Presentación de PowerPoint

Facultad de Medicina
Departamento de Fisiología
FISIOLOGÍA HUMANA
BLOQUE 2. FISIOLOGÍA GENERAL
Tema 3. Excitabilidad.
Dra. Bárbara Bonacasa Fernández, Ph.D.
E-mail: [email protected]. Telf.: 868 88 4883. Facultad de Medicina. Despacho B1.1.041-2. Campus de Espinardo.
TEMA 3. CONTENIDOS
1.
2.
Canales iónicos
Señales eléctricas en las membranas
1. Potenciales graduados o locales
2. Potenciales de acción
3. Períodos Refractarios
4. Propagación del potencial de acción.
5. Factores que afectan a la velocidad de conducción
Hay una fuerza motriz más
poderosa que el vapor, la
electricidad y la energía atómica:
la voluntad.
Albert Einstein
1.
CANALES IÓNICOS
¿CÓMO CAMBIA LA PERMEABILIDAD IÓNICA EN UNA CÉLULA?
• Cambio de permeabilidad:
• Abriendo y cerrando canales iónicos
• insertando o eliminando canales en la membrana.
• Existen 4 tipos de canales selectivos en la neurona:
1. Na+
2. K+
3. Ca2+
4. Cl• Hay otros canales menos selectivos.
• La facilidad con que un ión atraviesa su canal se denomina conductancia.
1.
CANALES IÓNICOS
¿CÓMO CAMBIA LA PERMEABILIDAD IÓNICA EN UNA CÉLULA?
1.
CANALES IÓNICOS
¿CÓMO CAMBIA LA PERMEABILIDAD IÓNICA EN UNA CÉLULA?
• Activación del canal: apertura del canal/Inactivación del canal: cierre del canal.
• Conductancia de los canales iónicos :
1. Con compuerta mecánica: neuronas sensitivas. Respuesta a fuerzas físicas.
2. Compuerta química: Respuesta a neurotransmisores y neuromoduladores.
3. Por voltaje: responden a cambios en el potencial de membrana.
• VOLTAJE UMBRAL: es el estímulo mínimo para la apertura de los canales.
• Velocidad de apertura y velocidad de cierre.
• Cambios en la permeabilidad de los canales crean señales eléctricas:
• Corriente del ión (Iión): flujo de carga eléctrica transportada por un ión.
• La dirección del movimiento depende del gradiente electroquímico.
1.
CANALES IÓNICOS
¿CÓMO CAMBIA LA PERMEABILIDAD IÓNICA EN UNA CÉLULA?
CANAL DE SODIO
CANAL DE POTASIO
Vídeo: http://highered.mcgraw-hill.com/olc/dl/120107/anim0013.swf
1.
CANALES IÓNICOS
CANALES IÓNICOS DE SODIO REGULADOS POR VOLTAJE
• En células excitables.
• Filtro de aminoácidos cargados negativamente
ácido glutámico sensor del ión sodio
• NaV:
• Subunidad α:
• Forma la unidad conductora.
• NaV1.1 a NaV1.9.
• Subunidades β:
• una o dos por canal.
• Modulan la actividad.
• Navβ1-Navβ4
• Se diferencian por su secuencia, sus cinéticas y perfiles de
expresión en células.
• Modulados por fosforilación/desfosforilación
p38, PKA, PKC y ERK1/2
• Síndrome de Brugada, muerte súbita infantil, muerte súbita
nocturna, fibrilación auricular familiar, carencia total de dolor,
dolor extremo…
1.
CANALES IÓNICOS
CANALES IÓNICOS DE SODIO REGULADOS POR VOLTAJE
•
En el reposo la compuerta de activación cierra el canal (1).
•
El estímulo despolarizante llega al canal y abre la compuerta
de activación (2).
•
Con la compuerta de activación abierta, entra Na+ a la célula
(3). Con un retraso respecto a la de activación, la compuerta
de inactivación se cierra y la entrada de Na+ se detiene (4).
•
Durante la repolarización causada por el K+ que sale de la
célula, las otra dos compuertas retornan a sus posiciones
originales (5).
3
•
Hiperpolarización: el potencial de membrana es más
negativo. Se debe a que los canales de K+ tardan mas en
cerrase y los canales de Na+ se recuperan lentamente de la
inactivación.
4
1
2
5
1.
CANALES IÓNICOS
CANALES IÓNICOS DE POTASIO REGULADOS POR VOLTAJE
• Los grupos carbonilo se coordinan con los iones K+
• Hay 12 clases descritas.
• Kv:
• Activados por despolarización.
• Ampliamente distribuidos en células y tejidos.
• Consta de 4 subunidades, cada una tiene dos α-hélices transmembrana.
