Trabajo Práctico 1 - Facultad de Medicina

Neurofisiología 2006
Carril C
ACTIVIDAD N1: Compartimientos, barreras. Potencial de Acción
1. En la siguiente tabla se encuentran algunos de los principales componentes del fluido
cerebroespinal. Calcule la relación FCS/Plasma
Componente
Plasma (mM)
CSF (mM)
Na
153
147
K
4.7
2.9
1.3
1.1
Mg
0.6
1.1
Cl
110
113
HCO3
24
22
Aminoácidos
2.6
0.9
7 g/dl
7.33 g/dl
+
+
Ca
+2
+2
-
Proteínas
CSF/Plasma
Osmolaridad (mOsm)
290
290
a) ¿Qué implicancia tienen estos resultados?
b) ¿Cuál es la sustancia que proporcionalmente está más concentrada en el CSF? ¿y la menor?
c) ¿En qué caso la relación es igual a 1? ¿Qué significa?
2. El siguiente diagrama esquematiza la barrera hematoencefálica mostrando las principales
alternativas para el movimiento de sustancias.
a) Indique en la tabla qué tipo de transporte utilizarían las siguientes sustancias para
atravesar la misma.
a
b
c
d
e
Albúmina
Ciclosporina A
Glucosa
Droga polar
Alcohol
b) Si debe administrar una droga para que actúe sobre el CNS, ¿qué tipo de pasaje sería el más
eficiente?
c) ¿Es la vía a es muy permeable al agua? Fundamente su respuesta
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3. En el siguiente gráfico se observa qué sucede con las concentraciones de K + cuando se inyecta una
solución de KCl en la aorta en el fluido extracelular de la corteza cerebral (C), el músculo del
cuello (M) y en el seno sagital (S).
K fluido extracelular (mM)
50
40
30
20
10
M
S
C
0
0
20
inyección
bolo KCl
40
60
80
100
Tiempo (s)
Conteste si los siguientes enunciados son
verdaderos o falsos, justificando en ambos casos
su respuesta:
a) Los iones como el K+ atraviesan la barrera
hematoencefálica por ser solubles en lípidos
b) El gráfico representa una corteza cerebral con
sus propiedades de transporte alteradas
c) El potasio difunde más lentamente en el
músculo que en la corteza y por lo tanto su
concentración aumenta.
d) la concentración de K+ en la corteza cerebral
se mantiene constante debido a la gran
resistencia que le ofrece la barrera
hematoencefálica
4. En el siguiente esquema se comparan dos técnicas electrofisiológicas. Explique y analícelas :
5. En el siguiente gráfico se observan los registros de canales únicos de K+ de una célula cultivada de
miotubo de rata. Los registros fueron obtenidos utilizando la técnica de patch-clamp y
depolarizando la membrana de acuerdo a como se indica en la figura.
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a) ¿Al menos cuántos canales activos puede Ud. identificar? ¿Podría decir que estos canales
son voltaje dependientes?
b) Grafique en los ejes de coordenadas los valores de corriente en función del voltaje y calcule
cuál es la conductancia del canal observado.
c) Indique en la gráfico IV, cuál es el potencial de equilibrio electroquímico del K+
10
8
6
Corriente (pA)
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
-100-90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Potencial (mV)
6. En un experimento electrofisiológico realizado en una fibra muscular se midió una corriente de K +
2 pA durante 100 ms. ¿Qué cantidad de iones (expresado en Eq) se transfieren en ese período de
tiempo? Modifica esta cantidad la concentración iónica del interior celular?
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Potencial de acción
7. Analice y discuta los siguientes gráficos donde se esquematiza el potencial de acción con sus fases.
Note que se grafican dos potenciales de acción (línea punteada y contínua). ¿Qué diferencias
observa? Compare las fases y analice los cambios de conductancia de Na + y K+.
8. Los siguientes gráficos muestran registros de los potenciales de acción que se disparan en
diferentes tipos celulares. Compare y analice los resultados. Identifique las fases. Indique los
períodos refractarios absoluto y relativo.
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9. El siguiente gráfico muestra las curvas obtenidas cuando se registraron las corrientes iónicas en un
axón de calamar. Se utilizó la técnica de clampeo de voltaje y el potencial de membrana es
modificado, depolarizando o hiperpolarizando la membrana. La corriente de corto circuito
registrada se representa en los siguientes gráficos:
Aclaración: por convención, las corrientes negativas representan cargas positivas migrando hacia el interior del axón y la
corriente positiva cargas positivas migrando hacia el exterior. Asocie ese flujo de cargas con el potencial de acción.
a) ¿Qué indican las curvas en cada caso? ¿Qué iones están participando?
b) Utilizando dos colores diferentes superponga sobre el gráfico B cómo se verían las curvas
correspondientes a una corriente única de K+ y otra única de Na+
10. En base a lo observado en el problema anterior grafique el protocolo del pulso al cual se clampea la
célula nerviosa y la corriente que esperaría si se produce un pulso de 8 ms de duración a un voltaje
de +55 mV. El Vm de reposo es –65 mV como en el problema anterior.
