celular excitables apunte

8/18/2019 Celular Excitables Apunte

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Fisiología de las células excitables:

Neurona y Músculo esquelético

Jorge Sanhueza S.Escuela de Medicina - Universidad Mayor, Temuco

1.Introducción

Aunque todas las células de nuestro cuerpo presentan características de excitabilidad

para procesos de secreción, absorción y otras funciones. Las células excitables

engloban un grupo celular con propiedades eléctricas complejas que permiten realizar

procesos que involucran desde la contracción muscular, hasta el aprendizaje. Estascélulas son capaces de recibir y generar una respuesta eléctrica. Dentro de estos

grupos celulares se pueden mencionar las neuronas y las células musculares (lisas,

esqueléticas y cardiacas). Si bien estas células no son intrínsecamente buenos

conductores de la electricidad, han desarrollado mecanismos elaborados para generar

señales eléctricas basadas sobre el flujo de iones a través de sus membranas

plasmáticas. Por lo habitual, en un estado basal poseen una diferencia de voltaje con

el líquido extracelular lo que se conoce como potencial de reposo.

El potencial en reposo varía según los diferentes tipos celulares, pero su principio es

básicamente el mismo, la membrana plasmática otorga resistencia a tres condiciones

generales:

Distinta permeabilidad de la membrana para la difusión de iones: un ejemplo deellos es que la membrana plasmática es impermeable a las moléculas con carga, pero

si posee canales irónicos sin compuerta que permiten el movimiento diferencial de

iones, un ejemplo de esto es el del K+ que permiten que este se mueva sin dificultad a

través de ella (canales de K+ sin compuerta), esta propiedad de la membrana de

mantener el flujo de iones de forma diferencial ayuda a la mantención del potencial de

reposo de la membrana, manteniendo una concentración de K+ relativamente elevada

en el interior de la célula y una concentración de Na+ mayor en la superficie externa o

medio extracelular, como componente básico de esta actividad. El movimiento de K+

es fundamental en la mantención del diferencial de voltaje y es quizá el principaldeterminante de esta diferencia.

Aniones con carga negativa atrapados en la célula: muchos aniones negativos sonmacromoléculas sintetizados por la propia célula y son demasiado grandes para salir

de ella a través de la membrana plasmática (ej. proteínas). Por tanto quedan

atrapados en su interior y son atraídos a la superficie interna de la membrana por las

cargas positivas acumulados inmediatamente por fuera de la célula. Un ejemplo claro

de esto son las proteínas, polifosfatos orgánicos, ácidos nucleicos, etc. La mayoría de

estos están cargados negativamente a un pH fisiológico.

Procesos de transporte iónico: La ATPasa de Na+ K+ bombea de forma activa tresiones de Na+ fuera de la célula e introduce dos iones de K+ al interior de la célula, este

transporte se realiza en contra del gradiente de concentración por tanto implica un


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gasto de energía en forma de ATP. El bombeo activo de Na+ fuera de la célula se hace

tan rápido como este ingresa a la célula. Este proceso puede ser alterado cuando seve comprometido el nivel de O2 celular o la producción de ATP generando un

desbalance entre el medio interno y el externo o por inhibición de la ATPasa.

El potencial en reposo se mantiene constante y puede ser modificado solo cuando laresistencia de la membrana al flujo de iones (corriente iónica) es modificada esto

ocurre gracias a la canales iónicos, presentes en la superficie de la membrana

(dependientes de ligando, dependientes de voltaje, sin compuerta, mecánicos, etc.),

que mediante distintas estrategias van a favorecer a la célula aproximarse al potencial

de umbral.

Figura 1: Composición química del liquido extracelular (LEC) y del liquido intracelular(LIC) (Guyton y Hall, 2006).

El potencial eléctrico generado a través de la membrana en equilibrio electroquímico

denominado potencial de equilibrio, predice el aporte y movimientos a través e la

membrana de un ión específico, y esta determinado por una fórmula sencilla

denominada ecuación de Nerst que se expresa como la fuerza de atracción eléctrica

(EMF):

E = -2.3 RT/zF log 10 (Ci)/(Ce)

Cuando las membranas son permeables a varios iones el potencial de difusión que

aparece depende de tres factores:

1. La polaridad de la carga eléctrica a cada ión.

2. La permeabilidad de la membrana a cada ión (P).


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3. Las concentraciones de cada ión (C) en el lado interno (i) y externo de la membrana

(e).

