Homeostasis, Potenciales de Membrana, Sinapsis y Contracción Muscular: Fisiología Esencial

Introducción: 8 puntos sobre la Homeostasis

1. Importancia del sistema nervioso como del endocrino.
2. Nivel tónico de actividad: intervalo de normalidad fisiológica.
3. Control antagónico: retroalimentación negativa o feedback negativo.
4. Las señales químicas pueden tener diferentes efectos en diferentes tejidos corporales.
5. La homeostasis es un proceso continuo que implica el registro y regulación de múltiples parámetros.
6. La efectividad de los mecanismos homeostáticos varía a lo largo de la vida.
7. Tolerancia.
8. Un fallo de los mecanismos homeostáticos produce enfermedad o la muerte.

Potencial de difusión de membrana

Es la diferencia de potencial a ambos lados de una membrana que separa dos soluciones de diferente concentración iónica.

• Se debe a la difusión de iones y solo puede generarse si la membrana es permeable a ese ion.
• La magnitud depende de la magnitud del gradiente de concentración, siendo este último la fuerza impulsora.

Potencial de equilibrio

• Es una extensión del concepto de potencial de difusión.
• Si existe una diferencia de concentración a través de una membrana para un ión y la membrana es permeable para ese ion, se genera una diferencia de potencial (potencial de difusión).
• Con el tiempo, la difusión neta del ion se hace más lenta y luego se detiene debido a esa diferencia de potencial.
• Es el potencial de difusión que se equilibra exactamente o se opone a la tendencia de la difusión según la diferencia de concentración.

Ecuación de Nernst

• Se emplea para calcular el potencial de equilibrio de un ion a una determinada diferencia de concentración a través de una membrana, asumiendo que la membrana es permeable a dicho ion.
• En otras palabras, convierte la diferencia de concentración de un ion en voltios (mV).

Fases del potencial de acción

1. Célula en reposo: los canales de K⁺ abiertos crean el potencial de reposo.
2. Alcanzar el umbral: algunos canales de Na⁺ se abren, despolarizando la célula hasta el umbral.
3. Despolarización: se abren más canales de compuerta de Na⁺ dependientes de voltaje, causando una rápida espiga de despolarización (potencial de acción).
4. Repolarización e hiperpolarización: los canales de Na⁺ se inactivan, los canales de compuerta de K⁺ se abren, repolarizando e incluso hiperpolarizando la membrana.
5. Célula en reposo: todos los canales de compuerta se cierran. La célula regresa al potencial de reposo.

Sinapsis: síntesis y almacenamiento de diferentes tipos de neurotransmisores

Péptidos

1. Un péptido precursor se sintetiza en el retículo endoplásmico rugoso (RER).
2. El péptido precursor se separa en el aparato de Golgi para producir el neurotransmisor activo.
3. Vesículas secretoras que contienen el péptido brotan del aparato de Golgi.
4. Los gránulos secretores son transportados hasta el terminal donde se almacena el péptido.

Neurotransmisores de aminas y aminoácidos

1. Las enzimas convierten las moléculas precursoras en moléculas de neurotransmisor en el citosol.
2. Las proteínas transportadoras cargan el neurotransmisor en vesículas sinápticas en el terminal, donde se almacena.

Neurona multipolar

• "Cada neurona sintetiza un solo tipo de neurotransmisor".
• Excitación e inhibición:
  • Cada neurona puede tener muchas sinapsis.
  • Cada terminal puede tener una actividad excitatoria e inhibitoria por separado.
  • Si van a una neurona, todas deben ser excitatorias o inhibitorias.

Etapas de una sinapsis

1. Síntesis del neurotransmisor.
2. Liberación del neurotransmisor.
3. Interacción neurotransmisor-receptor.
4. Remoción del neurotransmisor.

Tipos de sinapsis según el sitio de recepción

• Sinapsis axosomática: excitatoria e inhibitoria.
• Sinapsis axodendrítica: excitatoria.
• Sinapsis axoaxónica: inhibitoria. No tiene efecto sobre la neurona (segunda) que inerva, sino que afecta indirectamente a la tercera neurona al afectar la liberación del neurotransmisor de la segunda neurona.

Sinapsis inhibitoria

• El canal deja pasar aniones como el Cl^-.
• El potencial pasa de -70 mV a -100 mV (hiperpolarización).
• GABA: siempre inhibitorio. Se acopla al receptor y este deja pasar el Cl^-.
• Al hiperpolarizar, aumenta la permeabilidad de la membrana.

