Atlas de Bolso da Fisiolofia Humana

Atlas de Bolso da Fisiolofia Humana

(Parte 7 de 12)

en la que A sustrato y B y C son los produc- tos de la reacción, se puede calcular AG en función de AG según:

o (para 37 C):

Nervio, músculo, trabajo

Origen y función de las células ner viosas

Una célula excitable reacciona frente a un estímulo con cambios en las propiedades de su membrana (v. 32). Existen dos tipos distintos de células excitables: las células nerviosas, que transmiten impulsos y pueden modificar otras células, y las células musculares, que se contraen en respuesta a estos estímulos o de forma autónoma (v. 59).

El sistema nervioso humano está compuesto por más de 10 células nerviosas (neuronas).

La neurona (Al) es la unidad estructural y funcional del sistema nervioso. Una neurona típica (motora) consta de un cuerpo celular (soma) y tiene, como todas las células (v. 8 y s.). un núcleo celular, mitocondrias (A2), etc., y además neurofibrillas y neurotúbu/os. La neurona tiene dos tipos de prolongaciones, las dendritas y el axón (neurita) (Al). A través del sistema ramificado de dendritas la neurona (estimuladora o inhibidora) recibe señales aferentes de otras neuronas (con frecuencia miles) y elabora en la membrana celular del soma una señaí sumatoria. El axón, que surge del cono axónico, se encarga de transmitir la señal nerviosa eferente hacia los efectores. con frecuencia localizados a gran distancia (músculos o células glandulares), así como a las neuronas conectadas. En su trayecto suelen surgir coíaterales, que se vuelven a dividir en su extremo. Cuando la señal sumatoria del cono axónico supera un valor umbral, se desencadena en el axón un potencial de acción (v. 46), que al- canza el botón terminal (Al,3) de la siguiente sina psis.

Desde el complejo de Golgi (v. 13. F) del soma hasta el extremo distal de las dendritas y del axón se produce un transporte axonal rápido (40 cm/d) de vesículas, que contienen proteínas, !¡pidos, azúcares y sustancias transportadoras. Este transporte anterógrado a lo largo de los neurotúbulos se produce con la ayuda de una proteína parecida a la miosina, la cines/na, consumiendo ATP (v. 16). En sentido retrógrado (desde la periferia hacia el soma, a 25 cm/d) se transporta, entre otros. NGF (factor de crecimiento neural), pero también los virus herpes y de la poliomielitis y la toxina tetánica. El transporte axonal /ente (1 m/d) juega un papel en la regeneración dH las neuritas seccionadas.

La membrana celular del soma se prolonga· en forma de axolema (Al ,2) a lo largo άΛ axón, rodeándose de oligodendrocitos en Λ SNC (v. 338) y de células de Schwann eM el sistema nervioso periférico (Al ,2) (axón -I cubierta = fibra nerviosa). En una parte de · neurona las células de Schwann forman numB rosas dobles capas concéntricas de fosfolípid<e alrededor del axón, la denominada mielina o cubierta medular (Al,2). Actúa como IH ais/ante para las corrientes iónicas y se in· terrumpe a lo largo del axón cada 1,5 m H nivel de los denominados nodos de Ranvier (Al). Estas fibras nerviosas mielinizadas tie· nen una velocidad de conducción mucho mi yor que las no mielinizadas. Esta velocidad β mayor cuanto mayor sea el diámetro de la f bra nerviosa (v. 49, C).

La sinapsis (A3) es el punto de contacto del axón de una célula nerviosa con los efectc res o con otra neurona (v. 50 y s.). A nivel d la sinapsis (con escasas excepciones) la infoj mación no se transfiere de forma eléctricj sino química. La señal eléctrica transportad por el axón determina la liberación a nivel d la membrana presináptica de vesícula exocitóticas que contienen un neurotran; misor y éstas difunden por la hendidura s· náptica (10-40 nm) hasta la membrane postsináptica, donde vuelven a producir alte· raciones eléctricas (A3). La membrana posts· náptica se activa (acetilcolina en el músculo ese quelético) o inhibe (como la glucina en el 5Νβ en función del tipo de sustancia transmisora Λ del receptor postsináptico. Como en la menB brana postsináptica no se liberan neurotrans· misores (con pocas excepciones), la sinaps· sólo deja pasar las señales en una dirección, es· decir, ejercen una función de válvula sin la· cual no sería posible una transmisión ordenad· de la información. Además, a nivel de las sil napsis se puede modificar la transmisión de· las señales neuronales a través de otras neuro· ñas (estimuladoras o inhibidoras).

