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Published on March 12, 2008 7:44 AM
lunes, 10 de marzo de 2008
Fina
Un trozo de axón (3 o 4cm) en el que se introducen dos electrodos, uno induce una diferencia de potencial y el otro de registro. El triangulo inferior simplifica un amplificador, el superior un comparador frente a un voltaje impuesto: Si las dos entradas son iguales, el potencial de salida es 0V, si las dos entradas difieren, inyecta una corriente para mantener el voltaje impuesto. La corriente inyectada es justo la que pasaba por la membrana, imponiendo o fijando así el voltaje.
41
Podemos comparar los resultados (registros) de los experimentos de membrana sobre la que se inducen pulsos frente a los resultados en experimentos de voltaje impuesto. En estos segundos se impone una diferencia de potencial durante el tiempo que queramos y se mide la corriente que atraviesa la membrana. El registro presenta dos picos correspondientes con la carga y descarga del condensador.
Una vez cargado, cesa la corriente capacitiva quedando, a partir de entonces, la corriente que va a circular únicamente por la resistencia.
42
Analizando los resultados: Al principio el imponer un voltaje, median dos picos correspondientes a la corriente inyectada para vencer la carga y para vencer la descarga.
La corriente de fuga es la corriente pasando por los canales siempre abiertos (generalmente de potasio).
Cuanta mayor despolarización, mayor corriente. Al alcanzar determinado nivel (de despolarización), se daba algo imprevisible. Cuando el nivel era próximo a la corriente de fuga, se registraban unas deflexiones nuevas hacia dentro y cara a fuera. Esto se explicaba con los valores de apertura de los canales (ver página 28 ) al producir una despolarización.
Se presentaba una corriente iónica de entrada que al poco desaparecía y era sustituida por una corriente de salida.
Encontraron que cuando del medio extracelular se retiraba el sodio desaparecía la corriente cara abajo quedando solo la que era hacia arriba. A la inversa, al retirar el potasio quedaba solo la corriente cara abajo. Existían entonces dos corrientes mediadas por especies iónicas distintas.
El siguiente paso fue el uso de venenos selectivos. Uno de ellos, la TTX (extraído del pez globo) inhibía la corriente de entrada pero no tocaba la corriente de salida. Sin embargo, son un veneno de síntesis, eliminaban la corriente de sodio. Marcando radiactivamente los venenos y radiografiando el axón después de su uso encontraron que se situaban en lugares distintos de la membrana celular.
43
A partir de la ley de Ohm se calcula esta regla, donde el paréntesis (Vm – Ek+) es la diferencia entre el potencial de equilibrio y el potencial transmembrana. Entonces, la fuerza impulsora de los iones es la distancia entre el potencial transmembrana y el potencial de equilibrio. (Si la presión dentro de un recinto es igual a la presión fuera del recinto, al abrir una puerta que los comunica, no aparecen corrientes).
EK+ es la ecuación del potencial de Nernst. Vm es el potencial transmembrana impuesto.
gr es la conductancia (el inverso de la resistencia); gr = 1/R
Sabiendo la concentración de las especies iónicas intracelular y extracelular despejamos.
Por este método calcularon la conductancia al potasio y al sodio.
Las gráficas dicen tres cosas muy importantes:
Las curvas representan la conductancia de determinado voltaje impuesto. Cuanta mayor despolarización, mayor conductancia. Esto es, canales que se abren debido a la despolarización o voltaje dependientes.
Las dos concentraciones aumentan de forma distinta. En caso del K+ aumenta cuando hay despolarización.
Los del Na+ se abren, pero se inactivan antes de que acabe la despolarización. Se quedan refractarios (no responde al estímulo)
Cuando la conductancia al Na+ es máxima la del potasio está empezando. Su cinética es distinta (velocidad de apertura).
44
Permiten identificar como es y como ocurre el potencial de acción (espiga). Son todos iguales dentro de un mismo axón.
En el segmento inicial aparece una despolarización debido a los neurotransmisores. Si alcanzan determinado nivel, abren canales de sodio. Entra carga positiva produciendo mayor despolarización y reaccionan en cadena hasta que se cierran de forma brusca todos los canales abiertos.
El potencial transmembrana al aumentar la permeabilidad al sodio se desplaza próximo al potencial de equilibrio del sodio. Mientras tanto, los canales de potasio también se están abriendo pero con un determinado retraso. Los canales de sodio se abren muy rápido pero se inactivan y se cierran bruscamente. El potencial transmembrana se desplaza al valor de equilibrio del potasio, por debajo del valor inicial, en hiperpolarización. Los canales se cierran y el potencial vuelve a -60mV de forma que se acaba la espiga (de entre 1 y 3ms).
45
Este mismo ciclo lo podemos ver de forma esquemática de forma que siempre retorna al principio. El potencial transmembrana (-60mV) pasa por un segmento inicial de despolarización con apertura de canales de sodio, una hiperpolarización en sentido contrario (-90mV) con la apertura de canales de potasio y finalmente con el cierre de los canales una vuelta al valor inicial.
46
[Fotocopia del libro: Boron]
Se explica como se transmite el potencial de acción en una fibra mielinizada y no mielinizada.
En la fibra mielinizada, en los nodos de Ranvier por Kirchhoff la corriente que entra sale, de forma que produce despolarización en el siguiente nodo que implica abrir canales regenerando la señal.
Con una visión más profunda analizamos que la corriente no se dirige únicamente cara adelante por el conductor, si no que también retrocede. Las intensidades que retornan van a producir corrientes de salida por los canales abiertos (las corrientes de fuga) generalmente de potasio y algunos canales que tardan en cerrarse. Sin embargo, los canales de sodio son refractarios y no producen potenciales de acción. La señal no se transmite hacia atrás, es decir, el potencial de acción tiene una dirección de avance preferente. (Como si fuera tierra quemada donde una mecha ya no puede arder).
Si los canales de sodio y potasio no tuviesen distintas cinéticas no existiría propagación dado que la corriente de sodio entrante se neutralizaría con la corriente de potasio saliente.
47
La Sinapsis:
El potencial de acción avanza hacia el extremo del axón donde se extingue. Si los canales de sodio no fuesen refractarios rebotaría y volvería (esto quiere decir que no vasta con que sean refractarios si no que deben permanecer en este estado el tiempo suficiente). [Piensen en una piedra que cae sobre una piscina. La piedra produce unas ondas circulares concéntricas fácilmente identificables, pero estas al alcanzar el límite de la piscina rebotan rizando la superficie]. Inutilizarían el canal de transmisión.
En el extremo del axón se libera neurotransmisor en uno o varios puntos dependiendo de si el axón está arborizado en su extremo. Ese neurotransmisor produce efectos sobre los receptores postsinápticos como {a} los canales ligando dependientes produciendo cambios en la permeabilidad de la membrana (rápidos) o {b} produciendo efectos metabólicos.
Es necesario retirar el neurotransmisor para que no forme charcos en el terminal sináptico (sería como escribir en una pizarra sin borrar nunca).
Este difunde y baja su concentración en el punto liberado.
Limpieza del terminal por tres mecanismos
Recaptación por parte del terminal presináptico
Captación por la liga de un astrocito
Rotura encimática del neurotransmisor en fragmentos no activos.
48
Esquema morfológico de la sinapsis:
Su tamaño es de entre 2 y 6000 micras2 (forma de botón).
Tipos:
ü Axo-dendríticas: Los más frecuentes, terminan en las dendritas.
ü Axo-sómicas: Terminan en el soma.
ü Unión neuromuscular: Especiales, terminan sobre las dendritas de las motoneuronas sobre las fibras musculares.
ü Axo-axónicas: Terminan sobre uno de los botones, el terminal presináptico de otra sinapsis (son muy raros).
Su metabolismo es muy elevado por la maquinaria encimática de miosíntesis (muchas mitocondrias) y porque (es donde se sintetiza ATP) el neurotransmisor es recaptado por bombas específicas muy costosas.
Cerca del borde un engrosamiento de proteínas forman las zonas activas pastoreando grupos de vesículas que sincronizan la liberación de neurotransmisor.
En el espacio ínter sináptico se abren canales de calcio voltaje dependientes que se abren con el potencial de acción (despolarización) y el neurotransmisor se libera produciendo efectos sobre los canales del terminal postsináptico. Las neuronas no se tocan NUNCA en el SH.
El potencial de equilibrio del calcio aumenta aproximadamente 200 veces. Como la concentración es muy baja cuando se abren los canales puede aumentar hasta 1000 veces. Es la señal indispensable para que las vesículas vayan a la membrana y se abran.
Los botones presinápticos miden aproximadamente 2 micras2 en el SNC. En las uniones neuromusculares pueden ser muy grandes, de hasta 6000 micras2.
Si el medio extracelular no tiene calcio, a pesar de que llegue el potencial de acción, no se producirá la sinapsis. El calcio se elimina del terminal inmediatamente con una bomba de calcio de muy alto consumo.
Los receptores postsinápticos son canales ligando dependientes sobre la membrana postsináptica. En cada zona activa hay alrededor de 100 vesículas con 5000 moléculas de neurotransmisor. En un potencial de acción en el SNC actúan sobre 10 vesículas.
Hay un retardo sináptico de 0,3 - 0,5ms y la despolarización en un terminal postsináptico es de 0,5mV por cada vesícula que actúa. El movimiento del neurotransmisor es la exocitosis (también el óxido nítrico (gas) puede difundir disuelto).
Rebosamiento: En algunos casos el neurotransmisor se libera en régimen constante (como en un goteo. Todavía no se entiende su función).
49
Se presenta el potencial de acción frente al potencial excitatorio que lo provoca en tres períodos de tiempo con un registro en el terminal postsináptico. Se aprecia que el punto máximo está retrasado como mínimo un milisegundo (el tiempo que la señal está “viajando”).
Los canales ligando dependientes están inicialmente cerrados. Cuando entra el calcio en el terminal presináptico se vierte el neurotransmisor que actúa sobre los canales ligando dependientes abriéndolos, de forma que entre el sodio (corriente de entrada despolarizante).
50
[Fotocopia del libro: Boron]
Representación tridimensional del terminal presináptico. La membrana de la neurona en el terminal postsináptico está elevada (como abrazándolo). En los SH nunca existe contacto. Son independientes. (Las espinas que veía Ramón y Cajal son la aproximación de la membrana celular en el terminal postsináptico)
51
Los receptores: Entidad definida de características especiales. El sistema de transmisión sináptica trae otras variantes que no son sinapsis.
Liberación de neurohormonas: Sobre un capilar sanguíneo de forma que viaja en el torrente sanguíneo desde la hipófisis. Estas hormonas actúan en la corteza suprarrenal, el tiroides, los ovarios, el riñón…
Liberación de un modulador: Similar a la sinapsis pero sin zona activa, por goteo y próximo a otros nervios (sin terminal postsináptico).
Liberación de neurotransmisor: Zona activa dirigida, sincronizada y fugaz sobre un receptor postsináptico.
La información transmitida es mono direccional.
Dos tipos de receptores: (Estructura que interacciona con el neurotransmisor en la membrana postsináptica)
Ionotropos: Canales iónicos ligando dependientes (lugar de unión como una llave y su cerradura, muy específica pero dejando oportunidad de actuación a la farmacología mediante análogos que engañen al receptor). La molécula entra y sale en muy poco tiempo. La estructura del canal está formada por cadenas de proteínas formando como un mazo (un haz) que deja un paso en medio.
Metabotropos: Receptores que modifican el metabolismo de la neurona. No es un canal, pero pueden abrir estos indirectamente.
El efecto depende del receptor, no del neurotransmisor. El mismo neurotransmisor puede producir efectos antagónicos en canales erróneos (no importa la forma de la llave si no la puerta que abres con ella).
52
Receptor metabotropo:
El neurotransmisor se coloca de forma precisa y se produce una modificación de manera que una proteína G en la cara interna de la membrana celular provoca una actividad encimática mediada por el GTP (otro nucleótido como el ATP).El GTP se rompe liberando fosfatos al modificar sobre la membrana el adenil ciclasa. El mensajero AMPc se disuelve el en liquido intracelular de manera que la encima de quinasa es capaz de fosforilar un canal desde dentro (algunos canales iónicos ligando dependientes).
53
PPE: Potenciales postsinápticos excitatorios.
PPI: Potenciales postsinápticos inhibitorios.
Apoptosis: Muerte solemne programada en las neuronas. Se van secando y llegan a extinguirse sin producir daños (en neuronas del SN primario que desaparecen con la maduración).
41
Podemos comparar los resultados (registros) de los experimentos de membrana sobre la que se inducen pulsos frente a los resultados en experimentos de voltaje impuesto. En estos segundos se impone una diferencia de potencial durante el tiempo que queramos y se mide la corriente que atraviesa la membrana. El registro presenta dos picos correspondientes con la carga y descarga del condensador.
Una vez cargado, cesa la corriente capacitiva quedando, a partir de entonces, la corriente que va a circular únicamente por la resistencia.
42
Analizando los resultados: Al principio el imponer un voltaje, median dos picos correspondientes a la corriente inyectada para vencer la carga y para vencer la descarga.
La corriente de fuga es la corriente pasando por los canales siempre abiertos (generalmente de potasio).
Cuanta mayor despolarización, mayor corriente. Al alcanzar determinado nivel (de despolarización), se daba algo imprevisible. Cuando el nivel era próximo a la corriente de fuga, se registraban unas deflexiones nuevas hacia dentro y cara a fuera. Esto se explicaba con los valores de apertura de los canales (ver página 28 ) al producir una despolarización.
Se presentaba una corriente iónica de entrada que al poco desaparecía y era sustituida por una corriente de salida.
Encontraron que cuando del medio extracelular se retiraba el sodio desaparecía la corriente cara abajo quedando solo la que era hacia arriba. A la inversa, al retirar el potasio quedaba solo la corriente cara abajo. Existían entonces dos corrientes mediadas por especies iónicas distintas.
El siguiente paso fue el uso de venenos selectivos. Uno de ellos, la TTX (extraído del pez globo) inhibía la corriente de entrada pero no tocaba la corriente de salida. Sin embargo, son un veneno de síntesis, eliminaban la corriente de sodio. Marcando radiactivamente los venenos y radiografiando el axón después de su uso encontraron que se situaban en lugares distintos de la membrana celular.
43
A partir de la ley de Ohm se calcula esta regla, donde el paréntesis (Vm – Ek+) es la diferencia entre el potencial de equilibrio y el potencial transmembrana. Entonces, la fuerza impulsora de los iones es la distancia entre el potencial transmembrana y el potencial de equilibrio. (Si la presión dentro de un recinto es igual a la presión fuera del recinto, al abrir una puerta que los comunica, no aparecen corrientes).
EK+ es la ecuación del potencial de Nernst. Vm es el potencial transmembrana impuesto.
gr es la conductancia (el inverso de la resistencia); gr = 1/R
Sabiendo la concentración de las especies iónicas intracelular y extracelular despejamos.
Por este método calcularon la conductancia al potasio y al sodio.
Las gráficas dicen tres cosas muy importantes:
Las curvas representan la conductancia de determinado voltaje impuesto. Cuanta mayor despolarización, mayor conductancia. Esto es, canales que se abren debido a la despolarización o voltaje dependientes.
Las dos concentraciones aumentan de forma distinta. En caso del K+ aumenta cuando hay despolarización.
Los del Na+ se abren, pero se inactivan antes de que acabe la despolarización. Se quedan refractarios (no responde al estímulo)
Cuando la conductancia al Na+ es máxima la del potasio está empezando. Su cinética es distinta (velocidad de apertura).
44
Permiten identificar como es y como ocurre el potencial de acción (espiga). Son todos iguales dentro de un mismo axón.
En el segmento inicial aparece una despolarización debido a los neurotransmisores. Si alcanzan determinado nivel, abren canales de sodio. Entra carga positiva produciendo mayor despolarización y reaccionan en cadena hasta que se cierran de forma brusca todos los canales abiertos.
El potencial transmembrana al aumentar la permeabilidad al sodio se desplaza próximo al potencial de equilibrio del sodio. Mientras tanto, los canales de potasio también se están abriendo pero con un determinado retraso. Los canales de sodio se abren muy rápido pero se inactivan y se cierran bruscamente. El potencial transmembrana se desplaza al valor de equilibrio del potasio, por debajo del valor inicial, en hiperpolarización. Los canales se cierran y el potencial vuelve a -60mV de forma que se acaba la espiga (de entre 1 y 3ms).
45
Este mismo ciclo lo podemos ver de forma esquemática de forma que siempre retorna al principio. El potencial transmembrana (-60mV) pasa por un segmento inicial de despolarización con apertura de canales de sodio, una hiperpolarización en sentido contrario (-90mV) con la apertura de canales de potasio y finalmente con el cierre de los canales una vuelta al valor inicial.
46
[Fotocopia del libro: Boron]
Se explica como se transmite el potencial de acción en una fibra mielinizada y no mielinizada.
En la fibra mielinizada, en los nodos de Ranvier por Kirchhoff la corriente que entra sale, de forma que produce despolarización en el siguiente nodo que implica abrir canales regenerando la señal.
Con una visión más profunda analizamos que la corriente no se dirige únicamente cara adelante por el conductor, si no que también retrocede. Las intensidades que retornan van a producir corrientes de salida por los canales abiertos (las corrientes de fuga) generalmente de potasio y algunos canales que tardan en cerrarse. Sin embargo, los canales de sodio son refractarios y no producen potenciales de acción. La señal no se transmite hacia atrás, es decir, el potencial de acción tiene una dirección de avance preferente. (Como si fuera tierra quemada donde una mecha ya no puede arder).