Sinapsis neuromuscular

1. Propagación del potencial de acción por el axón de la motoneurona (mielinizado).
2. Apertura de los canales de Ca²⁺ operados por voltaje e influjo de Ca²⁺.
3. Desplazamiento de las vesículas que contienen ACh hacia la periferia.
4. Liberación de la ACh por exocitosis al espacio sináptico.
5. Unión de la acetilcolina a los receptores colinérgicos (nicotínicos) y apertura de los canales de Na⁺ operados por ligando, influjo de Na⁺ y salida de K⁺.
6. Propagación e interiorización del potencial de acción a la fibra muscular con acción de los canales operados por voltaje de Na⁺.
7. Degradación de la ACh por la acetilcolinesterasa.

Clases de receptores para neurotransmisores

Receptores inotrópicos

• Unen el neurotransmisor y ellos mismos son un canal iónico.
• Receptor y canal iónico al mismo tiempo.
• El efecto fisiológico depende del ion que vaya a permear: (+) despolariza y (-) hiperpolariza.
• Produce una respuesta rápida y corta.

Receptores metabotrópicos

• Receptores que unen el neurotransmisor y, a través de proteínas G (proteínas que unen GTP), regulan la activación de canales iónicos.
• Presentes en todas las vísceras.
• Respuesta lenta y duradera.
• Llega el neurotransmisor, se activa el receptor, este activa un segundo mensajero (proteína G) y este activa el canal.
• Regulan la actividad de canales iónicos.
• Activan varias enzimas (cascada de activación).
• Mayor duración de los efectos.

Sinapsis según neurotransmisor y precursor

• Sinapsis noradrenérgica: precursor tirosina, producto epinefrina.
• Sinapsis serotoninérgica: precursor triptófano, producto serotonina.
• Sinapsis GABAérgica: precursor alfa-cetoglutárico, producto GABA.

Neurotransmisores

• Acetilcolina: excitatoria e inhibitoria.
• Noradrenalina: excitatoria e inhibitoria.
• Dopamina: generalmente excitatoria, pero también inhibitoria.
• Serotonina: inhibitoria.
• GABA: inhibitorio.
• Glutamato: siempre excitatorio.
• Endorfina: inhibitoria.

Sinapsis colinérgica

• Producción: Acetil CoA + Colina = ACh + Coenzima A (colina acetiltransferasa).
• Degradación: ACh = Colina + Ácido acético (acetilcolinesterasa).

Contracción muscular

Sarcómero

• La miosina y la actina conforman los miofilamentos.
• Miofilamento grueso: miosina (no está en contacto con la línea Z).
• Miofilamento delgado: actina, troponina, tropomiosina.
• Banda I: filamentos finos.
• Banda A: superposición de filamentos gruesos y finos.
• Banda/Zona H: filamentos gruesos.

Proceso de contracción muscular

A.

1. Propagación del potencial de acción por el axón de la motoneurona (mielinizado).
2. Apertura de los canales de Ca²⁺ operados por voltaje e influjo de Ca²⁺.
3. Desplazamiento de las vesículas que contienen ACh hacia la periferia.
4. Liberación de la ACh por exocitosis al espacio sináptico.
5. Unión de la ACh a los receptores colinérgicos (nicotínicos) y apertura de los canales de Na⁺ operados por ligando, influjo de Na⁺ y salida de K⁺.
6. Propagación e interiorización del potencial de acción a la fibra muscular con acción de los canales operados por voltaje de Na⁺.
7. Degradación de la ACh por la acetilcolinesterasa.

B.

2. Propagación e interiorización del potencial de acción por los túbulos T.
3. Salida del Ca²⁺ del retículo sarcoplásmico.
4. Unión del Ca²⁺ a la troponina y exposición de los sitios de unión de la miosina.
5. Unión de la miosina a la actina y generación del golpe activo para desplazar la actina.
6. Reciclaje del Ca²⁺ al retículo sarcoplásmico mediante la bomba de Ca²⁺.
7. Contracción muscular.

Si no hay ACh, calcio y energía, no se produce contracción muscular.

Elementos necesarios en la contracción muscular

• Miosina (2 cabezas y una cola).
• Actina (filamento doble, con una cadena doble helicoidal).
• Calcio.
• ATP.
• Proteínas reguladoras:
  • Tropomiosina: filamento alargado, unido a la actina, sobre los sitios de unión con la miosina; es decir, tapa los sitios de unión (inhibición).
  • Troponina.