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Universidad del ZuliaFacultad de Medicina Escuela de Medicina
Departamento de Ciencias Fisiológicas.
Cátedra deFisiología.
Fisiología del Sistema Neuromuscular
Nervio y Músculo
Dra. Tibisay Rincon
Fisiología Neuromuscular.
Objetivos. Reafirmar las características de la
membrana y sus mecanismos de
transporte.
Conocer el origen , importancia y
características de los potenciales
generados en la membrana celular.
Conocer y describir la Anatomia funcional
del músculo.
Fisiología Neuromuscular.
Objetivos
Analizar las bases moleculares de la
contracción muscular.
Conocer el proceso de la contracción
muscular.
Conocer el acoplamiento Excitación-
Contracción.
GENERALIDADES
• Composicion de los espacios intracelular y extracelular
• Estructura de la membrana celular: Modelo mosaico fluido.
• Funciones de la membrana celular:1.- Establecer, mantener o variar la concentración de Electrolitos.2.- Son sitio de transducción de señales: Proteínas que son Receptores.3.- Son superficies que favorecen interacciones moleculares: Proteínas que son enzimas.
1
POTENCIALES BIOELECTRICOS
• POTENCIAL DE DIFUSION: Es la diferencia de potencial generada a traves de una membrana cuando un ion se difunde a favor de su gradiente de concentracion. Mientras mayor sea el gradiente de concentracion, mayor sera el potencial de difusion.
Na+ Na+
Cl- Cl-
- +
• POTENCIAL DE EQUILIBRIO: La difusion del ion se hace cada vez mas lenta y finalmente se detiene por esa misma diferencia de potencial, al llegar a este punto se alcanza el potencial de equilibrio (potencial de Nernst). En el equilibrio electroquimico las fuerzas electricas y quimicas que actuan sobre un ion son iguales y opuestas, y no ocurre difusion neta adicional.
POTENCIALES BIOELECTRICOS
• ECUACION DE NERNST: Se emplea para calcular el potencial de equilibrio de un ion a una determinada diferencia de concentracion a traves de la membrana y convierte esta diferencia de concentracion en voltaje.
E = RT x log Ci donde
ZF Ce
E: potencial de equilibrio del ion (Na+, K+, etc) en mV
R: constante del gas
T: temperatura absoluta
Z: valencia
F: constante de Faraday
Ci y Ce: concentraciones intracelular y extracelular del ion
Potenciales de Equilibrio (mV) para los iones: Na+ = + 60; K+ = - 90; Cl- = - 70.
• ECUACION DE GOLDMAN: Dado que la membrana es permeable a varios iones a la vez, se usa esta complicada ecuacion que suma cada uno de los potenciales de equilibrio. (Vm= -70 mV)
POTENCIALES BIOELECTRICOS
• POTENCIAL DE MEMBRANA DE REPOSO: Es el potencial de membrana de las celulas que no estan transmitiendo senales (reposo).
• Nervio y musculo (excitables): - 70 a – 90 mV, celulas epiteliales: -30 a -70 mV, eritocitos: -10 mV.
• Esta determinado por:
1. Difusion neta de iones de Na+ y K+ a favor de sus gradientes electroquimicos a traves de canales de “escape”. Estos canales son mas permeables al K+ que al Na+. (- 66 a – 86 mV)
2. La Bomba Na+/K+: Es electrogena, porque tambien participa en la determinacion del potencial de reposo al bombear mas cargas positivas para afuera que para dentro de la celula. (- 4 mV)
(- 70 a -90 mV).
POTENCIALES BIOELECTRICOS
• POTENCIAL DE ACCION: Es un cambio brusco en el potencial negativo en el interior de la membrana en reposo a un potencial de membrana positivo y regreso final de cargas positivas al exterior celular.
• Es propio de las celulas excitables
• Las senales nerviosas se transmiten a traves de potenciales de accion
• FASES DEL POTENCIAL DE ACCION
• Fase de Reposo: Membrana POLARIZADA (cargas negativas en el interior y positivas en el exterior). Elevada conductancia al K+ y baja conductancia al Na+ (-90 mV).
• Fase de Despolarizacion: Membrana DESPOLARIZADA (cargas positivas en el interior y negativas en el exterior). Alta conductancia al Na+ (+ 50 mV).
