser excitadas nuevamente, a este periodo se le conoce como
refractario absoluto, gracias a este fenómeno no se pueden llegar a presentar
contracciones de tipo tetánico, que para el funcionamiento cardiaco resultarían de
fatales consecuencias.
Todas y cada una de las fibras cardiacas tienen la propiedad de ser autoexcitables, esto
es, tienen la capacidad de generar sus propios potenciales de acción, esta propiedad es
debida a una alta permeabilidad de la membrana al Na+. De no existir los nodos cada
célula llevaría su propio ritmo de contracción y no habría una manifestación contráctil
adecuada tanto a nivel auricular como ventricular.
Estos nodos o marcapasos están constituidos por fibras musculares especializadas en la
iniciación de potenciales de acción (potencial de marcapaso) .
La particularidad de estas fibras es su rápido potencial de acción que les permite
despolarizarse antes que el resto de las fibras, para así transmitirles, mediante otro grupo
de fibras especializadas en conducción, la onda despolarizante.
Es así como gracias a este sofisticado sistema de generación y conducción de
potenciales de acción , que los diferentes compartimentos cardiacos se contraen en
forma coordinada. El estudio en detalle del tejido nodal del corazón rebasa los objetivos
de este texto
Propiedades Mecánicas de las Fibras Musculares Cardiacas
El proceso contráctil de las fibras cardiacas es idéntico al de las fibras esqueléticas, con
la diferencia de que el Ca++, al igual que en el músculo liso, debe penetrar al interior de
la célula durante el potencial de acción. Esto se debe a que las fibras cardiacas no tienen
la capacidad suficiente para almacenar todo el Ca++ que se requiere para la contracción.
El poco Ca++ que se almacena en el retículo sarcoplásmico se libera por la acción del
trifosfato de inositol (IP3)
Otro aspecto que conviene señalar es que gracias a la duración característica del periodo
refractario absoluto, no se puede realizar una suma de contracciones que daría lugar a
una tetanización.
En el corazón la fuerza de contracción esta determinada por la distensión o el
estiramiento que experimentan sus fibras durante el proceso de llenado. La explicación
a este fenómeno la encontramos en la Ley de Starling la cual dice: "la energía de la
contracción es proporcional a la longitud inicial de la fibra muscular cardiaca". Esto
significa que mientras más se estire una fibra mayor será su fuerza contráctil. Por lo
tanto la longitud que alcancen las fibras será siempre proporcional al volumen diastólico
final (VDF) .
Metabolismo del músculo cardíaco
Los procesos metabólicos del músculo cardiaco son muy semejantes a los que se
producen en el músculo esquelético; incluso también presenta grandes cantidades de
mioglobina que almacena oxígeno.
Otra característica particular del corazón es la abundante irrigación sanguínea, la cual le
asegura un aporte continuo y suficiente, tanto de nutrientes como de oxígeno.
126
Durante su actividad, en condiciones normales, menos del 1% de la energía total
producida, se obtiene por el metabolismo anaerobio, durante la hipoxia este valor puede
llegar hasta el 10%, pero si las condiciones son totalmente anaerobias, la energía
producida es insuficiente para mantener las contracciones ventriculares
En condiciones basales los requerimientos energéticos son cubiertos por los siguientes
compuestos: Carbohidratos 35% , Grasas 60% , Cetonas y aminoácidos 5% .
RESUMEN.
El fenómeno de la contracción muscular es un complejo mecanismo sustentado en la
transmisión de impulsos nerviosos a las fibras musculares y debido a las propiedades
estructurales de dichas fibras.
El músculo esquelético esta constituido por cientos de células cilíndricas llamadas fibras
musculares rodeadas de tejido conectivo. Cada fibra muscular contiene miles de
miofibrillas las cuales están conformadas por filamentos gruesos y delgados que
contienen proteínas contráctiles. Los filamentos gruesos contienen la proteína miosina,
en tanto que los filamentos delgados contienen actina, tropomiosina y troponina.
Cada molécula de miosina II esta conformada por dos cadenas pesadas entrelazadas y
cuatro cadenas ligeras estas últimas constituyen la cabeza de la molécula que tiene
actividad ATPasa y reacciona con la G- actina durante el proceso de la contracción
muscular. La actina esta constituida por unidades globulares de G-actina cuyo polímero
se denomina F-actina. La G actina posee sitios reactivos para el proceso de la
contracción muscular. La tropomiosina es una doble cadena de polipéptidos que en
condiciones de reposo cubre los sitios reactivos de la G-actina. La troponina esta
conformada por tres subunidades: la subunidad I que inhibe la interacción de los
flamentos delgados con los filamentos gruesos en estado de reposo; la subunidad C que
fija iones de calcio que activan el proceso contráctil; y la subunidad T que fija las dos
subunidades descritas a la tropomiosina.
Las estrías características del músculo esquelético son debidas a los diferentes índices
de refracción de la luz de los componentes de los filamentos delgados y gruesos. El
espacio entre dos líneas Z se denomina sarcómera y esta constituye la unidad contráctil
del músculo.
El músculo esquelético posee un sistema sarcotubular conformado por el sistema T y el
retículo sarcoplásmico. El sistema T cumple la función de transmitir rápidamente el
potencial de acción desde el sarcolema hacia las miofibrillas. El retículo sarcoplásmico
se encarga de liberar Ca++ para activar el proceso contráctil.
El fenómeno de la contracción muscular consiste básicamente en el deslizamiento de los
filamentos delgados entre los filamentos gruesos mediante la formación de enlaces
químicos (puentes o enlaces cruzados) que generan el acortamiento del músculo. El
proceso se inicia cuando el potencial de acción en las fibras musculares provoca la
liberación del Ca++ de las cisternas del retículo sarcoplásmico. El Ca++ difunde hacia las
miofibrillas y se fija a las subunidades C de la troponina. Esta acción modifica la
posición de la molécula de troponina cambio que a su vez tira de la molécula de
tropomiosina para descubrir los sitios reactivos de la G-actina. Una vez logrado este
efecto, se forman enlaces cruzados entre la actina y la miosina y se provoca el
deslizamiento de los filamentos delgados entre los filamentos gruesos con el
acortamiento consecuente del músculo.
El proceso de relajación muscular se logra por transporte activo de Ca++ hacia el retículo
sarcoplásmico, la troponina se libera de Ca++ y regresa a su posición original, con ello
también la tropomiosina y cesa la interacción entre la actina y la miosina.
127
La manifestación contráctil de una fibra muscular aislada se denomina sacudida simple.
Cuando un músculo se contrae y realiza un trabajo se dice que dicha contracción es
isotónica, en sentido opuesto cuando el músculo solo desarrolla tensión sin acortarse y
sin producir un trabajo realiza una contracción llamada isométrica.
La energía necesaria para la contracción muscular es aportada por el ATP abundante en
el músculo y otros derivados como el fosfato de creatina. En última instancia los
carbohidratos y grasas aportan productos energéticos para la contracción muscular.
La contracción en el músculo liso guarda cierta similitud con la del músculo
esquelético, es decir se debe a la interacción entre los filamentos delgados y gruesos de
las miofribrillas por la formación de enlaces cruzados entre la miosina y la actina. El
proceso también es activado por el Ca++ . A diferencia del músculo esquelético, el
proceso contráctil se inicia por la unión del Ca++ a una proteína especial llamada
calmodulina, esta reacción activa a la enzima miosinasa cuyo efecto es fosforilar a la
miosina, bajo esta acción se desencadena la formación de enlaces cruzados y por lo
tanto la contracción de las fibras.
El proceso contráctil en el músculo cardíaco guarda semejanzas con el descrito para el
músculo esquelético. El calcio es responsable de activar el proceso contráctil, sin
embargo su liberación de las cisternas del retículo sarcoplásmico no la ocasiona el
potencial de acción como ocurre en el músculo esquelético, sino el ingreso de Ca++
extracelular por apertura de canales en el sistema T.
La actividad metabólica del músculo cardíaco se sustenta en el metabolismo oxidativo y
por tanto demanda disponibilidad continua de oxígeno. Por tal motivo el músculo
cardíaco posee el pigmento mioglobina que le permite almacenar oxígeno
Guía de autoevaluación.
Completa los espacios del siguiente texto.
El músculo esquelético esta compuesto por cientos de células cilíndricas llamadas(1)
_______________________. Cada una de ellas contiene miles de(2)_______________,
que a su vez están conformadas por filamentos gruesos y filamentos delgados. Los
filamentos gruesos contienen moléculas de(3)____________________; y cada una de
estas moléculas esta conformada por(4)_____________________y ________________.
La porción(5)____________forma puentes cruzados con los filamentos delgados
durante la contracción y posee actividad(6)________________para aportar la energía
requerida para el proceso contráctil. Las estrías que exhibe el músculo esquelético son
debidas a(7)________________________________________________________. El
espacio existente entre dos líneas Z se denomina(8)___________________; y es la
unidad contráctil del músculo. Los filamentos delgados están compuestos de tres tipos
de proteínas contráctiles denominadas(9)________________,_____________________
y_________________________. Las moléculas de(10)______________conforman el
plímero de Factina. La(11)____________________________esta conformada por una
doble cadena de polipéptidos que en condiciones de reposo inhibe la atracción entre
los(12)_____________________y los (13)________________________.Las moléculas
de(14)______________________ están constituidas por tres subunidades denominadas
con las letras(15)______,_______y________. La subunidad(16)_________es la que fija
Ca++ para activar el proceso contráctil. Grandes depósitos de Ca++ se ubican en las
cisternas del(17)___________________________.
La sucesión de eventos que desencadenan la contracción del músculo esquelético se
inicia con la descarga de la motoneurona, el potencial de acción generado llega
128
a(18)____________________y provoca la apertura de canales de(19)_________ de
compuerta de voltaje, por lo que difunde(20)__________para provocar(21)__________
de las vesículas. El neurotransmisor liberado es(22)_______________________, cuyo
efecto en la placa motora es(23)_______canales de_________de compuerta de ligando
provocando la generación del(24)______________________. La suma de éstos
desencadena un potencial de acción propagado que difunde por las fibras musculares a
través de(25) _________________. Cuando dicho potencial toca las cisternas del(26)__
____________________________ provoca la liberación de(27)_______ el cual difunde
hacia las miofibrillas y se fija a(28)_________________________. Este efecto modifica
la posición de(29)_____________________cuyo giro tiene un efecto de desplazamiento
de la(30)________________________ descubriéndose los sitios reactivos de la(31)___
_________ y estableciéndose enlaces cruzados con(32)_______________generando el
acortamiento del músculo.
Cuando el músculo esquelético se acorta y realiza un trabajo ejecuta una contracción
llamada(33)_________________. Cuando solamente realiza tensión sin llegar a
acortarse ejecuta una contracción denominada(34)______________________. La
manifestación de la propiedad contráctil de una fibra muscular se llama(35)__________
___________. Los principales compuestos químicos que almacenan energía para el
proceso contráctil en el músculo esquelético son(36)__________y_________________.
La contracción mínima que exhiben los músculos esqueléticos en estado de reposo se
denomina(37)_____________________.
En los mamíferos se descubren dos tipos de músculo liso; el(38)__________________
y el(39)_________________________. A diferencia del músculo esquelético el
músculo liso se caracteriza por carecer de(40)____________. Las fibras musculares
pueden estar íntimamente unidas fusionándose sus membranas como ocurre en el
músculo liso(41)______________; o bién las fibras musculares están aisladas como se
observa en el músculo liso(42)_______________________. La inervación que recibe el
músculo liso procede de(43)________________________________, además este tipo
de músculo posee tejido(44)______________________que le brinda automatismo. El
fenómeno de contracción en el músculo liso es iniciado por iones de(45)__________,
que se fijan a una proteína específica llamada(46)_____________________. Este
complejo activa a la enzima(47)_________________cuyo efecto es fosforilar a la
miosina para desencadenar el fenómeno de contracción.
Las fibras musculares cardíacas exhiben fusión de membranas a nivel de las líneas Z
denominadas(48)__________________________que facilitan la propagación de los
impulsos nerviosos. La escasa cantidad de Ca++ en el retículo sarcoplásmico de las
fibras musculares cardíacas es liberada por acción de(49)___________________. El
aporte de oxígeno al corazón se asegura debido a la presencia de(59)_______________
pigmento que tiene como función almacenar reservas de oxígeno.
129
CAPÍTULO 9. REFLEJOS MEDULARES
Palabras clave: arco reflejo, husos musculares, aparato tendinoso de Golgi, reflejos
flexor y extensor, reflejos de postura.
Sistemas aferentes y eferentes
En capítulos anteriores hemos señalado que la función básica del sistema nervioso es la
conducción e integración de impulsos nerviosos que sustentan la coordinación de las
funciones corporales. Las actividades nerviosas vegetativas integradas se basan en
mecanismos involuntarios que constituyen los arcos reflejos.
En los mamíferos el desempeño de la actividad refleja, se basa en una organización del
sistema nervioso que abarca un sistema aferente, una zona integradora y un sistema
eferente (Fig.9-1). El sistema aferente esta integrado por los receptores sensoriales y
neuronas sensitivas. Las funciones que desempeñan los receptores sensoriales son
reconocer estímulos del medio ambiente y transformarlos en impulsos nerviosos. Las
neuronas sensitivas conducen dichos impulsos hacia la zona integradora; los cuales
ingresan al sistema nervioso central a través de las raíces dorsales de la médula espinal,
o por los pares craneales. Los cuerpos neuronales de las neuronas sensitivas (aferentes)
se localizan en los ganglios nerviosos de las raíces dorsales o de los pares craneales.
La zona integradora esta conformada por el cerebro y la médula espinal y sus neuronas
generan respuestas graduadas a los impulsos aferentes que llegan a ellas.
El sistema eferente esta representado por las motoneuronas cuyos axones emergen por
las raíces ventrales de la médula espinal, o bien por los nervios motores craneales. Su
función es conducir impulsos nerviosos de respuesta a las señales eferentes, hacia los
órganos efectores.
S.N.C.
NEURONA SENSITIVA
RECEPTOR
MOTONEURONA
EFECTOR
Fig. 9-1 Componentes básicos de un sistema aferente-eferente.
130
Niveles funcionales del sistema nervioso.
Las complejas funciones que desempeña el sistema nervioso, suelen ubicarse en tres
niveles funcionales: el nivel medular, el nivel encefálico bajo y el nivel cortical.
El nivel medular corresponde a las funciones que están asentadas en la médula espinal.
En este órgano se regula gran parte de la actividad refleja del organismo, y constituye
una vía de conducción de señales nerviosas hacia los niveles encefálico bajo y cortical.
En la médula espinal están integrados los reflejos de erección, eyaculación, micción,
defecación, motricidad gastrointestinal, sudoración, piloerección, vasomoción y reflejos
de postura. entre muchos otros.
El nivel encefálico bajo corresponde a las funciones que desempeñan el bulbo raquídeo,
cerebelo, tálamo, hipotálamo y ganglios basales. En el bulbo raquídeo se ubican las
neuronas que constituyen el centro cardiorrespiratorio que regula la actividad de los
pulmones y el corazón. Así mismo están ubicados los núcleo cocleares dorsal y ventral
relacionados con la integración, discriminación y conducción de señales nerviosas
auditivas. Los reflejos de deglución, tos, estornudo, náusea y vómito también están
integrados en el bulbo raquídeo.
El cerebelo constituye una región anatómica donde se regulan el equilibrio, la
coordinación de los movimientos, así como el aprendizaje de tareas motoras.
El tálamo es una zona nerviosa relacionada con la corteza cerebral y guarda conexiones
con el sistema olfatorio y sistema límbico; regula impulsos auditivos y visuales,
funciones motoras, integración de memoria reciente y emociones.
El hipotálamo es una región del diencéfalo, y esta constituido por grupos irregulares de
neuronas que conforman los núcleos hipotalámicos. En el hipotálamo se regulan muy
diversas funciones corporales como el control neuroendocrino de la glándula hipófisis y
con ello el de otras glándulas endocrinas, termorregulación, conducta sexual,
sensaciones de hambre y sed, ritmos circadianos y reacciones de tipo defensivo como el
miedo, ira y la cólera.
Los ganglios basales corresponden a cinco estructuras nerviosas ubicadas a cada lado
del cerebro, relacionadas funcionalmente con la programación del movimiento corporal.