Si los canales de sodio y potasio no tuviesen distintas cinéticas no existiría propagación dado que la corriente de sodio entrante se neutralizaría con la corriente de potasio saliente.
47
La Sinapsis:
El potencial de acción avanza hacia el extremo del axón donde se extingue. Si los canales de sodio no fuesen refractarios rebotaría y volvería (esto quiere decir que no vasta con que sean refractarios si no que deben permanecer en este estado el tiempo suficiente). [Piensen en una piedra que cae sobre una piscina. La piedra produce unas ondas circulares concéntricas fácilmente identificables, pero estas al alcanzar el límite de la piscina rebotan rizando la superficie]. Inutilizarían el canal de transmisión.
En el extremo del axón se libera neurotransmisor en uno o varios puntos dependiendo de si el axón está arborizado en su extremo. Ese neurotransmisor produce efectos sobre los receptores postsinápticos como {a} los canales ligando dependientes produciendo cambios en la permeabilidad de la membrana (rápidos) o {b} produciendo efectos metabólicos.
Es necesario retirar el neurotransmisor para que no forme charcos en el terminal sináptico (sería como escribir en una pizarra sin borrar nunca).
Este difunde y baja su concentración en el punto liberado.
Limpieza del terminal por tres mecanismos
Recaptación por parte del terminal presináptico
Captación por la liga de un astrocito
Rotura encimática del neurotransmisor en fragmentos no activos.
48
Esquema morfológico de la sinapsis:
Su tamaño es de entre 2 y 6000 micras2 (forma de botón).
Tipos:
ü Axo-dendríticas: Los más frecuentes, terminan en las dendritas.
ü Axo-sómicas: Terminan en el soma.
ü Unión neuromuscular: Especiales, terminan sobre las dendritas de las motoneuronas sobre las fibras musculares.
ü Axo-axónicas: Terminan sobre uno de los botones, el terminal presináptico de otra sinapsis (son muy raros).
Su metabolismo es muy elevado por la maquinaria encimática de miosíntesis (muchas mitocondrias) y porque (es donde se sintetiza ATP) el neurotransmisor es recaptado por bombas específicas muy costosas.
Cerca del borde un engrosamiento de proteínas forman las zonas activas pastoreando grupos de vesículas que sincronizan la liberación de neurotransmisor.
En el espacio ínter sináptico se abren canales de calcio voltaje dependientes que se abren con el potencial de acción (despolarización) y el neurotransmisor se libera produciendo efectos sobre los canales del terminal postsináptico. Las neuronas no se tocan NUNCA en el SH.
El potencial de equilibrio del calcio aumenta aproximadamente 200 veces. Como la concentración es muy baja cuando se abren los canales puede aumentar hasta 1000 veces. Es la señal indispensable para que las vesículas vayan a la membrana y se abran.
Los botones presinápticos miden aproximadamente 2 micras2 en el SNC. En las uniones neuromusculares pueden ser muy grandes, de hasta 6000 micras2.
Si el medio extracelular no tiene calcio, a pesar de que llegue el potencial de acción, no se producirá la sinapsis. El calcio se elimina del terminal inmediatamente con una bomba de calcio de muy alto consumo.
Los receptores postsinápticos son canales ligando dependientes sobre la membrana postsináptica. En cada zona activa hay alrededor de 100 vesículas con 5000 moléculas de neurotransmisor. En un potencial de acción en el SNC actúan sobre 10 vesículas.
Hay un retardo sináptico de 0,3 - 0,5ms y la despolarización en un terminal postsináptico es de 0,5mV por cada vesícula que actúa. El movimiento del neurotransmisor es la exocitosis (también el óxido nítrico (gas) puede difundir disuelto).
Rebosamiento: En algunos casos el neurotransmisor se libera en régimen constante (como en un goteo. Todavía no se entiende su función).
49
Se presenta el potencial de acción frente al potencial excitatorio que lo provoca en tres períodos de tiempo con un registro en el terminal postsináptico. Se aprecia que el punto máximo está retrasado como mínimo un milisegundo (el tiempo que la señal está “viajando”).
Los canales ligando dependientes están inicialmente cerrados. Cuando entra el calcio en el terminal presináptico se vierte el neurotransmisor que actúa sobre los canales ligando dependientes abriéndolos, de forma que entre el sodio (corriente de entrada despolarizante).
50
[Fotocopia del libro: Boron]
Representación tridimensional del terminal presináptico. La membrana de la neurona en el terminal postsináptico está elevada (como abrazándolo). En los SH nunca existe contacto. Son independientes. (Las espinas que veía Ramón y Cajal son la aproximación de la membrana celular en el terminal postsináptico)
51
Los receptores: Entidad definida de características especiales. El sistema de transmisión sináptica trae otras variantes que no son sinapsis.
Liberación de neurohormonas: Sobre un capilar sanguíneo de forma que viaja en el torrente sanguíneo desde la hipófisis. Estas hormonas actúan en la corteza suprarrenal, el tiroides, los ovarios, el riñón…
Liberación de un modulador: Similar a la sinapsis pero sin zona activa, por goteo y próximo a otros nervios (sin terminal postsináptico).
Liberación de neurotransmisor: Zona activa dirigida, sincronizada y fugaz sobre un receptor postsináptico.
La información transmitida es mono direccional.
Dos tipos de receptores: (Estructura que interacciona con el neurotransmisor en la membrana postsináptica)
Ionotropos: Canales iónicos ligando dependientes (lugar de unión como una llave y su cerradura, muy específica pero dejando oportunidad de actuación a la farmacología mediante análogos que engañen al receptor). La molécula entra y sale en muy poco tiempo. La estructura del canal está formada por cadenas de proteínas formando como un mazo (un haz) que deja un paso en medio.
Metabotropos: Receptores que modifican el metabolismo de la neurona. No es un canal, pero pueden abrir estos indirectamente.
El efecto depende del receptor, no del neurotransmisor. El mismo neurotransmisor puede producir efectos antagónicos en canales erróneos (no importa la forma de la llave si no la puerta que abres con ella).
52
Receptor metabotropo:
El neurotransmisor se coloca de forma precisa y se produce una modificación de manera que una proteína G en la cara interna de la membrana celular provoca una actividad encimática mediada por el GTP (otro nucleótido como el ATP).El GTP se rompe liberando fosfatos al modificar sobre la membrana el adenil ciclasa. El mensajero AMPc se disuelve el en liquido intracelular de manera que la encima de quinasa es capaz de fosforilar un canal desde dentro (algunos canales iónicos ligando dependientes).
53
PPE: Potenciales postsinápticos excitatorios.
PPI: Potenciales postsinápticos inhibitorios.
Apoptosis: Muerte solemne programada en las neuronas. Se van secando y llegan a extinguirse sin producir daños (en neuronas del SN primario que desaparecen con la maduración).
martes, 4 de marzo de 2008
Afirmaciones correctas de exámenes pasados
Afirmaciones correctas de exámenes de Navarro (2do parcial Psicobiología ) desde Septiembre del 2003 a Julio del 2006 procedentes de la página web de estudiantes de la facultad de PS de la USC, "www.psicologiasantiago.com".
Julio 2006
-En la zona de activación de la densidad de canales de sodio es la mas alta de toda la neurona
-Si una especie iónica esta en equilibrio a través de la membrana su flujo neto es 0
-Los potenciales postsinápticos son debidos a la presencia de canales activables tipo ligando dependientes
-La capacidad de la membrana es menor en el axón mielinizado que en el no mielinizado
-La sumación temporal y especial es un mecanismo de integración de información
-En la superficie del axón se detectan canales de sodio y potasio voltaje dependientes
-En relación con el potencial de acción primero entra el sodio y luego sale el potasio
-En el terminal presináptico el potencial de acción abre canales permeables al calcio voltaje-dependientes
-El receptor GABA(A) es un canal de cloro
-Al estimular eléctricamente una dendrita cilíndrica en un punto, con un pulso de corriente rectangular, el potencial transmembrana sufre un cambio que se propaga mas lejos cuanto mayor es la resistencia de la membrana
Abril 2005
-El cerebro humano consume el 50% de la glucosa que contiene la sangre
-En las zonas periacueductales hay capilares fenestrados (los que existen en otros tejidos del organismo) entre neuronas
-En el arco reflejo patelar o rotuliano la tracción del músculo provoca la contracción del músculo agonista
-En la zona de activación la densidad de los canales de sodio es la mas alta de toda la neurona
-La resistencia transmembrana depende del número de canales que estén abiertos
-El valor del potencial transmembrana en reposo es debido a la presencia de canales iónicos del tipo siempre abiertos/ los potenciales postsinápticos son debidos a la presencia de canales activables del tipo ligando dependientes
-Si el potencial de equilibrio para el potasio es -90mV y el potencial transmembrana es 60mV, sale potasio de la célula
-La permeabilidad de la membrana al potasio, en reposo, es 25 mayor que al sodio
-Un estimulo de corriente despolarizante produce una respuesta mas prolongada cuanto mayor es la capacidad en la membrana
-En el axón mielinizado la capacidad eléctrica es menor que en el no mielinizado
-La sumación temporal es un fenómeno que aumenta si la constante de tiempo es alta
-Los potenciales de acción tienen periodo refractario
-Durante los experimentos de fijación del voltaje en axón, la corriente de entrada de sodio es más precoz que la de la salida de potasio.
-Durante el potencial de acción los canales de sodio se cierran por tiempo y los de potasio porque la membrana se hiperpolariza
-Al desmoralizar la membrana de axón la conductancia al potasio aumenta
-La entrada de calcio al terminal presináptico es indispensable para que se libere el neurotransmisor
-En la sinápsis, la zona activa garantiza una liberación sincronizada de neurotransmisor en la hendidura sináptica
-La activación del receptor metabotropo permite que este actúe sobre proteínas G y estas sobre una adenilciclasa o fosfolipasas
-La dopamina y la adrenalina son dos neurotransmisores del tipo aminas biógenas
-Las anfetaminas inhiben la recaptación de aminas biógenas en la sinapsis
Marzo 2004
-El sistema nervioso central es cerebro, medula espinal y retina
-El medio extracelular de las neuronas es distinto al del resto de las células del organismo
-La velocidad de conducción de los impulsos en los axones esta comprendida entre 3.6 y 360 Km./h
-Los potenciales de acción se inician en la colina axónica
-Los de canales de sodio son 20 veces más permeables al sodio que al potasio
-El potencial transmembrana en reposo es debido a la presencia de canales iónicos del tipo “siempre abiertos”/Los potenciales postsinápticos son debidos a la presencia de canales activables tipo “ligando dependientes”
-El potencial electroquímico de una especie iónica es la variable que predice las condiciones de su equilibrio transmembrana
-La acción de las bombas iónicas se opone a los flujos iónicos pasivos transmembrana por los canales iónicos
-El paso de corriente (por ejemplo con un microeléctrodo) positiva al interior de la neurona es despolarizante
-En el axón mielinizado la capacidad eléctrica es menor que en el no mielinizado
-La sumación temporal es un fenómeno presente si la constante de tiempo es alta
-Los potenciales de acción tienen periodo refractario
-Durante el potencial de acción los canales de sodio se cierran “por tiempo” y los de potasio porque la membrana se hiperpolariza
-El potencial de acción se genera en la colina axónica cuando la despolarización supera un umbral
-La entrada al calcio al terminal presinaptico es indispensable para que se libere el neurotransmisor
-En la sinapsis la “zona activa” garantiza una liberación sincronizada de neurotransmisor en la hendidura sináptica
-El receptor metabotropo actúa sobre proteínas G y estas pueden actuar sobre una adenilciclasa o fosfolipasas
-Las anfetaminas inhiben la recaptación de aminas biógenas en la sinapsis
-El receptor ionotropico de glutamato es excitatorio/ Los receptores inonotropicos inhibitorios son canales de sodio/ Los receptores inotropicos tipo NMDA permiten al paso de sodio, potasio y cloro/ Los receptores inonotropicos excitatorios son canales que permiten el paso de sodio y potasio.
-La técnica de “fijación de voltaje” sirve para medir corriente iónicas por canales “voltaje dependientes”/En la superficie del axón se detectan canales de sodio y de potasio “voltaje dependientes”
Septiembre 2003
-El nodo de Ranvier carece de mielina
-El potasio es una especie iónica mas concentrada fuera que dentro de la neurona ???
-La tracción de un tendón muscular inicia un reflejo que contrae ese músculo
-El flujo iónico en los canales iónicos se produce sin gasto energético/ En un canal icónico se pueden conducir iones en ambos sentidos/ La membrana celular mide 7 nanómetros de espesor/ Un canal iónico esta formado por proteínas integrales de membrana
-El potencial de acción ocurre gracias a la apertura de canales voltaje dependientes
-En la neurona en el equilibrio para el potasio, el potencial electroquímico para el potasio es igual en ambos lados de la membrana
-Si aumenta la permeabilidad de la membrana a una especie iónica el potencial transmembrana se aproxima al potencial de equilibrio para esa especie
-La capacidad eléctrica de la membrana es menor cuanto mayor separación hay entre medio conductor intra y extracelular
-Los potenciales de acción tiene umbral y periodo refractario
-Durante el potencial de acción primero entra el sodio y luego sale el potasio
-El efecto del neurotransmisor depende del receptor no del neurotransmisor
-El receptor ionotropo es un canal iónico ligando dependiente
-Los receptores NMDA son excitatorios porque permiten simultáneamente la entrada de sodio, la salida de potasio y hasta la entrada de cloro
-El GABA y la noradrenalina, entre otros, son neurotransmisores que se eliminan de la hendidura sináptica por recaptación
-La cocaína y las anfetaminas inhiben la recaptación de un tipo de neurotransmisores/ Hay un grupo de fármacos antidepresivos que bloquean la recaptación de un tipo de neurotransmisores/ La inhibición en la recaptación de un neurotransmisor hace que se prolongue el efecto sináptico de este/ Hay fármacos que inhiben el paso del neurotransmisor al interior de la vesícula sináptica
-En la zona de activación de la densidad de canales de sodio es la mas alta de toda la neurona
-Si una especie iónica esta en equilibrio a través de la membrana su flujo neto es 0
-Los potenciales postsinápticos son debidos a la presencia de canales activables tipo ligando dependientes
-La capacidad de la membrana es menor en el axón mielinizado que en el no mielinizado
-La sumación temporal y especial es un mecanismo de integración de información
-En la superficie del axón se detectan canales de sodio y potasio voltaje dependientes
-En relación con el potencial de acción primero entra el sodio y luego sale el potasio
-En el terminal presináptico el potencial de acción abre canales permeables al calcio voltaje-dependientes
-El receptor GABA(A) es un canal de cloro
-Al estimular eléctricamente una dendrita cilíndrica en un punto, con un pulso de corriente rectangular, el potencial transmembrana sufre un cambio que se propaga mas lejos cuanto mayor es la resistencia de la membrana
Abril 2005
-El cerebro humano consume el 50% de la glucosa que contiene la sangre
-En las zonas periacueductales hay capilares fenestrados (los que existen en otros tejidos del organismo) entre neuronas
-En el arco reflejo patelar o rotuliano la tracción del músculo provoca la contracción del músculo agonista
-En la zona de activación la densidad de los canales de sodio es la mas alta de toda la neurona
-La resistencia transmembrana depende del número de canales que estén abiertos
-El valor del potencial transmembrana en reposo es debido a la presencia de canales iónicos del tipo siempre abiertos/ los potenciales postsinápticos son debidos a la presencia de canales activables del tipo ligando dependientes
-Si el potencial de equilibrio para el potasio es -90mV y el potencial transmembrana es 60mV, sale potasio de la célula
-La permeabilidad de la membrana al potasio, en reposo, es 25 mayor que al sodio
-Un estimulo de corriente despolarizante produce una respuesta mas prolongada cuanto mayor es la capacidad en la membrana
-En el axón mielinizado la capacidad eléctrica es menor que en el no mielinizado
-La sumación temporal es un fenómeno que aumenta si la constante de tiempo es alta
-Los potenciales de acción tienen periodo refractario
-Durante los experimentos de fijación del voltaje en axón, la corriente de entrada de sodio es más precoz que la de la salida de potasio.
-Durante el potencial de acción los canales de sodio se cierran por tiempo y los de potasio porque la membrana se hiperpolariza
-Al desmoralizar la membrana de axón la conductancia al potasio aumenta
-La entrada de calcio al terminal presináptico es indispensable para que se libere el neurotransmisor
-En la sinápsis, la zona activa garantiza una liberación sincronizada de neurotransmisor en la hendidura sináptica
-La activación del receptor metabotropo permite que este actúe sobre proteínas G y estas sobre una adenilciclasa o fosfolipasas
-La dopamina y la adrenalina son dos neurotransmisores del tipo aminas biógenas
-Las anfetaminas inhiben la recaptación de aminas biógenas en la sinapsis
Marzo 2004
-El sistema nervioso central es cerebro, medula espinal y retina
-El medio extracelular de las neuronas es distinto al del resto de las células del organismo
-La velocidad de conducción de los impulsos en los axones esta comprendida entre 3.6 y 360 Km./h
-Los potenciales de acción se inician en la colina axónica
-Los de canales de sodio son 20 veces más permeables al sodio que al potasio
-El potencial transmembrana en reposo es debido a la presencia de canales iónicos del tipo “siempre abiertos”/Los potenciales postsinápticos son debidos a la presencia de canales activables tipo “ligando dependientes”
-El potencial electroquímico de una especie iónica es la variable que predice las condiciones de su equilibrio transmembrana
-La acción de las bombas iónicas se opone a los flujos iónicos pasivos transmembrana por los canales iónicos
-El paso de corriente (por ejemplo con un microeléctrodo) positiva al interior de la neurona es despolarizante
-En el axón mielinizado la capacidad eléctrica es menor que en el no mielinizado
-La sumación temporal es un fenómeno presente si la constante de tiempo es alta
-Los potenciales de acción tienen periodo refractario
-Durante el potencial de acción los canales de sodio se cierran “por tiempo” y los de potasio porque la membrana se hiperpolariza
-El potencial de acción se genera en la colina axónica cuando la despolarización supera un umbral
-La entrada al calcio al terminal presinaptico es indispensable para que se libere el neurotransmisor
-En la sinapsis la “zona activa” garantiza una liberación sincronizada de neurotransmisor en la hendidura sináptica
-El receptor metabotropo actúa sobre proteínas G y estas pueden actuar sobre una adenilciclasa o fosfolipasas
-Las anfetaminas inhiben la recaptación de aminas biógenas en la sinapsis
-El receptor ionotropico de glutamato es excitatorio/ Los receptores inonotropicos inhibitorios son canales de sodio/ Los receptores inotropicos tipo NMDA permiten al paso de sodio, potasio y cloro/ Los receptores inonotropicos excitatorios son canales que permiten el paso de sodio y potasio.