Potencial de membrana en reposo

En la membrana de las células vivas existe un potencial eléctrico, E , que en las células ner- viosas y musculares no excitables se denomina potencial de reposo (membrana) y cuyo valor oscila entre -50 y -100 mV en función del tipo celular (negativo en el interior de la célula). La causa del potencial de reposo es una distribución desigual de los iones (B) entre el líquido intracelular (LIC) y extracelular (LEC). El potencial de reposo se produce por los siguientes fenómenos (v. 32 y s.):

* Mantenimiento de una distribución de sigual de los iones: la bomba ATPasa

Na /K (v. 26) extrae Na de la célula y «bom bea» K hacia el interior (A2), de forma que la concentración intracelular de K es unas

35 veces mayor que en el exterior y la de Na unas 20 veces menor (B). Como en todos los transportes activos, en éste se consume ener gía en forma de ATP. Cuando se produce un déficit energético o se inhibe la

ATPasa Na -

K , el gradiente iónico disminuye y desaparece el potencial de membrana.

En menor medida, los iones difusibles pueden distribuirse de forma desigual de modo pasivo (distribución de Gibbs-Donnan), porque las proteínas y fosfatos aniónicos más concentrados en el citosol no pueden abandonar Ia célula (A1), de forma que para mantener Ia neutralidad electrónica [K* + Na ],

+ Na*] y [CIl < [C|-] . En Ia práctica este fe- nómeno carece de importancia para el establecimiento del potencial de reposo.

* Escasa conductividad para el

Na en reposo g : en condiciones de reposo la membrana celular apenas resulta permeable para los iones Na (y Ca ) (el valor de g re presenta en reposo un % pequeño de la con ductividad global; v. 32 y s.), de forma que la diferencia de concentración de Na (A3-5) no se puede compensar con la difusión pasiva de

Na hacia el interior celular.

* Mayor conductividad para el K g : la membrana de la célula en reposo muestra una permeabilidad relativamente buena para el

K (representa un 90% de la conductividad global; v. 32 y s.). La importante diferencia de concentración (punto 1) hace que los iones K difundan desde el LIC al LEC (A3). La difusión de iones K distorsiona la carga de la membra-· na por su carga positiva (potencial de di/u-· siónj. Este potencial de difusión aumenta hasta· que casi se compensa el gradiente de concen-S tración como fuerza tractora de la corriente de

(A4): potencial de membrana E = K - ροβ tendal de equilibrio E (v. 32).

» Distribución del Cl": como la membrane celular también conduce

Cl" (g mayor en las células musculares que en las nerviosas), el potencial de membrana tiende a extraer iones Cl de la célula (A4) (fuerza tractora eléctrica) has· ta que el gradiente de concentración de CM (fuerza tractora química) tiende a introducirle de nuevo a la célula, hasta que la concentre ción intracelular de este ion consigue el poten· cial de equilibrio para el CL E = E (A5). Este

[CL ] se puede calcular con la ecuación de

Nernst (v. 32; ecuación 1.18 con ζ = -1). Sin embargo, esta distribución pasiva de Cl" entr· el LlC y el LEC sólo se produce mientra· que no se introduzca a la célula de forma activ· (v. 34).