El nivel cortical o encefálico alto es la zona donde se sustentan los procesos fisiológicos
más complejos que desempeña el sistema nervioso que implican la actividad conciente
del individuo. La corteza cerebral esta organizada en seis capas de neuronas
principalmente células piramidales. En la corteza cerebral se controlan los estados de
alerta y de sueño; el movimiento voluntario del cuerpo; se integran las señales nerviosas
auditivas, gustativas, olfatorias, visuales, sexuales y de muy diversos reflejos que son
seguidos de percepción conciente; y se llevan a cabo funciones tan complejas como el
pensamiento, la abstracción y la memoria entre muchas otras.
REFLEJOS MEDULARES
La facultad que tiene el organismo de los mamíferos como el de muchas otras especies,
de generar respuestas involuntarias ante, muy diversos estímulos, es una característica
que reviste una gran importancia, ya que mediante dicho mecanismo se ejecutan
reacciones casi inmediatas sin esperar que el encéfalo determine o codifique una
respuesta específica; lo que implicaría un mayor tiempo para una acción en particular.
En este espacio vamos a referirnos a ciertos reflejos integrados en la médula espinal.
131
Como lo señalamos anteriormente, el arco reflejo se define como la producción
involuntaria de una acción en un efector ( músculos , glándulas, vísceras, etc ) , causada
por la estimulación de un receptor.
El arco reflejo se considera la unidad básica de la actividad nerviosa integrada. En
efecto, la amplia variedad de funciones vegetativas (involuntarias) que a diario ocurren
en el organismo de los mamíferos obedecen a arcos - reflejos, por ejemplo; la secreción
de las glándulas salivales, las secreciones y motricidad del tubo digestivo, el aumento, o
disminución de la tensión arterial, la disminución o incremento de la actividad cardiaca,
la sudoración, la expulsión de la orina y de las heces fecales, la frecuencia respiratoria
etc. De lo anterior se deduce que los arcos reflejos permiten mantener la homeostasis
orgánica (equilibrio funcional), y son un medio para salvaguardar la integridad del
organismo cuando se generan por estímulos nocivos.
Las porciones anatómicas del sistema nervioso que por excelencia integran la actividad
refleja, son la médula espinal y el tallo cerebral. Es conveniente recordar que los arcos
reflejos pueden ser innatos, es decir., que, el individuo nace ya con algunos reflejos
determinados; que van desarrollándose o acentuándose a medida que el sujeto madura
fisiológicamente, por otra parte existen reflejos adquiridos o sea aquellos que van
originándose en base las experiencias, que el individuo va teniendo a lo largo de su
vida.
No obstante que los arcos reflejos se ejecutan involuntariamente, muchos de ellos, son
precedidos de una percepción conciente, por ejemplo, cuando un estímulo de tipo
nocivo (la flama de un cerillo) excita a los receptores específicos de la piel en un
miembro, se genera la retracción refleja del miembro para alejarlo del estímulo, e
inmediatamente después el individuo percibe dolor en la zona afectada.
MECANISMO DEL ARCO REFLEJO.
El arco reflejo es un fenómeno que se realiza en forma muy especializada, debido a que
son respuestas específicas a un estímulo determinado. Los elementos anatómicos
mínimos que deben participar en un arco reflejo son 5 (fig.9-1): Un órgano receptor que
puede estar ubicado en algún tejido, glándula o víscera, el cual es en realidad una
dendrita de la neurona aferente que está modificada para captar los estímulos, o una
estructura compleja altamente especializada. Una neurona aferente sensitiva cuya
función es conducir el impulso nervioso generado en el órgano receptor a consecuencia
de un estímulo, hacia la médula espinal.
Una o varias neuronas internunciales del tallo cerebral o de la médula espinal, que
conectan a la neurona aferente con una neurona eferente. La neurona eferente motora
que inerva al órgano efector.
El órgano efector que puede ser; los músculos esquelético, liso y cardíaco, una glándula
o una víscera.
132
Neurona internuncial
Neurona sensitiva
Asta dorsal
Médula espinal
R
Receptor
Asta ventral
Motoneurona
Efector
Fig.9-1 Representación esquemática de los elementos anatómicos de un arco reflejo simple.
De acuerdo al número de estructuras que intervienen en el arco reflejo existen dos tipos:
monosinápticos y polisinápticos. El arco reflejo monosináptico es el más simple y se
caracteriza porque sólo se efectúa una sinapsis entre las neuronas aferente y eferente.
El arco reflejo polisináptico, es aquel en el cual existen una o varias interneuronas, entre
las neuronas aferente y eferente, las cuales son responsables de que el número de
sinápsis aumente desde dos hasta varios cientos.
POTENCIAL GENERADOR.
Como ya se dijo anteriormente el arco reflejo se realiza en una forma especializada y el
mecanismo implica que el órgano receptor (receptor sensorial) sea excitado por un
estímulo, cuya intensidad sea umbral o mayor, el cual origina un aumento de la
permeabilidad para el ión Na+ en la membrana del receptor, que desencadena su
despolarización, creando así un potencial local denominado, potencial generador, o
potencial del receptor, el cual es directamente proporcional a la intensidad del estímulo.
Cuando este potencial generador alcanza el nivel de disparo, origina un potencial de
acción en la neurona aferente, así el impulso es transmitido hacia la neurona
internuncial, la cual sirve como enlace entre las neuronas aferente y eferente. Esta
neurona internuncial no sólo tiene como función el enlace ya mencionado, sino que va a
ser el sitio donde se determina si el estímulo captado amerita o no una respuesta
(fenómeno de discriminación) y en su caso determina el tipo de estructuras que deben
intervenir (función integradora).
133
Es conveniente mencionar que constantemente el organismo está sometido a una
infinidad de estímulos externos, a los cuales de no existir un centro integrador, se les
daría respuesta. Pero gracias a este centro integrador, el SNC, funciona en forma
coordinada, dando respuesta solo a aquellos estímulos que tienen mayor importancia
fisiológica.
Una vez que la respuesta ha sido definida, la neurona internuncial descarga sobre la
neurona eferente o motoneurona, causando PPSE (potenciales postsinápticos
excitatorios) sobre su membrana, originándose el potencial de acción, el cual se propaga
por toda la motoneurona hasta alcanzar la terminal axónica. Esta neurona eferente o
motoneurona es la que tiene como función estimular al efector, generando una respuesta
específica. Dicha estimulación depende de la descarga de un neurotransmisor
(acetilcolina, noradrenalina, etc.), por parte de la motoneurona, el cual propaga el
potencial de acción sobre el efector provocando una respuesta. Este proceso implica la
modificación de la permeabilidad de la membrana del efector para los iones de Na+ .
TIPOS DE ARCO REFLEJO
Las neuronas aferentes e internunciales pueden distribuirse de varias maneras para
formar el arco reflejo. De acuerdo a esto podemos encontrar distintas variantes como las
que a continuación se muestran:
Neurona sensitiva
E
R
Receptor
Interneurona
Motoneurona
Efector
Este es el tipo de arco reflejo simple o monosináptico, en el cual solo se efectúa una sinápsis a nivel medular. El único ejemplo de
este tipo de reflejo lo constituye el reflejo miotático.
E
R
E
En este caso las neuronas se organizan en forma divergente, por lo que la estimulación de un receptor puede causar una o varias
respuestas al activarse uno o varios efectores. A este tipo de arco reflejo también se le conoce como reflejo aliado.
134
R
E
R
Pueden disponerse de manera que dos o mas neuronas aferentes, establecen sinápsis con una sola neurona eferente, es decir, se
presenta un fenómeno de convergencia, lo que nos indica que la estimulación de dos o más receptores distintos pueden generar la
misma respuesta para cada estímulo.
R
E
R
E
Las neuronas internunciales pueden organizarse de tal manera que la estimulación de cualquier receptor involucrado puede provocar
la respuesta de uno o más efectores. Este tipo de organización se presenta dentro de la médula espinal para permitir que la actividad
motora sea coordinada.
135
Reflejo miotático o de tracción.
Cuando un músculo esquelético con su inervación intacta es estirado se provoca una
contracción refleja del mismo. Esta. respuesta es el reflejo miotático o de oposición al
alargamiento del músculo.
El estímulo que inicia el reflejo es el estiramiento del músculo y la respuesta es la
contracción de ese músculo. Este es un reflejo de tipo monosináptico cuyo órgano
receptor es el huso muscular (Fig. 9-2). Dicho huso muscular está compuesto por dos a
diez fibras musculares de carácter embrionario, que están envueltas en tejido conectivo,
las cuales reciben el nombre de células intrafusales, en tanto que el resto de las fibras
musculares (bien desarrolladas) reciben el nombre de células extrafusales.
Las fibras intrafusales se encuentran dispuestas en forma paralela con respecto a las
fibras extrafusales, y los extremos del huso muscular están unidos a los tendones de
ambos extremos del músculo.
En los músculos esqueléticos de los mamíferos existen dos tipos de fibras intrafusales:
fibras con saco nuclear; las cuales contienen varios núcleos en una porción central
dilatada, y las fibras con cadena nuclear; que son fibras más delgadas, más cortas y que
carecen de un saco definido donde se agrupen los núcleos.
Los extremos de las fibras con cadena nuclear se conectan a los lados de las fibras con
saco nuclear. Las terminaciones nerviosas sensitivas para los husos musculares pueden
ser de dos tipos: terminales primarias o anuloespirales que son terminaciones de las
fibras aferentes de conducción rápida, que se enrollan alrededor de las fibras con saco
nuclear y alrededor de las fibras con cadena nuclear; y terminales secundarias que
corresponden a terminaciones de fibras sensitivas que se localizan cerca de los extremos
de las fibras intrafusales.
Fibra aferente primaria
Aferente secundaria
Eferente
Fig.9-2 Esquema de los dos tipos de fibras en los husos musculares.
Los husos tienen inervación motora propia a través de fibras nerviosas eferentes
gamma, así como fibras más pequeñas denominadas fibras beta, cuya función no está
136
claramente definida. Hay dos tipos de terminaciones de las fibras eferentes gamma:
terminaciones en placa que son como placas motoras terminales que llegan sobre las
fibras con saco nuclear, y terminaciones rastreras que son terminaciones que forman
extensas redes, principalmente sobre las fibras con cadena nuclear.
El huso muscular y sus conexiones reflejas constituyen un dispositivo de autocontrol,
que actúa manteniendo constante la longitud del músculo. De tal manera que si el
músculo es estirado la descarga del huso aumenta y se produce un acortamiento reflejo
del músculo, en tanto que si el músculo se acorta, la descarga. del huso disminuye y el
músculo se relaja para incrementar su longitud (fig.9-3).
Como ejemplos de este tipo de reflejos podemos citar: El reflejo rotuliano que consiste
en la contracción muscular producida al golpear levemente sobre el tendón del
cuadriceps en la rodilla. El reflejo del tobillo, caracterizado también por la contracción
muscular que se produce en el pie, cuando se golpea sobre el tendón de Aquiles.
Estímulo mecánico sobre tendón
Contracción refleja
Motoneurona
Estiramiento del músculo
Médula espinal
Interneurona
Excitación del huso muscular
Neurona sensitiva
Fig. 9-3 Representación esquemática del desencadenamiento del reflejo de tracción.
Reflejo tendinoso o miotático inverso.
Hasta cierto límite mientras más se estira un músculo, mayor es la contracción refleja.
Sin embargo, cuando la tensión llega a ser excesivamente elevada, la contracción cesa
bruscamente y el músculo se relaja.
Esta relajación en respuesta a un estiramiento muscular excesivo, se denomina reflejo
tendinoso. El receptor para este reflejo es el órgano tendinoso de Golgi, (fig.9-3) el cual
se encuentra localizado en los tendones; y al ser estimulado produce un PPSI (potencial
postsináptico inhibitorio) en las motoneuronas que inervan al músculo, motivo por el
cual cesa la contracción.
El órgano tendinoso de Golgi es un conjunto retiforme de terminaciones nerviosas
ubicadas en los tendones musculares. Son fibras nerviosas del tipo Aα, sensitivas,
mielínicas y de conducción rápida, las cuales al ser estimuladas por el estiramiento
generan un PPSI sobre las motoneuronas. Aparentemente estas fibras terminan en la
médula espinal en interneuronas inhibidoras que a su vez descargan directamente sobre
137
las motoneuronas. El órgano tendinoso de Golgi se encuentra dispuesto en serie con las
fibras musculares y las funciones que desempeña son: regular la fuerza de contracción
muscular, evitando los posibles desgarramientos musculares o desprendimientos de las
inserciones tendinosas, cuando una masa muscular es sometida a una tensión excesiva.
En efecto la excitación de dicho receptor ocasiona una relajación refleja de la masa
muscular.
Haces tendinosos
TENDÓN
Fig. 9-4 Esquema del aparato tendinoso de Golgi.
Reflejo Flexor.
Es un ejemplo típico de reflejo polisináptico que ocurre comúnmente como respuesta a
estímulos nocivos en la piel, tejidos subcutáneos y en el músculo; mismos que
frecuentemente se acompañan de dolor.
La respuesta a este tipo de estímulos es generalmente, una contracción de los músculos
flexores, acompañada de la inhibición de los músculos extensores, lo que da como
resultado que región estimulada sea flexionada y alejada del estímulo.
El reflejo flexor no siempre origina una contracción de los músculos flexores e
inhibición de los músculos extensores, ya que en ocasiones la respuesta es combinada
entre la flexión y la extensión; esto va a depender del signo local, que es el sitio o nivel
en que se percibe el estímulo, por ejemplo: Si el estímulo se aplica en la superficie
medial del miembro, la respuesta es una ligera abducción. Si se estimula la superficie
lateral del miembro, la respuesta producida es una ligera aducción acompañada de
flexión.
En términos generales a este tipo de reflejo es considerado como un mecanismo ,de
defensa del individuo, que le permite alejarse de estímulos dañinos, preservando así su
integridad y asegurando su supervivencia
Cuando un miembro anterior o posterior experimenta el reflejo flexor, este origina que
el miembro opuesto experimente una gran extensión, a lo que se denomina reflejo
extensor cruzado, el cual es un reflejo que contribuye a reforzar la postura corporal del
animal y además se podría considerar como un estado de alerta que facilita la huida del
animal en caso necesario.
De todos los arcos reflejos existentes, este reflejo es el que tiene mayor prioridad en las
vías espinales, no importando cualquier otra actividad refleja que se esté desarrollando
en ese momento.
138
Reflejo extensor
Si se aplica un presión determinada sobre la cara plantar de cualquier extremidad, la
respuesta que se produce es una extensión enérgica del miembro, para constituir una
columna rígida debida a la contracción simultánea de los músculos extensores y
flexores.
Los receptores que generan esta respuesta, son una combinación de los receptores del
estiramiento del músculo (huso muscular) y los receptores de la presión cutánea.
Este reflejo es sumamente importante en el mantenimiento de la postura del animal, ya
que se activa en cuanto el animal apoya la extremidad sobre el suelo.
Este reflejo puede ser activado con fines de exploración de los miembros; o bien, para
lograr la expulsión de cuerpos extraños entre los dedos de la pata.
Reflejos de postura.
Reacción positiva de sostén.
La presión sobre la planta de la pata de un animal descerebrado o espinal ocasiona que
la extremidad se extienda contra la presión aplicada, pudiendo inclusive, seguir la
presión aplicada si esta es ligeramente cambiada de dirección.
Este reflejo es tan intenso que un animal espinal, al ser colocado en posición
cuadrúpeda normal, sobre sus patas, puede llegar a sostenerse manteniendo una posición
rígida durante un corto período de tiempo. Se realiza debido a la disposición que tienen
las neuronas internunciales, que es muy parecida a la disposición que se presenta en los
reflejos flexor y extensor cruzados.
El animal puede mantenerse en una posición equilibrada, gracias a que, si el animal se
inclina hacia un lado, se estimula aún más la planta de la extremidad sobre la que se
ejerce más peso, y de manera automática la extremidad se extiende para impulsar el
cuerpo hacia al lado contrario
Reflejo de enderezamiento.
Cuando un animal espinal es colocado sobre uno de sus costados, este hará
movimientos descoordinados para tratar de levantarse.
Este tipo de reflejo nos demuestra que a nivel de la médula espinal se disponen algunos
mecanismos reflejos asociados con la postura. Cabe señalar que el control de la postura
o actitud, está compuesto por una serie de reflejos que se encuentran integrados en la
corteza cerebral.
Reflejo de marcha.
Cuando un animal espinal es suspendido manteniendo su posición normal, con sus
extremidades libres y sin que toquen el piso, presenta una serie de movimientos en sus
extremidades, los cuales semejan a los de una marcha normal. Durante este proceso las
extremidades se mueven en diagonal, esto es, las extremidades anterior izquierda y
posterior derecha se mueven hacia delante, mientras que la anterior derecha y posterior
izquierda se mueven hacia atrás. Inclusive puede presentarse este reflejo en miembros
aislados o sea en aquellos cuyas conexiones neuronales están bloqueadas a nivel de la
médula espinal.