-La técnica de “fijación de voltaje” sirve para medir corriente iónicas por canales “voltaje dependientes”/En la superficie del axón se detectan canales de sodio y de potasio “voltaje dependientes”
Septiembre 2003
-El nodo de Ranvier carece de mielina
-El potasio es una especie iónica mas concentrada fuera que dentro de la neurona ???
-La tracción de un tendón muscular inicia un reflejo que contrae ese músculo
-El flujo iónico en los canales iónicos se produce sin gasto energético/ En un canal icónico se pueden conducir iones en ambos sentidos/ La membrana celular mide 7 nanómetros de espesor/ Un canal iónico esta formado por proteínas integrales de membrana
-El potencial de acción ocurre gracias a la apertura de canales voltaje dependientes
-En la neurona en el equilibrio para el potasio, el potencial electroquímico para el potasio es igual en ambos lados de la membrana
-Si aumenta la permeabilidad de la membrana a una especie iónica el potencial transmembrana se aproxima al potencial de equilibrio para esa especie
-La capacidad eléctrica de la membrana es menor cuanto mayor separación hay entre medio conductor intra y extracelular
-Los potenciales de acción tiene umbral y periodo refractario
-Durante el potencial de acción primero entra el sodio y luego sale el potasio
-El efecto del neurotransmisor depende del receptor no del neurotransmisor
-El receptor ionotropo es un canal iónico ligando dependiente
-Los receptores NMDA son excitatorios porque permiten simultáneamente la entrada de sodio, la salida de potasio y hasta la entrada de cloro
-El GABA y la noradrenalina, entre otros, son neurotransmisores que se eliminan de la hendidura sináptica por recaptación
-La cocaína y las anfetaminas inhiben la recaptación de un tipo de neurotransmisores/ Hay un grupo de fármacos antidepresivos que bloquean la recaptación de un tipo de neurotransmisores/ La inhibición en la recaptación de un neurotransmisor hace que se prolongue el efecto sináptico de este/ Hay fármacos que inhiben el paso del neurotransmisor al interior de la vesícula sináptica
2º Parcial, Parte III
Otros efectos de los canales que pasan de estar cerrados a abrirse es que producen un flujo de iones (por ejemplo, las corrientes de calcio). Las corrientes a través de la membrana producen efectos generales englobados en las propiedades eléctricas de la neurona.
31
Este es un esquema de un experimento. Se comprueba en el soma neuronal el potencial transmembrana con una micro pipeta de vidrio unida a un sistema de registro (voltímetro) que mide la diferencia de potencial entre el interior y el exterior (tomando como voltaje de referencia 0V el potencial de la corteza terrestre al enterrar en un pozo con carbón y arena una pica). La pipeta se haya unida a un micro regulador de avance (de paso milimétrico, ya siendo manual o eléctrico) calcula una diferencia de potencial de 0mV mientras la pipeta está fuera de la célula. En el momento en que penetra la célula, mide una diferencia de potencial de -60mV. (Se hace de forma indirecta, la punta de la pipeta no se alcanza a ver ni con un microscopio).
De esta manera cuando pasamos una corriente a través de la membrana, podemos analizar como cambia el potencial transmembrana.
Kirchhoff establece las leyes de las corrientes eléctricas:
Cuando hay varios conductores conectados entre sí, la suma de las corrientes entrantes y salientes al nudo es cero. Σ In = 0 (Las cargas no se acumulan, tienden a repelerse).
Gracias a esto, predecimos el comportamiento de la neurona. Al inducir una corriente esta “escapa” por todos los canales abiertos.
Con otra pipeta pasamos una corriente eléctrica [Amperios, A y submúltiplos nano amperios, nA] mediante un generador de corriente que mueve carga desde fuera al interior de la neurona. Esta carga escapa al exterior por todos los canales (abiertos o activos en reposo).
La corriente la pasamos en forma de pulsos (no de forma continua) de forma que los pulsos positivos al interior se representan históricamente hacia abajo, mediante electrodos de estimulación. Observamos como cambia el voltaje transmembrana.
Ohm estableció una ley que relaciona el voltaje con una corriente de manera que mide al flujo de carga por unidad de tiempo.
“La corriente que pasa por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial e inversamente proporcional a la resistencia que este conductor opone a su paso”. i = ΔV / R; ΔV = i · R
Podemos asumir que la membrana produce cierta resistencia al paso de corriente. Calcularemos lo que cambia el potencial transmembrana. Cuando se aplica una diferencia de potencial positiva se produce una despolarización desde los -60mV hacia los 0mV. Esto provoca un reflujo hacia fuera que produce una diferencia de potencial y de ahí deducimos la resistencia transmembrana. Se obtienen estas gráficas.
Mediremos la altura de la respuesta (la diferencia de potencial) cuando aplicamos un pulso de i1 obteniendo V1. Tras aplicar un pulso mayor i2 y obtener V2, trazamos una recta que atraviesa el origen, donde la resistencia R viene dada por la pendiente. Cuanto más horizontal sea la recta, menor será la pendiente y, por lo tanto, menor será la resistencia.
Cada neurona tiene una resistencia distinta en función de su tamaño (con el modelo de las puertas podemos hacernos una idea. A mayor número de puertas abiertas, con mayor facilidad se entra y sale de una habitación concurrida). Cuando mayor es una neurona, menos resistencia opone al paso de corriente. (El símbolo “oc” se corresponde con la función “directamente proporcional”).
32
Tenemos representados dos posibles modelos (hipotéticos) de la membrana celular. Utilizaremos dos electrodos, uno para medir la diferencia de potencial y otro para pasar una corriente.
Pasamos dos pulsos iguales:
Si el circuito equivalente (resumir todos los canales en un solo componente simbólico) es una resistencia.
Si en el circuito equivalente colocamos también un condensador.
Observamos que para el segundo caso la variación de potencial está deformada de forma que no alcanza instantáneamente el valor máximo si no que tarda cierto tiempo en alcanzarlo y en normalizarse posteriormente.
Llegamos a la conclusión de que la membrana tiene un circuito equivalente formado por una resistencia y una capacidad de condensador en paralelo con ella.
33
Veremos las propiedades de los condensadores:
Los condensadores están formados por dos láminas de un material conductor separadas por un aislante. Entre las dos láminas no se produce corriente eléctrica. A pesar de eso, se carga de energía eléctrica consumiendo electricidad que “pasa” para que se cargue hasta un valor fijo. Este es un proceso momentáneo hasta que el condensador esta completamente cargado tras un período de tiempo. (Un sandwitch entre dos monedas y un celofán).
No todos los condensadores son iguales, se pueden comparar según su capacidad [C] eléctrica (medida en Faradios). Esa se define como el cociente entre la carga acumulada en las láminas del condensador en relación a la diferencia de potencial a la que se somete.
Vamos a comparar dos ecuaciones. Intensidad de corriente, i = C / t. que mide el flujo en culombios por segundo; ΔV = i Δt / C. La diferencia de potencial es una función del tiempo. El voltaje tarda cierto tiempo en alcanzar el valor máximo y cuando se interrumpe la estimulación tarda en volver a cero. (Es como un almacén de carga que causa un retraso en todo el proceso).
El condensador está incluido en la membrana en paralelo, repartido por toda la superficie celular de la neurona. La membrana lípida es el aislante entre dos medios conductores.
Las diferentes gráficas que se producen al paso de una corriente positiva dependen de cuánto se tarda en alcanzar el punto máximo y cuánto se tarde en recuperar el punto inicial. Se produce una persistencia (toda la ventana de tiempo durante la cual el potencial no es normal pero no se produce paso de corriente estimular). El condensador tarda cierto tiempo en cargarse y descargarse. La respuesta será mucho más ancha que el estímulo. (Por ejemplo, la carga de un flash).
Hay otro punto, representado por τ, que es la constante de tiempo.
τ = R · C. (La resistencia transmembrana por la capacidad)
Es el tiempo que transcurre hasta que esta respuesta alcanza el 66% (2/3) de la máxima.
34
Esta constante de tiempo tiene dos implicaciones en dos funciones:
Señales que se atenúan en el espacio (en las dendritas y el soma).
Señales que no se atenúan en el espacio (en los axones, donde se regenera).
Los esquemas representan la atenuación temporal (arriba) y la atenuación espacial (abajo).
Si pasamos un pulso rectangular, el pulso persiste mientras se atenúa. Se mide mediante la constante de tiempo. La curva decreciente es simétrica a la creciente.
Atenuación espacial: Similar a la τ, vamos a definir la constante de espacio λ (lambda).
Inducimos corriente en el extremo de una dendrita y registramos a distintas longitudes observando las respuestas consecutivamente más pequeñas (voltios).
Según la ley de Kirchhoff, la corriente escapa por los canales abiertos y el condensador de la membrana. Observamos el circuito equivalente de la membrana celular (NO la dendrita). La resistencia interna se calcula acumulativamente (se van sumando) R = R1 + R2 + …
Cuando pasa corriente, la corriente de vuelta retorna por estos componentes a la vez que va avanzando. La corriente siempre busca el sitio más rápido (como un conductor apresurado) dependiendo de cuál es el camino más fácil. Resistencia axial frente la resistencia transmembrana.
Con el mismo símil, los condensadores son como aparcamientos que acumulan carga (o conductores) y después los devuelven. El parámetro que permite compara esto es λ, la resistencia longitudinal.
Sin capacidad de membrana las neuronas no podrían integrar información.
35
Presentamos una simulación por ordenador de un experimento donde vamos a cambiar el potencial transmembrana para ver las respuestas. Al ser un modelo formal, el experimento es mucho más barato y rápido.
Para realizar este experimento usaremos tres estímulos de corriente que repetiremos en tres ensayos cambiando los tres valores de la capacidad de membrana. Calcularemos el efecto del cambio en la capacidad de membrana sobre el potencial transmembrana.
Producimos dos pulsos despolarizantes (corriente eléctrica positiva en el interior de una dendrita) uno a continuación del otro y posteriormente un tercero.
En el primer caso la capacidad de membrana es muy pequeña. Se producen tres despolarizaciones iguales. Las dos primeras idénticas con la forma típica de cuando se interpone un condensador. Se tarda cierto tiempo en alcanzarse el potencial máximo y en normalizarse.
Al aumentar la capacidad de membrana aparece un pico que antes de normalizarse recibe el segundo estímulo produciéndose la sumación, dado que el segundo ocurre casi inmediatamente después. El tercer pulso no se ve afectado.
En el último caso (gran capacidad de membrana) se tarda tanto tiempo en volver al valor inicial que afecta la sumación al tercero de los estímulos.
Gracias a la capacidad de membrana (gracias a que la neurona es un condensador) puede ocurrir sumación de respuesta, que está tras la capacidad de las neuronas de integración de información.
Si la neurona no poseyera capacidad de membrana (prácticamente en el primer caso) no se produciría sumación de respuesta. Esta capacidad puede entenderse como un mecanismo de memoria (una ventana temporal que condiciona la respuesta del estímulo que lo sigue. Cuanto mayor es la capacidad, mayor es la ventana temporal).
Los pulsos rectangulares no son los pulsos típicos neurales, por eso esta onda α (alfa) representa un pulso sináptico y se registra el efecto de este pulso sobre el potencial transmembrana. Durante todo el tiempo que tarda en recuperar la normalidad, otro pulso consecutivo se sumaría.
36
Las neuronas son capaces de sumar y restar en el tiempo y el espacio (sumación temporal y sumación espacial).
Un experimento realizado en dos neuronas con una constante de tiempo grande y otra pequeña. (A) simboliza una sinapsis. La interneurona (A) emite dos espigas y se libera neurotransmisor dos veces, abriendo canales ligando dependientes. Se genera una corriente positiva de entrada.
Se registra con un electrodo en el soma de constante de tiempo pequeña (τ = 20ms) dos despolarizaciones iguales no condicionadas.
Con una neurona con constante de tiempo mayor (τ = 100ms) llega la segunda señal antes de la normalización. Se suma en una espiga que se transmite. Sumación temporal: Dos estímulos de entrada se suman porque se produce uno en el mismo sitio y a continuación del otro.
En un segundo caso dos sinapsis en dos dendritas producidas por las interneuronas (A) y (B). Se realiza el experimento a dos neuronas, una con constante de espacio pequeña y otra elevada.
Las señales llegan prácticamente al mismo tiempo pero en lugares distintos. En una neurona de constante de espacio pequeña se producen dos despolarizaciones. En una neurona con constante de espacio elevada se da la sumación espacial: Dos señales que llegan al mismo tiempo en sitios distintos.
Cuando la capacidad de neurona es más grande, se facilita la sumación temporal pero la señal “muere antes”. Se dará menos capacidad de sumación en el espacio.
En el tamaño de la neurona, no se trata de mucho o poco si no de alcanzar la medida justa que corresponde. La evolución ha ido depurando el valor para cada tipo. Es un valor crítico. Si este es mayor o inferior al adecuado, las capacidades se verán mermadas.
37
En estos diagramas podemos ver el modelo experimental anterior.
Un tracto de tres sinapsis agrupadas (haces de axones) que ante una estimulación (se necesita usar material más complicado y una diferencia de potencial aproximadamente 10 veces mayor) liberan neurotransmisor produciendo una corriente positiva de entrada.
Se miden diferentes registros. En el segundo se da una atenuación en el espacio. Si registramos antes de la primera vaina de mielina en el axón, vemos la señal como una espiga. La encontramos exactamente igual en todos los nodos de Ranvier. No se atenúa.
En la segunda imagen está representado el umbral para poder producir potenciales de acción. El umbral más bajo está en el segmento inicial de la colina axónica. La segunda línea mide el perfil de la altura de los potenciales. Cuando el potencial supera el umbral es el momento en que se producen los potenciales de acción (uno o varios).
La atenuación es una caída exponencial. ¿Cuál es la causa de que no se atenúe en un axón?, ¿Qué cambia en la membrana?
En la tercera gráfica se representa la densidad de canales de sodio voltaje dependientes. Es mayor en la colina axónica y después se repite en todos los nodos de Ranvier. La clave de que la señal se mantenga sin decremento es la presencia de canales voltaje dependientes de sodio.
38
En la parte superior se representa la atenuación y en la inferior la solución presente en los axones. Una cadena de transmisión donde la señal se regenera en cada punto.
El monigote que está pasmado representa el período refractario, un período de inhibición cuando se ha transmitido un potencial de acción.
39
En la parte superior la información son decremento que se atenúa en las dendritas y el soma. Estas respuestas mediadas por los canales siempre abiertos hacen posible que la corriente haga esos flujos de vuelta. Se cualifican a través de la constante λ. La señal se vuelve 1/3 cada 0,1-1mm de forma exponencial. No tienen umbral, son respuestas graduadas.
Por el contrario, las señales que no se atenúan (potenciales de acción o espigas) dependen de canales voltaje dependientes. Son idénticas en amplitud y duración. Son binarias y tienen umbral. Aparecen primero en la zona de activación y se propagan por el axón. Las dendritas y el soma no producen potenciales de acción. Tienen períodos refractarios. El lugar por donde pasa un potencial de acción queda inútil durante un período muy corto de tiempo para prepararse al siguiente.
Si en un axón mielinizado inyectamos corriente positiva por canales de sodio, esta progresa en ambos sentidos (nosotros solo estudiamos la progresión hacia delante). La resistencia axial se presenta en serie. La corriente avanza y puede atravesar la membrana pero parte de la corriente se invierte en cargar el condensador de membrana. En el siguiente nodo, ocurre lo mismo.
Supongamos que este esquema pertenece a un paciente desmielinizante (enfermedad rara que ataca zonas localizadas como manchas en las que la mielina casi desaparece).
Como la capacidad (véase 33 ) depende de la distancia entre láminas, al acercar el conductor extracelular al intracelular, la capacidad de membrana aumenta y se necesita más carga para el condensador. Esa corriente que se lleva el condensador no progresa y en el siguiente nodo de Ranvier no se produce potencial de acción. Estos pacientes poseen parálisis (limitación motora) progresiva.
40
Hodgkin y Huxley fueron los primeros que establecieron un modelo formal del funcionamiento de la neurona (entre 1952 y 1957). Con sus simulaciones podían predecir la forma los potenciales de acción. Fueron los primeros en diferenciar canales, reconocer que estos eran selectivos y además que algunos de ellos eran voltaje dependientes.