• Fase de Repolarizacion: Cierre de los canales de Na+ y apertura de los de K+. Se reestablece el potencial de reposo negativo.
REGISTRO DE UN POTENCIAL DE ACCION
Umbral-65
POTENCIAL DE ACCION
• Bases ionicas: La despolarizacion y la repolarizacion se deben a un cambio en la conductancia de los iones de Na+ y de K+.
• Canal de Na+ sensible a voltaje: 2 compuertas: la de activacion (exterior) y la de inactivacion (interior). Cerrado en reposo. Se abre de -70 a -50 mV. Casi inmediatamente se cierran.
• Canal de K+ sensible a voltaje: 1 compuerta. Cerrada en reposo. Lenta apertura durante el potencial de accion. Altisima conductancia al K+ (mas que en reposo): posthiperpolarizacion.
• Iniciacion del Potencial de Accion: En el momento del cambio de la polaridad de la membrana se activan un grupo de canales de Na+ que dejan entrar a este ion y esto hace MENOS NEGATIVO el potencial de membrana y se abren los canales dependientes de voltaje.
• Umbral para la iniciacion del potencial de accion: -65 mV. Es una elevacion del potencial de membrana de 15 a 30mV. Aqui se dispara la fase de despolarizacion.
POTENCIAL DE ACCION
• Caracteristicas del Potencial de Accion:
• Amplitud y forma estereotipicas
• Propagacion: El PA despolariza zonas adyacentes en ambos sentidos sin decremento hasta despolarizar toda la membrana.
• Principio del Todo o Nada: La despolarizacion tiene que llegar al umbral sino NO se produce el PA.
• Otros iones implicados: Aniones, Ca++ (m. liso y m. cardiaco)
• Meseta del PA: Es la permanencia temporal del PA luego de su pico maximo (m. cardiaco).
• Periodos refractarios: Es el periodo donde ningun estimulo puede producir un nuevo PA debido a la fase de despolarizacion del PA anterior.
• Absoluto: Ni siquiera un estimulo supraumbral puede dar un PA.
• Relativo: Estimulos supraumbrales si dan un PA. Durante la repolarizcaion.
•Ritmicidad: Son descargas del PA autoinducidas y repetitivas debido a una gran permeabilidad de la membrana al Na+ (corazon, m.liso)
EXCITABILIDAD Y CONDUCTIBILIDAD DE LA FIBRA NERVIOSA
Funciones de la Mielina• Aislante de la Electricidad.• Limita el impulso nervioso a fibras individuales.• Impide la estimulación cruzada.
EXCITACION: Generacion de un Potencial de Accion.
Inhibicion de la excitabilidad: “estabilizadores de membrana” (Ca++ en el LEC, baja la permeabilidad al Na+. Anestesicos que evitan la despolarizacion)
CONDUCCION: Propagacion del PA que se aleja del sitio de la excitacion
• El estimulo debe ser lo suficientemente rapido para evitar la ACOMODACION. Si la corriente aumenta con demasiada lentitud, el nervio no puede responder y puede acomodarse al pasaje de la corriente. La acomodacion consiste en un aumento del umbral del tejido durante la estimulacion.
• Reobase: Es la menor intensidad del estimulo que origina un PA
• Cronaxia: es el tiempo requerido para que un estimulo (doble de la reobase) origine un PA.
• SUMACION: Dos estimulos subumbrales pueden sumar efectos y provocar un PA.
• Ley de todo o nada: Los PA producidos por estimulos umbrales o supraumbrales son de igual magnitud.
ESTIMULOS QUE AFECTAN A UNA FIBRA NERVIOSA
• Todos aumentan la permeabilidad de la membrana al Na+. • Son: Mecanicos, quimicos y electricos. • Se clasifican en:
Umbrales: suficientemente fuertes para causar un PA Subumbrales: debiles. Si son crecientes y seguidos originan un PA Supraumbrales: mas fuertes que el umbral. Originan PA.
CONDUCCION
EN FIBRAS AMIELINICAS:
• La despolarizacion inicia una respuesta local.
• Despolarizacion electrotonica de la porcion vecina delantera de la membrana (la porcion de atras esta en periodo refractario).