139
Reflejo de galope.
Este tipo de reflejo a veces se presenta en animales espinales y como su nombre lo
indica es una serie de movimientos reflejos que originan, que las extremidades
anteriores se muevan hacia delante, en tanto que las extremidades posteriores se mueven
hacia atrás y viceversa. Para poder apreciar este tipo de reflejo se requiere que el animal
este suspendido en posición normal y con las extremidades libres sin tocar el piso.
Reflejo de rascado.
Este es un reflejo que tiene singular importancia en los animales inferiores, el cual
incluye dos funciones diferentes: Un sentido de posición.- que permite que la pata
encuentre el sitio exacto de la superficie corporal en donde se produce la irritación
(estimulación), y un movimiento de ida y vuelta que ejecuta alguna de las extremidades
posteriores.
Este reflejo es complicado ya que presenta terminaciones sensitivas que permiten
establecer la posición exacta del estímulo y por otro lado, se requiere la activación de
muchas motoneuronas que permitan un movimiento coordinado de la extremidad, para
que ésta llegue al sitio exacto de la estimulación.
RESUMEN.
La actividad integrada esencial del sistema nervioso se sustenta en mecanismos
involuntarios denominados arcos reflejos. El arco reflejo lo podemos definir como la
producción involuntaria de una acción en un efector por estimulación de un receptor. El
arco reflejo más simple requiere de un receptor, una neurona sensitiva, una interneurona
y una motoneurona. La función que desempeña el receptor consiste en reconocer
estímulos y transformarlos en impulsos nerviosos en la neurona sensitiva, esta conduce
los impulsos hacia el sistema nervioso central donde a través de la participación de una
interneurona se genera una respuesta específica que es conducida por la motoneurona
hacia un efector (músculo o glándula).
De acuerdo a la disposición anatómica de las neuronas se distinguen diversos tipos de
arcos reflejos y éstos pueden ser monosinápticos que requieren de una sola sinápsis o
polisinápticos en los que participan varias sinápsis.
El reflejo de tracción o miotático consiste en la contracción refleja de un músculo
cuando sus fibras musculares son sometidas a cierto estiramiento. Los receptores
musculares responsables de este reflejo son los husos musculares. Cada huso muscular
esta constituido por dos tipos de fibras intrafusales: fibras con cadena nuclear llamadas
así por poseer dilataciones en donde se concentran múltiples núcleos; y fibras en
cadena nuclear que poseen núcleos dispuestos a lo largo de la fibra. Los husos
musculares poseen tanto inervación sensitiva como motora.
Un ejemplo del reflejo de tracción es el llamado reflejo patelar o rotuliano, que se
desencadena cuando se aplica un ligero golpe sobre el tendón del músculo cuadríceps,
lo que ocasiona el estiramiento de las fibras musculares, con ello la excitación de los
husos musculares por deformación mecánica y la contracción refleja de dicho músculo.
El reflejo tendinoso o miotático inverso, consiste en una reacción opuesta, es decir la
relajación refleja de un músculo cuando las fibras se contraen intensamente y someten a
una fuerte tensión las cuerdas tendinosas. El receptor responsable de este reflejo es el
140
aparato tendinoso de Golgi; una terminal nerviosa de tipo reticular ubicada en los
tendones musculares. El reflejo de tracción parece ser un mecanismo protector que en
condiciones normales tiende a evitar el desgarramiento de un músculo o de sus
tendones.
El reflejo flexor se desencadena por la aplicación de estímulos nocivos sobre la piel,
tejido subcutáneo y músculos, que ocasionan contracción de los músculos flexores y
alejamiento del miembro del estímulo nocivo. Este reflejo es de tipo polisináptico.
El reflejo extensor se desencadena cuando se aplica presión sobre la región plantar lo
que ocasiona contracción refleja de los músculos respectivos y cierta rigidez del
miembro estimulado.
La actividad refleja asentada en la médula espinal es posible demostrarla en animales de
experimentación descerebrados. Bajo estas condiciones conservan ciertos reflejos
integrados en la médula espinal como lo son los reflejos de enderezamiento, la reacción
positiva de sostén, el reflejo de rascado y los reflejos de marcha y de galope.
Guía de autoevaluación.
Relacione los incisos con los conceptos que a continuación se enumeran.
a) Nivel medular.
b) Nivel Bulbar.
c) Cerebelo.
d) Tálamo.
e) Hipotálamo.
1.- Centro nervioso perteneciente al diencéfalo integrado por grupos neuronales que
conforman núcleos.
2.- Nivel funcional del sistema nervioso que integra gran parte de la actividad refleja;
como los reflejos de postura, micción, erección, eyaculación, etc.
3.- Regula la actividad secretora de la glándula hipófisis.
4.- Nivel funcional del sistema nervioso donde se localiza el centro que regula la
actividad cardíaca y respiratoria.
5.- Su actividad fisiológica se relaciona con el equilibrio y la coordinación de
movimientos.
6.- Región del sistema nervioso donde se integran los reflejos de la tos, estornudo y la
deglución.
7.- Su actividad fisiológica se relaciona con las sensaciones de hambre, sed, apetito y
reacciones de defensa como la cólera y la ira.
8.- Integración de impulsos nerviosos auditivos, visuales y procesos de memoria
reciente.
9.- Contiene la sustancia gris en la región interna y la sustancia blanca en la región
externa.
10.- Contiene los núcleos cocleares donde se integran y discriminan señales auditivas.
a) Arco reflejo.
b) Sistema eferente.
c) Sistema aferente.
d) Huso muscular.
e) Aparato tendinoso de Golgi.
11.- Reconoce y transforma estímulos diversos en impulsos nerviosos.
141
12.- Conduce señales nerviosas a los órganos efectores.
13.- Acción involuntaria en un efector por estimulación de un receptor.
14.- Lo integran receptores sensoriales y neuronas sensitivas.
15.- Fibras musculares embrionarias intrafusales.
16.- Terminal nerviosa cuya excitación desencadena relajación muscular refleja.
17.- Esta integrado por motoneuronas que inervan a efectores.
18.- Receptor sensorial cuya excitación desencadena contracción muscular refleja.
19.- Unidad de la actividad nerviosa integrada.
20.- Receptor integrado por fibras con saco y en cadena nuclear.
21.- Receptor cuya función es evitar lesiones musculares como desgarramientos.
22.- Receptor cuya función es mantener un longitud constante de los músculos
esqueléticos.
a)
b)
c)
d)
e)
Reflejo miotático o de tracción.
Reflejo miotático inverso.
Reflejo flexor.
Potencial generador.
Reacción positiva de sostén.
23.- Reflejo desencadenado por excitación del aparato tendinoso de Golgi.
24.- Reflejo observable en animales espinales.
25.- Reflejo desencadenado por excitación de los husos musculares.
26.- Una de las condiciones que lo desencadena es la presencia de estímulos de tipo
nocivo.
27.- Reflejo desencadenado por el estiramiento de un músculo al aplicar un estímulo
mecánico moderado sobre sus tendones.
28.- Reflejo desencadenado por la contracción a un determinado umbral de una masa
muscular.
142
CAPÍTULO 10 RECEPTORES SENSORIALES.
Palabras clave: Receptor sensorial, fenómeno de adaptación, receptores mecánicos,
receptores de dolor, dolor referido y dolor visceral, receptores térmicos.
Clasificación de los receptores sensoriales.
Las señales nerviosas que continuamente ingresan al sistema nervioso central
relacionadas con las condiciones reinantes del medio ambiente interno y externo
proceden de los receptores sensoriales; estructuras especializadas cuya función básica es
transformar las variaciones energéticas del medio ambiente (estímulos) en impulsos
nerviosos en las neuronas aferentes; para los cuales el sistema nervioso central elabora
respuestas específicas.
Los receptores sensoriales pueden ser parte de una neurona (dendritas altamente
modificadas), células especializadas o neuronas y un conjunto de estructuras no
nerviosas que conforman un órgano especializado como ocurre en los órganos de los
sentidos. De acuerdo a su ubicación anatómica los receptores pueden clasificarse en dos
grupos: Exteroceptores e interoceptores; los primeros son receptores localizados en las
regiones corporales superficiales como es el caso de los receptores táctiles,
termorreceptores, etc. Los interoceptores se ubican en zonas corporales internas, y se
subdividen en propioceptores localizados en las articulaciones, músculos y órgano
vestibular; y vísceroceptores localizados en las vísceras.
Con base a la modalidad sensorial a la que responden, los receptores se clasifican de la
manera siguiente: mecanorreceptores que reconocen estímulos de tipo mecánico como
son el tacto, vibración, presión, tensión y longitud muscular; quimiorreceptores que
reconocen estímulos químicos, tales como variaciones del pH, O2, olor, sabor, etc.;
termorreceptores que reconocen las variaciones térmicas de frío y calor; sonoros como
son los receptores del sentido de la audición; electromagnéticos como los receptores del
sentido de la vista; receptores del equilibrio; y nociceptores que reconocen el daño a los
tejidos.
EXCITACIÓN DE LOS RECEPTORES SENSORIALES.
Experimentalmente ha sido posible registrar los cambios eléctricos en receptores táctiles
cundo son estimulados por presión. A la aplicación del estímulo, aparece un potencial
despolarizante de intensidad no propagante denominado potencial generador (fig.10-1),
cuando este potencial alcanza una mayor magnitud equivalente a 10 mV o más, se
propaga como potencial de acción en la fibra nerviosa sensitiva. En este caso podemos
apreciar que un estímulo de tipo mecánico es transformado en una señal nerviosa cuya
magnitud es proporcional a la intensidad del estímulo, y que finalmente será
interpretada como sensación táctil.
La formación del potencial generador se debe a que el estímulo ocasiona apertura de
canales de Na+ de compuerta de voltaje en la membrana del receptor, que permiten la
difusión de Na+ al interior alterando el potencial de reposo del receptor. Como veremos
más adelante en este capítulo, no todos los receptores son excitados por difusión de Na+,
en algunos casos participan proteínas G.
143
Neurona sensitiva
Estímulo
+
+
+
+
-
-
-
-
+
+
+
+
Receptor sensorial en estado de reposo
Na+
-
-
-
+
+
+
-
+
-
-
Potencial generador
Fig.10-1 Representación de la formación del potencial generador en un receptor sensorial.
FENÓMENO DE ADAPTACIÓN .
Ciertos receptores sensoriales tienden después de un tiempo a disminuir e incluso abatir
sus respuestas cuando el estímulo que los excita se mantiene constante, bajo estas
condiciones se dice que el receptor se ha adaptado al estímulo. Los receptores que se
adaptan rápidamente a los estímulos se denominan fásicos, en tanto que los receptores
que se adaptan lentamente a los estímulos y en forma incompleta se llaman tónicos.
El fenómeno de adaptación guarda cierta relación con la importancia fisiológica del
receptor, es decir aquellos que están relacionados con la transmisión de señales
importantes para el organismo son de tipo tónico, ya que su adaptación pondría en
peligro el equilibrio funcional del organismo.
144
SENSACIONES SOMÁTICAS.
Las sensaciones somáticas son aquellas que se relacionan con el movimiento o
desplazamiento de un tejido, o bien del contacto de éste con alguna superficie. Dichas
sensaciones abarcan el tacto, vibración, presión, sentido muscular y sensaciones
cinestésicas.
Las sensaciones de tacto, vibración y presión son reconocidas por el mismo tipo de
receptores, sin embargo existen ciertas diferencias entre ellas. El tacto es una sensación
que se desencadena por la estimulación de la piel o tejidos subcutáneos; la sensación de
presión es ocasionada por la deformación de tejidos profundos; y la sensación de
vibración es debida a estímulos que se repiten a alta frecuencia.
Los receptores relacionados con los tipos de sensaciones antes descritas son:
terminaciones nerviosas libres, corpúsculos de Meissner, discos de Merkel, órgano
piloso terminal, corpúsculos de Vater Paccini y órgano terminal de Ruffini. Cabe
destacar, que estos receptores pueden reconocer a otro tipo de estímulos como veremos
más adelante en este capítulo.
Las terminales nerviosas libres (fig.10.2), son abundantes en cualquier región de la piel
y en muchos otros tejidos. Usualmente responden a sensaciones de tacto, presión e
inclusive dolor. Cuando transmiten señales táctiles son receptores de tipo fásico.
Terminal nerviosa libre
Tejidos
Fig. 10.2 Representación de un receptor sensorial del tipo terminal libre sin cápsula.
Los corpúsculos de Meissner (fig.10-3), son terminales nerviosas encapsuladas que
excitan a una fibra nerviosa mielinica. En el interior de la cápsula se detectan
numerosos filamentos en forma de espiral. Este tipo de receptores son comunes en las
regiones profundas de la epidermis y en las papilas del tejido conectivo de la dermis.
Son receptores táctiles y se adaptan fácilmente.
145
Fig.10-2 Representación esquemática de un corpúsculo de Meissner.
Los discos de Merkel (fig.10-3), son terminales nerviosas expandidas sin cápsula,
abundantes en epitelios sensibles como la lengua. También están presentes en los tejidos
en donde abundan los corpúsculos de Meissner. Son receptores táctiles de tipo fásico.
Fig.10-3 Esquema que representa los discos de Merkel.
El órgano piloso terminal (fig.10-4), es una terminal nerviosa sin cápsula que rodea la
base de los pelos. Permite reconocer los movimientos de objetos sobre la piel. Es un
receptor que se adapta fácilmente.
146
10.4 Esquema del órgano piloso terminal.
Los corpúsculos de Vater Paccini (fig.10-5), son terminales nerviosas encapsuladas
localizadas en el tejido subcutáneo y en otros zonas profundas como el tejido que rodea
a las articulaciones. Se descubren también en los genitales externos de la hembra y del
macho, en serosas y mucosas. Este tipo de receptores reconocen sensaciones de presión,
vibración y se adaptan fácilmente.
Fig.10-5 Esquema de un corpúsculo de Vater Paccini, la cápsula tiene capas concéntricas.
El órgano terminal de Ruffini (fig.10-6), es una terminal nerviosa expandida sin cápsula
abundante en el tejido conectivo. Son receptores táctiles y de presión; y funcionan
también como receptores térmicos para el calor; se adaptan difícilmente.
Fig.10-6 Esquema del órgano terminal de Ruffini.
147
SENTIDO MUSCULAR.
En las masas musculares esqueléticas así como en sus tendones, se localizan receptores
denominados propioceptores; los cuales corresponden a los husos musculares y el
aparato tendinoso de Golgi. La estructura y fisiología de dichos receptores le hemos
analizado anteriormente en el capítulo 9.
SENSACIONES CINESTÉSICAS.
El término cinestesia significa el reconocimiento constante de la orientación de las
diferentes partes del cuerpo entre ellas, así como de la intensidad de los movimientos
que experimentan las mismas.
Esta modalidad de actividad sensorial depende de la actividad de las terminales
nerviosas sensitivas que existen en las cápsulas y ligamentos de las articulaciones.
Participan también una variedad de receptores tales como, el aparato tendinoso de
Golgi, corpúsculos de Vater Paccini y el órgano terminal de Ruffini.
SENSACIONES DOLOROSAS.
El dolor es una sensación que implica un mecanismo de alerta y defensa del organismo,
con el propósito de que el sujeto reaccione cuando existe agresión o lesión de algún
órgano o tejido. Se distinguen tres variedades o calidades de dolor: 1) Dolor punzante
ocasionado por el pinchamiento o corte de un tejido por un objeto punzo cortante; 2) El
dolor quemante resultado de una lesión por quemadura; y 3) El dolor continuo debido a
lesiones o alteraciones profundas no superficiales.
Los receptores de la sensación de dolor son terminales nerviosas libres abundantes en la
mayor parte de los tejidos. Existen ciertos tejidos en los que no se experimenta la
sensación de dolor, tal es el caso del cerebro y la masa testicular que son prácticamente
insensibles al dolor. El dolor que se aprecia en dichos tejidos es resultado de la
estimulación de terminales nerviosas libres abundantes en las meninges y envolturas
testiculares particularmente la túnica vaginal.
No constituye objetivo de este texto entrar en detalle acerca de los mecanismos
fisiológicos involucrados en el desencadenamiento del dolor, sin embargo nos vamos a
referir a ellos en términos generales.