Para calcular el potencial de difusión para varios iones a la vez se utiliza la ecuaciónde Goldman o ecuación de Goldman-Hodgkin-Katz. Esta ecuación indica el potencial

de difusión en el interior de la membrana para tres iones monovalentes (Na+, K+ y Cl-)y es quien determina el potencial de reposo en muchos grupos celulares:

EMF (mV)= - 61 log [CNa+i PNa + CK+i PK+ + CCl-e / CNa+e PNa + CK+e PK+ + CCl-i]

La diferencia de voltaje de la membrana es eléctricamente negativo medido en

milivolts (mV) por tanto si aumentamos el flujo neto de iones positivos al interior, el

diferencial de voltaje disminuirá y esto se denomina despolarización. Por otro lado siaumentáramos el influjo de iones negativos hacia el interior de la célula o si saliera

una cantidad mayor de iones positivos del interior de la célula, provocaríamos un

aumento en el diferencial de potencial en reposo fenómeno que se conoce como,

hiperpolarización.

El movimiento de iones es acelerado en la membrana de las células excitables por la

presencia de proteínas transportadoras y canales iónicos en la superficie de la

membrana celular, aquí se realizan múltiples y complejos procesos de flujo iónico en

ambos sentidos principalmente por los mecanismos de difusión facilitada, en canales

especializados a la respuesta de un ligando o dependientes de un cambio de voltaje,

mientras que el retorno al estado basal principalmente ocurre por la acción de las

ATPasa.

Figura 2: Mecanismos de transporte a través de la membrana transporte activo deATPasa (izquierda) y difusión facilitada (derecha), para un mismo par de iones (Guyton yHall, 2006).

2.Célula nerviosa

Las señales eléctricas en el sistema nervioso son esenciales para la comunicación de

estímulos sensitivos y la elaboración de respuestas motoras. Para ello posee células

especializadas denominadas neuronas. Un estimulo periférico o central puede

modificar la permeabilidad iónica. Las neuronas comunican señales gracias a

modificaciones de su potencial de reposo mediante la activación de canales iónicos en

la membrana plasmática, tanto en la región sináptica (comunicación de señales) como


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en el cono axonal (propagación de señales). La permeabilidad de la membrana a

iones positivos (Na+, K+, Ca+2) y negativos (Cl), puede ser acelerada por la presencia

de carriers en la membrana que favorecen el influjo y salida de iones desde y hacia el

interior, estos transportadores pueden ser estimulados o inhibidos por diferentes

moléculas o procesos biológicos (neurotransmisores, influjo iónico y cambios

conformacionales).

Figura 3: Estructura de la neurona: soma, dendritas, axón, terminal presináptica(Sanhueza y Matamoros, 2005).

La célula neuronal, la neurona, es un tipo celular especializado en la conducción del

impulso nervioso, su estructura está constituida por cuatro regiones claramente

definidas:

Dendritas: son pequeñas prolongaciones citoplasmáticas (brazos del soma) del soma

neuronal, son las encargadas de recibir y conducir el estimulo nervioso proveniente de

otras neuronas, constituye una importante región de comunicación interneuronal.

Cuerpo o soma: corresponde a la zona de mayor tamaño en la que se encuentra el

núcleo celular y las organelas citoplasmáticas encargadas del procesamiento de la

información, la síntesis y empaquetamiento de neurotransmisores que serán

transportados hacia la región axonal, posee un abundante retículo endoplásmico liso y

rugoso además de numerosas mitocondrias y un prominente aparato de Golgi, en el

destacan los corpúsculos de Nissl, que corresponden a regiones densas formadas por

retículo endoplásmico que forman verdaderas manchas en el soma estos sonimportantes para distinguir células neuronales de las células de la glía y para el

estudio de la citoarquitectura neuronal, importante en la clasificación fisiológica de

distintas regiones cerebrales y en la actualidad relevante en procesos fisiopatológicos.