• Subunidad α: Kv1- Kv9
• KIR:
• Iones K+ más fácilmente en la dirección hacia
dentro.
• Ayuda a establecer el potencial de de reposo de
la célula.
• Macrófagos, cardiomiocitos, células tubulares
renales, leucocitos, neuronas y las células
endoteliales.
• Fibrilación auricular familiar, ataxia, encefalopatía
epiléptica, trastornos neonatales…
1.
CANALES IÓNICOS
CANALES IÓNICOS DE CALCIO REGULADOS POR VOLTAJE
• Durante la activación celular, la concentración intracelular de Ca2+ aumenta.
• Regulación de numerosos procesos biológicos: importante segundo mensajero
•
•
•
•
Génesis y duración del potencial de acción.
Acoplamiento excitación-contracción.
Liberación de neurotransmisores, hormonas y factores de crecimiento.
Sinaptogénesis.
• Síndrome de Brugada.
1.
CANALES IÓNICOS
CANALES IÓNICOS DE CLORO REGULADOS POR VOLTAJE
• Regulación de la excitabilidad celular en músculo liso y
estriado.
• Hay descritos 13 tipos de canales, pero no se conocen bien:
• ClC-0, Clc-1, ClC-2 y ClC-Ka/b:
• Se localizan en la membrana celular.
• Estabilizan el potencial de membrana en las células
excitables y participan en el transporte transepitelial
de agua y electrolitos.
• Los demás en las membranas de las mitocondrias y de
otros orgánulos celulares. Contrabalancear la corriente
producida por las bombas de protones
• Fibrosis Quística
1.
CANALES IÓNICOS
E-Review: http://www.nature.com/nrn/journal/v7/n7/full/nrn1938.html
2.
SEÑALES ELÉCTRICAS EN LAS
MEMBRANAS
1. POTENCIALES ESCALONADOS:
• Intensidad variable
• Cortas distancias
• Pierden intensidad a medida que viajan a través de la célula
2. POTENCIALES DE ACCIÓN:
• Despolarizaciones grandes
• Intensidad constante
• Pueden viajar largas distancias sin perder su intensidad.
• Su función es la señalización rápida a larga distancia.
• Se puede desencadenar a partir de potenciales escalonados.
2.
SEÑALES ELÉCTRICAS EN LAS
MEMBRANAS
• Despolarizaciones (Excitatorios) o
hiperpolarizaciones(Inhibitorios) locales.
• Dendritas, cuerpo celular y cerca de las
terminaciones axónicas.
• Amplitud proporcional a la intensidad del
estímulo desencadenante.
• Onda de despolarización que se mueve a
través de la célula se conoce como flujo de
corriente local.
• Pierden intensidad al propagarse.
• Originados por
• Señales químicas: SNC.
• Estímulos mecánicos: neuronas
sensitivas.
Intensidad Potencial
Escalonado(mV)
POTENCIALES GRADUADOS O LOCALES
origen
E
postsináptica
E= estímulo
2.
SEÑALES ELÉCTRICAS EN LAS
MEMBRANAS
POTENCIALES GRADUADOS O LOCALES
El potencial escalonado puede comenzar como un potencial de acción pero
disminuye a medida que recorre el cuerpo. Si en zona gatillo se encuentra por
debajo del umbral, no se inicia un potencial de acción.
E
Un estímulo más intenso crea un potencial que si está por encima del umbral en
la zona gatillo, se desencadena un potencial de acción.
E
zona
gatillo
zona
gatillo
No hay
potencial de
acción
Potencial escalonado
por debajo del umbral
Hay potencial
de acción
Potencial escalonado
por encima del umbral
2.
SEÑALES ELÉCTRICAS EN LAS
MEMBRANAS
POTENCIALES DE ACCIÓN
• Respuesta TODO O NADA: no disminuyen la intensidad a medida que viajan a través de la
neurona
“en espiga”
• A mayor intensidad de estímulo, mayor frecuencia de potenciales de acción, NO mayor
amplitud.
• EXCITABILIDAD: Capacidad de una célula para responder rápidamente a un estímulo y
disparar un potencial de acción.
Células nerviosas y musculares.
• En el SN, a señalización depende del tipo de neurona:
• SNP: se requiere sólo de 2 tipos de canales iónicos con compuerta (Na+ y K+). No se
modifican las concentraciones de Na+ o K+ dentro o fuera de la célula.
• SNC: proceso más complejo (marcapasos en salvas y marcapasos rítmicos).
Requieren distintos canales iónicos con diferente sensibilidad al voltaje y a
neuromoduladores, velocidad de apertura y cierre.
2.
SEÑALES ELÉCTRICAS EN LAS
MEMBRANAS
POTENCIALES DE ACCIÓN
Potencial de mb en reposo.
