i Bases Generales y Celulares de La Fisiologia Medica

7/25/2019 i Bases Generales y Celulares de La Fisiologia Medica

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BASES GENERALES Y CELULARES DE LA FISIOLOGA MDICA

COMPARTIMENTOS DE LOS LIQUIDOS CORPORALES

En el cuerpo humano, el agua representa una elevada proporcin del peso corporal. La cantidad total delquido o agua se denomina agua total corporal y es 50 a 70% del peso del cuerpo. El agua totalcorporal se relaciona inversamente con la grasa del cuerpo, entre ms grasa menos porcentae de aguay viceversa.

El agua total corporal se divide en dos compartimientos principales! el lquido intracelular "L#$ y ellquido e&tracelular "LE$. El L#$ se encuentra dentro de las c'lulas y es ()* partes. +ientras el LE$ estauera de las c'lulas y representa -)* del agua total. El LE$ y el L#$ estn separados por las memranascelulares.

El LE$ se puede dividir en dos compartimientos/ plasma y el lquido intersticial. El plasma es el lquidocirculante en los vasos sanguneos y es el ms pequeo de los dos sucompartimientos. El otro aa alas c'lulas y est separado del plasma por la pared de los capilares, el lquido intersticial es un

ultrailtrado del plasma, pero la pared es impermeale a las protenas as que el lquido intersticial tienepocas o no tiene protenas.

UNIDADES PARA MEDIR LAS CONCENTRACIONES DE SOLUTO

Las cantidades de soluto se e&presan en moles, equivalentes u osmoles. Las concentraciones see&presan en moles por litro "+)L, equivalentes por litro "eq) L u osmoles por litro "osm )L.

1na mola es 2&-0(*mol'culas de una sustancia! un equivalente es la cantidad de soluto con cargael'ctrica "ioni3ado y es el n4mero de molas multiplicado por la valencia del soluto! un osmol es eln4mero de partculas en las que se disocia un soluto en solucin. i un soluto no se disocia en solucin"e. 6lucosa entonces su osmolaridad es igual a su molaridad.

El p es el termino logartmico empleado para e&presar concentracin de hidrgeno.

p 8 9log ":

DIFERENCIAS ENTRE LIQUIDOS INTRACELULAR Y ETRACELULAR

La composicin del L#$ y del LE$ es notalemente dierente, pero la concentracin total de solutos"osmolaridad es igual en L#$ y en el LE$, esta igualdad se logra deido a que el agua luye liremente atrav's de las memranas celulares.

1;


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Los principales aniones del lquido intracelular son protenas y osatos orgnicos.

Estas dierencias son mantenidas undamentalmente por los mecanismos especicos de transporte

FUER!AS QUE PRODUCEN EL MO"IMIENTO DE LAS SUSTANCIAS A TRA"S DELAS MEMBRANAS CELULARES#

$% OSMOSIS.9 diusin de mol'culas de solvente hacia una regin en la cual hay una concentracin msalta de soluto, al cual la memrana es impermeale.

OSMOLARIDAD#& es la concentracin de partculas osmticamente activas en una solucin. Laosmolaridad se calcula por/

Asmolaridad 8 g B $?onde Asmolaridad 8 concentracin de partculas "mosm)L

g 8 =4mero de partculas por mol en solucin "osm)L$ 8 concentracin "m+)L

PRESI'N OSM'TICA#& es la uer3a necesaria para detener la osmosis. La presin osmtica "depende de dos actores/ $oncentracin de partculas osmticamente activas y permanencia del solutoen la solucin. La presin osmtica se calcula mediante la ecuacin de GanHt o/

= g C RT

El coeiciente de rele&in " descrie la acilidad de un soluto para atravesar una memrana

( $#)#i la memrana no es permeale al soluto, el soluto es retenido en la solucin original y eercesu eecto osmtico completo. Ior eemplo la al4mina s'rica y las protenas intracelulares.

( )# i la memrana es del todo permeale al soluto, y si el soluto se diunde a trav's de la memranasiguiendo su gradiente de concentracin hasta que las concentraciones del soluto se igualen en las dossoluciones. La urea es un eemplo.