• Desplazamiento regular a lo largo del axon hasta su terminal.
EN FIBRAS MIELINICAS:
• Conduccion saltatoria.
• La mielina es aislante. Flujo de corriente a traves de ella es casi nulo
• La despolarizacion salta de un nodo de Ranvier a otro.
• 50 veces mas rapido
Tipos de fibras nerviosas.
Tipo de Fibra Función Diámetro
( m)
Veloc. de conducción (m/seg)
A Propiocepción motriz 12 a 20 70 a 120
somática
Tacto-Presión 5 a 12 30 a 70
Motriz a los Husos Musculares 3 a 6 15 a 30
Dolor, frío, tacto 2 a 5 12 a 30
B Autónoma preganglionar < 3 3 a 15
C Raíz dorsal Dolor, temperaturas, algunos mecanoreceptores. Reflejos
0.4 a 1.2 0.5 a 2.0
Simpática Simpáticas postganglionares 0.3 a 1.3 0.7 a 2.3
El Músculo
Músculo
Fibras
Miofibrillas
Filamentos Delgados Gruesos (Actina) (Miosina) n = 3000 n = 1500
Actina (Proteína G) Tropomiosina
Troponina 2 pares de cadenas 1 par de cadenas ligeras pesadas Cabeza (2) Cola
ATP
actina
LA SARCOMERA
El Sarcolema
Túbulos transversos o “T”Proteína sensible a Voltaje Receptor de dihidropiridina
Libera Ca2
Transmite la descarga de Despolarización del Potencial de Acción
El Reticulo Sarcoplasmico
Sistema tubular interno
Almacena y libera Ca++
Tiene: Tubulos longitudinales y cisternas transversales
Canal de liberacion: Receptor de rianodina
ATPasa de Ca++/ Mg++
Tipos de contracción muscular
★Isométrica: Se mantiene la longitud de la fibra.
★Isotónica: Se mantiene el tono de la fibra.
Tipos de Músculos
Esquelético.
Liso
Cardiaco
El Músculo Esquelético
Es voluntario.
Dos tipos:
Fibras I (M. Rojo): Respuesta lenta
Latencia larga.
(Músculos de la postura)
Fibras II (M. Blanco): Respuesta corta.
Latencia
corta.
(Músculos de movimientos finos)
El Músculo Cardiaco
Es involuntario.
Tiene características de
ambos.
Tiene discos
intercalares en las
líneas Z.
Tiene uniones
comunicantes.
Tiene puentes de
escasa resistencia.
El Miocardio
El Músculo Liso
• Es Involuntario.
• Le faltan las estrías cruzadas visibles.
• No tiene líneas Z sino cuerpos densos.
• No tiene Troponina
• Utiliza el Sistema de la Calmodulina.
• Tipos:
Visceral: Vísceras huecas.
Multi-unitario: No tiene puentes de
conexión: El Iris del Ojo.
Proceso de contracción muscular
• Mecanismo de deslizamiento de los filamentos de actina y de miosina
• En RELAJACION: Superposicion minima
• En CONTRACCION: Los filamentos de actina son atraidos al centro y la Superposicion es maxima. Se acorta la sarcomera (se acercan las lineas Z). Se debe a la fuerza mecanica generada por la interaccion de los puentes formados entre los 2 filamentos en presencia de calcio.
TEORIA DE LA CONTRACCION MUSCULAR
Filamento de actina es activado por Ca++
Las cabezas de los filamentos de miosina son atraidas a los puntos activos del filamento de actina. Se forman los puentes transversos.
Estado de Reposo
Contraccion
TEORIA DE LA CONTRACCION MUSCULARContraccion
La cabeza se inclina y arrastra al filamento de actina
GOLPE DE FUERZA
La cabeza se separa, vuelve a su posicion original y se une a un nuevo punto y se repite el proceso.
Bases moleculares de la contracción muscular
1. ATP se une a la miosina y se hidroliza, se forma miosina-ADP-Pi
2. Complejo Troponina-Tropomiosina se une a Ca++ (descubrimiento)
3. Complejo miosina-ADP-Pi se une a sitios activos de actina
4. Se libera ADP-Pi. Complejo actina-miosina. La cabeza se inclina.
5. Complejo actina-miosina adquiere un ATP y se separan.
6. ATP se hidroliza y se repite el ciclo.
La Energía en la contracción Muscular
✽ El músculo es una máquina de convertir
Energía Química en Trabajo Mecánico.
