Fisiología del nervio. Propiedades de los nervios.

Fisiología de la sinapsis, fenómenos eléctricos y

químicos

Milder Ayón SarmientoFMV-UNMSM

El tejido nervioso formado por 2 tipos de células:

· Neuronas: Varias formas y tamaños. recibe y transmite impulsos nerviosos.

· Neuroglias: Células ayudan en funciones vitales a neurona (sostén, nutrición, defensa, etc.)

FISIOLOGÍA DEL NERVIO

Neuroglias: Son 10-50 veces más numerosas que las neuronas y las rodean

·Astroglia: Núcleo ovoide, grande, cromatina laxa. Sostén y nutrición de las neuronas.

·Oligodendroglia: Núcleo esférico, cromatina laxa. Sintetiza mielina a nivel del SNC.

·Microglia: Núcleo alargado, cromatina regularmente densa. Fagocitosis, es el macrófago del sistema nervioso central.

·Célula ependimaria: Núcleo ovoide, basal, cromatina laxa, con el eje mayor perpendicular a la lámina basal. Facilita el desplazamiento del líquido cefalorraquídeo a través del conducto ependimario (células cilíndricas ciliadas).

·Célula del plexo coroideo: Núcleo esférico, central, cromatina laxa. Sintetiza líquido cefalorraquídeo, a nivel de los plexos coroideos, en los ventrículos cerebrales. Forma parte de la barrera hematoencefálica.

·Célula de Schwann: Núcleo ovoide, cromatina laxa. Sintetiza mielina en el sistema nervioso periférico.

·Célula satélite: Núcleo ovoide, central, cromatina laxa. Sostiene, protege y nutre a las células ganglionares de los ganglios raquídeos.

PARTES DE UNA NEURONA

Una neurona está compuesta por: Las dendritas, El cuerpo celular o soma y El axón•Las dendritas son las que reciben la información.

•En el axón se generan los potenciales de acción.

•La interacción axón-dendrita o axón-axón o axón-soma se establece por medio de la sinapsis.

Un impulso nervioso proveniente de un axón inicia en la sinapsis el impulso que se conducirá a través de la dendrita, soma o axón de una segunda neurona.

• Neuronas Pseudounipolares:- (ejemplo: células del ganglio basal

dorsal). estas células tienen dosaxones . Un axón se extiendecentralmente hacia la médulaespinal, y el otro lo hace hacia lapiel o el músculo.

• Neuronas Bipolares:- Tienen dos procesos que se

extienden desde el soma: células dela retina, células del epitelioolfativo).

• Neuronas Multipolares:- Tienen muchos procesos que salen

del soma. Sin embargo, cadaneurona sólo tiene un axón(ejemplos: neuronas motorasmedulares, neuronas piramidales,células de Purkinje).

Clasificación de neuronas según el número de extensiones que

salen del cuerpo celular:

·Células piriformes: capa media corteza de cerebelo.

·Células piramidales: corteza de cerebro.

·Células estrelladas: asta anterior de la sustancia gris de médula espinal.

·Células grano: corteza de cerebelo.

·Células en cesta: corteza de cerebelo.

·Células musgosas: corteza de cerebelo.

La neuronas según su forma toma diferentes nombres:

Nervio

Nervios: conjuntos de axones agrupados en manojos separados y envueltos por tejido conectivo.

La envoltura más externa se denomina epineuro, formado por fibroblastos y fibras colágenas y elásticas.

Prolongaciones del epineuro hacia la profundidad del nervio envuelven manojos de axones formando tabiques denominados perineuro.

La vaina de tejido conectivo más interna, que envuelve separadamente a cada axón se denomina endoneuro. Está separado de la membrana plasmática del axón por una estructura similar a una membrana basal.

Actividad neuronal

Los lípidos de membrana son barreras para el paso de sustancias hidrosolubles. Las proteínas forman canales, hacen transporte activo, son receptores celulares. Las glicoproteínas identifican a otras células como integrantes del individuo o como extrañas (inmunoreacción). Por lo tanto, la estructura de las membranas depende de los lípidos y las funciones de las proteínas.