( u* +alor ,*tr, ) - $# La mayor parte de los solutos no es impermeale "8 - ni completamentepermeale "8 0 a trav's de la memrana, si no su coeiciente esta entre un rango de - y 0.

$uando dos soluciones separadas por una memrana tienen la misma presin osmtica eica3 sonisotnicas. $uando la presin osmtica es dierente la que cuenta con mayor presin es hipotnica y conmenor presin es hipertnica. El agua fluye desde la solucin hipotnica hacia el interior de la clulahipertnica.

OSMOSIS Y DIFUSI'N DE AGUA

La smosis de agua ocurre con mayor rapide3 que la diusin de agua. La smosis de agua a trav's deuna memrana se dee a una dierencia de presin osmtica, y la diusin de agua a trav's de unamemrana se dee a la dierencia de concentracin del agua. El radio del poro de la smosis es de rD

que es mucho ms potente en relacin con el radio de diusin de agua que es de r

.# DIFUSI'N SIMPLE#&es el luo neto de partculas de soluto desde las reas de mayor concentracin alas de menor concentracin.

La velocidad de la difusin simplees directamente proporcional al gradiente de concentracin y puedeser calculada por la ecuacin de JicK que estalece que/

8 9?M$)M&

?onde/ es la densidad de luo "en moles por segundo por cm( de supericie de memrana!


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? es la constante de diusin "en cm ()seg!M$, es la dierencia de concentracin entre dos regiones separadas por una distancia M&,M& en este caso se relaciona con el espesor de la memrana.

La constante de diusin "?, se relaciona con el coeiciente de permeailidad para el soluto en particularmediante la e&presin/

I 8 ?)L

?onde L es el espesor de la memrana y es el coeiciente de particin para el soluto.

/# DIFUSI'N FACILITADA#& la mayora de las mol'culas son muy grandes o polares para poderatravesar la memrana por diusin simple, por lo que requieren ayuda de protenastransportadoras! este mecanismo de transporte se conoce como difusin facilitadao transportepasivo.

?eido a que el soluto se transporta a avor del gradiente de concentracin o del gradienteelectroqumico, no requiere energa metalica para llevarse a cao y est limitado por la cantidad

de protenas transportadoras presentes.

;odas las protenas que uncionan como transportadores son protenas transmemranales. ?e acuerdo asu uncin pueden clasiicarse enprotenas acarreadorasyprotenas canales.

Las prot,0*a1 acarr,a2ora1 "tami'n llamadas transportadores o permeasas unen una o msmol'culas de soluto en un lado de la memrana y mediante un camio conormacional de la protena,transieren al soluto al otro lado de la memrana. Iresentan similitudes con las en3imas como son/ launin del sustrato a un sitio especico, la reduccin de la energa de activacin de la reaccin para lalieracin del producto y su alta especiicidad.Las protenas transportadoras presentan entre s dierencias importantes en cuanto al n4mero de solutosque transportan y la direccin en la cual lo hacen. $uando transportan un solo soluto a trav's de lamemrana, el proceso se conoce como uniport.$uando dos solutos se transportan simultneamente se

reiere a un proceso de cotransporteo transporte acoplado y puede ser symportsi amos sustratos setransportan en la misma direccin o antiportsi son transportados en direcciones opuestas. Estos mismost'rminos se utili3an en los mecanismos de transporte activo descritos ms adelante, pero no indicanrequerimientos de energa en el proceso.

El transporte de glucosa al interior del eritrocito se lleva a cao por diusin acilitada mediante untransportador uniportespecico para la glucosa y a avor del gradiente, ya que la glucosa est msconcentrada en la sangre que en el interior del eritrocito.

Las prot,0*a1 ca*al,1orman canales hidrolicos a trav's de las memranas que permiten el paso desolutos polares sin ning4n camio en la conormacin de la protena.