Estudiaban los axones de calamar (0,9-1mm) con dos alambres de oro afilados electrolíticamente registrando corrientes. Gran dificultad para demostrar los canales voltaje dependientes porque no se diferenciaba la causa del efecto. Intentaron comparar las corrientes eliminando uno a uno los iones de los medios intracelular y extracelular y empleando todos los venenos con efectos conocidos sobre el sistema nervioso. Encontraron dos sustancias que bloqueaban los canales de sodio y potasio respectivamente. Elaboraron un dispositivo capaz de mantener el potencial transmembrana en un valor fijo (“clan de voltaje”).
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Este es un esquema de un experimento. Se comprueba en el soma neuronal el potencial transmembrana con una micro pipeta de vidrio unida a un sistema de registro (voltímetro) que mide la diferencia de potencial entre el interior y el exterior (tomando como voltaje de referencia 0V el potencial de la corteza terrestre al enterrar en un pozo con carbón y arena una pica). La pipeta se haya unida a un micro regulador de avance (de paso milimétrico, ya siendo manual o eléctrico) calcula una diferencia de potencial de 0mV mientras la pipeta está fuera de la célula. En el momento en que penetra la célula, mide una diferencia de potencial de -60mV. (Se hace de forma indirecta, la punta de la pipeta no se alcanza a ver ni con un microscopio).
De esta manera cuando pasamos una corriente a través de la membrana, podemos analizar como cambia el potencial transmembrana.
Kirchhoff establece las leyes de las corrientes eléctricas:
Cuando hay varios conductores conectados entre sí, la suma de las corrientes entrantes y salientes al nudo es cero. Σ In = 0 (Las cargas no se acumulan, tienden a repelerse).
Gracias a esto, predecimos el comportamiento de la neurona. Al inducir una corriente esta “escapa” por todos los canales abiertos.
Con otra pipeta pasamos una corriente eléctrica [Amperios, A y submúltiplos nano amperios, nA] mediante un generador de corriente que mueve carga desde fuera al interior de la neurona. Esta carga escapa al exterior por todos los canales (abiertos o activos en reposo).
La corriente la pasamos en forma de pulsos (no de forma continua) de forma que los pulsos positivos al interior se representan históricamente hacia abajo, mediante electrodos de estimulación. Observamos como cambia el voltaje transmembrana.
Ohm estableció una ley que relaciona el voltaje con una corriente de manera que mide al flujo de carga por unidad de tiempo.
“La corriente que pasa por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial e inversamente proporcional a la resistencia que este conductor opone a su paso”. i = ΔV / R; ΔV = i · R
Podemos asumir que la membrana produce cierta resistencia al paso de corriente. Calcularemos lo que cambia el potencial transmembrana. Cuando se aplica una diferencia de potencial positiva se produce una despolarización desde los -60mV hacia los 0mV. Esto provoca un reflujo hacia fuera que produce una diferencia de potencial y de ahí deducimos la resistencia transmembrana. Se obtienen estas gráficas.
Mediremos la altura de la respuesta (la diferencia de potencial) cuando aplicamos un pulso de i1 obteniendo V1. Tras aplicar un pulso mayor i2 y obtener V2, trazamos una recta que atraviesa el origen, donde la resistencia R viene dada por la pendiente. Cuanto más horizontal sea la recta, menor será la pendiente y, por lo tanto, menor será la resistencia.
Cada neurona tiene una resistencia distinta en función de su tamaño (con el modelo de las puertas podemos hacernos una idea. A mayor número de puertas abiertas, con mayor facilidad se entra y sale de una habitación concurrida). Cuando mayor es una neurona, menos resistencia opone al paso de corriente. (El símbolo “oc” se corresponde con la función “directamente proporcional”).
32
Tenemos representados dos posibles modelos (hipotéticos) de la membrana celular. Utilizaremos dos electrodos, uno para medir la diferencia de potencial y otro para pasar una corriente.
Pasamos dos pulsos iguales:
Si el circuito equivalente (resumir todos los canales en un solo componente simbólico) es una resistencia.
Si en el circuito equivalente colocamos también un condensador.
Observamos que para el segundo caso la variación de potencial está deformada de forma que no alcanza instantáneamente el valor máximo si no que tarda cierto tiempo en alcanzarlo y en normalizarse posteriormente.
Llegamos a la conclusión de que la membrana tiene un circuito equivalente formado por una resistencia y una capacidad de condensador en paralelo con ella.
33
Veremos las propiedades de los condensadores:
Los condensadores están formados por dos láminas de un material conductor separadas por un aislante. Entre las dos láminas no se produce corriente eléctrica. A pesar de eso, se carga de energía eléctrica consumiendo electricidad que “pasa” para que se cargue hasta un valor fijo. Este es un proceso momentáneo hasta que el condensador esta completamente cargado tras un período de tiempo. (Un sandwitch entre dos monedas y un celofán).
No todos los condensadores son iguales, se pueden comparar según su capacidad [C] eléctrica (medida en Faradios). Esa se define como el cociente entre la carga acumulada en las láminas del condensador en relación a la diferencia de potencial a la que se somete.
Vamos a comparar dos ecuaciones. Intensidad de corriente, i = C / t. que mide el flujo en culombios por segundo; ΔV = i Δt / C. La diferencia de potencial es una función del tiempo. El voltaje tarda cierto tiempo en alcanzar el valor máximo y cuando se interrumpe la estimulación tarda en volver a cero. (Es como un almacén de carga que causa un retraso en todo el proceso).
El condensador está incluido en la membrana en paralelo, repartido por toda la superficie celular de la neurona. La membrana lípida es el aislante entre dos medios conductores.
Las diferentes gráficas que se producen al paso de una corriente positiva dependen de cuánto se tarda en alcanzar el punto máximo y cuánto se tarde en recuperar el punto inicial. Se produce una persistencia (toda la ventana de tiempo durante la cual el potencial no es normal pero no se produce paso de corriente estimular). El condensador tarda cierto tiempo en cargarse y descargarse. La respuesta será mucho más ancha que el estímulo. (Por ejemplo, la carga de un flash).
Hay otro punto, representado por τ, que es la constante de tiempo.
τ = R · C. (La resistencia transmembrana por la capacidad)
Es el tiempo que transcurre hasta que esta respuesta alcanza el 66% (2/3) de la máxima.
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Esta constante de tiempo tiene dos implicaciones en dos funciones:
Señales que se atenúan en el espacio (en las dendritas y el soma).
Señales que no se atenúan en el espacio (en los axones, donde se regenera).
Los esquemas representan la atenuación temporal (arriba) y la atenuación espacial (abajo).
Si pasamos un pulso rectangular, el pulso persiste mientras se atenúa. Se mide mediante la constante de tiempo. La curva decreciente es simétrica a la creciente.
Atenuación espacial: Similar a la τ, vamos a definir la constante de espacio λ (lambda).
Inducimos corriente en el extremo de una dendrita y registramos a distintas longitudes observando las respuestas consecutivamente más pequeñas (voltios).
Según la ley de Kirchhoff, la corriente escapa por los canales abiertos y el condensador de la membrana. Observamos el circuito equivalente de la membrana celular (NO la dendrita). La resistencia interna se calcula acumulativamente (se van sumando) R = R1 + R2 + …
Cuando pasa corriente, la corriente de vuelta retorna por estos componentes a la vez que va avanzando. La corriente siempre busca el sitio más rápido (como un conductor apresurado) dependiendo de cuál es el camino más fácil. Resistencia axial frente la resistencia transmembrana.
Con el mismo símil, los condensadores son como aparcamientos que acumulan carga (o conductores) y después los devuelven. El parámetro que permite compara esto es λ, la resistencia longitudinal.
Sin capacidad de membrana las neuronas no podrían integrar información.
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Presentamos una simulación por ordenador de un experimento donde vamos a cambiar el potencial transmembrana para ver las respuestas. Al ser un modelo formal, el experimento es mucho más barato y rápido.
Para realizar este experimento usaremos tres estímulos de corriente que repetiremos en tres ensayos cambiando los tres valores de la capacidad de membrana. Calcularemos el efecto del cambio en la capacidad de membrana sobre el potencial transmembrana.
Producimos dos pulsos despolarizantes (corriente eléctrica positiva en el interior de una dendrita) uno a continuación del otro y posteriormente un tercero.
En el primer caso la capacidad de membrana es muy pequeña. Se producen tres despolarizaciones iguales. Las dos primeras idénticas con la forma típica de cuando se interpone un condensador. Se tarda cierto tiempo en alcanzarse el potencial máximo y en normalizarse.
Al aumentar la capacidad de membrana aparece un pico que antes de normalizarse recibe el segundo estímulo produciéndose la sumación, dado que el segundo ocurre casi inmediatamente después. El tercer pulso no se ve afectado.
En el último caso (gran capacidad de membrana) se tarda tanto tiempo en volver al valor inicial que afecta la sumación al tercero de los estímulos.
Gracias a la capacidad de membrana (gracias a que la neurona es un condensador) puede ocurrir sumación de respuesta, que está tras la capacidad de las neuronas de integración de información.
Si la neurona no poseyera capacidad de membrana (prácticamente en el primer caso) no se produciría sumación de respuesta. Esta capacidad puede entenderse como un mecanismo de memoria (una ventana temporal que condiciona la respuesta del estímulo que lo sigue. Cuanto mayor es la capacidad, mayor es la ventana temporal).
Los pulsos rectangulares no son los pulsos típicos neurales, por eso esta onda α (alfa) representa un pulso sináptico y se registra el efecto de este pulso sobre el potencial transmembrana. Durante todo el tiempo que tarda en recuperar la normalidad, otro pulso consecutivo se sumaría.
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Las neuronas son capaces de sumar y restar en el tiempo y el espacio (sumación temporal y sumación espacial).
Un experimento realizado en dos neuronas con una constante de tiempo grande y otra pequeña. (A) simboliza una sinapsis. La interneurona (A) emite dos espigas y se libera neurotransmisor dos veces, abriendo canales ligando dependientes. Se genera una corriente positiva de entrada.
Se registra con un electrodo en el soma de constante de tiempo pequeña (τ = 20ms) dos despolarizaciones iguales no condicionadas.
Con una neurona con constante de tiempo mayor (τ = 100ms) llega la segunda señal antes de la normalización. Se suma en una espiga que se transmite. Sumación temporal: Dos estímulos de entrada se suman porque se produce uno en el mismo sitio y a continuación del otro.
En un segundo caso dos sinapsis en dos dendritas producidas por las interneuronas (A) y (B). Se realiza el experimento a dos neuronas, una con constante de espacio pequeña y otra elevada.
Las señales llegan prácticamente al mismo tiempo pero en lugares distintos. En una neurona de constante de espacio pequeña se producen dos despolarizaciones. En una neurona con constante de espacio elevada se da la sumación espacial: Dos señales que llegan al mismo tiempo en sitios distintos.
Cuando la capacidad de neurona es más grande, se facilita la sumación temporal pero la señal “muere antes”. Se dará menos capacidad de sumación en el espacio.
En el tamaño de la neurona, no se trata de mucho o poco si no de alcanzar la medida justa que corresponde. La evolución ha ido depurando el valor para cada tipo. Es un valor crítico. Si este es mayor o inferior al adecuado, las capacidades se verán mermadas.
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En estos diagramas podemos ver el modelo experimental anterior.
Un tracto de tres sinapsis agrupadas (haces de axones) que ante una estimulación (se necesita usar material más complicado y una diferencia de potencial aproximadamente 10 veces mayor) liberan neurotransmisor produciendo una corriente positiva de entrada.
Se miden diferentes registros. En el segundo se da una atenuación en el espacio. Si registramos antes de la primera vaina de mielina en el axón, vemos la señal como una espiga. La encontramos exactamente igual en todos los nodos de Ranvier. No se atenúa.
En la segunda imagen está representado el umbral para poder producir potenciales de acción. El umbral más bajo está en el segmento inicial de la colina axónica. La segunda línea mide el perfil de la altura de los potenciales. Cuando el potencial supera el umbral es el momento en que se producen los potenciales de acción (uno o varios).
La atenuación es una caída exponencial. ¿Cuál es la causa de que no se atenúe en un axón?, ¿Qué cambia en la membrana?
En la tercera gráfica se representa la densidad de canales de sodio voltaje dependientes. Es mayor en la colina axónica y después se repite en todos los nodos de Ranvier. La clave de que la señal se mantenga sin decremento es la presencia de canales voltaje dependientes de sodio.
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En la parte superior se representa la atenuación y en la inferior la solución presente en los axones. Una cadena de transmisión donde la señal se regenera en cada punto.
El monigote que está pasmado representa el período refractario, un período de inhibición cuando se ha transmitido un potencial de acción.
39
En la parte superior la información son decremento que se atenúa en las dendritas y el soma. Estas respuestas mediadas por los canales siempre abiertos hacen posible que la corriente haga esos flujos de vuelta. Se cualifican a través de la constante λ. La señal se vuelve 1/3 cada 0,1-1mm de forma exponencial. No tienen umbral, son respuestas graduadas.
Por el contrario, las señales que no se atenúan (potenciales de acción o espigas) dependen de canales voltaje dependientes. Son idénticas en amplitud y duración. Son binarias y tienen umbral. Aparecen primero en la zona de activación y se propagan por el axón. Las dendritas y el soma no producen potenciales de acción. Tienen períodos refractarios. El lugar por donde pasa un potencial de acción queda inútil durante un período muy corto de tiempo para prepararse al siguiente.
Si en un axón mielinizado inyectamos corriente positiva por canales de sodio, esta progresa en ambos sentidos (nosotros solo estudiamos la progresión hacia delante). La resistencia axial se presenta en serie. La corriente avanza y puede atravesar la membrana pero parte de la corriente se invierte en cargar el condensador de membrana. En el siguiente nodo, ocurre lo mismo.
Supongamos que este esquema pertenece a un paciente desmielinizante (enfermedad rara que ataca zonas localizadas como manchas en las que la mielina casi desaparece).
Como la capacidad (véase 33 ) depende de la distancia entre láminas, al acercar el conductor extracelular al intracelular, la capacidad de membrana aumenta y se necesita más carga para el condensador. Esa corriente que se lleva el condensador no progresa y en el siguiente nodo de Ranvier no se produce potencial de acción. Estos pacientes poseen parálisis (limitación motora) progresiva.
40
Hodgkin y Huxley fueron los primeros que establecieron un modelo formal del funcionamiento de la neurona (entre 1952 y 1957). Con sus simulaciones podían predecir la forma los potenciales de acción. Fueron los primeros en diferenciar canales, reconocer que estos eran selectivos y además que algunos de ellos eran voltaje dependientes.
Estudiaban los axones de calamar (0,9-1mm) con dos alambres de oro afilados electrolíticamente registrando corrientes. Gran dificultad para demostrar los canales voltaje dependientes porque no se diferenciaba la causa del efecto. Intentaron comparar las corrientes eliminando uno a uno los iones de los medios intracelular y extracelular y empleando todos los venenos con efectos conocidos sobre el sistema nervioso. Encontraron dos sustancias que bloqueaban los canales de sodio y potasio respectivamente. Elaboraron un dispositivo capaz de mantener el potencial transmembrana en un valor fijo (“clan de voltaje”).
sábado, 23 de febrero de 2008
2º Parcial, Parte II
Los canales iónicos son canales de paso debido a que los iones no atraviesan la membrana celular. Son proteínas integrales de la membrana que la atraviesan formadas por subunidades alargadas como un mazo.
La garganta es la parte estrecha. Su diámetro es del diámetro de un ión. Estos iones no están aislados, van acompañados de una corte de moléculas de agua, una cualidad que los canales utilizan para ser selectivos. [En la naturaleza todos los átomos se están moviendo y chocan entre ellos] No todos los canales son iguales. Existen diferentes tipos de canales con distintas propiedades.
Los canales son selectivos: No dejan pasar a las tres especies iónicas con la misma facilidad. No es una selectividad total, pero si fuerte. [Un canal de K deja pasar 100 veces mejor el K que el Na. El canal del Na permite pasar 20 veces mejor el Na que el K]. Como no tienen el mismo diámetro, un canal pequeño no deja pasar un ión grande, pero un canal grande tampoco deja pasar a uno pequeño.
Las moléculas de agua aunque son neutras, son polares, y por lo tanto se sitúan entre las especies iónicas de forma específica. Los iones con carga neta están acompañados de cierto número de moléculas de agua. Esta unión no es permanente ni es fuerte. Se van reemplazando.
20
Canal de potasio (K+): Dentro del canal se encuentran aminoácidos mostrando al canal cierta carga eléctrica. La molécula de agua duda entre acompañar al ión o quedarse en la entrada del canal. Se aproxima a otra carga como la de la pared del canal de este mismo aminoácido y el ión atraviesa el canal sin acompañante.
El sodio (Na+) es más pequeño y va acompañado por más moléculas de agua. La segunda molécula de agua no abandona el ión y entonces no penetra. El ión es rechazado.
Canal de sodio (Na+): En el canal de sodio la distribución en la garganta es distinta. Cuando un ión de potasio se aproxima abandona el agua pero no penetra debido a su diámetro (superior al diámetro de la garganta del canal). El Na al contrario puede perder la molécula y formar otra.
Lo importante no es el diámetro si no la interacción del canal con los iones y el agua que los acompaña.
Los canales están constantemente abriéndose y cerrándose. Aperturas del canal.
21
Esta es una gráfica con u registro real de la corriente que pasa por un canal. [Un trozo de célula se une al extremo de una micro pipeta del grosor de una micra en el fondo de un pocillo de cultivo lleno de una disolución conductora como el cloruro sódico. Con un micro manipulador se forma el sello y se tira. La neurona se rompe y muere. Con suerte hay un trozo de membrana con un solo canal. Se imprime una diferencia de potencial con un generador y se registra la corriente entre el interior de la pipeta y el exterior del canal].
