Fisiologa de la NeuronaProf. Jorge P. Roa S. M Sc, Ph D2008Universidad de ConcepcinFacultad de Ciencias BiolgicasDepartamento de Fisiologa

IntroduccinLa sealizacin dentro y entre clulas es esencial para el desarrollo y sobrevivencia de los organismos multicelulares.

En los organismos complejos los mecanismos de sealizacin son predominantemente qumicos.

Los mecanismos de sealizacin intracelular regulan la transcripcin de genes, la traduccin de protenas y la distribucin de protenas en la clula.

Los mecanismos de sealizacin intercelular regulan la actividad de clulas adyacentes a travs de las sinapsis o de clulas distantes a travs de las hormonas. Incluso el comportamiento de un organismo entero puede ser manipulado qumicamente a grandes distancias por las feromonas

El sistema nervioso es el sistema de sealizacin ms complejo y las neuronas, a diferencia de otras clulas, usan dos tipos de mecanismos de sealizacin: qumico y elctrico.

La transferencia de informacin desde uno de estos sistemas al otro permite transformaciones complejas de informacin que de otra manera no sera posible.

Durante esta transferencia, la informacin contenida en la seal puede ser modificada y es el mecanismo por el cual funciones superiores del sistema nervioso son realizadas.

Los mecanismos bsicos de la sealizacin elctrica y qumica sern discutidos en este mdulo.

Partes comunes de la mayora de las neuronasDimetro cuerpo celular: 50 mDimetro Axn: 0.2 a 20 mLongitud del axn: de menos de 100 m a metros

Importancia del tamao y forma de las neuronas. El tipo y cantidad de informacin que recibe una neurona est determinado por el tamao y forma del rbol dendrtico.Varias neuronas pequeas reciben informacin de pocos aferentes (a y b). En una neurona grande convergen terminales de varias neuronas aferentes (a`y b`) (convergencia)

Red Neuronal

Potenciales BioelctricosTodas las clulas presentan un potencial elctrico a travs de su membrana y las clulas nerviosas y musculares, tienen la capacidad de cambiar rpida y transitoriamente su potencial de membrana en respuesta a estmulos, cambios que se pueden convertir en seales portadoras de mensajes. El sistema de comunicacin neural se basa en procesos electroqumicos de membrana.

Tipos de potenciales

1) Potencial de membrana o de reposo2) Potenciales locales o no propagados a distanciaa) potenciales electrotnicosb) potenciales sinpticosc) potenciales de receptor o generadores3) Potenciales de accin o propagadosa) impulso nerviosob) potenciales de accin de clulas musculares

Potencial de Membrana o Transmembrnico o de ReposoDiferencia de potencial elctrico: Trabajo necesario para mover una unidad de carga de un lugar a otro. Se mide en Voltios.

La fuente de la energa del potencial elctrico es la fuerza electromagntica asociada con la carga elctrica, que puede ser positiva (+) o negativa (-).Es una diferencia de potencial elctrico entre el borde interno de la membrana, negativo, y el borde externo, positivo (-30 a -90 mV).

Conceptos bsicos de ElectricidadElectricidad: flujo de electrones desde un cuerpo que tiene ms carga o ms electrones (polo negativo) hasta un cuerpo de carga menor (polo positivo). Se mide en Voltios

Voltio: describe la diferencia de potencial elctrico entre los dos polos

Potencial elctrico: diferencia de carga elctrica (medida en voltios) entre los polos negativo y positivo

Corriente: es un flujo de electrones a travs de un medio conductor

Gnesis del Potencial de MembranaEl Potencial de membrana es consecuencia de:

1.-Los gradientes inicos a travs de la membrana celular, en particular los de Na+ y K+, aunque no exclusivamente.

2.-La habilidad de los iones para moverse a favor de su gradiente de concentracin a travs de la membrana celular

3.-La membrana que tiene una permeabilidad o impermeabilidad selectiva a los diferentes iones.