La estimulación de las terminales nerviosas libres parece deberse a mediadores
químicos liberados por los propios tejidos afectados. En efecto cuando ocurre agresión
en un tejido la enzima oxigenasa cíclica, cataliza la síntesis de prostaglandinas que
liberadas predisponen a los receptores del dolor a responder a los estímulos directos de
sustancias que desencadenan el dolor; como bradicininas y glutamato. El ATP podría
ser también responsable del desencadenamiento del dolor ya que estimula a neuronas
sensitivas, administrado por vía intradérmica desencadena dolor y esta presente en
extractos celulares procedentes del citoplasma que desencadenan dolor. Otras sustancias
involucradas como mediadores químicos del dolor son la sustancia P y el glutamato.
148
Dolor referido y dolor visceral.
Cuando el dolor se percibe en una zona distante al sitio donde realmente se produjo una
lesión se llama dolor referido y este obedece a la regla de dermatomas. Esta regla señala
que el dolor referido siempre lo es a una estructura somática que tiene origen en el
mismo segmento embrionario o dermatoma del cual también se originó el órgano o
estructura donde se origina el dolor. Este es el caso por ejemplo del dolor cardíaco que
se manifiesta en la cara interna del brazo izquierdo. La irritación de la región central del
diafragma ocasiona dolor referido en la punta del hombro. La distensión de los uréteres
desencadena dolor referido en la masa testicular.
El dolor referido tiene una organización sináptica a nivel de la médula espinal que
permite que se desencadena con esas características. Las fibras nerviosas sensitivas
viscerales cuando penetran a la médula espinal, convergen sinápticamente con neuronas
espinotalámicas, las que a su vez establecen sinápsis con otro grupo de neuronas que
inervan estructuras somáticas (fig.10-7).
El dolor visceral que afecta a las vísceras del organismo es poco localizado y suele
irradiarse o referirse a otras zonas. Los receptores de este tipo de dolor son también
terminales nerviosas libres que en el caso de las vísceras son poco abundantes. Las
fibras nerviosas aferentes procedentes de las vísceras corresponden al sistema nervioso
autónomo.
El desencadenamiento del dolor en las vísceras esta relacionado con la distensión de su
pared que desencadena la contracción espástica del músculo liso; con la disminución
del riego sanguíneo y la presencia de agentes químicos. El dolor visceral se suele
acompañar de reacciones del sistema nervioso autónomo como son náusea, vómito,
sudoración y otros síntomas.
Neurona espinotalámica
Víscera
Estructura somática
Fig.10-7 Esquema dela organización sináptica para desencadenar dolor referido.
149
SENSACIONES TÉRMICAS.
Las sensaciones térmicas corresponden al calor y frío, los cuales pueden ser moderados
o intensos. El receptor sensorial para el calor es el órgano terminal de Ruffini, cuya
estructura fue descrita anteriormente. Los receptores para el frío son los bulbos de
Krause (fig.10-8). Son terminales nerviosas encapsuladas, abundantes en el tejido
conectivo. Son receptores de tipo tónico.
Cuando la sensación térmica alcanza un cierto umbral en que se produzca lesión al
tejido, dicha sensación es substituida por una sensación de tipo dolorosa.
Fig.10-8 Esquematización de un bulbo de Krause.
Las sensaciones térmicas son conducidas a la médula espinal y de aquí a través de los
haces espinotalámicos alcanzan los núcleos de la región posterior del tálamo y
finalmente se integran en el hipotálamo. En este centro nervioso se generan las
respuestas que a través del sistema nervioso autónomo regulan la temperatura corporal.
En efecto, cuando existe tendencia al enfriamiento, las señales nerviosas desencadenan
reacciones que tienen dos propósitos esenciales: evitar la pérdida de calor corporal y
producir más calor interno. En el primer caso, se genera una vasoconstricción periférica
para reducir el riego sanguíneo hacia la superficie corporal y así disminuir la pérdida de
calor. Al mismo tiempo hay contracción de los músculos piloerectores para erizar los
pelos y atrapar sobre la piel aire caliente; se cierran los poros y se inhibe la secreción de
las glándulas sudoríparas. La producción de mayor calor interno ocurre por un
incremento del apetito, hiperactividad muscular y secreción de tiroxina para aumentar el
metabolismo basal.
En sentido opuesto, cuando existe tendencia al sobrecalentamiento, las reacciones son
antagónicas a las que desencadena el enfriamiento, ahora es necesario abrir las vías para
provocar la pérdida de calor y evitar la producción de más calor. Para lograr estos
efectos, se genera vasodilatación periférica, relajación de los músculos pilomotores,
150
apertura de poros de la piel, secreción sudorípara, disminución de apetito e
hipoactividad.
TRANSMISIÓN
TÉRMICAS.
DE
SENSACIONES
MECÁNICAS,
DOLOROSAS
Y
Las señales nerviosas relacionadas con las sensaciones mecánicas, dolorosas y térmicas
son conducidas al sistema nervioso central por neuronas sensitivas cuyos cuerpos
neuronales se ubican en los ganglios de las raíces dorsales o en los ganglios de los
nervios craneales. Sus axones penetran a la médula espinal o en el caso de los nervios
craneales al tallo cerebral, para establecer sinápsis reflejas con motoneuronas, así como
con otras neuronas que conducen impulsos hacia la corteza cerebral a través de dos
sistemas: el cordón posterior y los haces espinotalámicos.
Como lo señalamos anteriormente, toda la información de naturaleza sensitiva que
penetra a la médula espinal lo hace por las astas dorsales, las cuales están organizadas
en estratos ubicados desde una zona superficial hasta la región más profunda designados
en ese orden con los números romanos I, II, III, IV, V y VI (fig. 10-9).
Las fibras nerviosas relacionadas con la conducción de sensaciones mecánicas penetran
en los estratos III, IV, V y VI. Las señales nerviosas relacionadas con el dolor llegan al
estrato I, en tanto que las fibras nerviosas que conducen sensaciones térmicas penetran
en los estratos II y V.
ASTA DORSAL
I
II
III
IV
V
VI
Médula espinal
Las sensaciones mecánicas son conducidas por fibras nerviosas tipo A beta mielínicas. Las sensaciones de frío y dolor rápido son
conducidas por fibras nerviosas tipo A delta mielínicas. Las sensaciones de dolor y térmicas son conducidas por fibras nerviosas
tipo C amielínicas.
Fig 10-9 Esquema que representa la organización en estratos neuronales de las astas dorsales de la médula espinal.
151
La conducción de impulsos nerviosos hacia la corteza cerebral relacionados con las
sensaciones mecánicas, dolorosas y térmicas viajan por el cordón posterior y los haces
espinotalámicos (Fig. 10-10). Las sensaciones de tacto ascienden por el cordón posterior
y el haz espinotalámico ventral. Las sensaciones de dolor y térmicas ascienden por el
haz espinotalámico lateral. En ambos casos las fibras nerviosas concluyen estableciendo
sinápsis a nivel del tálamo; de donde emergen fibras nerviosas que conducen dichos
impulsos hacia la circunvolución poscentral.
Circunvolución postcentral
Tálamo
Bulbo raquídeo
Haz espinotalámico lateral
Cordón posterior
Haz espinotalámico ventral
Tacto
Tacto
Dolor
Frío
Calor y sensaciones sexuales
Fig.10-10 Esquematización del sistema del cordón posterior y haces espinotalámicos.
152
RESUMEN.
Los receptores sensoriales son transductores de energía; transforman los estímulos del
medio ambiente en señales nerviosas (impulsos nerviosos) que conducidas por las
neuronas sensitivas hacia el sistema nervioso central generan respuestas especificas.
Anatómicamente un receptor sensorial puede ser una terminal dendrítica altamente
especializada; o una terminal nerviosa asociada a otro tipo de estructuras.
La excitación de los receptores sensoriales ocurre debido a que los estímulos modifican
la permeabilidad de la membrana del receptor ocasionando apertura de canales de sodio
y la consecuente despolarización del receptor; este estado eléctrico es local y graduado
por lo que requiere incrementar su intensidad para dispararse como potencial de acción
en la neurona sensitiva. La despolarización local de un receptor constituye el potencial
generador.
Cuando un receptor disminuye su excitabilidad a un estímulo que se manifiesta durante
un determinado tiempo, se dice que dicho se receptor se ha adaptado al estímulo. Los
receptores que se adaptan rápidamente se denominan fásicos; los que se adaptan
lentamente y en forma incompleta se denominan tónicos.
Las sensaciones mecánicas abarcan el tacto, la vibración, presión, sentido muscular y
sensaciones cinestésicas. El tacto es una sensación que se desencadena cuando una
región de la superficie corporal entra en contacto con algún objeto o superficie. La
vibración es una sensación táctil ocasionada por estímulos repetidos a una alta
frecuencia. La presión es una sensación que se desencadena cuando existe deformación
de los tejidos. El sentido muscular corresponde a la actividad de los husos musculares y
el aparato tendinoso de Golgi. Las sensaciones cinestésicas se relacionan con la
orientación de las distintas partes del cuerpo y los movimientos del mismo.
Los receptores cuya excitación desencadenan sensaciones mecánicas son : terminales
nerviosas libres, órgano piloso terminal, corpúsculos de Meissner, Discos de Merkel ,
corpúsculos de Vater Paccini y órgano terminal de Ruffini.
El dolor es un mecanismo reflejo del organismo, que se manifiesta como una señal de
alarma resultante de la agresión o daño a un tejido. Los receptores del dolor son
terminales nerviosas libres existentes prácticamente en todos los tejidos. Algunos
tejidos como el encéfalo y la masa testicular son insensibles al dolor, las membranas
que envuelven a dichos tejidos son las que poseen terminales nerviosas libres. El
desencadenamiento de las sensaciones dolorosas esta mediado por la liberación de
sustancias químicas que excitan a los receptores del dolor; tal es el caso de las
prostaglandinas, sustancia P y glutamato.
Cuando el dolor se manifiesta en una zona alejada al sitio real donde se produjo la
lesión se llama dolor referido; y este obedece a la ley de dermatomas. El dolor visceral
se relaciona con la distensión de la pared de una víscera y con la disminución del riego
sanguíneo a la misma.
Las sensaciones térmicas están relacionadas con las variaciones de temperatura del
medio ambiente es decir el frío y el calor. Los receptores térmicos ubicados en la
superficie corporal son los bulbos de Krause (frío) y el órgano terminal de Ruffini
(calor). La tendencia al enfriamiento o al sobrecalentamiento desencadenan un conjunto
de reacciones fisiológicas tendientes a mantener el equilibrio térmico del organismo. El
control térmico esta integrado en el hipotálamo, y las respuestas tendientes a mantener
dicho equilibrio transcurren por el sistema nervioso autónomo.
153
La transmisión de señales nerviosas mecánicas, dolorosas y térmicas al sistema nervioso
central corresponde a neuronas sensitivas cuyos cuerpos neuronales se ubican en los
ganglios de las raíces dorsales o en los ganglios de los pares craneales. Sus axones
establecen sinápsis con motoneuronas, asì como con otro grupo de neuronas que
conducen las señales nerviosas hacia la corteza cerebral a través del sistema del cordón
posterior y de los haces espinotalámicos.
El sistema del cordón posterior transmite señales nerviosas relacionadas con las
sensaciones de tipo táctil. Los haces espinotalámicos conducen señales nerviosas
relacionadas con sensaciones táctiles, térmicas, dolorosas y sexuales.
Guía de autoevaluación.
Opción única verdadera.
1.- Los receptores sensoriales:
a) Pueden ser parte de una neurona.
b) Son células especializadas.
c) Las dos anteriores.
d) Pueden ser órganos conformados por neuronas y otros tipos de células.
e) Todas las anteriores.
2.- Los receptores sensoriales:
a) Son transductores de energía.
b) Captan y tranforman estímulos.
c) Las dos anteriores.
d) Son exclusivamente neuronas sensitivas.
e) Todas las anteriores.
3.- En función al tipo de estímulo que reconocen los receptores sensoriales son:
a) Mecanorreceptores.
b) Quimiorreceptores.
c) Nociceptores.
d) Receptores electromagnéticos.
e) Todas las anteriores.
4.- Por su ubicación anatómica los receptores sensoriales se clasifican en:
a) Exteroceptores.
b) Interoceptores.
c) Visceroceptores.
d) Propioceptores
e) Todas las anteriores.
5.- La excitación inicial no propagada de un receptor sensorial se denomina:
a) Potencial de acción.
b) Potencial generador.
c) Las dos anteriores.
d) Potencial hiperpolarizante.
e) Potencial tetanizante.
6.- Son sensaciones somáticas:
a) Tacto y presión.
b) Vibración.
c) Cinestésicas.
d) Sentido muscular.
e) Todas las anteriores.
154
7.- El fenómeno de adaptación en los receptores sensoriales consiste en:
a) La transmisión intensa de señales nerviosas.
b) Disminución o abatimiento de las respuestas a un estímulo sostenido.
c) La capacidad de los receptores para transmitir constantemente señales.
d) La excitación inmediata del receptor.
e) Ninguna de las anteriores.
8.- Terminal nerviosa encapsulada en cuyo interior se localizan filamentos espirales.
abundante en la epidermis y dermis:
a) Órgano piloso terminal.
b) Discos de Merkel.
c) Corpúsculos de Meissner.
d) Corpúsculos de Vater Paccini.
e) Órgano terminal de Ruffini.
9.- Terminal nerviosa expandida abundante en epitelios sensibles como la lengua:
a) Discos de Merkel.
b) Corpúsculo de Vater Paccini.
c) Las dos anteriores.
d) Bulbos de Krause.
e) Órgano piloso terminal.
10.- Receptor sensorial para el calor:
a) Discos de Merkel.
b) Corpúsculos de Vater Paccini.
c) Órgano terminal de Ruffini.
d) Terminales nerviosas libres.
e) Ninguna de las anteriores.
11.- Receptor sensorial para el frío:
a) Bulbos de Krause.
b) Órgano terminal de Ruffini.
c) Discos de Merkel.
d) Corpúsculos de Meissner.
e) Corpúsculos de Vater Paccini.
12.- Terminal nerviosa encapsulada abundante en tejido subcutáneo y tejidos profundos,
serosas y genitales:
a) Discos de Merkel.
b) Bulbos de Krause.
c) Órgano de Ruffini.
d) Corpúsculos de Vater Paccini.
e) Corpúsculos de Meissner.
13.- Las sensaciones de dolor:
a) Son un mecanismo de alarma en el organismo.
b) Se desencadenan por la excitación de terminales nerviosas libres.
c) Las dos anteriores.
d) Se desencadena por la liberación de ciertos mediadores químicos.
e) Todas las anteriores.
14.- Y dichas sensaciones pueden ser de tipo:
a) Punzante.
b) Quemante.
155
c) Las dos anteriores.
d) Contínuo.
e) Todas las anteriores.
15.- Cuando el dolor obedece a la ley de dermatomas se dice que es:
a) Dolor visceral.
b) Dolor referido.
c) Dolor contínuo.
d) Dolor visceral.
e) Ninguna de las anteriores.
16.- Las prostaglandinas:
a) Se liberan por acción de la enzima oxigenasa cíclica.
b) Predisponen a los receptores del dolor para ser estimulados.
c) Las dos anteriores.
d) Estimulan directamente a los receptores del dolor.
e) a y e.
17.- Son mediadores químicos del dolor:
a) ATP .
b) Sustancia P.
c) Las dos anteriores.
d) Glutamato.
e) Todas las anteriores.
18.- Las señales térmicas son integradas en:
a) Bulbo raquídeo.
b) Hipotálamo.
c) Médula espinal.
d) Cerebelo.
e) Protuberancia.
19.- Son respuestas fisiológicas activadas por el frío:
a) Vasodilatación periférica.
b) Apertura de poros.
c) Inhibición en la secreción de tiroxina.
d) Todas las anteriores.
e) Ninguna de las anteriores.
20.- Son respuestas orgánicas activadas por el calor:
a) Vasoconstricción periférica.
b) Aumento del apetito.
c) Hiperactividad.
d) Secreción de tiroxina
e) Ninguna de las anteriores.
21.- Las sensaciones somáticas, dolorosas y térmicas son transmitidas en el sistema
nervioso central por:
a) Haces espinotalámicos.
b) Sistema del cordón posterior.
c) Las dos anteriores.
d) Cerebelo y protuberancia.
e) Ganglios basales del tallo cerebral.
22.- Las señales mecánicas penetran a la médula espinal:
a) Por el estrato III.
b) Por el estrato IV.
c) Las dos anteriores.
156
d) Por el estrato VI.
e) Todas las anteriores.
23.- Las señales dolorosas penetran a la médula espinal:
a) Por el estrato I.
b) Por el estrato IV.
c) Por los estratos II y VI.
d) Por el estrato V.
e) Ninguna de las anteriores.