Axón: es la prolongación más extensa del citoplasma celular, encargada de la

propagación del impulso nervioso hacia regiones distantes, red de microtúbulos,

microfilamentos y neurofilamentos que permiten el transporte de neuropéptidos hacia

la terminal presináptica, además es importante en la conducción del impulso nervioso,

el origen del axón ocurre en una región próxima del cuerpo celular denominada axón

Hillock, que corresponde a una zona con elevada población de canales irónicos

dependientes de voltaje.


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El movimiento de moléculas a través del axón se puede realizar mediante dos

mecanismos de transporte: el transporte axonal rápido y el fluido axonal (transporte

axonal lento). El fluido axonal es el más lento de los dos (1-2 mm/día) resulta de las

contracciones rítmicas del citoplasma neuronal, genera un movimiento unidireccional

hacia la terminal presináptica en el están involucrados microfilamentos y túbulos. El

transporte axonal rápido es un proceso más elaborado más activo que el anterior(200-400 mm/día), incluye transportes hacia la terminal presináptica y en sentido

inverso en él están involucrados transportadores proteicos específicos y de la

actividad de los microtúbulos, los iones de Ca+2 y la actina.

Terminal presináptica: región de unión o contacto con otra neurona.

Un potencial de acción se dispara cuando la despolarización de la membrana essuficiente para llevar el potencial de reposo de la membrana al potencial de umbral o

cuando se produce un estimulo suficiente. En la neurona resulta de cambios en la

permeabilidad de la membrana a los iones Na+ y K+; y corresponde a la sumatoria en

serie de potenciales postsinápticos excitatorios.

Figura 4: sistema de estimulación y captación de la señal en una neurona específicaexperimentalmente se realiza en nervios periféricos, pero este modelo tiene por objetivomedir el potencial de acción generado por el estímulo (Purves y col. 2004).

Para comprender la gráfica del potencial de acción y los mecanismos que hacen

menos negativa la membrana es necesario dividirla en tres etapas básicas, entonces

podemos dividir el potencial de acción en tres etapas:

1. Despolarización.

a. Despolarización primaria.

b. Despolarización secundaria.

2. Repolarización.

3. Hiperpolarización.


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Figura 5: Canales de Na+ dependientes de voltaje y su estructura sus dos compuertas semuestran en relación al tiempo de apertura y el potencial de acción (Fox y col 2005).

Durante gran parte del potencial de acción la célula se encuentra refractaria a una

nueva estimulación. Esto quiere decir que independientemente de la intensidad de

estimulación de la célula, es incapaz de disparar un segundo potencial de acción. Este

estado se denomina periodo refractario absoluto; y coincide con los estados dedespolarización y gran parte de la repolarización, esta condición se debe a que se

encuentran inactivados los canales de Na+ y son incapaces de generar un nuevo

potencial de acción.

En la parte final de la repolarización, la célula es capaz de generar un segundo

potencial de acción pero se necesita un estimulo más potente que los normales, este

periodo se conoce como periodo refractario relativo.

Figura 6: permeabilidad relativa de la membrana a los iones de Na+ y K+ durante eltiempo en que ocurre el potencial de acción (Widmaier y col. 2003).


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Figura 7: periodo refractario absoluto y relativo en relación con el potencial de acción deuna célula nerviosa (Fox y col. 2003).

4.1 Propagación de señales en las células neuronales.

Un mecanismo fundamental en la comunicación de señales es su propagación en las

neuronas el segmento especializado en su propagación es el axón. El axón es unaprolongación especializada del soma compuesta fundamentalmente por

microfilamentos y neurofilamentos esta región es rica en canales de Na+ dependientes

de voltaje y puede estar recubierta por vaina de mielina en las células mielinizadas. En

el sistema nervioso periférico son las células de Schwann las encargadas de formar la

vaina de mielina o neurilema, mientras en el sistema nervioso central lo realizan los

oligodendrocitos. Las células que poseen vaina de mielina presentan una mayor

velocidad de conducción que aquellas que no la poseen y es mayor mientras más

especializada es esta membrana (grosor de la vaina de mielina).