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El tra*1port, act4+o pr45ar4oinvolucra la transerencia directa de energa, generalmente de la hidrlisisdel


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POTENCIALES DE DIFUSI'N Y EQUILIBRIO

CANALES I'NICOSon protenas integrales de memrana que al arirse permiten el paso de ciertos iones. on selectivos.Esta selectividad se asa en el tamao del canal y las cargas el'ctricas que lo revisten. Los canalestami'n discriminan en ase al tamao. Estos son controlados por compuertas. $uando un canal estaaierto, los iones pueden atravesarlo siguiendo el gradiente electroqumico. i el canal esta cerrado losiones no pueden luir, sin importar la magnitud del gradiente electroqumico. La conductancia de unacanal depende de la proailidad de que se encuentre aierto. ?os tipos de compuertas controlan laaertura y cierre de los canales inicos/

Ca*al,1 op,ra2o1 por +olta6,. Ioseen compuertas controladas por camios de potencial dememrana. Eemplo, la activacin de la compuerta del canal de =a : sore el nervio se are pordespolari3acin de la memrana! y una compuerta de inactivacin, hacia la parte interna de la c'lula,

se cierra por despolari3acin. Ca*al,1 op,ra2o1 por l4ga*2o1#on controlados por hormonas, neurotransmisores y segundos

mensaeros.

POTENCIALES DE DIFUSI'N

1n potencial de diusin se dee a la diusin de iones. $uando la memrana no es permeale al ion, nose crean potenciales de diusin. El signo de los potenciales de diusin est suordinado a la carga delion diusile. Los potenciales de diusin son generados por el movimiento de unos pocos iones y nodesencadenan camios en la concentracin del ion en la masa de la solucin.

POTENCIALES DE EQUILIBRIO

El concepto de potenciales de accin es una e&tensin del concepto de potenciales de diusin. i uncatin se diunde siguiendo su gradiente de concentracin, lleva una carga positiva. i un anin diundesiguiendo su gradiente de concentracin, lleva una carga negativa. El potencial de equilirio es elpotencial de diusin que se equilira e&actamente o se opone a la tendencia de la diusin a seguir ladierencia de concentracin. En el equilirio electroqumico no ocurre diusin neta adicional y paracalcular el potencial de equilirio de un ion a una determinada dierencia de concentracin a trav's deuna memrana, asumiendo que es permeale, se utili3a la ecuacin de =erst..

EQUILIBRIO ELECTROQUMICO Y ECUACI'N DE NERNST


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La ecuacin de =erst permite calcular la dierencia de potencial el'ctrico E7&E-, necesaria para produciruna uer3a el'ctrica 8F9E7:E-%igual y opuesta a la uer3a causada por el gradiente de concentracin RTl*9;&


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( la permeailidad de la memrana para cada ion* la concentracin de los respectivos iones a los dos lados de la memrana

EFECTO DE DONNANLa dierencia ms signiicativa en la composicin del L#$ y el LE$ es la presencia de protenas en elcompartimiento de plasma, la cual provoca una redistriucin de cationes y aniones pequeos a trav'sde la pared capilar denominada equilirio de 6is9 ?onnan. Las protenas plasmticas tienen carganegativa impermeales a la memrana, para conservar la electroneutralidad, dee tener unaconcentracin ligeramente ms aas de aniones pequeos y una concentracin un poco mayor decationes pequeos. Es decir, cuando hay un in un uno de los lados de la memrana que no puedediundir a trav's de la misma, la distriucin de otros iones a los cuales la memrana si es permeale seaecta de manera predecile.

Eemplo/

A m B

: :

Irot9 $l9

La memrana "m es impermeale a las protenas "Irot 9, pero liremente permeale a :y $l9. $l9 se distriuyen de manera tal que, en el equilirio, sus relaciones de concentracin son iguales/

P:&Q P$l9yQP:yQ 8 P$l9&Q

Ceordenando t'rminos/P:&Q P$l9&Q 8 P:yQ P$l9yQ

La distriucin de 6is9?onnan y el principio de electroneutralidad permiten determinar lasconcentraciones de equilibriode los componentes del sistema y es vlida para cualquier par catin9aninmonovalentes en equilirio entre dos cmaras.

Iodemos decir por tanto que la ecuacin de equilirio de 6is9?onnan descrie las propiedades delestado estale de una me3cla de iones permanentes "que no pueden atravesar la memrana y nopermanentes "iones para los que la memrana es permeale en cierta medida.