MEMBRANA CELULAR

COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DE LA BICAPA

Cabeza

hidrofílica

Cola

hidrofóbica

AGUA

AGUA

Las membranas no forman unafase homogénea de fosfolípidos ycolesterol en la que se insertanproteínas como en el modelo deSinger y Nicolson en 1972

Poseen regiones de mosaicofluido y zonas con microdominiostransitorios o balsas lipídicas(lipid raft) contienenesfingolípidos, colesterol yalgunas proteínas de membranaque se organizan en fases líquidasordenadas. Tienen unos pocosμm2.

Los esfingolípidos poseen largascadenas rectas lo que favorecesu empaquetamiento einteracción con colesterolinduciendo una separación defase entre los GFLs y los ELs.

BALSAS LIPÍDICAS “RAFTS”

Las Balsas son relativamenteinsolubles en ciertos detergentes(Triton X-100 1%) por lo quepueden ser separadas engradientes de densidad desacarosa por centrifugación.

Proteínas celulares o exógenaspueden interactuar con ellas queservirían como vehículos detransporte a la superficie celular.

Pueden inducir la organizaciónde elementos de vías detransducción de señales.

Son más gruesas que el resto dela bicapa debido a que lascadenas de los ác grasos de losesfingolípidos son más largas(22-24 C) que las de losglycerophospholipids (GPLs)

BALSAS LIPÍDICAS

La composición proteica de lamembrana está relacionada con sufunción. El tipo y cantidad deproteínas que las componen esmuy variable. Por ej. la membranainterna mitocondrial contiene 70%de proteínas y la mielina solo 18%.

En una membrana que contiene50% de proteínas hay 50 moléculasde fosfolípidos por molécula deproteína.Todas las membranas biológicascontienen proteínas cuyaspropiedades depende del tipo decélula y de la localizaciónsubcelular.

PROTEÍNAS DE MEMBRANA

.

.

Proteínas de Membrana

Clases 1 y 2 :proteínas de transmembrana, con dominios hidrofílicos expuestos alos medios externo y/o interno conectados por dominios peptídicoshidrofóbicos que atraviesan la bicapa. Estos pueden tener estructura de hélice [uno (Clase 1) o varios dominios (Clase 2)] o estar formados por hojas

enrolladas (barril )Muchos receptores pertenecen a la Clase 1 y proteínas que transportan ionescomo las bombas iónicas y los canales iónicos pertenecen a la Clase 2. Lasporinas bacterianas poseen estructura de barril .

Clase 1 Clase 2intracelular

extracelular

Barril

.

.

PROTEÍNAS DE MEMBRANA

Clase 3 : proteínas unidas a una parte de la bicapa lipídica mediante un enlacecovalente a un lípido: cadena de ácido graso o grupo prenil por enlace tioester auna cisteína.Clase 4 : proteínas unidas covalentemente vía un oligosacárido a un fosfolípido oa un glicosilfosfatidilinositol en la cara no citoplasmática.Clase 5 : proteínas periféricas o extrínsecas. Están unidas por enlaces iónicos agrupos polares de los fosfolípidos u otras proteínas de membrana. Pueden serremovidas con soluciones de alta fuerza iónica.

Clase 3

Clase 4

Clase 5

extracelular

intracelular

MOVIMIENTO DE MOLÉCULAS A TRAVÉS DE LA MEMBRANA CELULAR

TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA MEMBRANA CELULAR

COTRANSPORTE

Canales: pasivos (abiertos) y activos (se abren activamente)

Canales: responsables de propiedades eléctricas

Membrana polarizada

Potencial de reposo de –70 mV

Canales pasivos permeables a K+ en toda la neurona

Bomba de Sodio y Potasio

POTENCIAL DE ACCIÓN

Si, por algún motivo, la célula se despolariza por encima de unos -48 mv, se abren más canales de Na+ (canales dependientes de la tensión).Entonces aumenta el flujo de iones Na+ y la tensión se acerca al punto de equilibrio para el Na+, llegando a unos +55 mv. Este es un proceso rápido.Al producirse esta despolarización de la célula, lentamente se producen dos efectos:•los canales de Na+ recién abiertos vuelven a cerrarse•nuevos canales de K+ (dependientes de la tensión) se abrenAmbos efectos hacen que vuelva a restablecerse el equilibrio normal.