Estímulo despolarizante.
Mb se despolariza hasta el umbral. Canales de
Na+ se abren, entra Na+.Canales de K+ se abren
más lentamente.
Entrada rápida de Na+ que despolariza la célula.
umbral
Canales de Na+ se cierran y los de K+ se abren
mas lentos.
El K+ se mueve hacia el LEC.
Los canales de K+ quedan abiertos y K+
adicional abandona la célula, hiperpolarizándola.
Canales de K+ se cierran , sale menos K+ de la
célula.
La célula retorna a su permeabilidad en reposo y
a su potencial de reposo.
2.
SEÑALES ELÉCTRICAS EN LAS
MEMBRANAS
POTENCIALES DE ACCIÓN
Vídeo:
http://www.studentconsult.com/content/978141604574
8/videos/fullsize/actionPotential480.html
2.
SEÑALES ELÉCTRICAS EN LAS
MEMBRANAS
3.
PERIODO REFRACTARIO
PERÍODO REFRACTARIO: Período de tiempo
durante el cual una neurona no puede generar
otro potencial de acción.
VM
1.Período Refractario Absoluto:
• No hay PA, aún cuando el estímulo sea más
fuerte.
• Se debe al tiempo necesario para que las
compuertas del canal de Na+ retornen al estado
de reposo.
• El PA no se puede superponer y no puede viajar
de forma retrograda.
absoluto
relativo
Tiempo
2.Período Refractario Relativo:
• Un estímulo supraumbral mayor al normal
iniciará un PA.
• Muchos canales de Na , no todos, han vuelto al
reposo.
3.
PERIODO REFRACTARIO
4.
PROPAGACIÓN DEL POTENCIAL DE
ACCIÓN
• Conforme el Na+ fluye durante la
despolarización, el potencial de
membrana de zonas adyacentes cambia,
canales dependientes de voltaje se
abren.
Autopropagación.
• CONDUCCIÓN:
• Flujo de energía sin decremento.
• Movimiento de alta velocidad de un
potencial de acción desde la zona de
gatillo hasta la terminación axónica.
Vídeo: http://highered.mcgraw-hill.com/olc/dl/120107/bio_d.swf
4.
PROPAGACIÓN DEL POTENCIAL DE
ACCIÓN
4.
PROPAGACIÓN DEL POTENCIAL DE
ACCIÓN
• El flujo de corriente local disminuiría con
la distancia hasta desaparecer.
• El axón está provisto de canales Na+
regulados por voltaje que refuerzan la
despolarización.
• La direccionalidad se da gracias al
periodo refractario absoluto.
4.
PROPAGACIÓN DEL POTENCIAL DE
ACCIÓN
4.
PROPAGACIÓN DEL POTENCIAL DE
ACCIÓN
TIPOS DE CONDUCCIÓN
1. Continua: Despolarizaciones paso a paso de cada porción del axolema. Se da en fibras
amielínicas.
2. Saltatoria: Despolarizaciones sólo en los nódulos de Ranvier, donde existe gran número
de canales voltaje dependientes. La corriente es llevada por el flujo de iones de nódulo a
nódulo. Se da en fibras mielínicas.
Na+
Conducción
enlentecida
Continua
Na+
Potenciales saltan
de un nodo a otro
Saltatoria
MIELINA
NODO
RANVIER
Vídeo: http://www.youtube.com/watch?v=DJe3_3XsBOg
Animación: http://www.siumed.edu/~dking2/ssb/saltcon.htm
5.
FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD DE CONDUCCIÓN
MIELINA
La velocidad de propagación es
mayor en neuronas mielinizadas.
• Fibras amielínicas 0.25 m/seg.
• Fibras grandes mielínicas: 100
m/seg.
5.
MIELINA
FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD DE CONDUCCIÓN
5.
FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD DE CONDUCCIÓN
ENFERMEDADES DESMIELINIZANTES: Esclerosis múltiple.
5.
FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD DE CONDUCCIÓN
DIÁMETRO DE LA FIBRA
Diámetro de la fibra: a mayor diámetro, mayor velocidad.
5.
FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD DE CONDUCCIÓN
TEMPERATURA
• Temperatura: el calor aumenta y el frío disminuye.
 El calentamiento aumenta la rapidez motora en el ejercicio.
5.
FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD DE CONDUCCIÓN
CLASIFICACIÓN DE LAS FIBRAS
5.
FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD DE CONDUCCIÓN
ANESTÉSICOS Y NEUROTOXINAS
Anestésicos y neurotoxinas previenen la apertura de canales de Na:
• Tetrodotoxina: Pez globo (fugu).
•
Lidocaína