Cada uno de los saltos en la gráfica es la apertura del canal. Son pasos de corriente. El intervalo es de dos segundos.
Las aperturas de los canales son aleatorias, tienen distinto tamaño según el diferente voltaje aplicado. La corriente es muy pequeña, del orden de uno o dos pico amperios (10-9).
[Le entregaron el premio nobel a los investigadores de los años 80 por lo notable de descartar las interferencias residuales (la radio…) sobre valores potenciales bajos].
• En la gráfica está representada la corriente aplicada frente al potencial medido. Cuando un canal muestra esa recta se dice que es un canal ohmico (que cumple la ley de Ohm).
i = ΔV / R
La pendiente de esa recta es la pendiente del canal.
• Hay un tipo de canales que son distintos llamados canales rectificadores. La gráfica esta formada por una curva con la línea quebrada en el origen.
Cuando se aplica la diferencia de potencial se registra una corriente pero cuando se aplica la diferencia de potencial contraria, la corriente de resultado es menor. Dejan pasar mejor en un sentido que en el otro.
Los canales más habituales son los ohmicos.
22
Hay muchos tipos de canales en las células del SN. Hasta ahora se han descubierto 12 diferentes.
1. Canales casi siempre abiertos: Activos en reposo. Con escasos cierres. En las dendritas y el soma fundamentalmente. Son los responsables de las respuestas electrotónicas y potencial transmembrana en reposo (-60 mV).
2. Canales siempre cerrados pero activables: Pueden sufrir aperturas en determinadas circunstancias.
a. Producen dos fenómenos al abrirse:
i. Cambios en el potencial transmembrana.
ii. Disminución de la resistencia transmenbrana.
b. Circunstancias para la apertura:
i. Canales activables por ligandos químicos {a} extracelulares o {b} intracelulares. (por ejemplo neurotransmisores en dendrita o soma).
ii. Canales activables por cambios en el potencial transmembrana. (Acoplamiento entre causa y efecto. Importante en los potenciales de acción en las neuronas). Voltaje dependientes.
iii. Canales activables por deformaciones mecánicas en la superficie de la dendrita. Generan el potencial del receptor.
Dejan pasar el calcio (ión divalente de mayor concentración fuera de la célula). Desencadenan acciones intracelulares.
1. Activación de canales desde dentro.
2. Cambios en el metabolismo intracelular.
3. Liberación del neurotransmisor en el terminal presináptico
4. Contracción de las fibras musculares
23
Regulación: Canales activables o regulables:
• Por un ligando químico que se une a un lugar específico en la cara exterior del canal. Unión de milisegundos (entra y sale).
• Por un ligando intracelular (en este caso un grupo fosfato). La configuración de la proteína cambia y se abre el canal. La fosforilación mediada por dos enemas: {a} Uno fosforila y {b} otro desfosforila. Mayor tiempo.
• Voltaje dependientes: Por un cambio en la polaridad abren el canal.
• Canales anclados que se abren con deformaciones en la célula.
24
Estados: Solo en algunos canales importantes.
1. Cerrado
2. Abierto
3. Refractario: Cerrado pero no responde al estímulo que le indica. No se deja abrir.
Dos mecanismos para alcanzar el tercer estado:
• Por tiempo: El canal mantiene determinado tiempo el flujo cerrado (En los canales voltaje dependientes, sobretodo el sodio). Del orden de un milisegundo. Es una secuencia temporal, una vez el ciclo se termina queda listo para abrirse de nuevo.
• Por unión a un ligando intracelular que actúa sobre ellos de forma que no responde:
o El calcio
o Intracelularmente:
Fosforilado (Cerrado pero puede abrirse).
Desfosforilado (Refractario)
Los canales presentan dos gargantas, los cierres refractarios son por mecanismos distintos. Se pueden cerrar los canales por dos sitios simultáneamente.
25
Unión a ligandos: Solo afectan a los ligando dependientes. (Relación como la llave y la cerradura). Configuración específica. Algunas veces no es absoluta y se puede engañar con una sustancia que produce el mismo efecto o el antagónico.
• Un agonista endógeno hace lo mismo.
• Un antagonista hace lo contrario.
o Antagonista reversible o competitivo: es una sustancia química que se pone en el lugar del agonista e impide que el agonista actúe. (Fármacos y curae, usado para cazar grandes animales en Suramérica).
1. Proceso reversible: La unión al cabo de un tiempo desaparece (el animal si no es recogido por el cazador se recupera)
2. Procesos irreversibles: (como poner silicona o un palillo en la cerradura) Inutiliza el canal de forma irreversible. (En casos de depredadores en la naturaleza, parálisis).
Algunos ligandos cooperan y otros actúan de forma negativa.
26
Modelos formales: Permiten hacer predicciones. No siempre es posible, pero sí es muy útil.
En el esquema, un modelo de una neurona en un medio extracelular. Tanto fuera como dentro solamente va a haber cloruro potásico. Un electrolito que se disocia en disolución (iones).
La membrana tiene que ser muy especial porque es solamente permeable al potasio. Los iones de cloro o el agua no pueden atravesarla.
La concentración del electrolito es mayor dentro que fuera. El cloro no puede atravesar la membrana (simbolizado con la flecha).
• Equilibrio en física se refiere a que el flujo en un sentido es igual al flujo en el sentido contrario. En consecuencia el flujo neto es cero.
• Potencial electroestático: Se medirá entre dentro y fuera. [Φ] Es la magnitud que nos permite evaluar el trabajo de mover una carga eléctrica unitaria de un punto a otro del espacio. [mV].
El K+ se mueve sin direcciones preferentes pero va a haber un flujo neto hacia fuera. Como tiene carga, el flujo neto de carga positiva será de dentro hacia fuera. En consecuencia el medio extracelular se va a volver positivo respecto el interior. Si el exterior se vuelve positivo, como las cargas se repelen, se va a producir una dificultad en el flujo hasta detenerse alcanzando un equilibrio para el potasio.
El voltímetro medirá una diferencia de potencial dado que in medio es positivo respecto al otro. Equilibrio y polaridad es permanente (indefinido).
Los físicos descubrieron que hay una magnitud física capaz de medir el punto de equilibrio denominada potencial electroquímico.
Nos interesa el del K+ porque es el único que se puede mover. El valor de ese potencial en las dos fases (dentro y fuera) es lo que determina el flujo neto ({a} Entrada, {b} cero y {c} salida).
• Cuando el potencial electroquímico es igual dentro que fuera, el flujo es cero.
• Cuando el potencial dentro es diferente que fuera, existe flujo.
La diferencia de potencial entre el interior y el exterior lo llamaremos potencial transmembrana [Vm]
27
Para saber de qué depende el potencial electroquímico analizaremos los tres sumandos de la ecuación.
1. Potencial de referencia (en la temperatura se toma 0ºC como referencia, en un mapa de redes de carreteras es el Km 0). Se obtiene experimentalmente.
2. R -- es la constante universal de los gases
T -- es la temperatura
ln [ K+ ] -- es el logaritmo neperiano de la concentración de potasio. La cantidad de potasio en el medio. ( 2,7a = b; a = ln (b) ).
3. Z -- es la valencia del ión. (El número de cargas elementales en K es ¡ positivo). Es una característica del ión, no cambia.
F -- Constante de Faraday
Φ -- Potencial electroestático: Trabajo que cuesta llevar una carga de un punto a otro.
A la derecha tenemos la lista de variables que van a influir. Los factores que determinan el valor del potencial electroquímico.
Podemos usar la fórmula en el equilibrio electroquímico para obtener la fórmula del valor del potencial cuando el flujo se detiene, viendo que depende de la temperatura y del logaritmo del cociente de concentraciones iniciales. Ecuación de Nerst.
Podemos aplicarlo a una neurona resultando el potencial de equilibrio del K+ -97mV.
Si este valor y el valor del potencial transmembrana no coinciden, podemos concluir que el potasio no está en equilibrio, entra y sale de forma continua.
Además debemos de tener en cuenta que esta ecuación no es exacta, es un modelo que nos ofrece un resultado del mismo orden de magnitud pero sin más firmeza. Veremos posteriormente el porqué.
Calculamos una relación entre el potencial transmembrana y las concentraciones. Mientras:
• El potencial transmembrana es mayor que el potencial de equilibrio, la especie iónica sale.
• El potencial transmembrana es menor que el potencial de equilibrio, la especie iónica entra.
La marca en el eje indica la frontera del potencial para que el K+ salga o entre (por los canales siempre abiertos).
Para un ión negativo, encontraremos una condición simétrica.
28
En la barra están los valores típicos (no son constantes pero sí aproximados en todas las neuronas). En el modelo de neurona se representa el caso del potencial transmembrana de -60mV, con los canales y el flujo iónico. Son flujos permanentes. Si este flujo es constante, las neuronas tienen que gastar energía (ATP) en mantener estas concentraciones. (Bomba de sodio-potasio…) Gasto energético muy importante.
29
La ecuación de Goldman (1940) Es un modelo estacionario porque predice el valor del potencial transmembrana cuando la neurona está en reposo. No coincide con el de equilibrio. Potencial transmembrana estacionario. (“estacionario” significa que no hay cambios, a diferencia de “equilibrio” que significa permanente).
Utiliza la magnitud permeabilidad referida a cada una de las tres especies iónicas. ES una magnitud que cuantifica la facilidad con que una sustancia atraviesa una membrana.
Hay más canales de potasio y oponen menos resistencia que de cloro, el potencial también depende de 10 variables.
Las ecuaciones sirven para predecir. Tenemos el modelo completo. (Hay que tener en cuenta que la concentración del cloro es externa).
¿Si aumenta la permeabilidad? Determinada por el número de canales abierto, puede aumentar hasta 1000 veces dentro de la actividad normal de las neuronas. Entonces uno de los sumandos de hace mucho mayor y llegando a ser lo suficientemente grande como para despreciar los otros dos. Entonces, se parece a la ecuación de Nernst.
Cuando una especie de canales se abren el potencial transmembrana se a al potencial de equilibrio de esa especie. No llega a coincidir pero se aproxima mucho. (En el caso del Na+ hasta -40mV.) El potencial de acción de los canales determina el valor del potencial transmembrana.
La garganta es la parte estrecha. Su diámetro es del diámetro de un ión. Estos iones no están aislados, van acompañados de una corte de moléculas de agua, una cualidad que los canales utilizan para ser selectivos. [En la naturaleza todos los átomos se están moviendo y chocan entre ellos] No todos los canales son iguales. Existen diferentes tipos de canales con distintas propiedades.
Los canales son selectivos: No dejan pasar a las tres especies iónicas con la misma facilidad. No es una selectividad total, pero si fuerte. [Un canal de K deja pasar 100 veces mejor el K que el Na. El canal del Na permite pasar 20 veces mejor el Na que el K]. Como no tienen el mismo diámetro, un canal pequeño no deja pasar un ión grande, pero un canal grande tampoco deja pasar a uno pequeño.
Las moléculas de agua aunque son neutras, son polares, y por lo tanto se sitúan entre las especies iónicas de forma específica. Los iones con carga neta están acompañados de cierto número de moléculas de agua. Esta unión no es permanente ni es fuerte. Se van reemplazando.
20
Canal de potasio (K+): Dentro del canal se encuentran aminoácidos mostrando al canal cierta carga eléctrica. La molécula de agua duda entre acompañar al ión o quedarse en la entrada del canal. Se aproxima a otra carga como la de la pared del canal de este mismo aminoácido y el ión atraviesa el canal sin acompañante.
El sodio (Na+) es más pequeño y va acompañado por más moléculas de agua. La segunda molécula de agua no abandona el ión y entonces no penetra. El ión es rechazado.
Canal de sodio (Na+): En el canal de sodio la distribución en la garganta es distinta. Cuando un ión de potasio se aproxima abandona el agua pero no penetra debido a su diámetro (superior al diámetro de la garganta del canal). El Na al contrario puede perder la molécula y formar otra.
Lo importante no es el diámetro si no la interacción del canal con los iones y el agua que los acompaña.
Los canales están constantemente abriéndose y cerrándose. Aperturas del canal.
21
Esta es una gráfica con u registro real de la corriente que pasa por un canal. [Un trozo de célula se une al extremo de una micro pipeta del grosor de una micra en el fondo de un pocillo de cultivo lleno de una disolución conductora como el cloruro sódico. Con un micro manipulador se forma el sello y se tira. La neurona se rompe y muere. Con suerte hay un trozo de membrana con un solo canal. Se imprime una diferencia de potencial con un generador y se registra la corriente entre el interior de la pipeta y el exterior del canal].
Cada uno de los saltos en la gráfica es la apertura del canal. Son pasos de corriente. El intervalo es de dos segundos.
Las aperturas de los canales son aleatorias, tienen distinto tamaño según el diferente voltaje aplicado. La corriente es muy pequeña, del orden de uno o dos pico amperios (10-9).
[Le entregaron el premio nobel a los investigadores de los años 80 por lo notable de descartar las interferencias residuales (la radio…) sobre valores potenciales bajos].
• En la gráfica está representada la corriente aplicada frente al potencial medido. Cuando un canal muestra esa recta se dice que es un canal ohmico (que cumple la ley de Ohm).
i = ΔV / R
La pendiente de esa recta es la pendiente del canal.
• Hay un tipo de canales que son distintos llamados canales rectificadores. La gráfica esta formada por una curva con la línea quebrada en el origen.
Cuando se aplica la diferencia de potencial se registra una corriente pero cuando se aplica la diferencia de potencial contraria, la corriente de resultado es menor. Dejan pasar mejor en un sentido que en el otro.
Los canales más habituales son los ohmicos.
22
Hay muchos tipos de canales en las células del SN. Hasta ahora se han descubierto 12 diferentes.
1. Canales casi siempre abiertos: Activos en reposo. Con escasos cierres. En las dendritas y el soma fundamentalmente. Son los responsables de las respuestas electrotónicas y potencial transmembrana en reposo (-60 mV).
2. Canales siempre cerrados pero activables: Pueden sufrir aperturas en determinadas circunstancias.
a. Producen dos fenómenos al abrirse:
i. Cambios en el potencial transmembrana.
ii. Disminución de la resistencia transmenbrana.
b. Circunstancias para la apertura:
i. Canales activables por ligandos químicos {a} extracelulares o {b} intracelulares. (por ejemplo neurotransmisores en dendrita o soma).
ii. Canales activables por cambios en el potencial transmembrana. (Acoplamiento entre causa y efecto. Importante en los potenciales de acción en las neuronas). Voltaje dependientes.
iii. Canales activables por deformaciones mecánicas en la superficie de la dendrita. Generan el potencial del receptor.
Dejan pasar el calcio (ión divalente de mayor concentración fuera de la célula). Desencadenan acciones intracelulares.
1. Activación de canales desde dentro.
2. Cambios en el metabolismo intracelular.
3. Liberación del neurotransmisor en el terminal presináptico
4. Contracción de las fibras musculares
23
Regulación: Canales activables o regulables:
• Por un ligando químico que se une a un lugar específico en la cara exterior del canal. Unión de milisegundos (entra y sale).
• Por un ligando intracelular (en este caso un grupo fosfato). La configuración de la proteína cambia y se abre el canal. La fosforilación mediada por dos enemas: {a} Uno fosforila y {b} otro desfosforila. Mayor tiempo.
• Voltaje dependientes: Por un cambio en la polaridad abren el canal.
• Canales anclados que se abren con deformaciones en la célula.
24
Estados: Solo en algunos canales importantes.
1. Cerrado
2. Abierto
3. Refractario: Cerrado pero no responde al estímulo que le indica. No se deja abrir.
Dos mecanismos para alcanzar el tercer estado:
• Por tiempo: El canal mantiene determinado tiempo el flujo cerrado (En los canales voltaje dependientes, sobretodo el sodio). Del orden de un milisegundo. Es una secuencia temporal, una vez el ciclo se termina queda listo para abrirse de nuevo.
• Por unión a un ligando intracelular que actúa sobre ellos de forma que no responde:
o El calcio
o Intracelularmente:
Fosforilado (Cerrado pero puede abrirse).
Desfosforilado (Refractario)
Los canales presentan dos gargantas, los cierres refractarios son por mecanismos distintos. Se pueden cerrar los canales por dos sitios simultáneamente.
25
Unión a ligandos: Solo afectan a los ligando dependientes. (Relación como la llave y la cerradura). Configuración específica. Algunas veces no es absoluta y se puede engañar con una sustancia que produce el mismo efecto o el antagónico.
• Un agonista endógeno hace lo mismo.
• Un antagonista hace lo contrario.
o Antagonista reversible o competitivo: es una sustancia química que se pone en el lugar del agonista e impide que el agonista actúe. (Fármacos y curae, usado para cazar grandes animales en Suramérica).
1. Proceso reversible: La unión al cabo de un tiempo desaparece (el animal si no es recogido por el cazador se recupera)
2. Procesos irreversibles: (como poner silicona o un palillo en la cerradura) Inutiliza el canal de forma irreversible. (En casos de depredadores en la naturaleza, parálisis).
Algunos ligandos cooperan y otros actúan de forma negativa.
26
Modelos formales: Permiten hacer predicciones. No siempre es posible, pero sí es muy útil.
En el esquema, un modelo de una neurona en un medio extracelular. Tanto fuera como dentro solamente va a haber cloruro potásico. Un electrolito que se disocia en disolución (iones).
La membrana tiene que ser muy especial porque es solamente permeable al potasio. Los iones de cloro o el agua no pueden atravesarla.
La concentración del electrolito es mayor dentro que fuera. El cloro no puede atravesar la membrana (simbolizado con la flecha).
• Equilibrio en física se refiere a que el flujo en un sentido es igual al flujo en el sentido contrario. En consecuencia el flujo neto es cero.