POTENCIAL DE ACCIÓN

+50

0

-50

-100

mV

msec0 1 2

depolarización

repolarización

hiperpolarización

Vul

Vm

Periodo refractario relativo

Periodo refractario absoluto

• Cambios de la permeabilidad de la membrana, provocados porestímulos umbrales, generan un potencial de acción de acuerdo a laLey del todo o nada.

•Despolarización y repolarización: se abren los canales iónicos

•Ingresan los iones sodio

•Cambio del valor de potencial de reposo: -70mV a +35mV

•Se produce la onda de despolarización.

• Se cierran los canales para el sodio y se abren los del potasio

•Repolarización: Actúa la Bomba de sodio y Potasio

POTENCIAL DE ACCIÓN

El potencial de acción dura unos pocos ms. Es un proceso automática: una vez que se ha disparado, se completa un ciclo completo en un tiempo fijo.

Existe un periodo refractario en el que no se puede volver a disparar un nuevo potencial de acción. Se puede distinguir:

•Periodo refractario absoluto: unos 2 ms. En este tiempo los canales de Na+ estáninactivos (no pueden volver a abrirse).

•Periodo refractario relativo: la membrana está hiperpolarizada debido a que todavía hay más canales de K+ abiertos que en reposo. Se puede producir un nuevo potencial de acción pero se necesita una excitación superior para llegar al umbral de -48 mv.

POTENCIAL DE ACCIÓN

El potencial de acción es la composición de los potenciales debidos a los iones de

Na+ (canales de apertura rápida y cierre lento) y de K+ (canales de apertura y

cierre lento).

Aquí se consideran sólo los canales adicionales, dependientes de la tensión (no los

que están abiertos siempre, manteniendo las condiciones de reposo).

POTENCIAL DE ACCIÓN

POTENCIAL DE ACCIÓN EN MESETA

Na+

A

•A : DESPOLARIZACIÓN. por canales rápidos de Na ab por volt. •B : MESETA. Prologación del Tiempo de despolarización = T de contracción

musc card. Es por canales lentos de Ca por voltaje•C: REPOLARIZACIÓN. Por salida de K (abertura de canales de K) y

termina entrada de Na (se cierran los canales)

B

C

K+

CA

Si en un punto de la membrana se dispara un potencial de acción (se supera el umbral de unos -48mv), la despolarización de la membrana que se produce se propaga a las zonas vecinas de la neurona: se abren más canales de Na+ en ellas, propagándose el potencial de acción. Rápidamente el potencial de acción llega a toda la neurona.

PROPAGACIÓN DEL POTENCIAL DE ACCIÓN

Propagación Del Impulso Nervioso

Dirección Del Impulso Nervioso

La velocidad de propagación en el axón depende de variosfactores, como el grosor del axón y la presencia o no de mielina (aislante).

En ausencia de mielina, la velocidad de propagación es inferior.

La mielina aumenta la velocidad de propagación, pero entonces debe haber repetidores (nódulos de Ranvier) cada cierto espacio, que regeneren los pulsos.

Velocidad de conducción

CLASIFICACIÓN DE LAS FIBRAS NERVIOSAS

LA SINAPSIS

El tipo mas frecuente de sinapsis es el que se establece entre el axón de una neurona y la dendrita de otra (sinapsis axo-dendrítica). A medida que el axón se acerca puede tener una expansión terminal (botón terminal) o puede presentar una serie de expansiones (botones de pasaje) cada uno de los cuales hace contacto sináptico. Otro tipo de sinapsis es el que se establece entre el axón de una neurona y el cuerpo celular de otra neurona (sinapsis axo-somática). Cuando un axón de una neurona hace contacto con el segmento inicial de otro axón, se conoce como sinapsis axo-axónica

Tipos de Sinapsis

• Eléctrica:

Permite la transferencia directa de la corriente iónica de una célula a otra y tiene lugar en localizaciones especiales llamadas uniones, que son canales que permiten a los iones pasar directamente del citoplasma de una célula al citoplasma de otra, proporcionando una transmisión muy rápida.

