This document is published on the web.
Your document is publicly viewable at: http://docs.google.com/Doc?id=dhndtxsm_1d7k4s4fm
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”).
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”).
Suscribirse a:
Comentarios (Atom)