• Potencial electroestático: Se medirá entre dentro y fuera. [Φ] Es la magnitud que nos permite evaluar el trabajo de mover una carga eléctrica unitaria de un punto a otro del espacio. [mV].
El K+ se mueve sin direcciones preferentes pero va a haber un flujo neto hacia fuera. Como tiene carga, el flujo neto de carga positiva será de dentro hacia fuera. En consecuencia el medio extracelular se va a volver positivo respecto el interior. Si el exterior se vuelve positivo, como las cargas se repelen, se va a producir una dificultad en el flujo hasta detenerse alcanzando un equilibrio para el potasio.
El voltímetro medirá una diferencia de potencial dado que in medio es positivo respecto al otro. Equilibrio y polaridad es permanente (indefinido).
Los físicos descubrieron que hay una magnitud física capaz de medir el punto de equilibrio denominada potencial electroquímico.
Nos interesa el del K+ porque es el único que se puede mover. El valor de ese potencial en las dos fases (dentro y fuera) es lo que determina el flujo neto ({a} Entrada, {b} cero y {c} salida).
• Cuando el potencial electroquímico es igual dentro que fuera, el flujo es cero.
• Cuando el potencial dentro es diferente que fuera, existe flujo.
La diferencia de potencial entre el interior y el exterior lo llamaremos potencial transmembrana [Vm]
27
Para saber de qué depende el potencial electroquímico analizaremos los tres sumandos de la ecuación.
1. Potencial de referencia (en la temperatura se toma 0ºC como referencia, en un mapa de redes de carreteras es el Km 0). Se obtiene experimentalmente.
2. R -- es la constante universal de los gases
T -- es la temperatura
ln [ K+ ] -- es el logaritmo neperiano de la concentración de potasio. La cantidad de potasio en el medio. ( 2,7a = b; a = ln (b) ).
3. Z -- es la valencia del ión. (El número de cargas elementales en K es ¡ positivo). Es una característica del ión, no cambia.
F -- Constante de Faraday
Φ -- Potencial electroestático: Trabajo que cuesta llevar una carga de un punto a otro.
A la derecha tenemos la lista de variables que van a influir. Los factores que determinan el valor del potencial electroquímico.
Podemos usar la fórmula en el equilibrio electroquímico para obtener la fórmula del valor del potencial cuando el flujo se detiene, viendo que depende de la temperatura y del logaritmo del cociente de concentraciones iniciales. Ecuación de Nerst.
Podemos aplicarlo a una neurona resultando el potencial de equilibrio del K+ -97mV.
Si este valor y el valor del potencial transmembrana no coinciden, podemos concluir que el potasio no está en equilibrio, entra y sale de forma continua.
Además debemos de tener en cuenta que esta ecuación no es exacta, es un modelo que nos ofrece un resultado del mismo orden de magnitud pero sin más firmeza. Veremos posteriormente el porqué.
Calculamos una relación entre el potencial transmembrana y las concentraciones. Mientras:
• El potencial transmembrana es mayor que el potencial de equilibrio, la especie iónica sale.
• El potencial transmembrana es menor que el potencial de equilibrio, la especie iónica entra.
La marca en el eje indica la frontera del potencial para que el K+ salga o entre (por los canales siempre abiertos).
Para un ión negativo, encontraremos una condición simétrica.
28
En la barra están los valores típicos (no son constantes pero sí aproximados en todas las neuronas). En el modelo de neurona se representa el caso del potencial transmembrana de -60mV, con los canales y el flujo iónico. Son flujos permanentes. Si este flujo es constante, las neuronas tienen que gastar energía (ATP) en mantener estas concentraciones. (Bomba de sodio-potasio…) Gasto energético muy importante.
29
La ecuación de Goldman (1940) Es un modelo estacionario porque predice el valor del potencial transmembrana cuando la neurona está en reposo. No coincide con el de equilibrio. Potencial transmembrana estacionario. (“estacionario” significa que no hay cambios, a diferencia de “equilibrio” que significa permanente).
Utiliza la magnitud permeabilidad referida a cada una de las tres especies iónicas. ES una magnitud que cuantifica la facilidad con que una sustancia atraviesa una membrana.
Hay más canales de potasio y oponen menos resistencia que de cloro, el potencial también depende de 10 variables.
Las ecuaciones sirven para predecir. Tenemos el modelo completo. (Hay que tener en cuenta que la concentración del cloro es externa).
¿Si aumenta la permeabilidad? Determinada por el número de canales abierto, puede aumentar hasta 1000 veces dentro de la actividad normal de las neuronas. Entonces uno de los sumandos de hace mucho mayor y llegando a ser lo suficientemente grande como para despreciar los otros dos. Entonces, se parece a la ecuación de Nernst.
Cuando una especie de canales se abren el potencial transmembrana se a al potencial de equilibrio de esa especie. No llega a coincidir pero se aproxima mucho. (En el caso del Na+ hasta -40mV.) El potencial de acción de los canales determina el valor del potencial transmembrana.
viernes, 15 de febrero de 2008
2º Parcial, Parte I
Psicobioloxía – (2º Parcial)
Neurociencia y conducta – Kandel
Medical Physicology – Boron
E. sensoriales SNC (info. uso propio) Comportamientos + Respuestas motoras
Todo gracias a los principios de funcionamiento de las neuronas, comunes en todo el conjunto del SN.
Los modelos son comunes a todas las ciencias. Herramientas de conocimiento con tres características: Representación, explicación y son herramientas predictivas. No todos los modelos son perfectos/completos. Algunos solo poseen una o dos propiedades.
Tienen una motivación ética en PS o MED. Algunos experimentos por ser invasivos pueden dañar el SN y se hacen de forma indirecta sobre modelos (como pueden ser otros seres vivos).
Ejemplo: Las neuronas son células que no se reponen. Son únicas en la vida y si se destruyen no se recuperan. Por la contra, la piel se regenera completamente cada pocos meses.
Los experimentos agresivos sobre otros SV tienen finalidad experimental, los registros con SH tienen una finalidad únicamente curativa y en casos especiales.
Ventajas de los modelos:
1. Control de las variables
2. Rapidez (p.Ej: Fenómenos sobre maduración del SN. En moscas el ciclo vital es únicamente de varias semanas).
3. Costo (Modelos más económicos).
4. Seguridad (Algunos experimentos pueden ser peligrosos).
Modelos físicos: Representación tangible (Modelos experimentales), tienen sus propias reglas de funcionamiento y son muy similares al SH en alguna de sus características. Animales, cultivos celulares, mutaciones sobre animales, maquetas, etc.
Modelos conceptuales: Son una representación + explicación. Son intangibles.
Creados por el hombre con las reglas de comportamiento que queramos imponerles. Esquemas.
Modelos formales: Son una herramienta predictiva. Son modelos conceptuales donde las reglas de comportamiento forman parte de sistemas deductivos. Matemáticas, lenguaje de programación.
A través del método matemático: Axiomas deductivos. Su inconveniente es que es necesario el dominio de ese sistema deductivo.
Sistema Nervioso (SN)
• Central (SNC): Sus axones no pueden regenerarse y la neurona muere
o Encefalo
o Médula espinal
o Retina
• Periférico (SNP): Sus axones en algunos casos sí se pueden regenerar.
o Ganglios raquídeos
o Receptores sensoriales
o Nervios
• Autónomo (SNA): Controla las repuestas vegetativas.
o Sistema simpático
o Sistema parasimpático
|| 4 ||
Células del sistema nervioso:
• Neuronas: Responsables del manejo de la información.
• Células gliales: glía = unión.
o Microglía: Células de la sangre producidas en la médula de los huesos y que se han aposentado en el SN. Función inmunitaria.
o Macroglía: Producidas durante el desarrollo en el SN.
Célula de Schwan
Astrositos
Oligodendrocitos
Neuronas: Células independientes.
• Similitudes con otras:
o Estructuras subcelulares
o Funciones metabolicas
o Distribución de iones (común a todas las células animales)
• Diferencias:
o Metabolismo muy elevado (solo similar en el músculo del miocardio y la corteza renal)
o Las neuronas no se reproducen en la etapa adulta. No entran en mitosis.
o Son células especializadas en la comunicación (incluso para sus funciones vitales) “rasgo romántico” según Navarro.
o Están rodeadas por diferente medio extracelular al resto.
No contiene aminoácidos, proteínas o macromoléculas.
• Algunos aminoácidos son neurotransmisores. El contacto con las células del SN es interpretado como una señal sináptica. “Locura neuronal”
• Algunas proteínas son capaces de afectar a receptores neuronales. “Recinto aislado de ruidos”
• Algunos antibióticos son macromoléculas. En caso de infección no llegan al tejido.
Menor potasio que en el resto del organismo y en niveles muy constantes.
La actividad de los astrositos, barrera hematoencefálica y la composición del liquido céfalo-raquídeo tienen como objetivo aislar al SN de estas moléculas.
|| 12 ||
El peso cerebral equivale al 2% del peso total del organismo. Además el SNC:
• Consume el 15% del flujo sanguíneo
• Consume el 20% del oxígeno
• Consume el 50% de la glucosa
|| 5 ||
Células gliales: Son de diez a cincuenta veces más numerosas y no participan en el procesamiento de la información. Sus funciones son:
• Dan consistencia mecánica al tejido nervioso (no posee proteínas).
• Producen mielina que se sitúa en espiral sobre los axones de las neuronas. La mielina en los axones es un producto evolutivo. Aumenta la velocidad de propagación en los axones. Las células productoras son:
o Oligodendrocitos en el SNC
o Células de Schwann en el SNP
• Retiran los restos celulares por fagocitosis
• Captan sustancias químicas del medio extracelular.
o El glutanato es un aminoácido que se libera en las neuronas por el Terminal pre-sináptico. Casi la totalidad se recupera, aun así el que se pierde es retirado por los astrositos. (Es un neurotransmisor)
o Iones de K+ y H+
• Guían a las neuronas durante el desarrollo del SN. (Neurona -> Axón -> Neurona) en unas conexiones que se mantienen de por vida.
• Los astrositos promueven la barrera hematoencefálica
• Participan y colaboran en la nutrición de la neurona.
o Lactato: Suministrado a las neuronas.
o Glutamina: Precursor del glutanato que funciona como neurotransmisor.
|| 6 ||
Tipos de células gliales:
• Astrocitos: Las hay en mayor número que las neuronas, intercambian polilactato, glutamina… Tienen forma de estrella, estructura constante entre las neuronas y capilares. Inducen en el endoterio (pared capilar) engrosamiento, funciones encimáticas, y eliminan huecos. Modifican la estructura del capilar formando la barrera hematoencefálica. Separan el fluido extracapilar del fluido intracapilar. Contactos sobre el cuerpo de las neuronas y hoquedades con centros de sinapsis en el interior.
• Oligodendrocitas: Ramificadas, más pequeñas.[El SNC esta formado por la “sustancia blanca” donde hay axones y la “sustancia gris” donde hay neuronas]. Muy cercanas a la neurona pero sin tocarla. Producen mielina sobre los axones en el SNC (hasta 15).
• Células de Schwann: En el SNP proporciona mielina solo a su axon.
[La mielina no es continua. Forma como vainas con espacios al descubierto (Nodo de Ranvier). Su tamaño es de entre 1 y 1,5 milímetros]
[El endoterio es la última y única capa capilar: Tiene pequeños agujeros, huecos entre el espacio capilar y el exterior (fenestrados) que permiten el paso de macromoléculas (proteinas, vitaminas, vacterias, virus, fármacos…)]
[|| 7 ||En el SNC los pies terminales del astrosito abrazan los capilares haciendo que estos no sean fenestrados. No permiten el paso de macromoléculas. Mayor espesor de la pared capilar. Abundantes mitocondrias (mucha energía metabólica). Contacto con las células con broche formando una barrera impidiendo el paso de sustancias. El paso de estas sustancias se hace a traves de transportadores celulares (proteinas y otros). Esto se denomina barrera hematoencefálica].
|| 8 ||
Líquido cefaloraquídeo: En el interior de la caja craneana.
[Caja craneana contiene: Encefalo, cerebelo y tallo encefálico]. La superficie del cerebro (sustancia gris) está en contacto con este líquido.
El cerebro posee flotabilidad casi nula. El peso sobre la base del cerebro apenas es de unos pocos gramos (colchón de agua). Mecánicamente protector de los golpes.
Este líquido se produce en el interior del cerebro en los ventrículos.
Es absorbido por los vasos venosos y reexpulsado. Parte del líquido sigue canalizado por la médula hacia todo el SNC.
Se produce en el techo de los arcos. En total son aproximadamente 180 cm cúbicos. (30 en conductos, 150 en superficie). Se renueva constantemente 3 o 4 veces al día.
|| 10 ||
Plexo coroideo: Son los capilares fenestrados donde se produce el LCR, en un epiterio (celula). Los ventrículos están tapizados por células ependimarias.
• Las celulas epiteriales donde se produce el LCR no permiten el paso de grandes moléculas como en los capilares del SN. (Filtrado).
• Las células ependimarias separan dos líquidos de la misma composición dentro del SN. Capilares con barrera hematoencefálica. (99,9% del SNC)
• Pequeñas zonas (1 o 2 milimetros cúbicos) cerca del acueducto (Zonas Reriacueductuales) Zonas de tejido nervioso atravesadas por capilares fenestrados para conocer el tipo de material extracelular del resto del cuerpo. (“expias neuronales”). Para no ensuciar los ventrículos existen barreras hematoencefálicas de células ependimarias. La zona está rodeada de astrositos.
El LCR sale a la superficie es reabsorvido.
|| 13 ||
Prototipo de neurona: Tiene la zona con núcleo más engrosada (soma) desde donde emite prolongaciones.
• El soma contiene el núcleo, el aparato de Goldi, ribosomas y mitocondrias. Su tamaño es aproximadamente de 20 a 50 nanómetros de diámetro. Son células pequeñas con forma piramidal o generalmente esféricas.
• Hay dos tipos de prolongaciones:
o Dendritas: Generalmente se presentan varias y muy ramificadas (del griego árbol. Estudiado por el español Cajal y el italiano Goldi). Son menores que los axones y hasta centímetros más gruesas que el axón. Nunca están mielinizadas.
o Axón: Solamente hay uno que rara vez se divide en dos. Es de longitud variable hasta 1,5 metros o 50 nanómetros. Su diámetro es de 0,2 nanómetros, excepto excepcionalmente cuando puede ser de 20 nanómetros.
Cono de arranque o colina axónica: Funcionalmente distinta al resto del axón que generalmente está cubierto por vainas de mielina con interrupciones en los llamados nodos de Ranvier.
[En el humano existen axones sin mielina en varios casos particulares].
Final de axón: Terminación presináptica en proximidad del soma de otras células. Terminaciones axómicas sobre la superficie del soma o extremos de las dendritas (contactos sinápticos).
Velocidades de transmisión: Variables. Las máximas se presentan en los axones con mielina o en función de su mayor grosor. Desde 3,6 Km/h hasta 360 Km/h.
[Cajal (premio Nobel) estudió la especificidad en las conexiones y la polaridad dinámica].
- En el SH existen alrededor de 1011 neuronas. Las conexiones específicas estudian cómo una neurona en un lugar concreto recibe y emite a dos neuronas concretas. La información siempre viaja en la dirección dendritas – soma – axón. (Excepto en casos concretos de la retina)
- Entre el contacto presináptico y postsináptico (de especies superiores) NO existe contacto físico. Solamente hay una aproximación.
|| 14 ||
Variedades morfológicas:
• Neuronas unipolares: No las hay en el SH ni en animales vertebrados superiores. Sí en insectos y moluscos. Aparecen en los estados embrionarios.
• Neuronas bipolares: Poseen dos prolongaciones. En el SH solo se encuentran en la retina dentro del tejido fotorreceptor como son: los conos, los bastones y las capas posteriores.
• Células pseudomonopolares/unipolares: La prolongación se divide en dos inmediatamente. (Prolongación en T). El axón aumenta mientras la dendrita disminuye. Solo se encuentran en los ganglios raquídeos (dos cadenas de ganglios q los lados de la médula espinal). Son sensoriales, transmiten la información hasta el tallo cerebral. Tienen las dendritas y axón más largos del SH. Se ramifican en los extremos.
• Células multipolares:
o Motoneurona espinal: Tiene forma de erizo con un número variable. El soma se encuentra en la médula y el axón está en contacto sináptico con músculos de contracción voluntaria. Reciben 8000 sinapsis en dendritas y 2000 sinapsis en el soma.
o Célula piramidal: Se encuentran en la corteza cerebral. Tienen una dendrita principal que termina en ramificaciones horizontales y un plano inferior de dendritas. En algunas el axón emite hasta tres colaterales (la del ejemplo en concreto, recurrente) cubiertas de espinas (cobertura rugosa) que son terminaciones para recibir sinapsis.
o Célula de Purkinje: Se encuentran en la corteza del cerebelo. Lanzan un árbol dendrítico con la forma de un plano. Poseen una inmensa capacidad de integración con alrededor de 150.000 entradas.
Importante: Las dendritas son el soporte por donde reciben información. Cuantas más dendritas y más ramificadas, más información reciben.
|| 15 ||
Interneuronas: Llevan información desde un sitio a otro.