Concentraciones inica de los Lquidos Corporales

Vista tridimensional de una pequea seccin de una membrana plasmtica que muestra su estructura qumica (Modelo mosaico fluido)

En reposo, la Mb. es mucho ms permeable al K+ que al resto de los iones, lo que unido al gradiente qumico, permite la salida del in potasio y no de los aniones (A-), producindose una separacin de cargas entre el borde interno y externo de la Mb.Permeabilidad de la Mb en reposo a los iones:

pK:pNa: pCl = 1:0,04:0,45

En reposo, el potencial de Mb est determinado principalmente por el K+.Tcnica de Registro Intracelular del Potencial de MembranaATPasa Na+-K+

Tenemos entonces que el potencial de membrana es consecuencia de:a) La difusin de iones a travs de la Membrana y es directamente proporcional a la separacin de cargas elctricas.

b) El gradiente electroqumico de los iones (distribucin de los iones)c) La permeabilidad selectiva de la membrana a los iones (naturaleza qumica de la membrana)

La influencia de cada uno de estos factores puede analizarse de modo matemtico para cada uno de los iones.

Por ej., los iones K+ tienden a difundir hacia afuera de la clula a favor del gradiente de concentracin, pero a esta salida se opone el gradiente elctrico, logrndose un equilibrio, en el cual la salida de K+ es igual a la entrada de este in. El potencial de Mb en el cual se produce este equilibrio se llama Potencial de Equilibrio.

El Potencial de Equilibrio es el potencial elctrico de la Mb que se opone al gradiente qumico de modo tal que no hay flujo neto de iones a travs de la Mb. Es decir, las fuerzas de difusin y elctricas sobre un ion son iguales pero de sentido contrario. La magnitud de este potencial puede calcularse a partir de la ecuacin de Nernst:

RT [ion]outEion = ______ log n _______ mV FZ [ion]in

Eion= potencial de equilibrioR=constante general de los gasesT=Temperatura absoluta (oK)F= constante de Faraday(coulombs/molZ= valencia del ion[ion]out =concentracin extracelular del ion[ion]in = concentracin intracelular del ion

Transformando a logaritmo en base 10 y a 37 oC, tenemos:

[K+]out EK+ = 61.5 log ___________ = -90 mV [K+]in Lo mismo para el resto de lo iones. En el caso del Cl- se debe colocar la [Cl-]in en el numerador y [Cl-]out en el denominador.La magnitud del potencial de Mb depende no solo de las gradientes sino que tambin de la permeabilidad de la Mb a los distintos iones. Una ecuacin que describe esta relacin con gran precisin es la Ecuacin de Campo de Goldmann:

RT PK+[K+]out+ PNa+[Na+]out+ PCl-[Cl-]inV =______ Log n __________________________________________ mV F PK+[K+]oin+ PNa+[Na+]in+ PCl-[Cl-]iout

Pregunta:

Qu ocurre con el Potencial de Membrana en las situaciones siguientes. Explique.

a.- aumento de la concentracin de K+ extracelular a 7 meq/lb.- disminucin de la concentracin de K+ extracelular a 2 meq/lc.- aumento de la permeabilidad de la membrana al K+d.- aumento de la permeabilidad de la membrana al Na+e.- aumento de la permeabilidad de la membrana al Cl-f.- bloqueo de la bomba de Na+-K+

Potencial de Membrana o Transmembrnico 1.- Depende de los gradientes inicos2.- La permeabilidad selectiva de la Mb influye en l3.- Esta determinado por mltiples especies inicas4.- La presencia de aniones intracelulares no difusibles genera una desigual distribucin de iones entre el LIC y el LEC5.- Es un fenmeno pasivo6.- Es mantenido gracias al funcionamiento de la Bomba de Na+-K+7.- Potencial de equilibrio: es el potencial elctrico de la Mb que se opone al gradiente qumico de modo tal que no hay flujo neto de iones a travs de la Mb (Ec. de Nernst).8.- El potencial de Mb es directamente proporcional a la separacin de cargas a travs de la Mb9.- Despolarizacin: es una disminucin del potencial de membrana. Puede ser pasiva o activa10.- Hiperpolarizacin: es un aumento del potencial de membrana. Es slo pasiva11.- Las despolarizaciones pasivas y las hiperpolarizaciones son llamadas potenciales electrotnicos.