EM
(mV)
1
IM
0
(mA/cm2)
1
0
2
4
6
8
Tiempo (ms)
1
0
1
2
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11. La figura siguiente muestra una familia de curvas de corrientes medidas en un axón gigante de
calamar a los potenciales indicados a la derecha de cada curva. También aquí se utilizó la técnica
de clampeo de voltaje y la membrana es sometida a diferentes potenciales en saltos de a 20 mV y
barriendo los valores de -50 mV a +90 mV. Las curvas obtenidas están superpuestas para poder
observar los cambios en el tiempo y las variaciones en las direcciones de las corrientes. Interprete
las curvas y explique:
a) ¿Qué sucede con la corriente de sodio a media de que se depolariza la membrana?
b) Al depolarizar la membrana, ¿qué sucede con el gradiente electroquímico de potasio?
c) ¿El potencial Nernst de ambos iones se ve afectado?.
12. Los siguientes gráficos muestran los efectos de dos drogas sobre la corriente inducida al fijar la
diferencia de potencial a diferentes valores. Las Figuras (a) y (c) son los respectivos controles y la
(b) y (d) luego de incubar el axón de calamar en presencia de TTX ó TEA respectivamente. Describa
qué es lo que observa en cada gráfico y cómo lo explicaría.
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13. En el siguiente gráfico se analiza la respuesta de un axón frente a un estímulo depolarizante y a
otro hiperpolarizante. Analice qué es lo que sucede en cada uno de los casos mencionados.
14. Analice el siguiente esquema de EPSPs e identifique en cada caso el mismo cuando se trata de
sumación temporal o espacial o no hay sumación. Ubique en el esquema de la neurona donde
espera encontrar la mayor densidad de canales de sodio.
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Práctica con Computadora
Ingrese al programa AXOVACS. Siga las instrucciones que le muestra la pantalla:
a) canales iónicos: Presione “1” para ver una simulación de canales iónicos. Compare
registros de canales de K+ con los de Na+.
b) corrientes utilizando la técnica de clampeo de voltaje: Presione “4” para ingresar una
simulación de clampeo de voltaje. Modifique los valores del voltaje a la que se clampea la
membrana para poder repetir lo que observó en los ejercicios 9, 10 y 11 de esta misma
actividad.
c) potencial de acción: Presione “9” para ingresar en la opción que muestra potenciales de
acción. Modifique el estímulo (s) a través de la modificación de los valores de su amplitud y
duración (por simultáneo y por separado) con la finalidad de analizar estímulos subumbrales.
amplitud: 10 duración: 0.1
amplitud: 10 duración: 1
amplitud: 100 duración: 0.05
amplitud: 100 duración: 0.1
Estudie qué es lo que observa en las conductancia de ambos canales. Modifique la
farmacología (p) del experimento agregando por separado concentraciones crecientes de
saxitoxina y TEA. Compare con lo analizado en el ejercicio 12 de esta misma actividad.
LINKS en INTERNET donde se pueden encontrar entre otras cosas programas como los vistos en el
TP
(aclaración: los links fueron probados en marzo de 2006)
Facultad de Medicina de la Universidad de Porto
http://cc0208.med.up.pt/fslg.html
(en el cuadro de abajo, primera fila: “membranas celulares – axovacs v2.0)
Facultad de Ciencias - Universidad de la República - URUGUAY
http://biofisica.fcien.edu.uy/cursoBF2004.html
(abajo de todo: “axovacs (zip)”)
http://biofisica.fcien.edu.uy/cursoBF2005.html
(abajo de todo: “axovacs (zip)”
Universidad de la Coruña
http://www.udc.es/dep/medicina/neurocom_arch/docencia.htm
(abajo, uno de los últimos renglones: Axovacs, programa realizado por Axon Instruments:
potencial.zip)
http://www.udc.es/areas/psicobiologia/otrosdocencia.htm
(abajo, uno de los últimos renglones: Axovacs, programa realizado por Axon Instruments:
potencial.zip)
http://www.udc.es/dep/medicina/neurocom_arch/programafisiologia.htm
(en el ítem “5. Potencial de membrana y potencial de acción” hay un renglón que dice:
AXOVACS: programa para experimentar con las propiedades del potencial de acción, farmacología,
canales iónicos, etc. )
Universidad de “New South Wales” (Sydney, Australia)
(Página del profesor Peter Barry, creador del programa) Descargar el demo para DOS que tiene menos
restricciones) http://www.med.unsw.edu.au/PHBSoft/teaching_Mempot.htm
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