USO DE LA ECUACI'N DE DISTRIBUCI'N DE DONNAN

La distriucin de ?onnan y el principio de electroneutralidad permiten determinar las concentracionesde equilibriode los componentes del sistema, es decir, anali3ar de que manera un par de iones diusiles"catin y anin se diunden a trav's de la memrana en presencia de iones no diusiles como lasprotenas en el interior de las c'lulas.


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E@EMPLO?

1na memrana semipermeale separa dos cmaras en las que el : se encuentra en amascon una concentracin de 0.-+. La cmara < tiene una concentracin de protenas de 0.- + y lacmara N tiene una concentracin de $l 90.- +. $alcule la dierencia de potencial el'ctrico quedee e&istir cuando el sistema se encuentre al equilirio, considerando que la memrana esimpermeale a las protenas.

P:Q


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POTENCIALES DE MEMBRANA#

POTENCIAL DE REPOSO DE LA MEMBRANA. Es la dierencia de potencial el'ctrico a trav's de lamemrana plasmtica en condiciones de reposo y desempea un papel preponderante en lae&citailidad de las c'lulas nerviosas y iras musculares, as como en otras respuestas celulares.

POTENCIAL DE DIFUSI'N# Es la diusin dierencial de las partculas cargadas en solucin, mediantela cual se estalece un gradiente el'ctrico y un gradiente de concentracin. La direccin del movimientoneto de la partcula cargada depender de que eecto sea mayor, el de la dierencia de concentracin oel de la dierencia de potencial el'ctrico o voltae.

POTENCIAL ELECTROQUMICO nos permite comparar las concentraciones relativas de laconcentracin inica y del potencial el'ctrico.

GENERACI'N DEL POTENCIAL DE REPOSO POR GRADIENTES I'NICOS

En casi todas las c'lulas el potencial de reposo medido en condiciones e&perimentales es muy cercanoal potencial de equilirio para :, es decir, el potencial de reposo esta dominado por el movimiento de losiones de :.El gradiente de concentracin para el : acilita su movimiento hacia el e&terior de la c'lula, pero sugradiente el'ctrico se orienta en direccin opuesta, en este estado de equilirio hay un leve e&ceso decationes del lado de auera y de aniones en el lado de adentro. Esta situacin se mantiene por la


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Pr,gu*ta?Tsi la memrana uera permeale a


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FIBRA NER"IOSA

ETERIOR INTERIOR

. D4Ju14H* 2, Na

/ Bo5a ,l,ctrHg,*a

/ Bo5a ,l,ctrHg,*a

$ D4Ju14H* 2,

a*4o*,1 & a*4o*,1 &

$) 5,=L $) 5,=L

POTENCIAL DE MEMBRANA &) M+

POTENCIAL DE ACCION

Es una alteracin el'ctrica que se propaga a lo largo de la memrana plasmtica. Es decir, es uncamio rpido del potencial de memrana, seguido de un retorno al potencial de reposo.El potencial de accin se dispara cuando el camio en el potencial de memrana "despolari3acin, es

suiciente para que alcance un determinado valor umral o umral de activacin.?iiere de la respuesta local en ( aspectos/- e trata de una respuesta mucho mayor en la que se invierte la polaridad de la memrana.( e propaga sin decremento a lo largo de toda la longitud de la ira muscular o nerviosa.

RESPUESTAS SUBUMBRALES? LA RESPUESTA LOCALon camios en el potencial de memrana que se oservan principalmente en la pro&imidad del puntode aplicacin de la corriente, su magnitud decrece con la distancia y se trata de camios que no sepropagan a lo largo de la c'lula, por lo que recien el nomre de respuestas locales, suumrales oelectrotnicas.

UMBRAL DE ACTI"ACI'NEl umral es aquel nivel del potencial de memrana al cual la velocidad de entrada de los iones =a :es

e&actamente igual a la velocidad de salida de los iones :. $ualquier actor que aumente lapermeailidad del =a:"g=a tiende a e&citar la c'lula "llevarla hacia el umral al aumentar la entrada de=a:.. $ualquier aumento en la permeailidad del : "g hace a la c'lula menos e&citale "o menosposile de alcan3ar el umral, al permitir que salgan ms iones :y por lo tanto mas cargas positivas.