• Química:

En este tipo de sinapsis, la señal liberada de entrada es transmitida cuando una neurona libera un neurotransmisor en la cavidad sináptica, lo cual es detectado por la segunda neurona a través de la activación de los receptores situados en el lado opuesto al lugar de la liberación. Los neurotransmisores son sustancias químicas producidas por las neuronas y son utilizados para transmitir sinapsis (impulsos nerviosos) a otras neuronas o a células no neuronales, como, por ejemplo, las del músculo del esqueleto, del miocardio o de la glándula epitelial.

La mayoría de las sinapsis son de

tipo químico, en las cuales una

sustancia, el neurotransmisor hace

de puente entre las dos neuronas,

se difunde a través del estrecho

espacio y se adhiere a los

receptores, que son moléculas

especiales de proteínas que se

encuentran en la membrana

postsináptica

INAPSIS QUIMICA

Sinapsis eléctricas

• El potencial de acción se transmite a la neurona postsináptica por el flujo directo de corriente: continuidad entre citoplasmas.

• La distancia entre membranas es de unos 3 nm.

•El flujo de corriente pasa a través de uniones comunicantes (gap junctions formadas por conexinas. Es bidireccional.

• El hexámero de conexinas forma el conexón.

• Función: desencadenar respuestas muy rápidas.

Sinapsis químicas

1. Llega el potencial de acción a la terminación presináptica.

2. Activación de canales de Ca+2 voltaje dependientes.

3. El aumento del Ca+2 citosólico provoca la fusión con la MP de las vesículas de secreción preexistentes que contienen el NT.

4. Las vesículas liberan el NT a la hendidura sináptica (exocitosis).

5. Difusión del NT.

6. Unión a receptores postsinápticos.

7. Apertura de canales iónicos (Na+, K+

o Cl-): despolarización o hiperpolarización.

8. Potencial de acción postsináptico.

El NT se debe unir a proteínas

receptoras específicas en la

membrana postsináptica. Esta

unión origina un cambio de

conformación del receptor.

Dos principales categorías de

receptores:

• canales iónicos operados por

ligando: receptores

ionotrópicos

• receptores acoplados a

proteínas G: receptores

metabotrópicos

Sinapsis químicas: unión del NT al receptor

tipos de potenciales postsinápticos:

• PEPS: potencial excitatorio postsináptico: despolarización transitoria (apertura de canales Na+). Un solo PEPS no alcanza el umbral de disparo del potencial de acción.

• PIPS: potencial inhibitorio postsináptico: la unión del NT a su receptor incrementa la permeabilidad a Cl- y K+, alejando a la membrana del potencial umbral.

Potencial sináptico

Sinapsis químicas: tipos

La morfina se une a receptores nerviosos ubicados en neuronas del cerebro y de la médula espinal. Estas neuronas son parte de vías nerviosas para el dolor. Debido a esta capacidad, se le utiliza para reducir el dolor y producir sedación.

Las neuronas moduladoras participan en la regulación de la actividad de los neurotransmisores en la sinapsis. En el caso, la encefalina es el neurotransmisor de la neurona moduladora. La morfina se une a los receptores de la membrana presináptica inhibiendo la liberación de los neurotransmisores desde la neurona presináptica hacia el espacio sináptico. Gracias a este proceso se interrumpe la transmisión de impulsos nerviosos para el dolor.

