bases fisico qu micas y modelado del tejido excitable n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Bases fisico-químicas y modelado del tejido excitable. PowerPoint Presentation
Download Presentation
Bases fisico-químicas y modelado del tejido excitable.

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 43

Bases fisico-químicas y modelado del tejido excitable. - PowerPoint PPT Presentation


  • 231 Views
  • Uploaded on

Bases fisico-químicas y modelado del tejido excitable. núcleo de ingeniería biomédica facultades de ingeniería y medicina universidad de la república. Introducción. Entre las células excitables se pueden distinguir principalmente las nerviosas (o neuronas) y las células musculares . .

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'Bases fisico-químicas y modelado del tejido excitable.' - una


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
bases fisico qu micas y modelado del tejido excitable
Bases fisico-químicas y modelado del tejido excitable.

núcleo de ingeniería biomédica

facultades de ingeniería y medicina

universidad de la república

introducci n
Introducción

Entre las células excitables se pueden distinguir principalmente las nerviosas (o neuronas) y las células musculares.

  • NEURONAS - transmiten a otras y a células musculares, el impulso excitatorio. Característica fundamental para la formación del sistema nervioso.
  • CÉLULAS MUSCULARES – Son las responsables de la contracción y distensión del tejido muscular.
introducci n1
Introducción
  • SISTEMA NERVIOSO PERIFÉRICO – Proyecciones del tejido nervioso desde los órganos centrales (cerebro, cerebelo, médula, etc) hasta los órganos periféricos.
  • SISTEMA NERVIOSO CENTRAL – Constituido por encéfalo superior, encéfalo inferior y médula.
  • Encéfalo inferior: Encargado de las funciones que no requieren atención consciente dirigida (sistema vestibular, respiración, etc.)‏
  • Encéfalo superior: Funciones conscientes, memoria.
  • Médula: Vía de conducción de señales desde la periferia hasta el encéfalo.
funciones del sistema nervioso
Funciones del sistema nervioso
  • Funciones sensoriales: Los estímulos recibidos por neuronas especializadas llegan a través del SNP al SNC.
  • Funciones motoras: Control y regulación de actividades corporales. Se regulan músculos esqueléticos y lisos, glándulas, etc.
  • Funciones superiores: Elaboración de planes o ideas de actuación propios, utilizando la memoria.
histolog a de la neurona
Histología de la neurona
  • Soma - contiene el núcleo celular y ocurre la síntesis proteica.
  • Dendritas - mayor parte de la estimulación de la célula.
  • Axón - extensión fina, semejante a un cable miles de veces el tamaño del soma. Transmite el impulso nervioso al exterior de la neurona.
histolog a de la neurona1
Histología de la neurona
  • La mayoría de las neuronas de vertebrados reciben el estímulo electroquímico en el soma o dendritas y lo transmiten a través del axón.
  • Dicha transmisión se llama Transmisión sináptica.
membrana celular
Membrana celular
  • En el interior y exterior de la célula existen iones en distintas concentraciones.
  • La membrana celular es semipermeable para estos iones.
  • La semipermeabilidad permite el movimiento pasivo de iones.
  • El reposo se alcanza cuando existe equilibrio electroquímico.
membrana celular2
Membrana celular
  • Equilibrio electroquímico
    • Las concentraciones iónicas y la diferencia de potencial eléctrico generado, se cancelan logrando un movimiento neto nulo de iones.
    • La distribución iónicano es simétrica a ambos lados de la membrana celular.

gradientes de concentración

potencial eléctrico de reposo

difusi n a trav s de la membrana celular
Difusión a través de la membrana celular
  • DOS TIPOS:
  • PASIVA O FACILITADA.
    • Difusión por canales iónicos específicos. Regulan el pasaje de iones específicos. Sus características pueden cambiar con estímulos externos.
    • La difusión se da en favor de los gradientes de concentración.
  • ACTIVA.
    • Bombas: transportan en contra de gradientes, consumen ATP (energía).
equilibrio electroqu mico
Equilibrio electroquímico

Ecuación de Nernst-Planck

R : Constante de los gases (8,31 J/K.mol)‏

Z : Valencia iónica

T : Temperatura

F : Constante de Faraday

Pej: -90mV para el K

equilibrio electroqu mico1
Equilibrio electroquímico

Ecuación de Nernst-Planck

equilibrio electroqu mico2
Equilibrio electroquímico

POTENCIAL DE REPOSO

Ecuación de Goldman-Hodgkin y Katz

modelado de la membrana celular
Modelado de la membrana celular

MEMBRANA CELULAR

Comportamiento eléctrico característico,

Circuito equivalente de una célula esférica. Vm es el potencial de reposo, rm y Cm las resistencia y capacidad de la célula.