MECANISMOS I'NICOS RESPONSABLES DEL INICIO DEL POTENCIAL DE ACCI'N?DESPOLARI!ACI'N


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puede e&pulsarlo y tami'n mucho ms rpidamente de lo que los iones : pueden salir. Ior lo anteriory deido a que g=aVVg, el interior de la c'lula se vuelve progresivamente menos negativo.

T?urante cuanto tiempo continuarn los iones =a:entrando a la c'lulaUT?urante cuanto tiempo continuar el movimiento del potencial de memrana en direccin positivaU

La entrada de =a:

ser mientras la permeailidad de la memrana al =a:

sea alta y se camiar elpotencial transmemrana desde 9F0mG hasta :25mG, que es el potencial de equilirio para el =a :! estoimplica un camio en el potencial de memrana de ms de -50mG. Este es el camio de potencial msgrande que ocurre durante la actividad celular. El movimiento de =a:al interior de la c'lula continuarmientras que los canales de =a:, est'n aiertos y cesar cuando se inactiven o se cierren.

E&iste una retroalimentacin positiva en os camios de permeailidad y potencial transmemranal, esdecir, la permeailidad controla el potencial de memrana y 'ste a su ve3 controla la permeailidad.?urante el potencial de accin un camio en el potencial de memrana "en direccin positiva aumentag=a! este aumento en g=apermite que entren ms iones =a:, lo que camia el potencial de memrana enla direccin positiva a4n ms, lo que aumenta g =a y as sucesivamente. Este mecanismo proporciona laase para entender la propiedad de Xtodo o nadaY del potencial de accin, es decir una ve3 que sesorepasa el nivel umral del potencial de memrana se llevar a cao el potencial de accin en su

totalidad.

REPOLARI!ACI'NEl impulso es un proceso transitorio y autolimitado y deemos considerar como se produce el regreso alpotencial de reposo.1na ve3 que el potencial de memrana ha llegado a el potencial de equilirio de =a :, disminuye g=a loque permitira un regreso parcial al potencial de reposo, pero adems del aumento en g =a tami'naumenta gy permite que los iones salgan mucho ms rpidamente y se desplace el potencial dememrana "Gm, hacia el potencial de equilirio para :. Esto acelera la ase de cada del potencial deaccin, es decir la repolari3acin..?urante el potencial de accin gno alcan3a el m&imo hasta que g=aempie3a a disminuir. Esta accindel potencial de memrana sore gno es circular, ya que un aumento en g tiende a mover el potencialen la direccin en que gdisminuye.

CANALES I'NICOS Y COMPUERTASE&isten canales separados para el =a:y el : y dichos canales son sensiles al voltae.En particular los canales de =a:parecen contener alg4n tipo de Zsensor de voltaeZ que es capa3 dedetectar el camio de voltae que acompaa a la despolari3acin y ocasiona un camio conormacionalque are el conducto de =a:. e ha propuesto que puede e&istir en * conormaciones distintas/

a $errado "potencial de reposo,


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Iara despla3ar =a:a trav's del canal, amas compuertas de activacin e inactivacin del canal deenestar aiertas. Estas compuertas responden a la despolari3acin/

-. En r,po1o, la compuerta de activacin permanece cerrada y la compuerta de inactivacin estaaierta, pero el =a:no puede despla3arse a trav's del canal.

(. ?urante el 241paro 2,l pot,*c4al 2, acc4H*, la despolari3acin en el umral produce la aertura

rpida de la compuerta de activacin. En este lapso todava la compuerta de inactivacin seencuentra aierta ya que responde con mayor lentitud a la despolari3acin en comparacin a la otracompuerta de activacin. Ior consecuencia, el =a :puede luir a trav's del canal al interior de lac'lula, provocando una mayor despolari3acin.

*. En el pu*to 5K745o 2,l pot,*c4al 2, acc4H* la compuerta de inactivacin lenta respondeinalmente, se cierra y al estar cualquiera de las dos compuertas cerrada el propio canal tami'n secierra. $uando ocurre la repolari3acin y la memrana regresa otra ve3 a su nivel de reposo, lacompuerta de activacin permanece cerrada y la de inactivacin se encuentra aierta, amas en suposicin original.