Inhibición presináptica

Consecuencia de los fenómenos de sumación

1. Tres neuronas excitatorias descargan. Sus potenciales graduados separados están por debajo del umbral de descarga.

2. Los potenciales graduadosllegan a la zona de descarga y se suman creando una señal supraumbral.

3. Se genera un potencial de acción.

Integración sináptica

Consecuencia de los fenómenos de sumación

1. Dos potenciales excitatorios están disminuidos porque se suman con un potencial inhibitorio

2. La suma de los potenciales está por debajo del potencial umbral, por lo que no se genera un potencial de acción

Integración sináptica

Circuitos neuronales

Circuitos Neuronales

NEUROTRANSMISORES

Son muchos los neurotransmisores, los más conocidos son: acetilcolina, dopamina, adrenalina, serotonina, glutamato, glicina, GABA, endorfinas y óxido nítrico.Acetilcolina: Se ubica en la sinapsis de neurona a músculo liso, músculo esquelético, corazón y cerebro. Activa músculos esqueléticos, órganos blanco del sistema nervioso parasimpático.Dopamina: Se ubica en el mesencéfalo. Es importante en el control del movimiento. Es inhibitoria. Está asociada a los efectos de recompensa en el cerebro.

• Suelen ser neuropéptidos (proteínas).

• Vesículas de secreción mas grandes y densas.

• Se puede liberar mas de 1 tipo al mismo tiempo que el NT.

• Actúan a [ ] mas bajas

• Receptores en membranas post o presinápticas

• No producen PEPS/PIPS.

• Efectos más lentos y duraderos (cambiar velocidad de síntesis del NT, modifican la respuesta al NT...).

- Ejemplos: CCK (saciedad/no dolor), cafeína…

Neuromoduladores

Unión mioneural y sus funciones. Fisiología del músculo, contracción

muscular. Músculo esquelético.

Milder Ayón Sarmiento

FMV-UNMSM

En los pliegues de la membrana de la fibra muscular que da al espacio sináptico se ubican los receptores nicotínicos a los que se unen la acetilcolina en esta sinápsis neuromuscular

• La unión neuromuscular o placamotora es la sinapsis entre axones de motoneuronas y fibras musculares esqueléticas.

•El cuerpo celular de las motoneuronas está dentro del asta ventral de la médula espinal y en el tronco del encéfalo (SNC).

* Los nervios que transmiten lasseñales desde el SNC a los músculosesqueléticos se llaman nervios motores

* El axon de una neurona motorase ramifica inervando varias fibrasmusculares: Unidad motora

• La transmisión de una señal desde unnervio motor hasta el músculo esquelético induciendo la contracción se llama transmisión neuromuscular.

LA UNIDAD NEUROMUSCULAR

Cerca de la unión neuro-muscular, el nervio pierde su vaina de mielina y se ramifica en finas ramas terminales ensanchadas en el extremo: botón terminal, que se extienden sobre la superficie de la membrana muscular por los surcos o fosas sinápticas. Cada botón terminal hace sinapsis con una célula (fibra) muscular.

La unión neuromuscular

Los músculos esqueléticos

están formados por células

muy largas, cada una con

muchos núcleos. El tejido

tiene un aspecto estriado.

Es el encargado de producir

los movimientos del sistema

esquelético óseo. Es un

músculo de tipo voluntario.

Músculo estriado:

El sarcómero

Filamento grueso

LA MIOSINA

• Las moléculas de miosina se agregan para formar las estructuras llamadas filamentos gruesos.

• Varios centenares de moléculas de miosina se disponen en el filamento grueso con sus colas fibrosas asociadas para formar una larga estructura bipolar.

Están constituidos por la asociación de varios cientos de moléculas de miosina II en una formación escalonada. Las cabezas globulares de la miosina se unen a la actina, formando puentes cruzados entre los filamentos de miosina y de actina.

La orientación de los filamentos de actina y miosina se invierte a partir de la línea M, por lo que su polaridad relativa es igual en ambos lados del sarcómero.

Organización de los filamentos gruesos de miosina

Filamento delgado

ACTINA troponina tropomiosina

• Los monómeros de actina, conocidos como actina-G se reúnen para formar los filamentos de actina denominados actina-F.