24.- Las señales térmicas penetran a la médula espinal:
a) Por los estratos II y V.
b) Por el estrato I y VI.
c) Las dos anteriores.
d) Por el estrato III.
e) Por los estratos IV y VI.
25.- Son responsables del llamado sentido muscular:
a) Bulbos de Krause y discos de Merkel.
b) Aparato tendinoso de Golgi.
c) Husos musculares.
d) Discos de Merkel y husos musculares.
e) b y c.
157
CAPÍTULO 11.- LOS SENTIDOS ESPECIALES.
Palabras Clave: oído externo, oído medio, oído interno, sonido, órgano de Corti,
vías nerviosas auditivas. Córnea, coroides, retina, cristalino, pupila, fenómeno de
acomodación, conos, bastones, pigmentos fotosensibles, vías nerviosas visuales,
músculos oculares. Botón gustativo, vías nerviosas gustativas. Receptores
olfatorios, vías nerviosas olfatorias.
El sentido del Oído; anatomía.
El sentido del oído en los mamíferos domésticos se divide en tres regiones anatómicas,
a saber: oído externo, oído medio y oído interno (Fig. 11-1). El oído externo esta
conformado por el pabellón u oreja y el conducto auditivo externo. En la base de la
oreja se localizan tres cartílagos; el conchal que permite concentrar las ondas sonoras en
el conducto auditivo externo; el cartílago escutiforme relacionado con los músculos que
mueven la orejas; y el cartílago anular que conecta al conchal con la porción ósea del
conducto auditivo externo. La función que cumple el pabellón es captar y conducir las
ondas sonoras al conducto auditivo externo. En los animales tiene movimientos bien
desarrollados especialmente en el caballo. El conducto auditivo externo conduce las
ondas sonoras al oído medio.
Pabellón
Tímpano
Yunque
Caracol
C. A. E.
Martillo
Estribo
Ventana oval
Trompa de Eustaquio
Fig. 11-1 Representación esquemática de las regiones anatómicas del oído en los mamíferos.
El oído medio es una cavidad ubicada en la porción petrosa del hueso temporal; esta
conformado por la caja del tímpano y la trampa de Eustaquio. La caja del tímpano esta
integrada por una membrana elástica llamada tímpano que delimita el oído medio del
oído externo; y tiene una importante participación en la transmisión de las ondas
sonoras como veremos más adelante. En la caja del tímpano se descubren tres
158
huesecillos articulados entre sí y que son el martillo, yunque y estribo. La base del
martillo se encuentra adosada a la cara interna del tímpano y su porción cefálica se
articula con el yunque, que a su vez articula con el estribo. La base del estribo se
relaciona anatómicamente con la ventana oval. Los huesecillos participan también en la
transmisión de las ondas sonoras al oído interno. En el oído medio se ubican dos
músculos estriados; el tensor de l tímpano y el estapedio. El primero en la pared
superior de la trompa de Eustaquio y se inserta en el martillo. El músculo estapedio se
inserta en el estribo. Ambos músculos tienen la función de amortiguar ruidos muy
intensos.
La trompa de Eustaquio es una comunicación entre el oído medio y la nasofaringe
normalmente permanece cerrada, abre durante el bostezo, la deglución y la masticación.
Su función es regular la presión del aire en el oído medio.
El oído interno esta constituido por el laberinto óseo que contiene el laberinto
membranoso; éste esta conformado por dos regiones anatómicas el órgano vestibular
receptor responsable del sentido del equilibrio y el caracol que es la porción auditiva o
acústica.
El caracol llamado también cóclea, es un tubo enrollado de unos 35 mm de longitud, y
su cavidad interna (fig. 11-2) en toda su extensión esta dividida en tres niveles o rampas
por la membrana de Reissner y la membrana basilar. Las rampas se denomina vestibular
(superior), rampa media y rampa timpánica (inferior). La rampa vestibular termina en la
ventana oval y esta ocupada por una masa líquida llamada perilinfa. La rampa media
forma la cámara coclear media y esta ocupada por un líquido denominado endolinfa. La
rampa timpánica termina en la ventana redonda y contiene perilinfa al igual que la
rampa vestibular. Las rampas vestibular y media están separadas por la membrana
vestibular, en tanto que la rampa media y la timpánica las separa la membrana basilar.
Las rampas vestibular y timpánica están comunicadas a través de una pequeña abertura
llamada helicotrema. El caracol posee un pequeño acueducto que drena perilinfa al
líquido cefalorraquídeo del espacio subaracnoideo
Sobre la membrana basilar se encuentra el receptor del sentido de la audición llamado
órgano de Corti. Esta estructura se extiende desde el vértice hasta la base del caracol por
lo que tiene forma espiral.
Los receptores del órgano de Corti son células ciliadas externas e internas, cuyas
prolongaciones perforan una estructura llamada lámina reticular, y están cubiertas por la
membrana tectorial. La lámina reticular esta sostenida por los pilares del órgano de
Corti.
Alrededor de las células ciliadas existen numerosas terminaciones dendríticas de
neuronas ubicadas en el ganglio espiral. Los axones de estas neuronas forman la rama
auditiva del nervio auditivo y terminan haciendo sinápsis con las neuronas de los
núcleos cocleares dorsal y ventral del bulbo raquídeo. Las neuronas de estos núcleos a
su vez establecen sinápsis con neuronas localizadas en los tubérculos cuadrigéminos
que guardan relación sináptica con neuronas del tálamo y estas finalmente con sus
similares en la corteza cerebral.
La agudeza auditiva es diferente según la especie; en los perros es extraordinaria en
comparación con otras especies domésticas. El murciélago emite sonidos de frecuencia
muy alta que operan como un sonar que le permite guiarse en sus vuelos nocturnos. La
capacidad auditiva del humano es muy inferior a la de los carnívoros.
159
Hueso
RAMPA VESTIBULAR
Perilinfa
Membrana de Reissner
RAMPA MEDIA
Endolinfa
Estría vascular
Membrana tectorial
Céluilas ciliadas
Lámina reticular
Pilares del órgano de Corti
Membrana basilar
RAMPA TIMPÁNICA
Perilinfa
Ganglio espiral
Fig. 11-2 Esquema de la cavidad interna del caracol en la que se distingue el órgano de Corti.
Propiedades de las ondas sonoras.
El sonido es la sensación que se produce cuando las vibraciones longitudinales de las
moléculas del medio ambiente alcanzan la membrana timpánica y desencadenan una
160
serie de fenómenos mecánicos y electroquímicos que finalmente son percibidos en la
corteza cerebral como sonido.
La velocidad de las ondas sonoras en el aire es de 344 metros por segundo a una
temperatura de 20 grados centígrados a nivel del mar. La velocidad del sonido en el
agua es aún mayor; es de 1428 m/seg a la temperatura señalada. La intensidad de las
ondas sonoras se expresa en unidades llamadas decibeles (0.1 de bel). Cero decibeles
equivalen a una presión de 0.000204 dinas/cm2, intensidad que corresponde al umbral
de la audición. Con fines ilustrativos se expresa a continuación una escala de decibeles
dependiendo la fuente del sonido:
160
Avión de propulsión a chorro
120
Malestar
Ferrocarril subterráneo
80
Tráfico intenso
Conversación normal
40
Conversación en voz baja
0
Umbral de la audición
La sonoridad del sonido tiene dos características (fig. 11-3); la amplitud o intensidad de
la onda sonora y la altura o frecuencia que consiste en el número de ondas por unidad de
tiempo, expresada en ciclos por segundo (c.p.s.) o herz (hz).
CICLO
AMPLITUD
Fig. 11-3 Representación de las características que tienen las ondas sonoras.
161
TRANSMISIÓN DE SONIDO EN EL OÍDO.
El sentido del oído funcionalmente es una estructura que tiene la capacidad de
transformar las ondas sonoras en impulsos nerviosos en el nervio auditivo; que al llegar
a la corteza cerebral son percibidos como sonido.
Hemos visto que dicho sentido esta conformado por tres regiones las cuales transmiten
el sonido de manera diferente de acuerdo a su condición anatómica. En efecto, las ondas
sonoras son conducidas en tres medios distintos, a saber: Medio aéreo, medio óseo y
medio líquido.
La conducción de las ondas sonoras en un medio aéreo ocurre en el conducto auditivo
externo una vez que son captadas por el pabellón. La conducción del sonido en un
medio óseo se manifiesta en el oído medio. Cuando las ondas sonoras alcanzan el
tímpano chocan con esta membrana generando en ella vibraciones, gracias a la
naturaleza elástica de dicha estructura las ondas sonoras son amplificadas. Las
vibraciones del tímpano son transmitidas secuencialmente, en primera instancia al
martillo, y posteriormente al yunque y estribo. La transmisión del sonido en medio
líquido ocurre en el oído interno. Recordemos que la base de este huesecillo descansa en
la ventana oval, por lo que las ondas son transmitidas en esta zona hacia la perilinfa de
la rampa vestibular. De aquí, las ondas pasan hacia la endolinfa de la rampa media y
después son transmitidas a la perilinfa de la escala timpánica (fig. 11-4).
OÍDO EXTERNO
OÍDO MEDIO
OÍDO INTERNO
Rampa vestibular
Ventana oval
Ondas
sonoras
Rampa media
Ventana
redonda
CONDUCCIÓN AÉREA
CONDUCCIÓN
Rampa timpánica
CONDUCCIÓN EN MEDIO LÍQUIDO
ÓSEA
Fig. 11-4 Representación esquemática de la conducción de las ondas sonoras en el oído. Las flechas punteadas
el paso de las ondas sonoras en las regiones anatómicas del oído.
162
Mecanismo de la audición; función del órgano de Corti.
El proceso mediante el cual se excitan los receptores auditivos (células ciliadas) del
órgano de Corti, involucra esencialmente un fenómeno de tipo mecánico. En efecto, es
necesario recordar que las prolongaciones de las células ciliadas perforan la lámina
reticular y están recubiertas por la membrana tectorial de tal manera que el extremo que
posee los cilios guarda una posición rígida. Cuando las ondas sonoras son transmitidas a
la endolinfa en la rampa media, las vibraciones en este medio líquido son transmitidas a
la membrana basilar por lo que ésta entra en vibración; este efecto provoca movimiento
de las células ciliadas del órgano de Corti, lo que a su vez genera que sus extremos
rígidos se doblen. El doblez de los extremos de las células ciliadas (efecto mecánico)
provoca la excitación de éstas generándose impulsos nerviosos que son rápidamente
conducidos por el nervio auditivo hacia el bulbo raquídeo, de donde viajan al tálamo y
finalmente a la corteza cerebral auditiva; localizada en el plano supratemporal de la
circunvolución temporal posterior y borde lateral del lóbulo temporal en los humanos
(fig. 11-5).
Corteza cerebral
TÁLAMO
Tubérculos cuadrigéminos
Núcleos cocleares dorsal y ventral
del bulbo raquídeo
GANGLIO ESPIRAL
Fig. 11-5 Esquema que representa las vías nerviosas de conducción de señales auditivas.
163
RESUMEN
El sentido del oído esta constituido por tres regiones anatómicas: el oído externo
conformado por el pabellón u oreja y el conducto auditivo externo, la función que
desempeña esta región es captar y conducir las ondas sonoras al oído medio; el oído
medio compuesto por el tímpano, los huesecillos martillo, yunque y estribo, y la trompa
de Eustaquio, la función que desempeña esta región es amplificar las ondas sonoras y
transmitirlas al oído interno; el oído interno esta compuesto por el laberinto óseo que
contiene el laberinto membranoso, el cual esta constituido por la porción no acústica
llamada órgano vestibular que es el receptor del equilibrio, y por la porción acústica o
caracol. Esta región contiene el receptor del sonido llamado órgano de Corti. El interior
del caracol esta dividido en tres niveles o rampas por la membrana de Reissner y la
membrana basilar. Las rampas superior e inferior se denominan vestibular y timpánica
respectivamente y están ocupadas por una masa líquida denominada perilinfa. La rampa
media esta ocupada por un líquido denominado endolinfa.
Sobre la membrana basilar se localiza el órgano de Corti, constituido por células
ciliadas agrupadas en dos grupos uno interno y otro externo. Los extremos ciliados de
dichas células perforan una estructura llamada lámina reticular y están recubiertos por la
membrana tectorial. En la base de las células ciliadas se localizan abundantes terminales
nerviosas del nervio auditivo.
Las ondas sonoras viajan en el aire a una velocidad de 344 m/seg, en el agua la
velocidad del sonido se incrementa notablemente a 1428 m/seg. La intensidad de las
ondas sonoras se expresa en decibeles, 0 decibeles corresponde al umbral del sonido.
La transmisión de sonido en el oído es diferente en las tres regiones que lo conforman,
en efecto en el oído externo la transmisión es aérea, en el oído medio la transmisión es
ósea y en el oído interno la transmisión es en medio líquido.
Las orejas de los animales exhiben movimientos bien desarrollados, especialmente en
los equinos, y su función es captar las ondas sonoras; el conducto auditivo externo las
conduce hacia el oído medio. Cuando las ondas sonoras entran en contacto con la
membrana timpánica al chocar con esta desencadenan su vibración la cual es
transmitida secuencialmente al martillo, yunque y estribo para alcanzar el oído interno a
nivel de la ventana oval. Las vibraciones en la ventana oval son transmitidas a la
perilinfa de la rampa vestibular, a la endolinfa de la rampa media y a la perilinfa de la
rampa timpánica para concluir en la ventana redonda.
La excitación del órgano de Corti ocurre por estímulos de tipo mecánico. Las
vibraciones de la endolinfa en la rampa media son transmitidas a la membrana basilar, y
este efecto provoca movimiento de las células ciliadas. Debido a que sus extremos se
encuentran rígidos recubiertos por la membrana tectorial, al moverse se doblan dichos
extremos y este efecto mecánico genera su despolarización.
Los potenciales de acción así generados son conducidos por el nervio auditivo al
ganglio espiral, de este hacia los núcleos cocleares del bulbo raquídeo, posteriormente
ascienden a los tubérculos cuadrigéminos, de esta región al tálamo y finalmente a la
corteza cerebral para desencadenar la sensación auditiva.
164
EL SENTIDO DE LA VISTA.
Anatomía fisiológica del ojo.
El sentido de la vista constituye una de las actividades sensoriales más complejas y
delicadas del organismo. Sus órganos centrales son los globos oculares, los cuales están
compuestos por varias envolturas y estructuras con funciones específicas. La pared de
cada globo ocular esta conformada por tres capas que del exterior hacia el interior son:
la córnea, coroides y la retina (fig.11-6).
La córnea es la envoltura externa del ojo, conformada por dos regiones anatómicas; la
región anterior o córnea transparente estructura avascular recubierta en su cara externa
por una delgada membrana protectora llamada conjuntiva; y la región posterior que
conforma la córnea opaca o esclerótica. La córnea transparente permite el paso de los
rayos luminosos.
La coroides es la capa media del ojo, adjunta a la esclerótica. Es una estructura
pigmentada a través de la cual se deslizan muchos de los vasos sanguíneos que irrigan
las estructuras del ojo. En la región anterior del ojo, la coroides se modifica para
constituir el iris, que es una estructura pigmentada y opaca que brinda la porción
coloreada del ojo. El iris actúa como una cortina para el paso de la luz, la cual ingresa al
interior del ojo a través de la abertura central del iris llamada pupila. La abertura de la
pupila esta regulada por fibras musculares lisas circulares y radiales inervadas por el
sistema nervioso autónomo. Las variaciones del diámetro de la pupila producen
cambios en la cantidad de luz que penetra al ojo. En el segmento anterior la coroides
sufre un engrosamiento llamado cuerpo ciliar.
El cristalino es una lente biconvexa, elástica y transparente sostenida por un ligamento
circular denominado zónula que se fija al cuerpo ciliar.
El espacio existente entre la cara posterior de la córnea transparente y la cara anterior
del cristalino conforma la cámara anterior del ojo. La cámara posterior es el espacio
existente entre la cara posterior del iris y la cara anterior del cristalino. En ambas
cámaras circula un líquido llamado humor acuoso, el cual es producido por difusión y
transporte activo en el cuerpo ciliar. Normalmente el humor acuoso se reabsorbe
continuamente a través de una red de trabéculas hacia el conducto de Schlem, localizado
en el ángulo iridocorneal, y de este conducto drena hacia el sistema de vasos venosos
del ojo.