Cm tiene un valor aproximado de 1 uF/cm²

modelado de la membrana celular1
Modelado de la membrana celular

MEMBRANA CELULAR

Componentes de las conduc-tancias de Na+ y K+ con sus respectivos potenciales de equilibrio.

canales i nicos
Canales iónicos
  • Los canales iónicos son canales dependientes de voltaje:
    • La variación de voltaje transmembrana modifica la permeabilidad de los canales, generando corriente iónica en favor de los gradientes electroquímicos.
fen menos el ctricos
Fenómenos eléctricos
  • Potencial transmembrana puede modificarse por estímulos mecánicos, eléctricos, térmicos o químicos.
  • Estímulos:
    • Baja intensidad: Potencial local
    • Alta intensidad: Potencial de acción
potencial local
Potencial local
  • El exceso de cargas eléctricas introducidas en la célula nerviosa, por estimulación eléctrica, causa una variación del potencial transmembrana.
  • Esto induce un flujo neto de iones (principalmente K+). No ocurren cambios sustanciales en las permeabilidades de los canales iónicos.
  • Dura de 10 a 15 ms. Tras lo cual se recupera las concentraciones iónicas y el potencial de reposo.
potencial local2
Potencial local
  • No es autopropagable.
  • Se extiende pocos mm.
  • Pueden tener signo positivo o negativo.
  • Entrada de cargas positivas: depolarizante.
  • Entrada de cargas negativas: hiperpolarizante.
  • Son potenciales sumables.
potencial de acci n
Potencial de acción
  • Si un estímulo o la suma de varios supera los 20 mV de depolarización, (sube de -70 mV a -50 mV), se producen variaciones en las permeabilidades de los canales iónicos, provocando cambios bruscos de flujos iónicos y potencial transmembrana. Esto se llama Potencial de Acción.
  • Se llama Potencial de Umbral, al cambio mínimo necesario para producir un Potencial de Acción.
potencial de acci n1
Potencial de acción
  • Fases del potencial de acción:
    • Depolarización: 0,2 a 0,5 ms. Se alcanza un voltaje de hasta +30 mV.
    • Repolarización: 0,5 ms. El voltaje vuelve al valor de potencial de reposo.
    • Post-potencial hiperpolarizante: El voltaje desciende por debajo del potencial de reposo.
potencial de acci n2
Potencial de acción
  • Ley del “Todo o nada”.
  • Amplitud variable, depende de del equilibrio iónico y permeabilidades de la neurona.
  • Implica la apertura de canales iónicos dependientes de voltaje.
  • Corta duración (1 a 2 ms).
  • Depolarizante.
  • No es sumable.
  • Autopropagable por toda la membrana neuronal.
potencial de acci n4
Potencial de acción

Gráfica de corrientes (flujo iónico) frente a voltaje (potencial de membrana), ilustrando el umbral (flecha roja) del potencial de acción de una célula ideal.

potencial de acci n5
Potencial de acción
  • Al final existe un desequilibrio ionico que es constantemente restaurado con la Bomba Na/K. Se consume ATP, se introducen iones K+ y se extraen iones Na+, en contra de los gradientes electroquímicos, buscando el equilibrio electroquímico.
potencial de acci n6
Potencial de acción
  • Existe el llamado Período Refractario.
    • Debido a que la permeabilidad de los canales de Na+ queda inactivada durante un breve lapso posterior al Pontencial de Acción. Esto da la direccionalidad en la propagacion del impulso.
    • El Período Refractario Absoluto, es el lapso en el cual no se produce ningún potencial de acción, cualquiera sea la intensidad del estímulo (duración entre 1 y 2 ms).
    • El Período Refractario Relativo, es el lapso en que puede producirse un Potencial de Acción, pero con un estímulo superior al normal.
propagaci n del potencial de acci n1
Propagación del potencial de acción
  • Existen axones mielínicos y amielínicos.
  • Amielínicos: Conducción continua.
  • Mielínicos: Conducción saltatoria.
  • A lo largo del axón mielínico existen espacios sin mielina llamados Nodos de Ranvier. En estos nodos se genera el potencial de acción.
  • La propagación saltatoria consume menos cantidad de energía al tener que mover menos iones la Bomba Na/K.
propagaci n del potencial de acci n entre neuronas
Propagación del potencial de acción entre neuronas
  • La terminación del axón se llama “cono axónico”.
  • Tiene mayor densidad de canales iónicos, lo que la hace más fácilmente excitable.
  • Los terminales axónicos son zonas especializadas en liberar neurotransmisores que son los responsables de mediar en la sinapsis.
  • Las dendritas se ubican en la postsinapsis, obteniendo un estímulo químico que genera un Potencial de Acción.
sistema muscular
Sistema muscular