* ¿Por qué es menos negativo E , que

E ? A pesar de la baja permeabilidad de B membrana para el Na y el Ca en reposo, s· produce difusión de iones Na (y algunos ione·

Ca ) hacia el interior celular (A4,5), porquj ambos iones tienen un potencial de equilibrii muy positivo (¡importante fuerza de tracciói química y eléctrica!, B y v. 32 y s.). Esta comer te despolariza la célula, lo que determina qu por cada carga positiva de entrada abandon la célula un ion K

. Las [Na ], y [Ca I aumej tan, la de [K ], disminuye y E y E , se vuelve menos negativas, cuando la ATPasa Na TS no consigue restablecer estos gradientes (en caso del Ca de forma indirecta a través d intercambiador 3 NaVCa , v. 36).

Todas las células vivas muestran un poten! cial de membrana (reposo), pero sólo las céh· las excitables (nervios, músculos) tienen la c· pacidad de modificar su conductividad iónic· de forma importante frente a un estímulo: p· tendal de acción (v. 46).

Potencial de acción

El potencial de acción es una señal transmitida por el αχόη, que desencadena la contracción muscular.

La excitación consiste en que el potencial de membrana (EJ, por ejemplo en el cono axónico de una motoneurona (v. 42) o la placa terminal motora de una fibra muscular (v. 4), se aleja del valor de reposo haciéndose más negativo (despolarizador! relativamente lenta, Al). Las razones de la excitación pueden ser la apertura de los canales de cationes postsinápticos por los neurotransmisores (v. 50 y s.) o un estímulo electrotónico transmitido al am- biente (v. 48). Cuando el valor de E , durante la excitación se aproxima a un valor crítico, el potencial umbral (Al), se activan los cana/es de Na controlados por potencial (B4 y Bl-

2), aumentando la conductividad al Na g (v. 32) (A2) con el consiguiente flujo de iones. Cuando no se alcanza dicho potencial umbral, sólo se produce la «respuesta local».

Cuando E , supera el potencial umbral, em- pieza el potencial de acción (PA, Al), que normalmente evoluciona como una respuesta del «todo o nada», es decir, para un tipo celular sin depender de la magnitud del estímulo. Al principio se van activando cada vez más ca- nales de Na , acelerando la despolarización y aumentando g . E se modifica con rapidez

(en el nervio en 0,1 ms: fase de despolarización o «extensión» del PA) y llega a tener valores positivos (sobredisparo -20 a +30 mV).

El valor de g vuelve a descender antes de al- canzar el sobredisparo (A2), porque los cana- les de Na se vuelven a inactivar en 0,1 ms (B2 y B3). Así se invierte el potencial y empieza la fase de recuperación del potencial de reposo (repolarización). En la fase de despolariza- ción se abren más canales de K controlados por potencial, lo que aumenta (lentamente) la conductividad para el K g (A2) y acelera la repolarización.

Como 9κ con frecuencia está aumentado después de alcanzar el potencial de reposo ini- cial (A2), el valor de E se asemeja de forma temporal al de E (v. 4 y 32 y s.), lo que pue- de producir una hiperpolarización (Al). A esta situación puede contribuir también una mayor velocidad de bombeo de la ATPasa Na/K (electrógena, v. 28).

Se pueden producir muchos PA seguido· con rapidez (¡en algunos nervios haste 1.0/s!), porque la cantidad de iones qi· fluyen por la membrana es extremadamente pequeña (¡sólo 1/100.0 de la cantidad Λ iones intracelulares!). Además, la ATPal

Na YK (v. 26) se encarga de recuperar lafl concentraciones de iones originales (v. 46). J

Al poco tiempo de empezar el PA no se puede producir otro, incluso con estímuke muy intensos, porque los canales de Na de ¡Λ membrana despolarizada no son activablef todavía (B3): período refractario abso/utc· Al final de la fase de repolarización se produc· un período refractario relativo, durante e· cual los estímulos muy intensos sólo puede· producir PA de baja magnitud y pendiente. EB período refractario termina cuando el poterB cial de membrana ha recuperado su valor dfl reposo (p. ej., v. 59, A).