• Cada monómero une ATP hidrolizandolo a ADP.

La tropomiosina y el complejo troponina están localizados en el filamento delgado y constituyen aproximadamente un tercio de su masa. La tropomiosina es un bastoncillo α-helicoidal de dos hebras, proteína de 70 kd, de forma alargada, está orientada casi paralelamente al eje longitudinal del filamento delgado. La troponina es un complejo de tres cadenas polipeptídicas: TnC (de 18 kd), TnI (de 24 kd) y TnT (de 37 kd). La TnC se une a los iones calcio, la TnI se une a la actina y la TnT a la tropomiosina. El complejo troponina se localiza en los filamentos delgados a intervalos de 385 A, período establecido por la longitud de la tropomiosina. Cada complejo de troponina regula, a través de la tropomiosina, la actividad de unos siete monómeros de actina. Cuando la concentración de calcio en el citosol es baja inhibe la contracción muscular, pero cuando es alta no lo hace.

LA MIOSINA

Tiene 6 subunidades: dos cadenas pesadas y cuatro ligeras. En su extremo amino terminal cada cadena pesada tiene un gran dominio globular donde se encuentra el sitio de hidrólisis del ATP.

Contracción muscular

Sistemas reguladores: Dependientes de Ca++, controlan el número de puentes cruzados que interaccionan con filamentos finos.

La velocidad de los ciclos de los puentes cruzados determinan la velocidad de acortamiento de un músculo. La mayor se produce cuando no hay carga que se oponga al acortamiento. Esta cae cuando la carga es mayor (evita el paso de la conformación de 90°a la 45°)

Estas diferencias están determinadas por la variante isoenzimática de miosina.

DETERMINANTES DEL CICLO DE PUENTES CRUZADOS

La troponina C, el componente del complejo que es sensible al calcio, consta de dos dominios homólogos.

Los dominios globulares amino terminal y carboxilo terminal están conectados por una larga a -hélice de ocho vueltas.

Cada dominio contiene dos centros de unión para el Ca2+. Los dos del dominio carboxilo - terminal tienen una elevada afinidad para este ion (K = 0,1 uM), mientras que los centros del dominio amino - terminal presentan una afinidad baja (K = 10 uM).

TnC es un miembro de una superfamilia de proteínas que se unen al calcio. La estructura de la TnC es muy parecida a la calmodulina, una proteína omnipresente sensible al calcio.

La troponina C

Las moléculas de Titina se extienden desde el disco Z hasta la línea M y actúan como muelles que mantienen los filamentos de miosina centrados en el sarcómero. Esta en una posición que produce la tensión de reposo. Además, estos filamentos elásticos podrían transmitir la fuerza activahacia los discos Z, fuerza que de otra manera no podría alcanzar nunca los extremos del sarcómero

Las moléculas de Nebulina se extienden desde el disco Z y se piensa que determinan la longitud de los filamentos de actina asociados.

Titina y nebulina

Potencial de acción y contracción muscular

Tono Muscular

• Es producido por la activación involuntaria de unidades motoras, esta activa la contracción sostenida de las fibras musculares, al mismo tiempo una gran parte de sus unidades motoras están relajadas. Este proceso ocurre de manera alternada y constante.

• Tipos de Contracciones:

– Contracciones Isotónicas: Existen dos tipos:

• Isotónica concéntrica: Músculo se acorta y tira del tendón para producir movimiento y reducir el ángulo en una articulación. Ejm. (tomar un objeto de la mesa)

• Isotónica Excéntrica: El músculo acortado se alarga poco a poco mientras continúa en contracción.

– Contracciones Isométricas: Estabiliza ciertas articulaciones al mover otras.

• Importantes para mantener la postura, sujetar objetos en posición fija.

• Consumen energía

• Producen tensión considerables sin acortamiento del músculo.

Un estímulo simple

Un par de estímulos, Sumación

Múltiples estímulos de baja frecuencia. Tétano

Múltiples estímulos de alta frecuencia. Fusión de tétanos