núcleo de ingeniería biomédica

facultades de ingeniería y medicina

universidad de la república

juntura neuromuscular
Juntura neuromuscular
  • De la espina dorsal a músculos esqueléticos llegan fibras motoras eferentes.
  • Cada fibra controla un grupo específico de músculos.
  • Para músculos grandes cada fibra nerviosa controla entre 100 y 200 fibras musculares. Para la motricidad fina, cada fibra nerviosa controla hasta 6 fibras musculares.
  • Estimular una fibra nerviosa produce la contracción de todos los músculos asociados a la fibra.
tejido muscular
Tejido muscular
  • Tres tipos de músculos:
    • De contracción voluntaria:
      • Músculo esquelético: mayor volumen, 40% de la masa corporal.
    • De contracción involuntaria inervada:
      • Muslo liso: tracto digestivo, vasos sanguíneos (no se tratara en este curso)
    • De contracción involuntaria no inervada:
      • Músculo cardíaco: miocardio (próxima clase)
m sculo esquel tico
Músculo esquelético
  • Estructura:
    • Haz de fibras.
    • Fibra muscular: es la célula muscular, miocito, 10 a 100um de diámetro.
    • Miofibrilla: unidad básica, dan el aspecto estriado.
    • Miofilamentos: miosina (gruesos) y actina (delgados).
m sculo esquel tico1
Músculo esquelético
  • Miofibrilla:
  • Bandas:
    • Banda A: bandas oscuras, miosina y actina.
    • Banda I: bandas claras, actina.
    • Banda H: bandas pálidas, miosina.
    • Sarcómero: unidad funcional comprendida entre líneas Z por una banda A y dos medias bandas I. Longitud dependiente de la contracción.
m sculo esquel tico2
Músculo esquelético
  • Miofilamentos:
    • Grueso:
      • Unas 300 moléculas de miosina.
      • Tienen 1.5 micras de longitud y 100-400 A de diámetro.
    • Delgado:
      • Están compuestos por 3 proteínas: actina fundamentalmente, tropomiosina y troponina, en relación 7:1:1.
fisiolog a muscular
Fisiología Muscular
  • Dinámica de la contracción muscular:
    • El potencial de acción viaja por la fibra eferente motora hacia la juntura neuromuscular (centro de fibra muscular).
    • Cada axón eferente, se divide en varios cientos de ramas que activaran cada una de las fibras musculares.
    • Se produce la apertura de canales de Na+ (ingresa a la célula muscular).
    • Vm >= -50mv → Pot. de Acción Muscular. Una serie de túbulos (llamados T), se encargan de difundir dicho potencial a toda la fibra muscular.
    • Esto provoca apertura de canales de Ca++ que ingresa y baña a cada una de las miofibrillas. El ion Ca++ es clave en el acoplamiento que produce la contracción.
    • Luego la bomba de Ca++ regresa dicho ion a sus valores normales para la distensión.
fisiolog a muscular1
Fisiología Muscular
  • Contracción:
    • Resulta del acortamiento del sarcómero, desplazamiento de miofilamentos delgados sobre gruesos.
    • El Ca que llegó se une a la troponina generando un cambio en su posición, dejando al descubierto la zona de contacto de la actina con la miosina. Dado esto, las cabezas de miosina se unen con dichos puntos de contacto. Mediante hidrólisis de de ATP, la cabeza de miosina gira 45 grados produciéndose un desplazamiento del miofilamento delgado hacia el centro del sarcómero de unos 5nm.
    • Luego la cabeza se desengancha y vuelve a quedar en posición vertical para volver a acoplarse y repetir el proceso como si fuera una especie de remo.
    • La relajación muscular sucede cuando los iones de Ca vuelven a sus concentraciones de reposo.
c lula muscular card aca miocito card aco
Célula muscular cardíaca (miocito cardíaco)
  • En el miocito la activación eléctrica ocurre igual que en las neuronas:
    • Ingreso de iones Na+
  • La amplitud del PA es de 100 mV (también similar)
  • La duración es cerca de 100 veces mayor que en neuronas y miocitos esqueléticos (300 ms).
  • La repolarización es consecuencia del egreso de iones K+
  • Una importante diferencia entre el miocito cardíaco y el miocito esquelético o liso, es que el cardíaco propaga el estímulo de una célula a la otra en cualquier dirección.
conceptos importantes
Conceptos Importantes
  • Estructura de la neurona, transmisión sináptica.
  • Canales iónicos, equilibrio iónico (Ley de Nernst) y modelo Hodgkin-Huxley
  • Potencial de acción: causas, flujo iónico y recuperación de concentraciones, forma de onda, valores y sus causas
  • Diferencias entre potencial local y potencial de acción. Ley de “todo o nada”. Período refractario.
  • Propagación del PA en el axón. Nodos de Ranvier.
conceptos importantes1
Conceptos Importantes
  • Juntura neuromuscular: qué es, control consciente de la musculatura
  • Tipos de tejido muscular
  • Dinámica de la contracción muscular
  • Miocito cardíaco: diferencia con miocito esquelético, características del PA, propagación a otras células
referencias
Referencias
  • Simini, F - "Ingeniería Biomédica: perspectivas desde el Uruguay", Depto. Publicaciones UR, 2007
  • Webster, J - "Medical Instrumentation. Application and design", 3ra ed, JW&S, 1998
  • Malmivuo, J y Plonsey, R - "Bioelectromagnetism. Principles and applications of bioelectric and biomagnetic fields", Oxford University Press, 1995 (http://butler.cc.tut.fi/~malmivuo/bem/bembook/index.htm)