✽ Producción de Calor.
✽ Los Carbohidratos y Lípidos como fuente
energética.
✽ Fuente inmediata: Derivados del Fosfato.
✽ La Fosforilcreatina.
La Energía en la contracción Muscular
La Glicólisis Aerobia
La Gliocólisis Anaerobia.
El Ácido LácticoLos Cuerpos cetónicos.
La Fosforilacion oxidativa
Sumacion de Contracciones
• Sumacion de multiples fibras: Aumento del numero de unidades motoras (neurona motora + fibra muscular que inerva) estimuladas. Una unidad motora es estimulada despues de la otra. Aumenta la fuerza de contraccion.
• Sumacion de Frecuencia: Aumento de la frecuencia de las contracciones. Cada nueva contraccion se produce antes de concluir la anterior. Aumenta la fuerza de contraccion.
• TETANIZACION: Contracciones muy rapidas se funden y la contraccion parece ser continua (sostenidas).
El “Rigor”
Depleción de ATP y
Fosforilcreatina
Estado de rigidez.
Las cabezas de Miosina se
adhieren a la Actina.
El “Rigor Mortis”
La Placa Neuromuscular
UNION NEUROMUSCULAR
• SUMACION: Es la integracion o suma de la informacion presinaptica que llega a la union neuromuscular. Tipos:
• Sumacion espacial: Dos o mas impulsos llegan casi simultaneamente al terminal post-sinaptico:
• 2 excitatorios = Mayor Potencial de accion
• 1 excitatorio y 1 inhibitorio = Se anulan. No hay PA
• Sumacion Temporal: Dos o mas PA en una neurona pre-sinaptica llegan casi juntos. Se solapan o superponen en el tiempo.
• Agentes que alteran la funcion de la union neuromuscular:
Metacolina, carbacol, nicotina = Acetilcolina.
Toxinas botulinicas = bloquean la liberacion de Ach.
Curare compite con Ach por el receptor sin excitarlo.
Anticolinesterasicos = inhiben acetilcolinesterasa y aumentan Ach
Otras drogas = bloquean la recaptacion de Ach
Liberación del Neurotrasmisor
Acetilcolina.
La Generación del Potencial de
acción.
Acoplamiento Excitación-
Contracción.
La Liberación de Calcio.
El fenómeno de la Contracción.
PASOS DE LA NEUROTRANSMISION
El Acoplamiento Excitación-Contracción
El Acoplamiento Excitación-Contracción
1. PA de la fibra muscular se propagan por los tubulos T
2. Se activa el receptor de dihidropiridina = se libera el Ca++ del Reticulo
3. Ca++ se une a Troponina C (4:1)
4. Cambio conformacional de Troponina C desplaza a Tropomiosina
5. Se descubren los sitios activos de la actina
6. Se forman los puentes transversos (actina-miosina)
7. Gira la cabeza de miosina con hidrolisis del ATP
8. Ca++ comienza a ser recaptado por el reticulo
9. Cambios conformacionales
10. Se produce relajacion
MUSCULO LISO
El Acoplamiento Excitación-Contracción
Ca++ se une a CALMODULINA la cual regula la cinasa de la cadena ligera de miosina que regula la formacion de puentes transversos.
Pasos:
1. PA en la celula de m. liso abre canales de Ca++ voltaje dependientes y entra el Ca++. Tambien puede entrar Ca++ por canales controlados por ligandos (Proteina G) y por canales del reticulo sarcoplasmico controlados por IP3 (ligandos en la membrana).
2. Ca++ se une a Calmodulina y este complejo a la cadena ligera de miosina quien se activa.
3. Esta cinasa activa fosforila a la miosina y esta se une a la actina.
4. Cuando Ca++ intracelular disminuye, la miosina se desfosforila pero puede mantener puentes cerrojo que no se desprenden o lo hacen lentamente y asi mantienen la tension del musculo.
5. Cuando baja mucho el Ca++ intracelular se da la relajacion.