La capacidad de activación de los ca- nales de Na y la corriente de este ion Ide penden del potencial preuio a la excitado!· (¡no de la duración de la despolarización!· Cuando el potencial de reposo sea -100 m» la capacidad de activación es máxima, mien· tras que para un potencial de -60 mV su valoe es un 40% menor y para uno de -50 mV los· canales de Na de las células de los mamífero» no se pueden activar ya (B3). Este fenómeno· justifica la refractariedad absoluta y relativa, as· como la falta de excitabilidad cuando se ad·· ministran sustancias despolarizantes (como ell suxametonio; v. 56). Una concentración! extracelular de Ca elevada también dificulta· la excitación celular, porque el valor del poten-· cial umbral se hace menos negativo. Por ell contrario, la excitabilidad es mayor (menor um-1 bral) en la hipocalcemia (calambres musculares· en la tetania; v. 290).

Las características de los PA de las células· musculares cardíacas y lisas se recogen en lasl páginas 192, 70 y 59, A.

Transmisión del potencial de acción en las fibras nerviosas

La corriente circula por un cable, cuando se produce un potencial. Como los alambres metálicos del interior del cable están bien aislados y ofrecen poca resistencia (menos pérdidas), la comente puede transmitirse a muchos kilómetros. Las fibras nerviosas tienen una resistencia interna mucho mayor R¡ y están mal aisladas del entorno, sobre todo las fibras no mielinizadas. En este caso la transmisión por cable, denominada electrotónica, se termina muy pronto y antes de que suceda hay que «refrescar» el impulso transmitido mediante la elaboración de un nuevo potencial de acción (PA, v. 46).

Transmisión del PA: para iniciar el PA se produce una corriente de Na de corta duración hacia el interior de la fibra (Ala). La membrana interna de la célula, que antes tenía una carga negativa, se descarga (carga en el interior +20 o +30 mV), apareciendo una diferencia de carga en relación con los segmentos vecinos, todavía no excitados (interior -70 a -90 mV: v. 46). Esta diferencia hace que α Io largo de Ia fibra se produzca una salida pasiua, electrotónica de cargas de las zonas vecinas, con la consiguiente despolarización. Cuando se alcanza el potencial umbral, se produce un nuevo PA, mientras que va desapareciendo el del segmento anterior (AIb).

Dadas las propiedades de condensador de la membrana, la salida de cargas descrita antes representa la denominada corriente capacitativa (aquí: despolarizante). Al ir avanzando esta corriente se hace menor y su pendiente disminuye, porque aumenta la R¡ de las fibras y los nudos de corriente de la membrana se cruzan relativamente cerca del punto excitado, con la consiguiente disminución de la corriente en sentido periférico. A gran distancia la despolarización no sirve ya para producir un PA. Como el potencial para originar una corriente de K (= E - E ; v. 32) ha aumentado, se llega a producir una repolarización mediada por K .

Un PA localizado distalmente sólo se puede desencadenar a distancia si la corriente capacitativa consigue despolarizar la membrana hasta el umbral, ya que en caso contrario los canales de Na se inactivan antes de conseguir

El PA se suele transmitir en sentido ante-I rógrado (anteródromo), porque cada sejH mentó de la fibra queda en período refractar· después de pasar el PA (AIb y v. 46). Si Λ produjera un estímulo retrógrado (anfidrómH coj (p. ej., cuando se produce una estimu· ción eléctrica de las fibras nerviosas desde Λ exterior; v. 50), éste terminaría como máx· mo en la siguiente sinapsis (función de válví· la; v. 42).

La provocación continuada de potencíale· de acción en la zona vecina de la fibra repiB senta una señal siempre nueva, pero consuH relativamente mucho tiempo (Bl); la velocidad de transmisión de las fibras nerviosas θ amie· nicas (C, tipo C) sólo es 1 m/s. Dicha veloc· dad θ es mucho mayor en las fibras mielirU zadas (hombres hasta 90 m/s = 350 km/· (C, tipos A y B). Como en las zonas inte· nodo les revestidas por mielina (v. 42) las f· bras están aisladas del entorno, la despolarizH ción que produce un PA puede avanzar me· (1,5 m) (A2) y producir un PA en los nodo· de Ranvier libres de mielina y ricos de can· les de Na

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