La retina es la capa interna del ojo, en esencia es la expansión del nervio óptico dentro
de la cavidad ocular. Se extiende hacia delante hasta el cuerpo ciliar. La retina posee los
receptores visuales denominados conos y bastones, así como cuatro tipos de neuronas
dispuestas en capas denominadas células bipolares, ganglionares, horizontales y
amácrinas. Los conos y bastones establecen complejas sinápsis con las neuronas
retinianas. Los axones de las neuronas ganglionares convergen y salen del ojo como
nervio óptico.
La región casi central de la retina, adelgazada, de color amarillento, carente de bastones
pero con conos densamente agrupados se llama mácula lútea y es la región retiniana de
mayor agudeza visual.
El espacio existente entre la cara posterior del cristalino y la retina esta ocupado por una
masa gelatinosa compuesta esencialmente por agua y albúmina llamada humor vítreo.
Este esta reunido por una delgada membrana denominada hialoides. Tanto el humor
vítreo como la hialoides constituyen medios refringentes del ojo.
165
Conjuntiva
Córnea opaca (esclerótica)
Coroides
Hialoides
Retina
Iris
Córnea transparente
Pupila
Cámara anterior
Cámara posterior
Nervio óptico
Cuerpo ciliar
Cristalino
Humor vítreo
Fig. 11-6 Esquema de las estructuras anatómicas del ojo en un plano horizontal..
MECANISMOS DE FORMACIÓN DE IMÁGENES.
La estructura y funcionamiento del ojo es equivalente a una cámara fotográfica. Cada
ojo posee un sistema de lentes que permiten enfocar las imágenes sobre la retina; una
abertura cuyo diámetro es variable para permitir el paso de los rayos lumínicos
representada por la pupila, y la retina que semeja la película fotográfica. Cuando las
imágenes de los objetos son enfocadas sobre la retina y los rayos lumínicos que
penetran al ojo inciden sobre la retina, se generan cambios eléctricos en los receptores
visuales retinianos que finalmente constituyen potenciales de acción que son
conducidos hacia la corteza cerebral para desencadenar la sensación visual cromática.
Antes de referirnos a la formación de imágenes en la retina, es necesario repasar
algunos principios de física óptica que nos permitan comprender el fenómeno de
refracción.
La velocidad de la luz en el aire es de 300,000 Km/seg , y dicha velocidad disminuye
cuando atraviesa cuerpos sólidos y líquidos transparentes. El índice de refracción de una
sustancia transparente resulta de dividir la velocidad de la luz en el aire entre la
166
velocidad de la luz en dicha sustancia. Así, cuando la luz atraviesa por ejemplo un
vidrio transparente a una velocidad de 200,000 Km/seg, el índice de refracción de ese
vidrio es de 1.50.
El fenómeno de refracción de la luz consiste en la desviación que sufren los rayos de luz
cuando atraviesan una interfase transparente inclinada; el grado de refracción se
incrementa cuanto mayor es el grado de angulación entre la interfase y el frente de la
onda de luz que la penetra. Cuando los rayos de luz penetran un superficie transparente
perpendicular no sufren refracción (no son desviados), en cambio disminuye su
velocidad de propagación y se acorta la longitud de onda (Fig.11-7). En sentido opuesto
cuando los rayos de luz atraviesan una interfase transparente angulada son refractados
(fig.11-8); en primera instancia los rayos que penetran por el borde inferior y finalmente
los rayos que penetran en el borde superior.
Ondas de luz
Los rayos no son refractados, disminuye su velocidad y la longitud
de onda
Superficie transparente perpendicular
Fig. 11-7 Esquema que representa la penetración de rayos de luz en un superficie transparente perpendicular.
Ondas de luz
Fig. 11-8 Esquema que representa la refracción de la luz en una interfase angulada.
Las lentes convexas tienen la propiedad de refractar los rayos de luz en forma
convergente, es decir cuando las ondas de luz atraviesan una lente convexa convergen a
167
una distancia determinada de la lente llamada distancia focal, la zona donde se reúnen
se denomina punto focal (Fig. 11-9). Las ondas de luz que atraviesan
perpendicularmente la lente no sufren refracción. Las lentes cóncavas refractan los
rayos de luz en sentido opuesto, es decir tienen un efecto divergente (fig. 11-10).
Lente convexa
Punto focal
Ondas de luz
Distancia focal
Fig. 11-9 Representación del efecto convergente de una lente convexa cuando la atraviesan los rayos de luz.
Fig. 11-10 Representación del efecto divergente de una lente cóncava cuando la atraviesan los rayos de luz.
El poder refringente de una lente se mide en unidades denominadas dioptrías. En una
lente convexa es igual a un metro dividido por su distancia focal. Cuando dicha lente
converge los rayos de luz a una distancia focal de un metro tiene un poder refringente de
+1 dioptría. Si converge los rayos a una distancia focal de .5 m tiene un poder
refringente de +2 dioptrías; si converge los rayos a una distancia focal de .10 m tiene un
poder refringente de + 10 dioptrías (fig.11-11).
168
+1 Dioptría
Distancia focal i1 metro
+2 Dioptrías
Distancia focal 0.5 m
+ 10 Dioptrías
Distancia focal .10 m
Fig. 11-11 Esquema que representa el poder refringente de una lente convexa.
En el caso de las lentes cóncavas que no convergen los rayos de luz, el poder refringente
se expresa proporcionalmente en sentido negativo; si los rayos divergen a la distancia de
un metro el poder refringente es de –1 dioptría, y así sucesivamente.
169
El sistema de lentes del ojo esta conformado por distintas interfases que los rayos de luz
deben atravesar hasta alcanzar la retina. Dichas interfases son: aire-superficie anterior
de la córnea transparente; superficie anterior de la córnea transparente-humor acuoso;
humor acuoso-cara anterior del cristalino; y cara posterior del cristalino-humor vítreo.
Cada una de estas interfases tiene un índice de refracción diferente.
Formación de imágenes.
Para comprender como se enfocan las imágenes sobre la retina, nos vamos a referir en
principio a la formación de una imagen por una lente convexa. Cuando los rayos
luminosos proceden de dos fuentes de luz, los que pasan por el centro de la lente no
sufren refracción por lo que atraviesan la misma en línea recta hasta converger en un
punto focal detrás de la lente (fig.11-12).
Fuente de luz
Fuente de luz
Fig. 11-12 Esquema que representa la refracción de rayos luminosos procedentes de dos fuentes de luz cuando atraviesan una lente
convexa.
Un objeto que se halle frente a la lente es un mosaico de fuentes luminosas, la
intensidad de cada punto luminoso es variable. Los haces de luz procedentes de cada
fuente luminosa que inciden en el centro de la lente perpendicularmente no son
desviados, en tanto que los que inciden por los bordes de la lente son refractados para
converger detrás de la lente en el punto focal. Por ello cada punto luminoso procedente
del objeto llegan al punto focal en el otro lado de la lente. Si todos los componentes del
objeto se hayan a la misma distancia de la lente, todos los puntos focales por detrás de
esta ocurren en un mismo plano. La imagen del objeto por detrás de la lente se observa
invertida con respecto a la posición original del objeto. Esta es la forma mediante la
cual la lente de una cámara fotográfica enfoca los rayos luminosos sobre la película. De
esta misma manera el sistema de lentes del ojo enfoca las imágenes sobre la retina (fig.
11-13).
170
Fig. 11-3 Representación esquemática de la formación de una imagen en por una lente convexa (arriba), y la formación de una
imagen por el cristalino en la retina (abajo).
171
Fenómeno de acomodación.
El cambio e curvatura que experimenta el cristalino para aumentar su poder refringente
y enfocar objetos debidamente sobre la retina se denomina fenómeno de acomodación.
Este proceso depende de ciertas propiedades del cristalino y la actividad del músculo o
cuerpo ciliar. En efecto, el cristalino posee una cápsula elástica transparente, alrededor
de la cápsula existen un gran número de ligamentos fijados radialmente los cuales están
insertados en su extremo opuesto al músculo ciliar. Los ligamentos se encuentran
normalmente en tensión lo que provoca que el cristalino en condiciones de reposo se
mantenga relativamente plano (fig. 11-4).
El músculo ciliar esta conformado por fibras musculares lisas meridianas y circulares.
Cuando estas fibras se contraen relajan los ligamentos de la cápsula del cristalino
provocando que este cambie a una forma más esférica, es decir aumentando su
curvatura. En sentido opuesto cuando el músculo ciliar se halla relajado aumenta la
tensión de los ligamentos y por tanto el cristalino se mantiene relativamente plano.
La actividad del músculo ciliar se encuentra regulada por fibras nerviosas
postganglionares del sistema nervioso autónomo. Las fibras parasimpáticas
desencadenan la contracción del músculo ciliar por lo que relajan los ligamentos del
cristalino y este aumenta su poder refringente. Las fibras simpáticas tienen un efecto
contrario ya que provocan la relajación del músculo ciliar y con ello incremento de la
tensión de los ligamentos.
Cristalino
Músculo ciliar
Ligamentos del cristalino
Fig. 11-4 Esquematización de la posición del cristalino y los ligamentos en estado de reposo.
En los humanos conforme avanza la edad, el cristalino va perdiendo gradualmente su
elasticidad, endureciendo y por lo tanto afectando la acomodación. Esta condición se
conoce como presbicia o vista cansada.
Los defectos más comunes en el mecanismo de formación de imágenes, son la
hipermetropía y la miopía (fig. 11-5). Los individuos con vista normal se denominan
172
emétropes. En la hipermetropía el ojo es más corto lo que ocasiona que los rayos de luz
se enfoquen detrás de la retina. La condición de la miopía es opuesta, el globo ocular es
más largo de lo normal y por tanto las imágenes son enfocadas antes de la retina.
Enfoque detrás de la retina
Hipermetropía
Enfoque antes de la retina
Miopía
Fig. 11-5 Esquematización de los defectos más comunes en la formación de imágenes.
Abertura pupilar.
El diámetro de la retina varía continuamente en función de la intensidad lumínica. El
iris actúa como una cortina de luz, por lo que los rayos luminosos que penetran al ojo lo
hacen a través de la pupila. La contracción de la pupila para reducir el ingreso de luz al
ojo se denomina miosis; en sentido inverso la relajación de la pupila llamada midriasis
permite el paso de una mayor cantidad de luz. Tanto la contracción como la relajación
de la pupila, son arcos reflejos en los que se involucra el sistema nervioso autónomo. En
173
efecto, las fibras simpáticas postganglionares relajan la pupila, en tanto que sus
similares parasimpáticas tienen el efecto contrario, contraen la pupila.
ESTRUCTURA DE LA RETINA.
La retina es una estructura nerviosa muy compleja compuesta por cuatro tipos de
neuronas y por los receptores visuales. Las neuronas son células bipolares,
ganglionares, horizontales y amácrinas. Los receptores visuales son los conos y los
bastones. Todos los componentes retinianos están organizados conformando nueve
capas más la correspondiente al epitelio pigmentado (fig. 11-6).
Los conos y bastones ubicados junto a la coroides guardan relación sináptica con las
neuronas bipolares; las que a su vez hacen sinápsis con las neuronas ganglionares cuyos
axones salen de cada ojo para conformar el nervio óptico. Las neuronas horizontales
conectan entre si los receptores retinianos a nivel de la capa plexiforme externa; en tanto
que las células amácrinas establecen sinápsis que conectan entre sí a las neuronas
ganglionares en la capa plexiforme interna.
Cuando los rayos de luz inciden sobre la retina, atraviesan las neuronas e inciden sobre
los receptores retinianos; los pigmentos fotosensibles de éstos sufren cambios químicos
que a su vez generan modificaciones eléctricas en las neurona retinianas, para generar
finalmente en las neuronas ganglionares potenciales de acción que conducidos a la
corteza cerebral desencadenan la sensación visual cromática. El epitelio pigmentado
tiene la función de absorber los rayos lumínicos y evitar la reflexión de la luz sobre la
retina que ocasionaría una visión defectuosa.
En la retina se localizan también células gliales que constituyen medios de unión entre
los componentes nerviosos.
Los vasos sanguíneos que irrigan al ojo penetran a él ligeramente arriba del polo
posterior; región denominada disco óptico. En el polo posterior se ubica una mancha de
color amarillento llamada mácula lútea, que constituye una zona adelgazada de la retina,
exenta de bastones pero abundante en conos, en los humanos es la zona de mayor
agudeza visual.
174
Epitelio pigmentado
Cono
Bastones
Conos
Mitocondrias
1
Neurona horizontal
Células bipolares
Célula amácrina
2
Neuronas ganglionares
Fibras nerviosas del nervio óptico
Fig. 11-6 Esquematización de un segmento de las 10 capas en las que esta organizada la retina. El número 1 corresponde a la
ubicación de la capa plexiforme externa. El número 2 corresponde a la ubicación de la capa plexiforme interna.
175
RECEPTORES VISUALES; CONOS Y BASTONES.
Los receptores de la visión ubicados en la retina son los conos y los bastones. Ambos
tipos de receptores están conformados por dos segmentos uno externo y otro interno, la
región nuclear y la zona sináptica (fig. 11-7). En el segmento externo se localiza un
conjunto de sacos aplanados y apilados en cuyo interior se almacenan pigmentos
fotosensibles. El segmento interno abarca una zona abundante en mitocondrias, a partir
de las cuales se aporta la energía necesaria para el funcionamiento de los receptores
visuales, especialmente en lo que respecta a la síntesis de pigmentos fotosensibles.
Los bastones son receptores visuales extremadamente sensibles a la luz, por lo que
participan en los procesos de visión con menor intensidad lumínica en el medio
ambiente (visión nocturna) llamada escotópica. Los conos poseen una agudeza mayor,
son responsables de la visión con luz brillante denominada visión fotópica. Además los
conos son responsables de la visión cromática.
Sacos apilados con pigmentos fotosensibles
BASTÓN
CONO
Segmento externo
Segmento externo
Segmento interno
Segmento interno
Región nuclear
Región nuclear
Zona sináptica
Zona sináptica
F ig. 11-7 Esquematización de la estructura de los receptores visuales bastón y cono.
176
FOTOQUÍMICA DE LA VISIÓN.
Hemos mencionado que en los segmentos externos de los receptores visuales se ubican
sacos aplanados y apilados en cuyo interior se almacenan pigmentos fotosensibles que
al absorber los rayos de luz sufren cambios químicos ocasionando modificaciones
eléctricas en las neuronas retinianas. El segmento externo es renovado constantemente
con la formación de sacos nuevos.
La composición química de los pigmentos fotosensibles es diferente en los bastones y
en los conos, sin embargo en ambos casos están constituidos por una fracción proteica
denominada opsina y un aldehído de la vitamina A1 llamado retineno.
En los bastones el pigmento se llama rodopsina o púrpura visual y esta compuesto por la
fracción proteica denomina escotopsina y el retineno. La mayor sensibilidad a la luz de
la rodopsina se encuentra a una longitud de onda de 505 nm. La rodopsina se encuentra
en la membrana de los sacos aplanados de los bastones; es un receptor en forma de
serpentina acoplado a proteínas G. Cuando la luz incide en los bastones cambia la forma
del retineno de la configuración cis que tiene en la oscuridad a la configuración trans; y
este cambio a su vez modifica la configuración de la escotopsina, efecto que por su
parte activa a la proteína G denominada transducina. La activación de la proteína G
implica consumo de GTP y después de varias reacciones se genera una descenso de
GMPc. Este último efecto, provoca en los bastones el cierre de los canales de Na+ y un
estado de hiperpolarización que constituye la excitación de estos receptores.
El pigmento fotosensible de los conos esta conformado también por una opsina
(fotopsina) y retineno. El pigmento tiene una estructura similar a la púrpura visual y esta
acoplado a proteína G por lo que la excitación de los conos ocurre de una manera
similar a la descrita en los bastones; es decir se cierran canales de Na+ generándose un
estado de hiperpolarización por disminución en la concentración interna de dicho ión.
Cabe destacar que en la retina se ha identificado la existencia de diversos
neurotransmisores, tales como: serotonina, acetilcolina, dopamina, sustancia P, beta
endorfinas y GABA entre otros. Los efectos de dichas sustancias no están del todo
aclarados, sin embargo seguramente participan en las transmisiones sinápticas que
establecen las neuronas retinianas.
Los cambios eléctricos que se generan en la retina constituyen un proceso fisiológico
muy especial, debido a que la excitación de los receptores retinianos ocurre por un
estado de hiperpolarización; este estado eléctrico se genera también en las neuronas
horizontales. En las neuronas bipolares se han registrado potenciales tanto
hiperpolarizantes como despolarizantes ; en tanto que las células amácrinas se producen
potenciales despolarizantes. En todos los casos antes descritos los cambios eléctricos
son locales y graduados. Solamente en las neuronas ganglionares se generan finalmente
potenciales de acción propagados que viajan a través de las fibras nerviosas del nervio
óptico.