Tres factores influyen directamente en la velocidad de conducción de un impulso

nervioso:

1. Diámetro de la neurona.

2. Espesor de la capa mielínica.

3. Temperatura.

A mayor diámetro, espesor o temperatura mayor es la velocidad de conducción, por

esta propiedad modificable de las células nerviosas las células neuronales se pueden

clasificar en fibras de conducción rápida y fibras de conducción lenta (ver más

adelante en este texto).


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Figura 7: Mecanismo de propagación de la señal en un axón mielinizado.

Los segmentos del axón que quedan desprovistos de vaina de mielina se denominan nodos de

Ranvier, en estos sectores se encuentran los canales de Na+ dependientes de voltaje. Gracias

a esta especialización del axón se produce un mecanismo de conducción saltatoria del impulso

nervioso, mecanismo diferente al proceso de conducción nerviosa en un axón no mielinizado,

lo que produce una mayor lentitud en la conducción en este tipo de axón.

Figura 8: Mecanismo de conducción del impulso nervioso entre una célula malignizada yno mielinizada (Fox y col. 2004).


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4.Células musculares

El tejido muscular tiene un origen mesenquimático, está constituido por: célulasmusculares (fibras musculares), capaces de generar movimientos al contraerse bajo

estímulos adecuados y luego relajarse y por tejido conjuntivo estrechamenteasociado a las células musculares y que ejerce un efecto modulador de su función. El

tejido conectivo actúa como sistema de amarre y acopla la tracción de las células

musculares para que puedan actuar en conjunto. Además, conduce los vasos

sanguíneos y la inervación propia de las fibras musculares.

En los vertebrados, se distinguen 3 tipos de músculo:

1. Esquelético, estriado o voluntario.

2. Cardiaco, estriado involuntario.

3. Liso, involuntario.

Cada uno posee una funcionalidad y estructura diferente que permite diferentes

procesos biológicos (contracción del músculo cardiaco, esquelético y peristaltismo) y

homeostáticos (búsqueda de alimentos, presión arterial y deglución de los alimentos).

Figura 9: Diferencias morfológicas entre las células musculares (observe la tabla quesigue a este esquema) (Widmaier y col. 2003).


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Tabla 1: Comparación entre el músculo cardiaco, esquelético y liso (Fox y col. 2003).

5.1 músculo esquelético

Las fibras musculares esqueléticas se caracterizan por la presencia de estriaciones

transversales periódicas. Esta estriación resulta de la existencia en su citoplasma de

las miofibrillas estructuras responsables de la contracción muscular.

Las miofibrillas son estructuras cilíndricas largas (1 a 3 "m de diámetro) que corren

paralelas al eje longitudinal de la célula, y están formados por miofilamentos finos (actina) y miofilamentos gruesos (miosina), dispuestos en tal forma que inducen laapariencia de bandas claras y oscuras que se repiten a lo largo de cada miofibrilla,

determinando la organización de los sarcómeros. Los sarcomeros son estructuras

especializadas que corresponden a la citoarquitectura de la contracción muscular.

La banda oscura se conoce como banda A (de anisótropa) mientras la clara comobanda I (de isótropa). Cada banda I aparece bisectada por una línea transversaloscura denominada disco o línea Z (de Zwichenscheibe= disco intermedio,). Al centrode la banda A hay una zona más clara que corresponde a la banda H (de Hell = claro)

en cuyo centro está la línea M (de Mittellmembran= membrana media).

Músculo esquelético Músculo cardiaco Músculo liso

Estr iado, act ina y mios ina

organizadas en sarcomeras.

E s t r i ado , a c t i na y m io s i na

organizadas en sarcomeras.

No estriado, más actina que

miosina; la actina insertada en los

cuerpos densos y membrana celular.

Gran desarrollo del retículo

s a r c o p l á s m i c o y t ú b u l o s

transversos.

Moderado desarrollo del retículo

sarcoplásmico y túbulos transversos.

Pobre desarrollo del retículo

s a r cop l á sm ico , s i n t úbu l o s

transversos.

Troponina como proteína de unión

con el Ca+2.

Troponina como proteína de unión

con el Ca+2.

Calmodulina, como proteína de

unión con el Ca+2.