En todas las neuronas hay cuatro zonas funcionales:
1. Entrada: El punto de acceso sináptico de la información.
2. Activación: Lugar donde la neurona una única respuesta.
3. Conducción: Estructura que lleva la información a otro sitio. No sufre transformación la información.
4. Salida: Lugar por donde esa neurona comunica ese mensaje a otras neuronas.
• Neurona pseudomonopolar: Neurona sensorial. Es la única excepción a la mielina, que, en este caso, cubre el axón y la dendrita (única).
o Entrada: Terminaciones en la piel, músculo o tendones (o algunas veces libres, entre células o fibras musculares) o en receptores (células especializadas en señales).
o Activación: Segmento inicial antes de la primera vaina de mielina. Donde se elabora la señal a transmitir.
o Transmisión: Dendrita y axón.
o Salida: Sinapsis y axón (médula o tronco cerebral).
• Motoneurona espinal:
o Entrada: Dendritas y soma. (Recibe sinapsis)
o Activación: Colina axónica (zona de arranque) y trozo hasta la primera vaina de mielina. Donde elabora el mensaje de salida.
o Conducción: Todo el axón mielinizado.
o Salida: Sinapsis sobre los músculos de contracción voluntaria.
• Interneuronas: Están en la corteza cerebral en núcleos o agrupaciones en el SNC. Transmiten la información a células próximas.
• Interneuronas de proyección: Conectan núcleos entre si.
• Célula neuroendocrina: Situadas en la hipofísis (pocas en la base del craneo).
o Entrada: Dendrita y soma.
o Activación: Colina axónica y principio antes de la primera vaina de mielina.
o Salida: Terminaciones presinápticas sobre un capilar sanguineo. Señal química que llega a lugares fuera del SN. (Ejemplo: Mecanismo de concentración de orina en el riñón).
Señales que pueden ser registradas en los segmentos: Son oscilaciones en el potencial transmembranal. Los ejes son calibrados en milisegundos. Muy rápidas.
• Zona de conducción: Potenciales de acción (Espigas). Son muy fugaces (como chispazos).
• Zona de salida: Es la liberación de una sustancia química (neurotransmisor) o si es un capilar, una hormona.
El 90% de las neuronas son interneuronas de ambos tipos.
|| 16 ||
Conceptos relacionados con la información en el SN:
• Señal: Oscilación controlada de algún parámetro físico. En las neuronas es el potencial transmembrana.
El interior de la célula es eléctricamente negativo respecto del exterior (60mV).
En la neurona este potencial oscila para ser interpretado por otra neurona diferente.
o Amplitud [mV]: Altura de la señal en la gráfica
o Duración [ms]: Longitud en la gráfica. Puede ser desde 1ms hasta 50ms.
o Frecuencia [Hz, osc/s]: (1) Numero de señales que puede transmitir (o cantidad de oscilaciones en un segundo) y (2) las frecuencias que componen la oscilación (cuanto de abrupta es la subida o la bajada).
• Transcripción: Cambio de una magnitud física en otra. Fundamentalmente en los órganos sensoriales. (Ejemplo: El termómetro, donde la longitud de la columna de mercurio significa una temperatura).
[En los receptores sensoriales del tacto en la piel se mide la fuerza newtoniana que se traduce a un cambio en el potencial transmembrana. También en la retina la intensidad de la luz y la frecuencia lumínica induce cambios en el potencial transmembrana].
• Una transcripción es posible y fiel cuando estas dos magnitudes están en función lineal, permitiéndonos obtener fácilmente un dato proporcional (Teorema de tales).
• En los órganos se presenta lo conocido como saturación. A partir de una acción que supera cierto nivel (nivel de saturación) un incremento de cierta cantidad en la entrada, no produce efecto sobre la salida. Se produce la saturación de entrada. Todos los órganos de los sentidos y la piel son saturables.
Algunos órganos se acomodan. Nuestros receptores dejan de transmitir una señal aunque persista la entrada. [Los fotorreceptores de la retina no acomodan. El SN siempre recibe una respuesta].
Con la acomodación responden frente a los cambios en la cualidad del estimulo. Notifican la información más importante. El valor absoluto no importa, solo su cambio (proceso adaptativo preparatorio por evolución).
[El peso de la ropa. El olfato donde cuando un olor se mantiene durante mucho tiempo dejamos de percibirlo.]
• Campo receptor: Es el área en la que una neurona recibe respuesta. [En la piel o retina es una superficie sencilla. Un punto luminoso produce un cambio en el receptor de una o varias neuronas. Otro ejemplo son las frecuencias sonoras en algunas neuronas (1000 – 1.152Hz). La neurona no responde si es estimulada fuera del intervalo].
Algunas neuronas presentan zona de inhibición y zona de activación (en la piel y retina).
• Codificación: Un mensaje cambia de alfabeto. (En el lenguaje Morse las letras cambian a puntos y rayas). A pesar de que en el SH sucede constantemente, todavía no se conocen todos los códigos.
o Intensidad::frecuencia: La neurona codifica la intensidad en un código de frecuencias. A mayor intensidad, mayor frecuencia. [Por ejemplo, una neurona sensorial en un campo receptor. Si una fuerza permanece constante en un período de tiempo, esa señal transmitida es una espiga (por ejemplo 30Hz).
Cuando el estímulo cesa, se deja de transmitir.
Si volvemos a estimular con una fuerza mayor esta neurona transmitira una señal de mayor frecuencia (por ejemplo 100-150Hz)].
• Transmisión o conducción :
o Atenuación: Algunas veces el medio absorbe la información y esta se atenúa.
Espacial: Cuanta mayor distancia exista, peor será la interpretación de la señal (el caso de la linterna. Sucede en las dendritas y en el soma, pero no se da en los axones).
Temporal: Es el suceso de extinción de la señal en el lugar donde se produce. Produce una forma característica en el tiempo. [Por ejemplo, la desaparición lenta de la luz al apagar una lámpara de filamento incandescente frente a la rápida desaparición de la luz en una barra fluorescente].
o Velocidad de la información: Es muy variable, desde los 3,6Km/h hasta los 360Km/h.
• Integración: Las neuronas no solo transportan información, si no que también obtienen un resultado distinto de las entradas (la generan) a través de dos operaciones:
o Sumación espacial (suma y resta algebraica): Diferentes señales simultaneas en un árbol dendrítico.
o Sumación temporal: Mecanismo de integración que suma la respuesta a una señal de entrada a otra que se produce después (dentro de unos límites). Es un mecanismo subyacente a la memoria a nivel celular o membranal.
[Algunas neuronas parecen capaces de dividir, aunque no todas. De momento no se conoce ninguna neurona con la capacidad de multiplicar].
|| 17 ||
Circuito neuronal (para comunicarse):
El “circuito mínimo” es el conocido “arco reflejo miotático”, relacionado con el SN en el músculo. Para que exista función neuronal son como mínimo necesarias dos neuronas. En este caso hay dos neuronas con otras dos acopladas a ellas.
En el SNC, la rama aferente es la de entrada de información y la rama eferente la de salida de esta.
Todos los músculos de contracción voluntaria están sometidos a este proceso (excepto la contracción muscular extrínseca del ojo). En el interior del huso neuromuscular, una fibra arrollada en espiral alrededor de una fibra muscular es un órgano sensorial que informa al SN del grado de acortamiento que tiene el músculo.
Una dendrita que entra en la médula y hace sinapsis con una motoneurona que manda un axón e inerva el músculo del que le llega la información. Al golpear el tendón de la rótula, este experimenta un tirón sobre la rótula. La señal transmitida llega a la sinapsis y la respuesta de la motoneurona es la contracción del músculo.
Además de la aferente, la eferente también estimula una interneurona local inhibitoria, produciendo una inhibición sobre la motoneurona próxima del músculo antagonista. Esa inhibición no la transmite, solamente deja de operar brevemente, permitiendo el estiramiento del músculo antagonista de forma que se evita una oscilación. [Íntimamente relacionado con el control postral].
Este es un mecanismo de control y corrección sobre la tracción de cualquier músculo en animales superiores para el mantenimiento clásico y dinámico de la postura. (Un empujón en un maniquí lo hará caer, mientras que a una persona no). Cada pequeña acción produce una reacción (andando, en el autobús…) en todos los músculos excepto en la musculatura extrínseca del ojo. El SNC al hacer un movimiento controlado “modula” este arco reflejo.
• Divergencia: Una información que procede de un sitio se abre en estrella y se manda a varios sitios. En este caso cada fibra aferente sensorial alcanza hasta 500 motoneuronas.
• Convergencia: Una motoneurona recibe información de varias fibras sensoriales. En este caso, como mucho, recibe 50 fibras sensoriales.
Las posibilidades de comunicación son casi infinitas al haber 100.000 millones de neuronas en el SN.
|| 18 ||
Las señales en el SN son diferentes al potencial transmembrana. Nunca se han medido. Éticamente no se puede hacer en el SH, pero sí en simios y neuronas aisladas en cultivos (desde -60mV hasta -67mV, siendo el interior negativo respecto el exterior. No es un valor muy firme, aunque siempre ronda los -60mV).
- En las gráficas, el tiempo se mide en (ms) y la intensidad de las señales en (mV). La línea base indica -65mV y los picos alcanzan entre -50mV hasta -30mV. Cuando se van a cero, existe una despolarización. Cuando son negativas, se denomina hiperpolarización. A mayor estímulo, mayor despolarización.
- Umbral: Es la frontera que si se traspasa permite que se produzca respuesta. En el caso contrario, no se produce tal respuesta. Si dicho umbral no existe, cualquier señal por pequeña que sea siempre produce respuesta.
- Codificación: Mide solamente con una letra, si existe potencial.
[Un ejemplo puede ser una neurona sensorial de tacto y presión, donde una fuerza produce una variación del potencial transmembrana generando una transducción.
(+) A mayor intensidad, se producen más espigas con mayor frecuencia, liberando mayor cantidad de neurotransmisor en el mismo tiempo.
(=)Manteniendo la misma intensidad durante un mayor período de tiempo, se produce una acomodación. La frecuencia es la misma pero va bajando poco a poco en el tiempo. Como resultado se libera más neurotransmisor en más tiempo bajando poco a poco el ritmo].
|| 19 ||
Modelo de un canal iónico: Todas las células animales y vegetales están polarizadas pero en las neuronas, en específico, esta polarización cambia. Tiene que haber cargas eléctricas (iones). Estos iones implicados son:
• Sodio, Na+
• Potasio, K+ (siempre).
Ambos monovalentes positivos.
• Cloro, Cl- Monovalente negativo.
Estos iones proceden de la disociación al diluir el cloruro sódico (NaCl)
En todas las membranas biológicas, las sustancias con carga no pueden pasar, excepto por los canales, unas estructuras formadas por cadenas de proteínas (como varillas) formadas por cinco subunidades agrupadas formando un mazo con un hueco o canal.
• Boca del canal (1-2nm)
• Membrana celular: Doble capa de lípidos (7nm)
• Cuello de botella: Zona estrecha en la garganta del canal (0,1-0,5nm)
Permiten el paso del potasio (0.2nm), sodio (0,1nm), cloro (0,1nm), y moléculas de agua (forma de trébol, con 0,2nm en su zona mayor). Pasan de uno en uno y en fila india.
[Descubierto por Hopkin y Husner (británicos y premios Nobel). En 1980 un japonés clonó un canal]
Es una teoría difícil de aceptar, dado que los canales, si son tan estrechos, frenarían el paso y flujo iónicos. Sin embargo, los iones por un canal pasan a velocidad de 1millón/segundo. Esta teoría es incompatible con las fuerzas de fricción.
En respuesta se ha descubierto que la cara interna del canal está tapizada de cargas eléctricas. Los iones son atraídos y la energía cinética se dirige en el eje del canal. (Es como una pista de patinaje, no tiene rozamiento).
Neurociencia y conducta – Kandel
Medical Physicology – Boron
E. sensoriales SNC (info. uso propio) Comportamientos + Respuestas motoras
Todo gracias a los principios de funcionamiento de las neuronas, comunes en todo el conjunto del SN.
Los modelos son comunes a todas las ciencias. Herramientas de conocimiento con tres características: Representación, explicación y son herramientas predictivas. No todos los modelos son perfectos/completos. Algunos solo poseen una o dos propiedades.
Tienen una motivación ética en PS o MED. Algunos experimentos por ser invasivos pueden dañar el SN y se hacen de forma indirecta sobre modelos (como pueden ser otros seres vivos).
Ejemplo: Las neuronas son células que no se reponen. Son únicas en la vida y si se destruyen no se recuperan. Por la contra, la piel se regenera completamente cada pocos meses.
Los experimentos agresivos sobre otros SV tienen finalidad experimental, los registros con SH tienen una finalidad únicamente curativa y en casos especiales.
Ventajas de los modelos:
1. Control de las variables
2. Rapidez (p.Ej: Fenómenos sobre maduración del SN. En moscas el ciclo vital es únicamente de varias semanas).
3. Costo (Modelos más económicos).
4. Seguridad (Algunos experimentos pueden ser peligrosos).
Modelos físicos: Representación tangible (Modelos experimentales), tienen sus propias reglas de funcionamiento y son muy similares al SH en alguna de sus características. Animales, cultivos celulares, mutaciones sobre animales, maquetas, etc.
Modelos conceptuales: Son una representación + explicación. Son intangibles.
Creados por el hombre con las reglas de comportamiento que queramos imponerles. Esquemas.
Modelos formales: Son una herramienta predictiva. Son modelos conceptuales donde las reglas de comportamiento forman parte de sistemas deductivos. Matemáticas, lenguaje de programación.
A través del método matemático: Axiomas deductivos. Su inconveniente es que es necesario el dominio de ese sistema deductivo.
Sistema Nervioso (SN)
• Central (SNC): Sus axones no pueden regenerarse y la neurona muere
o Encefalo
o Médula espinal
o Retina
• Periférico (SNP): Sus axones en algunos casos sí se pueden regenerar.
o Ganglios raquídeos
o Receptores sensoriales
o Nervios
• Autónomo (SNA): Controla las repuestas vegetativas.
o Sistema simpático
o Sistema parasimpático
|| 4 ||
Células del sistema nervioso:
• Neuronas: Responsables del manejo de la información.
• Células gliales: glía = unión.
o Microglía: Células de la sangre producidas en la médula de los huesos y que se han aposentado en el SN. Función inmunitaria.
o Macroglía: Producidas durante el desarrollo en el SN.
Célula de Schwan
Astrositos
Oligodendrocitos
Neuronas: Células independientes.
• Similitudes con otras:
o Estructuras subcelulares
o Funciones metabolicas
o Distribución de iones (común a todas las células animales)
• Diferencias:
o Metabolismo muy elevado (solo similar en el músculo del miocardio y la corteza renal)
o Las neuronas no se reproducen en la etapa adulta. No entran en mitosis.
o Son células especializadas en la comunicación (incluso para sus funciones vitales) “rasgo romántico” según Navarro.
o Están rodeadas por diferente medio extracelular al resto.
No contiene aminoácidos, proteínas o macromoléculas.
• Algunos aminoácidos son neurotransmisores. El contacto con las células del SN es interpretado como una señal sináptica. “Locura neuronal”
• Algunas proteínas son capaces de afectar a receptores neuronales. “Recinto aislado de ruidos”
• Algunos antibióticos son macromoléculas. En caso de infección no llegan al tejido.
Menor potasio que en el resto del organismo y en niveles muy constantes.
La actividad de los astrositos, barrera hematoencefálica y la composición del liquido céfalo-raquídeo tienen como objetivo aislar al SN de estas moléculas.
|| 12 ||
El peso cerebral equivale al 2% del peso total del organismo. Además el SNC:
• Consume el 15% del flujo sanguíneo
• Consume el 20% del oxígeno
• Consume el 50% de la glucosa
|| 5 ||
Células gliales: Son de diez a cincuenta veces más numerosas y no participan en el procesamiento de la información. Sus funciones son:
• Dan consistencia mecánica al tejido nervioso (no posee proteínas).
• Producen mielina que se sitúa en espiral sobre los axones de las neuronas. La mielina en los axones es un producto evolutivo. Aumenta la velocidad de propagación en los axones. Las células productoras son:
o Oligodendrocitos en el SNC
o Células de Schwann en el SNP
• Retiran los restos celulares por fagocitosis
• Captan sustancias químicas del medio extracelular.
o El glutanato es un aminoácido que se libera en las neuronas por el Terminal pre-sináptico. Casi la totalidad se recupera, aun así el que se pierde es retirado por los astrositos. (Es un neurotransmisor)
o Iones de K+ y H+
• Guían a las neuronas durante el desarrollo del SN. (Neurona -> Axón -> Neurona) en unas conexiones que se mantienen de por vida.
• Los astrositos promueven la barrera hematoencefálica
• Participan y colaboran en la nutrición de la neurona.
o Lactato: Suministrado a las neuronas.
o Glutamina: Precursor del glutanato que funciona como neurotransmisor.
|| 6 ||
Tipos de células gliales:
• Astrocitos: Las hay en mayor número que las neuronas, intercambian polilactato, glutamina… Tienen forma de estrella, estructura constante entre las neuronas y capilares. Inducen en el endoterio (pared capilar) engrosamiento, funciones encimáticas, y eliminan huecos. Modifican la estructura del capilar formando la barrera hematoencefálica. Separan el fluido extracapilar del fluido intracapilar. Contactos sobre el cuerpo de las neuronas y hoquedades con centros de sinapsis en el interior.
• Oligodendrocitas: Ramificadas, más pequeñas.[El SNC esta formado por la “sustancia blanca” donde hay axones y la “sustancia gris” donde hay neuronas]. Muy cercanas a la neurona pero sin tocarla. Producen mielina sobre los axones en el SNC (hasta 15).
• Células de Schwann: En el SNP proporciona mielina solo a su axon.