VÍAS NERVIOSAS.
Los axones de las neuronas ganglionares de la retina abandonan el ojo y se dirigen hacia
atrás formando parte del nervio óptico y la cintilla óptica, para terminar en el cuerpo
geniculado lateral, el cual forma parte de la región anatómica denominada tálamo
óptico. Las fibras nerviosas procedentes de cada ojo se cruzan a nivel del quiasma
óptico de tal forma que a la altura del cuerpo geniculado las fibras nerviosas de cada
lado, establecen sinápsis con las neuronas cuyos axones conforman el fascículo
177
geniculocalcarino, el que a su vez conduce hacia el lóbulo occipital de la corteza
cerebral. La zona de visión primaria en dicho lóbulo llamada corteza visual, se ubica e
los lados de la cisura calcarían. En la figura 11-8, se esquematizan las vías nerviosas de
conducción de impulsos visuales.
Campos nasales
Campo temporal
Campo temporal
Ojo izquierdo
Ojo derecho
Nervio óptico
Quiasma óptico
Cintilla óptica
Cuerpo geniculado
Fascículo geniculocalcarino
Corteza cerebral occipital
Fig. 11-8 Esquematización de las vías nerviosas visuales.
178
PROYECCIÓN DE IMÁGENES.
Como lo hemos señalado, las imágenes de los objetos son enfocadas por el sistema de
lentes del ojo en la retina; los rayos de luz que penetran al ojo al incidir en los
receptores visuales provocan cambios en los pigmentos fotosensibles que generan a su
vez cambios eléctricos en las neuronas retinianas que culminan en potenciales de acción
en las neuronas ganglionares; los axones de éstas proyectan una representación espacial
detallada de la retina sobre el cuerpo geniculado lateral, cada uno de ellos contiene seis
capas de neuronas y en cada capa existe una representación exacta punto por punto de la
retina. De esta forma cada cuerpo geniculado proyecta a su vez punto por punto la retina
sobre la corteza visual primaria. Cabe destacar que existen otras vías procedentes de la
corteza visual y otras zonas de la corteza cerebral relacionadas con el ingreso de la
proyección visual a la corteza. Para una mayor profundidad sobre los detalles del
funcionamiento de la corteza visual en los humanos, el lector puede recurrir a textos
especializados.
VISIÓN CROMÁTICA.
Como lo señalamos anteriormente, los receptores visuales responsables de la visión
cromática son los conos. Para el ojo los colores primarios son el rojo, verde y azul. El
humano, el chimpancé y ciertas variedades de monos son animales tricrómatas; es decir
poseen en los conos pigmentos de onda corta, onda media y onda larga que les permiten
distinguir los colores primarios a partir de los cuales perciben una visión cromática de
todos los colores. Muchos mamíferos son animales dicrómatas, poseen solamente dos
pigmentos uno de onda corta y otro de onda larga, razón por la cual no distinguen los
colores con la misma amplitud e intensidad que los individuos tricrómatas.
La teoría de Young-Helmholtz de la visión cromática en los humanos, sostiene la
existencia de tres tipos de conos que contienen cada uno de ellos pigmento fotosensible
diferente con una sensibilidad máxima para uno de los tres colores primarios. De esta
manera la sensación de cualquier color esta determinada por la frecuencia relativa de los
potenciales de acción que provienen de cada uno de los tres conos.
El pigmento para el color azul es de onda corta, absorbe la luz máximamente en la
porción azul-violeta del espectro. El pigmento para el color verde de onda media
absorbe la luz máximamente en la porción verde del espectro. En tanto que el pigmento
de onda larga tiene mayor sensibilidad en la porción amarilla del espectro, sin embargo
los conos son suficientemente sensibles en la porción roja para responder a la luz roja.
179
Movimientos oculares.
En los mamíferos domésticos cada bulbo ocular posee músculos esqueléticos que
permiten los movimientos del ojo (fig. 11-9). Dichos músculos son los rectos dorsal,
ventral, interno medial y externo lateral. Los oblicuos dorsal y ventral; y los retractores
dorsal y ventral.
Los músculos recto dorsal y recto ventral giran el globo ocular a uno y otro lado en el
plano horizontal, desde el ángulo interno al externo. Los músculos recto interno medial
y recto externo lateral giran el bulbo ocular en el plano vertical. El músculo oblicuo
dorsal gira la parte superior del ojo inclinándolo hacia adentro. El oblicuo ventral gira la
porción inferior del ojo hacia adentro. Los músculos retractores retraen el ojo.
Recto dorsal
Oblicuo dorsal
Recto interno medial
Recto externo lateral
Oblicuo ventral
Recto ventral
Fig.11-9 Esquema que representa los músculos del ojo. No están representados los músculos retractores.
180
RESUMEN.
El sentido de la vista esta conformado por dos receptores visuales llamados
comúnmente ojos, por las vías nerviosas que conducen los impulsos visuales y la
corteza visual primaria.
Cada ojo esta compuesto por tres capas de tejidos diferentes: la córnea que constituye la
capa externa, la coroides que es la capa media y la retina la capa interna. La región
anterior de la córnea permite el paso de la luz, es una zona avascularizada y recibe el
nombre de córnea transparente. Externamente esta recubierta por una delgada
membrana protectora conocida como conjuntiva. La región posterior de la córnea se
denomina esclerótica o córnea opaca. La coroides es una estructura pigmentada por
donde se deslizan los vasos sanguíneos que nutren a las estructuras del ojo,
anteriormente exhibe un engrosamiento que constituye el cuerpo ciliar donde se insertan
los ligamentos que sostienen el cristalino. La región anterior de la coroides se encuentra
modificada constituyendo una estructura pigmentada llamada iris cuya abertura central
conforma la pupila. El iris actúa como una cortina para la luz, la pupila permite el
ingreso de luz al interior del ojo. El espacio existente entre la cara posterior de la córnea
transparente y la cara anterior del iris se llama cámara anterior; el espacio existente
entre la cara posterior del iris y la cara anterior del cristalino se denomina cámara
posterior. Entre ambas cámaras circula diariamente un líquido denominado humor
acuoso.
El cristalino es una lente convexa, elástica localizada detrás del iris y por delante de la
retina. Radialmente se insertan en el cristalino ligamentos que se incluyen en el cuerpo
ciliar. El espacio posterior existente entre el cristalino y la retina esta ocupado por un
material gelatinoso el humor vítreo rodeado por la membrana hialoides.
La retina es una estructura nerviosa que contiene los receptores visuales bastones y
conos y cuatro tipos de neuronas; bipolares , horizontales, amácrinas y ganglionares.
Las neuronas bipolares establecen sinápsis con los receptores visuales y con las
neuronas ganglionares, las neuronas horizontales conectan entre sí a los receptores
visuales, en tanto que las células amácrinas conectan entre si a las neuronas
ganglionares. Los axones de estas neuronas abandonan el ojo constituyendo las fibras
nerviosas del nervio óptico.
La formación de imágenes en la retina es debida a la actividad del sistema de lentes del
ojo que enfocan los objetos de la misma manera que lo hace una lente de vidrio, es decir
en forma invertida. El fenómeno de acomodación es el proceso mediante el cual se
incrementa la curvatura del cristalino para enfocar objetos cercanos o lejanos; es debido
a la contracción del músculo ciliar que provoca relajación de los ligamentos del
cristalino.
La abertura pupilar varía continuamente para regular el paso de luz al interior del ojo.
La actividad nerviosa que ajusta el diámetro de la pupila esta a cargo de fibras
simpáticas y parasimpáticas postgangliones del sistema nervioso autónomo.
Los receptores visuales son los bastones y los conos. Los primeros son responsables de
la visión nocturna llamada escotópica. Los conos son responsables de la visión diurna o
fotópica y de la visión cromática. Ambos receptores están conformados por dos
segmentos uno externo y otro interno, una zona nuclear y una zona sináptica. En los
segmentos externos se ubican sacos aplanados y apilados cuyas membranas poseen
pigmentos fotosensibles. En los segmentos internos se ubica un conjunto de
mitocondrias que aportan la energía necesaria para los procesos metabólicos en los
receptores. La zona sináptica establece sinápsis con las neuronas bipolares de la retina.
181
El pigmento fotosensible de los bastones se llama rodopsina o púrpura visual y esta
compuesto por una fracción proteica denominada escotopsina unida a un derivado de la
vitamina A el retineno. El pigmento de los conos contiene fotopsina y el retineno.
Cuando la luz penetra al ojo atraviesa la capa de neuronas e incide en los bastones y
conos. Los pigmentos fotosensibles al absorber la luz sufren cambios químicos que
culminan con la generación de cambios eléctricos en las neuronas para constituir
finalmente potenciales de acción en el nervio óptico que ascienden hasta la corteza
visual primaria para desencadenar la sensación visual.
Las vías nerviosas visuales corresponden primariamente a los axones de las neuronas
ganglionares que abandonan el ojo para conformar el nervio óptico y la cintilla óptica.
Fibras nerviosas procedentes de cada ojo se entrecruzan a nivel del quiasma óptico para
terminar en el cuerpo geniculado lateral. De esta región salen fibras nerviosas que
constituyen el fascículo geniculocalcarino que asciende hasta la corteza visual, ubicada
en la región occipital a los lados de la cisura calcarína.
La proyección de imágenes corresponde en primera instancia a las neuronas
ganglionares que proyectan punto por punto las imágenes de la retina en el cuerpo
geniculado. A su vez las neuronas de éste, llevan a cabo la misma proyección sobre la
corteza cerebral.
La visión cromática es debida a la existencia de tres variedades de conos, cada uno de
ellos posee un pigmento fotosensible de onda corta, de onda media y de onda larga que
son estimulados por las porciones correspondientes del espectro. Los conos que poseen
pigmento de onda corta responden al azul. Los conos que poseen pigmento de onda
media responden al verde, en tanto que los conos que poseen pigmento de onda larga
responden al rojo.
Los movimientos del ojo son debidos a la actividad de músculos esqueléticos que
corresponden a los siguientes: recto dorsal, recto ventral, recto interno, recto externo,
oblicuo dorsal, oblicuo ventral y retractores.
182
SENTIDO DEL GUSTO.
El sentido del gusto junto con el sentido del olfato son receptores químicos
relacionados, ya que el sabor de ciertos los alimentos esta vinculado también a
sensaciones olfatorias. Sin embargo ambos sentidos poseen receptores y vías nerviosas
diferentes.
Receptores.
Los receptores del gusto son los bulbos o botones gustativos; que consisten en pequeñas
estructuras ovoideas con un diámetro de 50-70 um. Están compuestos por células de
sostén y células ciliadas que son los receptores propiamente dichos. En cada botón
existen de 6 a 18 células ciliadas, sus cilios se proyectan al exterior a través de una
diminuta abertura en la superficie epitelial de cada botón llamada poro gustativo (fig.
11-10). La inervación de cada botón gustativo es abundante, aproximadamente existen
50 fibras nerviosas.
Los receptores del gusto se localizan en la mucosa de la epiglotis, paladar y faringe, así
como en las paredes laterales de las papilas fungiformes y caliciformes de la lengua. En
promedio se descubren 5 botones gustativos en cada papila fungiforme
Poro gustativo
Cilios
Células sustentaculares
Células receptoras
Fibras nerviosas
Fig. 11-10 Esquematización de un botón gustativo.
183
Excitación de los receptores del gusto.
El número de botones gustativos es variable según la especie; en el humano existen de
9000 a 10,000 botones; en la gallina 25 botones; en el cerdo 15,000 y en el bovino
25,000.
La excitación de los botones gustativos se inicia cuando las moléculas de los alimentos
se disuelven en la saliva y entran en contacto con los cilios de los botones gustativos
desencadenando apertura de canales de Na+ en las células receptoras y con ello la
despolarización de las mismas. Los potenciales de acción así generados son conducidos
al sistema nervioso central a través de diferentes vías nerviosas (fig.11-11).
Transmisión nerviosa de señales gustativas.
Los impulsos procedentes de los dos tercios anteriores de la lengua son conducidos por
la cuerda del tímpano, una rama nerviosa del nervio facial. Los impulsos nerviosos
procedentes del tercio posterior de la lengua viajan por el nervio glosofaríngeo; en tanto
que los impulsos procedentes de otras regiones diferentes a la lengua en donde se
localizan botones gustativos son conducidos por el nervio vago. Dichas fibras nerviosas
se reúnen en el bulbo raquídeo para conformar el fascículo solitario que hace sinápsis
con neuronas a nivel del tálamo, de donde ascienden fibras nerviosas a la corteza
cerebral en la circunvolución postrolándica.
Corteza cerebral (cisura posrolándica)
Tálamo
Bulbo raquídeo
Botón gustativo
Fibras de los nervios facial
Fascículo solitario
glosofaríngeo y vago
Fig. 11-11 Esquema que representa las vías nerviosas de conducción de impulsos gustativos.
184
Modalidades del sabor.
En la especie humana existen cuatro modalidades del sabor; dulce, agrio, amargo y
salado. El sabor dulce es preferentemente apreciado en la región de la punta de la
lengua. El sabor agrio se aprecia básicamente a lo largo de los bordes de la lengua. El
sabor amargo se degusta preferentemente en la región posterior de la lengua, en tanto
que el sabor salado se aprecia en la parte anterior del dorso de la lengua. En el paladar
se degustan sabores agrios y amargos y cierta modalidad de los sabores dulce y salado.
Así mismo en la faringe y la epiglotis se reconocen las cuatro modalidades del sabor.
En las especies animales como el perro, cerdo y gato, existen botones gustativos que
responden a la aplicación de agua destilada, en este caso parece ser que dichas especies
degustan el agua.
SENTIDO DEL OLFATO.
El sentido del olfato esta localizado en la mucosa nasal en una región amarillenta
denominada mucosa olfatoria. El área de la mucosa olfatoria es amplia en los animales
carnívoros como el perro que poseen un olfato muy desarrollado. Por esta razón dichos
animales se llaman macrosmáticos. En el humano y otras especies la mucosa olfatoria es
pequeña, tienen un olfato menos desarrollado y son por esta razón son animales
microsmáticos.
Receptores.
Los receptores del olfato son neuronas bipolares cuya prolongación dendrítica es corta y
gruesa y termina en la mucosa olfatoria formando una dilatación conocida como bastón
olfatorio. De cada bastón se proyectan cilios que sobresalen de la mucosa olfatoria y
que están recubiertos por una delgada y fina capa de moco. La prolongación axónica
perfora la lámina cribosa del hueso etmoides y termina estableciendo sinápsis con
neuronas ubicadas en el bulbo olfatorio correspondiente (fig 11-12). Alrededor de los
bastones olfatorios se localizan células sustentaculares.
En los mamíferos domésticos existe un segmento diferente de mucosa olfatoria llamado
órgano vomeronasal el cual es la zona receptora de percepción de olores especializados
relacionados con las feromonas. Estas sustancias producidas por el organismo
determinan comportamientos sexuales en los animales.
Es importante señalar que los cilios de los receptores del olfato como los del gusto, son
reemplazados constantemente con una frecuencia media de 3 a 5 semanas.
185
Mucosa olfatoria
Lámina cribosa del etmoides
Axón
Neurona bipolar
Bulbo olfatorio
Dendrita
Cilios
Célula de sostén
Bastón olfatorio
Estría olfatoria lateral
Estría olfatoria intermedia
Estría olfatoria medial
Fig.11-12 Esquematización de un receptor olfatorio y de las vías nerviosas de conducción de impulsos.
Vías nerviosas.
En el bulbo olfatorio correspondiente los axones de las neuronas bipolares establecen
relación sináptica con dendritas de neuronas denominadas mitrales conformando
sinápsis glomerulares. Los axones de las células mitrales pasan posteriormente a través
de la estría olfatoria intermedia y lateral hacia la corteza cerebral olfatoria donde
terminan haciendo sinápsis con las dendritas apicales de las neuronas piramidales.
Excitación de los receptores.
El proceso de excitación de los receptores olfatorios se inicia cuando las moléculas de
las sustancias son disueltas en el moco que recubre la membrana olfatoria y entran en
contacto con el epitelio de ésta. Los receptores olfatorios tienen una gran sensibilidad
para distinguir los olores, en el humano puede reconocer 10,000 olores diferentes. Las
moléculas odoríferas contienen de 3 a 4 o de 18 a 20 átomos de carbono; las que poseen
olor fuerte tienen una alta solubilidad en agua y en los lípidos.