En el reposo los canales de potasio dependientes del voltae se encuentran cerrados. $uando elpotencial de reposo se eleva de 9F0 mG hacia cero, este camio provoca un lento camio conormacionalde la puerta que se encuentra hacia el interior de la memrana y permite la diusin del hacia el

e&terior, usto cuando los canales del sodio se inactivan, lo cual acelera la repolari3acin de la memranay recuperando el potencial de reposo en unas die3mil'simas de segundo.

E@ERCICIO?

$ada canal de =a:permanece aierto por un tiempo promedio de 0.7 mseg y la corriente promedio atrav's de cada canal es de -.2&-0 9-(amps "o $s9-. 1tili3ando estos datos y la constante de Jaraday"J8F2500 $)mol, calcula el n4mero de iones =a:que pasan a trav's de un solo canal, en un ciclo dedespolari3acin usando la siguiente e&presin/

=um. de =a:)canal 8 corriente "$)s B tiempo"s B n4mero de


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CONDUCCI'N DEL POTENCIAL DE ACCI'N

Los potenciales de accin son conducidos a lo largo de la ira nerviosa o muscular gracias al luo localde corriente, del mismo modo que ocurre con la conduccin electrotnica de los potenciales suumralesdel potencial de memrana.La memrana de la c'lula nerviosa en reposo se encuentra con las cargas positivas en el e&terior y lasnegativas en el interior. ?urante el potencial de accin 'sta polaridad se invierte y las cargas positivas enel interior dan lugar a corrientes locales que despolari3an la memrana adyacente al punto dedespolari3acin inicial. Estas nuevas 3onas despolari3adas, inducen a su ve3, nuevas corrientes localesque despolari3an segmentos adicionales de la memrana, ms aleados del punto inicial dedespolari3acin.La velocidad de conduccin ser directamente proporcional al dimetro de la ira en las memranas queno se hayan cuiertas con mielina. En las c'lulas que estn cuiertas por una vaina de mielinaconstituda por m4ltiples estratos de la memranaplasmtica de las c'lulas de h[ann que se enrollansore s mismas alredodero de la ira nerviosa. Lla velocidad de conduccin ser mayor deido a quese presenta de manera saltatoria, es decir ocurre en los nodos de Canvier locali3ados cada -9( mm de lamemrana y son los espacios entre dos c'lulas de ch[ann adyacentes a lo largo del a&n.

POTENCIAL GENERADOR O TRANSMISI'N ELECTROT'NICA#

E&isten estmulos que no tienen la suiciente intensidad para generar un potencial de accin y generanpotenciales suumrales por una despolari3acin ocasionada por un luo de corriente local.

DIFERENCIAS ENTRE EL POTENCIAL DE ACCION Y EL POTENCIAL GENERADOR ORESPUESTAS LOCALES

POTENCIAL GENERADOR POTENCIAL DE ACCIONR,1pu,1ta gra2ua2a/ la amplitud aumenta al

intensiicarse la uer3a del estmulo o al crecer lavelocidad de aplicacin del estmulo

R,1pu,1ta total o *ula/ una ve3 que la uer3a del

estmulo es suiciente para llevar la memrana hastael umral, el aumento posterior en la uer3a delestmulo *o causa un aumento en la amplitud

S, pu,2, a24c4o*ar/ si se presenta un segundoestmulo antes que el potencial generador delprimero haya desaparecido, el potencialgenerador del segundo se aade a ladespolari3acin del primero

No 1, pu,2,* a24c4o*ar#

No t4,*, u* p,r4o2o r,Jractar4o Pr,1,*ta u* p,r4o2o r,Jractar4oapro&imadamentede - mseg.

e conduce pasivamente y disminuye enmagnitud al aumentar la distancia a trav's de laira nerviosa

e propaga sin p'rdida de amplitud a trav's de laira nerviosa

u duracin vara y es superior a - a ( mseg. u duracin es de - a ( mseg.

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