[La mielina no es continua. Forma como vainas con espacios al descubierto (Nodo de Ranvier). Su tamaño es de entre 1 y 1,5 milímetros]
[El endoterio es la última y única capa capilar: Tiene pequeños agujeros, huecos entre el espacio capilar y el exterior (fenestrados) que permiten el paso de macromoléculas (proteinas, vitaminas, vacterias, virus, fármacos…)]
[|| 7 ||En el SNC los pies terminales del astrosito abrazan los capilares haciendo que estos no sean fenestrados. No permiten el paso de macromoléculas. Mayor espesor de la pared capilar. Abundantes mitocondrias (mucha energía metabólica). Contacto con las células con broche formando una barrera impidiendo el paso de sustancias. El paso de estas sustancias se hace a traves de transportadores celulares (proteinas y otros). Esto se denomina barrera hematoencefálica].
|| 8 ||
Líquido cefaloraquídeo: En el interior de la caja craneana.
[Caja craneana contiene: Encefalo, cerebelo y tallo encefálico]. La superficie del cerebro (sustancia gris) está en contacto con este líquido.
El cerebro posee flotabilidad casi nula. El peso sobre la base del cerebro apenas es de unos pocos gramos (colchón de agua). Mecánicamente protector de los golpes.
Este líquido se produce en el interior del cerebro en los ventrículos.
Es absorbido por los vasos venosos y reexpulsado. Parte del líquido sigue canalizado por la médula hacia todo el SNC.
Se produce en el techo de los arcos. En total son aproximadamente 180 cm cúbicos. (30 en conductos, 150 en superficie). Se renueva constantemente 3 o 4 veces al día.
|| 10 ||
Plexo coroideo: Son los capilares fenestrados donde se produce el LCR, en un epiterio (celula). Los ventrículos están tapizados por células ependimarias.
• Las celulas epiteriales donde se produce el LCR no permiten el paso de grandes moléculas como en los capilares del SN. (Filtrado).
• Las células ependimarias separan dos líquidos de la misma composición dentro del SN. Capilares con barrera hematoencefálica. (99,9% del SNC)
• Pequeñas zonas (1 o 2 milimetros cúbicos) cerca del acueducto (Zonas Reriacueductuales) Zonas de tejido nervioso atravesadas por capilares fenestrados para conocer el tipo de material extracelular del resto del cuerpo. (“expias neuronales”). Para no ensuciar los ventrículos existen barreras hematoencefálicas de células ependimarias. La zona está rodeada de astrositos.
El LCR sale a la superficie es reabsorvido.
|| 13 ||
Prototipo de neurona: Tiene la zona con núcleo más engrosada (soma) desde donde emite prolongaciones.
• El soma contiene el núcleo, el aparato de Goldi, ribosomas y mitocondrias. Su tamaño es aproximadamente de 20 a 50 nanómetros de diámetro. Son células pequeñas con forma piramidal o generalmente esféricas.
• Hay dos tipos de prolongaciones:
o Dendritas: Generalmente se presentan varias y muy ramificadas (del griego árbol. Estudiado por el español Cajal y el italiano Goldi). Son menores que los axones y hasta centímetros más gruesas que el axón. Nunca están mielinizadas.
o Axón: Solamente hay uno que rara vez se divide en dos. Es de longitud variable hasta 1,5 metros o 50 nanómetros. Su diámetro es de 0,2 nanómetros, excepto excepcionalmente cuando puede ser de 20 nanómetros.
Cono de arranque o colina axónica: Funcionalmente distinta al resto del axón que generalmente está cubierto por vainas de mielina con interrupciones en los llamados nodos de Ranvier.
[En el humano existen axones sin mielina en varios casos particulares].
Final de axón: Terminación presináptica en proximidad del soma de otras células. Terminaciones axómicas sobre la superficie del soma o extremos de las dendritas (contactos sinápticos).
Velocidades de transmisión: Variables. Las máximas se presentan en los axones con mielina o en función de su mayor grosor. Desde 3,6 Km/h hasta 360 Km/h.
[Cajal (premio Nobel) estudió la especificidad en las conexiones y la polaridad dinámica].
- En el SH existen alrededor de 1011 neuronas. Las conexiones específicas estudian cómo una neurona en un lugar concreto recibe y emite a dos neuronas concretas. La información siempre viaja en la dirección dendritas – soma – axón. (Excepto en casos concretos de la retina)
- Entre el contacto presináptico y postsináptico (de especies superiores) NO existe contacto físico. Solamente hay una aproximación.
|| 14 ||
Variedades morfológicas:
• Neuronas unipolares: No las hay en el SH ni en animales vertebrados superiores. Sí en insectos y moluscos. Aparecen en los estados embrionarios.
• Neuronas bipolares: Poseen dos prolongaciones. En el SH solo se encuentran en la retina dentro del tejido fotorreceptor como son: los conos, los bastones y las capas posteriores.
• Células pseudomonopolares/unipolares: La prolongación se divide en dos inmediatamente. (Prolongación en T). El axón aumenta mientras la dendrita disminuye. Solo se encuentran en los ganglios raquídeos (dos cadenas de ganglios q los lados de la médula espinal). Son sensoriales, transmiten la información hasta el tallo cerebral. Tienen las dendritas y axón más largos del SH. Se ramifican en los extremos.
• Células multipolares:
o Motoneurona espinal: Tiene forma de erizo con un número variable. El soma se encuentra en la médula y el axón está en contacto sináptico con músculos de contracción voluntaria. Reciben 8000 sinapsis en dendritas y 2000 sinapsis en el soma.
o Célula piramidal: Se encuentran en la corteza cerebral. Tienen una dendrita principal que termina en ramificaciones horizontales y un plano inferior de dendritas. En algunas el axón emite hasta tres colaterales (la del ejemplo en concreto, recurrente) cubiertas de espinas (cobertura rugosa) que son terminaciones para recibir sinapsis.
o Célula de Purkinje: Se encuentran en la corteza del cerebelo. Lanzan un árbol dendrítico con la forma de un plano. Poseen una inmensa capacidad de integración con alrededor de 150.000 entradas.
Importante: Las dendritas son el soporte por donde reciben información. Cuantas más dendritas y más ramificadas, más información reciben.
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Interneuronas: Llevan información desde un sitio a otro.
En todas las neuronas hay cuatro zonas funcionales:
1. Entrada: El punto de acceso sináptico de la información.
2. Activación: Lugar donde la neurona una única respuesta.
3. Conducción: Estructura que lleva la información a otro sitio. No sufre transformación la información.
4. Salida: Lugar por donde esa neurona comunica ese mensaje a otras neuronas.
• Neurona pseudomonopolar: Neurona sensorial. Es la única excepción a la mielina, que, en este caso, cubre el axón y la dendrita (única).
o Entrada: Terminaciones en la piel, músculo o tendones (o algunas veces libres, entre células o fibras musculares) o en receptores (células especializadas en señales).
o Activación: Segmento inicial antes de la primera vaina de mielina. Donde se elabora la señal a transmitir.
o Transmisión: Dendrita y axón.
o Salida: Sinapsis y axón (médula o tronco cerebral).
• Motoneurona espinal:
o Entrada: Dendritas y soma. (Recibe sinapsis)
o Activación: Colina axónica (zona de arranque) y trozo hasta la primera vaina de mielina. Donde elabora el mensaje de salida.
o Conducción: Todo el axón mielinizado.
o Salida: Sinapsis sobre los músculos de contracción voluntaria.
• Interneuronas: Están en la corteza cerebral en núcleos o agrupaciones en el SNC. Transmiten la información a células próximas.
• Interneuronas de proyección: Conectan núcleos entre si.
• Célula neuroendocrina: Situadas en la hipofísis (pocas en la base del craneo).
o Entrada: Dendrita y soma.
o Activación: Colina axónica y principio antes de la primera vaina de mielina.
o Salida: Terminaciones presinápticas sobre un capilar sanguineo. Señal química que llega a lugares fuera del SN. (Ejemplo: Mecanismo de concentración de orina en el riñón).
Señales que pueden ser registradas en los segmentos: Son oscilaciones en el potencial transmembranal. Los ejes son calibrados en milisegundos. Muy rápidas.
• Zona de conducción: Potenciales de acción (Espigas). Son muy fugaces (como chispazos).
• Zona de salida: Es la liberación de una sustancia química (neurotransmisor) o si es un capilar, una hormona.
El 90% de las neuronas son interneuronas de ambos tipos.
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Conceptos relacionados con la información en el SN:
• Señal: Oscilación controlada de algún parámetro físico. En las neuronas es el potencial transmembrana.
El interior de la célula es eléctricamente negativo respecto del exterior (60mV).
En la neurona este potencial oscila para ser interpretado por otra neurona diferente.
o Amplitud [mV]: Altura de la señal en la gráfica
o Duración [ms]: Longitud en la gráfica. Puede ser desde 1ms hasta 50ms.
o Frecuencia [Hz, osc/s]: (1) Numero de señales que puede transmitir (o cantidad de oscilaciones en un segundo) y (2) las frecuencias que componen la oscilación (cuanto de abrupta es la subida o la bajada).
• Transcripción: Cambio de una magnitud física en otra. Fundamentalmente en los órganos sensoriales. (Ejemplo: El termómetro, donde la longitud de la columna de mercurio significa una temperatura).
[En los receptores sensoriales del tacto en la piel se mide la fuerza newtoniana que se traduce a un cambio en el potencial transmembrana. También en la retina la intensidad de la luz y la frecuencia lumínica induce cambios en el potencial transmembrana].
• Una transcripción es posible y fiel cuando estas dos magnitudes están en función lineal, permitiéndonos obtener fácilmente un dato proporcional (Teorema de tales).
• En los órganos se presenta lo conocido como saturación. A partir de una acción que supera cierto nivel (nivel de saturación) un incremento de cierta cantidad en la entrada, no produce efecto sobre la salida. Se produce la saturación de entrada. Todos los órganos de los sentidos y la piel son saturables.
Algunos órganos se acomodan. Nuestros receptores dejan de transmitir una señal aunque persista la entrada. [Los fotorreceptores de la retina no acomodan. El SN siempre recibe una respuesta].
Con la acomodación responden frente a los cambios en la cualidad del estimulo. Notifican la información más importante. El valor absoluto no importa, solo su cambio (proceso adaptativo preparatorio por evolución).
[El peso de la ropa. El olfato donde cuando un olor se mantiene durante mucho tiempo dejamos de percibirlo.]
• Campo receptor: Es el área en la que una neurona recibe respuesta. [En la piel o retina es una superficie sencilla. Un punto luminoso produce un cambio en el receptor de una o varias neuronas. Otro ejemplo son las frecuencias sonoras en algunas neuronas (1000 – 1.152Hz). La neurona no responde si es estimulada fuera del intervalo].
Algunas neuronas presentan zona de inhibición y zona de activación (en la piel y retina).
• Codificación: Un mensaje cambia de alfabeto. (En el lenguaje Morse las letras cambian a puntos y rayas). A pesar de que en el SH sucede constantemente, todavía no se conocen todos los códigos.
o Intensidad::frecuencia: La neurona codifica la intensidad en un código de frecuencias. A mayor intensidad, mayor frecuencia. [Por ejemplo, una neurona sensorial en un campo receptor. Si una fuerza permanece constante en un período de tiempo, esa señal transmitida es una espiga (por ejemplo 30Hz).
Cuando el estímulo cesa, se deja de transmitir.
Si volvemos a estimular con una fuerza mayor esta neurona transmitira una señal de mayor frecuencia (por ejemplo 100-150Hz)].
• Transmisión o conducción :
o Atenuación: Algunas veces el medio absorbe la información y esta se atenúa.
Espacial: Cuanta mayor distancia exista, peor será la interpretación de la señal (el caso de la linterna. Sucede en las dendritas y en el soma, pero no se da en los axones).
Temporal: Es el suceso de extinción de la señal en el lugar donde se produce. Produce una forma característica en el tiempo. [Por ejemplo, la desaparición lenta de la luz al apagar una lámpara de filamento incandescente frente a la rápida desaparición de la luz en una barra fluorescente].
o Velocidad de la información: Es muy variable, desde los 3,6Km/h hasta los 360Km/h.
• Integración: Las neuronas no solo transportan información, si no que también obtienen un resultado distinto de las entradas (la generan) a través de dos operaciones:
o Sumación espacial (suma y resta algebraica): Diferentes señales simultaneas en un árbol dendrítico.
o Sumación temporal: Mecanismo de integración que suma la respuesta a una señal de entrada a otra que se produce después (dentro de unos límites). Es un mecanismo subyacente a la memoria a nivel celular o membranal.
[Algunas neuronas parecen capaces de dividir, aunque no todas. De momento no se conoce ninguna neurona con la capacidad de multiplicar].
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Circuito neuronal (para comunicarse):
El “circuito mínimo” es el conocido “arco reflejo miotático”, relacionado con el SN en el músculo. Para que exista función neuronal son como mínimo necesarias dos neuronas. En este caso hay dos neuronas con otras dos acopladas a ellas.
En el SNC, la rama aferente es la de entrada de información y la rama eferente la de salida de esta.
Todos los músculos de contracción voluntaria están sometidos a este proceso (excepto la contracción muscular extrínseca del ojo). En el interior del huso neuromuscular, una fibra arrollada en espiral alrededor de una fibra muscular es un órgano sensorial que informa al SN del grado de acortamiento que tiene el músculo.
Una dendrita que entra en la médula y hace sinapsis con una motoneurona que manda un axón e inerva el músculo del que le llega la información. Al golpear el tendón de la rótula, este experimenta un tirón sobre la rótula. La señal transmitida llega a la sinapsis y la respuesta de la motoneurona es la contracción del músculo.
Además de la aferente, la eferente también estimula una interneurona local inhibitoria, produciendo una inhibición sobre la motoneurona próxima del músculo antagonista. Esa inhibición no la transmite, solamente deja de operar brevemente, permitiendo el estiramiento del músculo antagonista de forma que se evita una oscilación. [Íntimamente relacionado con el control postral].
Este es un mecanismo de control y corrección sobre la tracción de cualquier músculo en animales superiores para el mantenimiento clásico y dinámico de la postura. (Un empujón en un maniquí lo hará caer, mientras que a una persona no). Cada pequeña acción produce una reacción (andando, en el autobús…) en todos los músculos excepto en la musculatura extrínseca del ojo. El SNC al hacer un movimiento controlado “modula” este arco reflejo.
• Divergencia: Una información que procede de un sitio se abre en estrella y se manda a varios sitios. En este caso cada fibra aferente sensorial alcanza hasta 500 motoneuronas.
• Convergencia: Una motoneurona recibe información de varias fibras sensoriales. En este caso, como mucho, recibe 50 fibras sensoriales.
Las posibilidades de comunicación son casi infinitas al haber 100.000 millones de neuronas en el SN.
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Las señales en el SN son diferentes al potencial transmembrana. Nunca se han medido. Éticamente no se puede hacer en el SH, pero sí en simios y neuronas aisladas en cultivos (desde -60mV hasta -67mV, siendo el interior negativo respecto el exterior. No es un valor muy firme, aunque siempre ronda los -60mV).
- En las gráficas, el tiempo se mide en (ms) y la intensidad de las señales en (mV). La línea base indica -65mV y los picos alcanzan entre -50mV hasta -30mV. Cuando se van a cero, existe una despolarización. Cuando son negativas, se denomina hiperpolarización. A mayor estímulo, mayor despolarización.
- Umbral: Es la frontera que si se traspasa permite que se produzca respuesta. En el caso contrario, no se produce tal respuesta. Si dicho umbral no existe, cualquier señal por pequeña que sea siempre produce respuesta.
- Codificación: Mide solamente con una letra, si existe potencial.
[Un ejemplo puede ser una neurona sensorial de tacto y presión, donde una fuerza produce una variación del potencial transmembrana generando una transducción.
(+) A mayor intensidad, se producen más espigas con mayor frecuencia, liberando mayor cantidad de neurotransmisor en el mismo tiempo.
(=)Manteniendo la misma intensidad durante un mayor período de tiempo, se produce una acomodación. La frecuencia es la misma pero va bajando poco a poco en el tiempo. Como resultado se libera más neurotransmisor en más tiempo bajando poco a poco el ritmo].
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Modelo de un canal iónico: Todas las células animales y vegetales están polarizadas pero en las neuronas, en específico, esta polarización cambia. Tiene que haber cargas eléctricas (iones). Estos iones implicados son:
• Sodio, Na+
• Potasio, K+ (siempre).
Ambos monovalentes positivos.
• Cloro, Cl- Monovalente negativo.
Estos iones proceden de la disociación al diluir el cloruro sódico (NaCl)
En todas las membranas biológicas, las sustancias con carga no pueden pasar, excepto por los canales, unas estructuras formadas por cadenas de proteínas (como varillas) formadas por cinco subunidades agrupadas formando un mazo con un hueco o canal.
• Boca del canal (1-2nm)
• Membrana celular: Doble capa de lípidos (7nm)
• Cuello de botella: Zona estrecha en la garganta del canal (0,1-0,5nm)
Permiten el paso del potasio (0.2nm), sodio (0,1nm), cloro (0,1nm), y moléculas de agua (forma de trébol, con 0,2nm en su zona mayor). Pasan de uno en uno y en fila india.
[Descubierto por Hopkin y Husner (británicos y premios Nobel). En 1980 un japonés clonó un canal]
Es una teoría difícil de aceptar, dado que los canales, si son tan estrechos, frenarían el paso y flujo iónicos. Sin embargo, los iones por un canal pasan a velocidad de 1millón/segundo. Esta teoría es incompatible con las fuerzas de fricción.
En respuesta se ha descubierto que la cara interna del canal está tapizada de cargas eléctricas. Los iones son atraídos y la energía cinética se dirige en el eje del canal. (Es como una pista de patinaje, no tiene rozamiento).
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