Los receptores del olfato al igual que muchos receptores sensoriales exhiben el
fenómeno de adaptación tratado en el capítulo anterior
186
Cuando las moléculas de las sustancias disueltas en moco entran en contacto con los
cilios de las neuronas bipolares , se fijan a receptores específicos asociados con
proteínas G, éstas intercambian GTP formando GDP y esta reacción activa la enzima
adenilciclasa. La adenilciclasa convierte ATP en AMPcíclico y este abre canales de Na+
de compuerta de ligando generándose la despolarización de la terminal nerviosa.
Existen evidencias de que el moco que recubre la membrana olfatoria posee proteínas
que fijan a las sustancias odoríferas.
Vías nerviosas.
Los potenciales de acción generados en las neuronas bipolares son conducidos por los
axones de dichas células al bulbo olfatorio y transmitidos a las células mitrales. Los
axones de éstas neuronas forman las estrías olfatorias medial, intermedia y lateral y
ascienden hasta la corteza olfatoria.
La sensibilidad del sentido del olfato tiene relación con el sexo y la actividad
reproductora. En los humanos las mujeres tienen un olfato más agudo que los varones, y
durante el proceso de la ovulación se exacerba la capacidad olfatoria.
La ausencia de olfato se denomina anosmia; la disminución de la capacidad olfatoria se
llama hiposmia; y la percepción distorsionada de los olores se conoce como disosmia.
RESUMEN.
El gusto y el olfato son sentidos químicos que poseen receptores y vías nerviosas
diferentes, pero que guardan relación fisiológica en virtud de que sabores de diferentes
alimentos resultan de una combinación de gusto y olfato.
Los receptores del gusto son los botones gustativos localizados en el paladar, faringe,
epiglotis y papilas fungiformes y caliciformes de la lengua. Cada botón esta conformado
por células ciliadas que son los receptores propiamente dichos y células de sostén. Los
cilios sobresalen de cada botón a través de una abertura superior llamada poro gustativo.
La excitación de los receptores del gusto se inicia cuando las moléculas de los alimentos
se disuelven en la saliva y entran en contacto con dichos receptores generándose la
despolarización de los mismos debido a la apertura de canales de Na+.
Las vías nerviosas que conducen los impulsos del sentido del gusto corresponden a los
nervios cuerda del tímpano, glosofaríngeo y vago. Los impulsos son integrados en el
bulbo raquídeo vía del fascículo solitario, de esta región ascienden al tálamo y
finalmente a la corteza cerebral.
Existen esencialmente cuatro modalidades del gusto; los sabores salado, dulce, amargo
y agrio.
El sentido del olfato esta ubicado en una región amarillenta de la mucosa nasal llamada
mucosa olfatoria. Los receptores del olfato son neuronas bipolares cuya prolongación
dendrítica termina sobre la mucosa olfatoria formando una dilatación conocida como
bulbo olfatorio del cual se proyectan cilios recubiertos por una delgada y fina capa de
moco. La otra prolongación de la neurona bipolar, es decir el axón, perfora la lámina
cribosa del hueso etmoides y termina haciendo sinápsis glomerulares con neuronas
mitrales localizadas en el bulbo olfatorio. Los axones de las neuronas mitrales ascienden
a la corteza cerebral olfatoria a través de las estrías olfatorias intermedia y lateral.
La excitación de los receptores del olfato ocurre cuando las moléculas de las sustancias
odoríferas se disuelven en el moco, perece ser que este contiene proteínas fijadoras de
dichas moléculas, y entran en contacto con receptores de la membrana asociados a
187
proteínas G. La unión con los receptores desencadena la formación de AMPc el cual
abre canales de Na+ de compuerta de ligando generándose la despolarización de la
célula receptora. Los potenciales de acción así generados son conducidos al bulbo
olfatorio de donde ascienden a la corteza cerebral olfatoria a través de las estrías
olfatorias intermedia, medial y lateral, para desencadenar la sensación olfatoria.
El sentido del olfato esta extraordinariamente desarrollado en los carnívoros como es el
caso del perro.
Guía de autoevaluación.
Relaciona los incisos con los conceptos que a continuación se numeran.
a)
b)
c)
d)
e)
Oído interno.
Oído externo.
Oído medio.
Órgano vestibular.
Trompa de Eustaquio.
1.- Contiene la caja del tímpano; amplifica las ondas sonoras.
2.- Su función es captar las ondas sonoras del medio ambiente.
3.- Conformado por el pabellón y el conducto auditivo externo.
4.- Regula la presión interna del oído medio.
5.- Esta conformado por el laberinto óseo que contiene al laberinto membranoso.
6.- Abarca el tímpano, martillo, yunque y estribo.
7.- Comunica el oído medio con la nasofaringe.
8.- Su función se relaciona con el sentido del equilibrio.
a) Membrana basilar.
b) Membrana de Reissner.
c) Rampa media.
d) Rampa vestibular
e) Helicotrema.
9.- Ocupada por un líquido denominado endolinfa.
10.- Sobre su superficie se localiza el receptor del sonido.
11.- Contiene perilinfa.
Opción única verdadera.
12.- El órgano de Corti:
a) Esta conformado por células ciliadas.
b) Es el receptor del sonido.
c) Las dos anteriores.
d) Es el receptor del equilibrio.
e) Ninguna de las anteriores.
13.- Las propiedades de sonoridad del sonido son:
a) Amplitud.
b) Intensidad.
c) Altura.
188
d) Frecuencia.
e) Todas las anteriores.
14.- La velocidad de las ondas sonoras en el aire a una temperatura de 20oc:
a) 1424 m/seg.
b) 344 m/seg.
c) 620 m/seg.
d) 540 m/seg
e) 1200 m/seg.
15.- La intensidad del sonido se expresa en unidades llamadas:
a) Dioptrías.
b) Ciclos por segundo.
c) Herz.
d) Decibeles.
e) Milivoltios.
16.- Y dichas unidades corresponden a:
a) Una presión de 0.000204 dinas/cm2.
b) La milésima parte de un voltio.
c) Número de veces que se repiten las ondas sonoras.
d) La altura de las ondas sonoras.
e) Ninguna de las anteriores.
17.- Transmisión de las ondas sonoras en medio áereo:
a) Oído interno.
b) Oído medio.
c) Oído externo.
d) Trompa de Eustaquio.
e) Órgano de Corti.
18.- Transmisión de las ondas sonoras en medio óseo:
a) Oído externo.
b) Oído medio.
c) Oído interno.
d) Helicotrema.
e) Caracol.
19.- Transmisión de las ondas sonoras en medio líquido:
a) Oído externo.
b) Oído medio.
c) Caracol.
d) Trompa de Eustaquio.
e) Órgano de Corti.
20.- La excitación del órgano de Corti:
a) Es debida a un efecto mecánico.
b) Ocurre por vibración de la membrana basilar.
c) Las dos anteriores.
d) Se debe a un efecto electrico.
e) Todas las anteriores.
21.- Las vías nerviosas de las señales nerviosas auditivas son:
a) Ganglio espiral.
b) Núcleos cocleares dorsal y ventral del bulbo raquídeo.
c) Tubérculos cuadrigéminos.
d) Tálamo.
189
e) Todas las anteriores.
Relacione los incisos con los conceptos que a continuación se numeran.
a) Esclerótica.
b) Córnea transparente.
c) Coroides.
d) Retina.
e) Iris.
22.- Protegida por la membrana conjuntiva.
23.- Estructura avascularizada que permite el paso de la luz hacia el interior del ojo.
24.- Contiene los receptores visuales.
25.- Estructura pigmentada que actua como cortina para la luz.
26.- Capa media del ojo por donde se deslizan vasos sanguíneos.
27.- Región posterior de la envoltura externa del ojo.
a) Humor acuoso.
b) Humor vítreo.
c) Cámara anterior.
d) Cámara posterior.
e) Cristalino.
28.- Espacio existente entre la cara posterior de la córnea transparente y cara anterior
del iris.
29.- Lente biconvexa con alto poder refringente.
30.- Medio refringente de consistencia gelatinosa reunido por la membrana hialoides.
31.- Espacio existente entre la cara posterior del iris y la cara anterior del cristalino.
32.- Medio refringente que circula entre la cámara anterior y la cámara posterior.
Opción única verdadera.
33.- La velocidad de la luz en el aire:
a) Es de 300,000 km/seg.
b) Disminuye al atravesar un medio sólido o líquido transparente.
c) Las dos anteriores.
d) Es de 200,000 km/seg.
e) b y d.
34.- La desviación que sufren los rayos luz al atravesar una interfase inclinada se
denomina:
a) Reflexión.
b) Refracción.
c) Irradiación.
d) Amplificación.
e) Acomodación.
35.- El cambio de curvatura del cristalino para aumentar su poder refringente:
a) Se denomina acomodación.
b) Es debido a las propiedades del cristalino.
c) Las dos anteriores.
190
d) Esta ligado a la actividad del músculo ciliar.
e) Todas las anteriores.
36.- El sistema de lentes del ojo, enfoca las imágenes sobre la retina:
a) De la misma manera que lo hace una lente de vidrio.
b) Invertidas con respecto a su posición original.
c) Las dos anteriores.
d) Debido a su poder refringente.
e) Todas las anteriores.
37.- El poder refringente de una lente se expresa en:
a) Decibeles.
b) Herz.
c) Dioptrías.
d) Milivoltios.
e) Dinas.
38.- En la hipermetropía las imágenes son enfocadas:
a) Sobre la retina.
b) Atrás de la retina.
c) Antes de la retina.
d) En el cristalino.
e) Ninguna de las anteriores.
39.- En la miopía:
a) El diámetro anteroposterior del ojo es más largo de lo normal.
b) Las imágenes se enfocan antes de la retina.
c) Las dos anteriores.
d) Las imágenes se enfocan por detrás de la retina.
e) a y d.
40.- El diámetro de la pupila:
a) Se ajusta continuamente para regular el paso de luz.
b) Esta bajo control de fibras nerviosas simpáticas.
c) Las dos anteriores.
d) Esta bajo control de fibras nerviosas parasimpáticas.
e) Todas las anteriores.
41.- La retina esta constituida por:
a) Receptores visuales.
b) Neuronas bipolares y ganglionares.
c) Neuronas horizontales y amácrinas.
d) Células gliales.
e) Todas las anteriores.
42.- Conectan a los receptores visuales entre sí:
a) Neuronas bipolares.
b) Neuronas horizontales.
c) Las dos anteriores.
d) Células amácrinas.
e) Todas las anteriores.
43.- Conectan entre sí a las neuronas ganglioanares de la retina.
a) Células amácrinas.
b) Neuronas horizontales.
c) Neuronas bipolares.
191
d) Conos.
e) Bastones.
44.- Los receptores retinianos:
a) Son los conos y los bastones.
b) Están conformados por dos segmentos uno interno y otro externo.
c) Las dos anteriores.
d) Poseen una zona nuclear y una zona sináptica.
e) Todas las anteriores.
45.- Los segmentos externos de los receptores retinianos:
a) Poseen un abundante sistema de mitocondrias.
b) Continen discos o sacos aplanados que almacenan pigmentos fotosensibles.
c) Las dos anteriores.
d) Establecen sinápsis con las neuronas ganglionares.
e) Establecen sinápsis con las neuronas bipolares.
46.- Son responsables de la visión denominada escotópica:
a) Conos.
b) Neuronas bipolares.
c) Bastones.
d) Neuronas ganglionares.
e) Células amácrinas.
47.- Son responsables de la visión fotópica y cromática:
a) Bastones.
b) Conos.
c) Neuronas ganglionares.
d) Células horizontales.
e) Células amácrinas.
48.- Los pigmentos fotosensibles de los receptores retinianos:
a) Están conformados por una fracción proteica denominada opsina.
b) Contienen un aldehído de la vitamina A llamado retineno.
c) Las dos anteriores.
d) Sufren cambios químicos al abosrber la luz.
e) Todas las anteriores.
49.- El pigmento fotosensible de los bastones:
a) Se denomina púrpura visual o rodopsina.
b) Se localiza en las membranas de los discos.
c) Las dos anteriores.
d) Se denomina fotopsina.
e) b y d.
50.- La excitación de los receptores retinianos:
a) Es debida a un efecto de hiperpolarización.
b) Es debida a un efecto de despolarización.
c) Requiere de la participación de una proteína G llamada transducina.
d) a y c.
e) b y c.
51.- Y dicha excitación se caracteriza por:
a) Un descenso de AMPcíclico.
b) Cierre de canales de Na+.
c) Las dos anteriores.
192
d) Apertura de canales de K+.
e) a y d.
52.- Cuando las señales nerviosas visuales abandonan el ojo:
a) Alcanzan el quiasma óptico.
b) Llegan al cuerpo geniculado correspondiente.
c) Son conducidas a la corteza cerebral a través del fascículo geniculocalcarino.
d) Se integran finalmente en la corteza cerebral occipital.
e) Todas las anteriores.
53.- Representan punto por punto las imágenes de la retina en el cuerpo geniculado
respectivo:
a) Neuronas bipolares.
b) Células amácrinas.
c) Las dos anteriores.
d) Neuronas ganglionares.
e) Células horizontales.
54.- Representan punto por punto las imágenes sobre la corteza cerebral:
a) Neuronas ganglionares.
b) Grupos neuronales del cuerpo geniculado respectivo.
c) Neuronas bipolares.
d) Células amácrinase) Ninguna de las anteriores.
55.- La visión cromática es resultado:
a) De la presencia de pigmentos fotosensibles de onda corta.
b) De la existencia de pigmentos fotosensibles de onda larga.
c) Las dos anteriores.
d) De la presencia de pigmentos fotosensibles de onda media.
e) Todas las anteriores.
56.- Las especies que poseen visión cromática de todo el espectro visible:
a) Son dicrómatas.
b) Se llaman tricrómatas.
c) Son monocrómatas.
d) Son discromatópsicos.
e) Ninguna de las anteriores.
57.- La deficiencia de vitamina A:
a) Genera ceguera nocturna o nictalopía.
b) Provoca deuteranopía.
c) Genera protanopía.
d) Desencadena tritanopía.
e) b y c.
58.- Son los músculos cuya actividad permite los movimientos oculares:
a) Rectos dorsal y ventral.
b) Oblícuos dorsal y ventral.
c) Rectos lateral y medial.
d) Retractor.
e) Todas las anteriores.
59.- Los receptores del gusto:
a) Son neuronas bipolares.
b) Son pequeños cuerpos ovoides que contienen células ciliadas y sustentaculares.
193
c) Son excitados por las moléculas de los alimentos cuando se disuelven en la
saliva.
d) a y c.
e) b y c.
60.- Y dichos receptores gustativos se localizan en:
a) Epiglotis.
b) Paladar.
c) Faringe.
d) Papilas fungiformes y caliciformes de la lengua.
e) Todas las anteriores.
61.- Las señales nerviosas gustativas:
a) Son conducidas por fibras nerviosas de los nervios facial, glosofaríngeo y vago.
b) Alcanzan el bulbo raquídeo.
c) Las dos anteriores.
d) Llegan al tálamo y se integran en la corteza cerebral.
e) Todas las anteriores.
62.- Los receptores del olfato:
a) Son neuronas bipolares cuya extremidad dendrítica termina formando bastones.
b) Se ubican en una zona amarillenta de la mucosa nasal.
c) Son terminales nerviosas encapsuladas.
d) a y b.
e) b y c.
63.- El llamado órgano vomeronasal:
a) Es un segmento de la mucosa nasal en los animales e inexistente en los
humanos.
b) Es la zona de percepción de las feromonas.
c) Las dos anteriores.
d) Esta relacionado con la conducta sexual de los animales.
e) Todas las anteriores.
64.- Las moléculas odoríferas:
a) Poseen de 3 a 4 y 18 a 20 átomos de carbono.
b) Tienen alta solubilidad en lípidos.
c) Las dos anteriores.
d) Carecen de átomos de carbono.
e) Ninguna de las anteriores.
65.- La excitación de los receptores del olfato:
a) Depende de que las moléculas odoríferas se disuelvan en el moco que recubre la
mucosa olfatoria.
b) Requiere la participación de proteína G.
c) Ocurre por la acción de la adenilciclasa y elevación de los niveles de
AMPcíclico.
d) Ocurre por apertura de canales de Na+ en los receptores.
e) Todas las anteriores.
66.- Las señales nerviosas olfatorias:
a) Son conducidas en primera instancia por los axones de las neuronas bipolares.
b) Son conducidas al bulbo olfatorio.
c) Alcanzan las estrías olfatorias
d) Se integran en la corteza cerebral
e) Todas las anteriores.
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