El Ca+2 se libera desde el retículo

sarcoplásmico.

El Ca+2 proviene desde el retículo

sarcoplásmico y el LEC.

El Ca+2 proviene desde el retículo

sarcoplásmico y el LEC. Además

p o d r í a p r o v e n i r d e s d e l a s

mitocondrias.

N o p u e d e c o n t r a e r s e s i n

estimulación nerviosa.

Puede contraerse sin estimulación

nerviosa.

Mantiene el tono en ausencia de

estimulación nerviosa.

Sin uniones comunicantes. Uniones comunicantes presentes en

los discos intercalares.

Uniones comunicantes generalmente

presentes.

SarcómeroCabezas Filamentos gruesos de miosina Filamentos finos de actina

http://escuela.med.puc.cl/paginas/Cursos/segundo/histologia/HistologiaWeb/paginas/mu31749.html


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Figura 9: Organización estructural de una fibra muscular (Fox y col. 2003).

En el citoplasma que rodea a las miofibrillas se disponen tanto las mitocondrias como

las cisternas del retículo sarcoplásmico a las cuales se asocian los túbulos T, en una

organización precisa con respecto a los sarcómeros y repetidas a todo lo largo de las

células musculares esqueléticas.


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Figura 10: Organización de los túbulos T, el LEC y el retículo sarcoplásmico (Widmaier ycol. 2003).

Estrechamente asociadas a las fibras musculares esqueléticas se encuentran las

células satélites, separadas del endomisio por la misma membrana basal que rodea a

la fibra muscular. Ellas son células musculares indiferenciadas que juegan un rolimportante en el crecimiento y reparación de los músculos.

Se distinguen 2 tipos de fibras musculares esqueléticas: rojas y blancas.

Las fibras rojas (fibras de contracción lenta), que abundan en los músculos rojos,son de diámetro pequeño y contienen gran cantidad de mioglobina y numerosas

mitocondrias, que se disponen en filas entre las miofibrillas y en acúmulos por debajo

del sarcolema. Los músculos rojos se contraen más lentamente, por lo que se ha

asumido que la fibra roja es una fibra lenta. Utilizan la respiración celular para extraer

la energía y es resistente a la fatiga.

Las fibras blancas (fibras de contracción rápida), presentes en los músculosblancos, son de diámetro mayor debido a su capacidad de hipertrofiarse y a la

capacidad de almacenar glicógeno, poseen menor cantidad de mioglobina y un

número menor de mitocondrias que se disponen, de preferencia, entre las miofibrillas,

a nivel de la banda I. En este tipo de fibras la línea Z es más delgada que en las fibras

rojas. Utiliza la glicólisis para obtener la energía. Son menos resistentes a la fatiga

debido a la acumulación de ácido láctico.

5.1.1 Unión neuromuscular (placa motora)

La unión neuromuscular o placa motora es la zona de contacto entre la fibra nerviosa

terminal y la membrana especializada de la fibra muscular. La motoneurona inferior

constituye el nervio presináptico, esta tiene su soma neuronal en el SNC y se dirige

hacia la célula muscular para impulsar su contracción. El botón presináptico está

separado de la fibra muscular esquelética por la hendidura sináptica, que contiene

líquido extracelular, y una lamina basal de fibras reticulares esponjosas.

Figura 11: Unión neuromuscular o placa motora (A.D.A.M. 2005).

Terminal nerviosa

Fibra muscular

Pliegues de la unión


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La membrana postsináptica posee varias características especiales que facilitan la

transmisión sináptica. Entre ellas se incluyen unas Invaginaciones que aumentan su

superficie denominados pliegues de la unión, lugar donde se sitúan los receptores(nicotínicos) para el neurotransmisor (acetilcolina).

Figura 12: receptor nicotínico de la membrana de las células musculares esqueléticas,este receptor se comporta como una canal de Na+ dependiente de voltaje (Guyton y Hall,2006).

Las neuronas motoras para los movimientos finos la conforman, una motoneurona que

inerva una o un grupo de fibras musculares (ej. Músculos del ojo). Para los

movimientos gruesos una motoneurona puede inervar un gran número de fibras

musculares (ej. Músculos posturales). El pool de motoneuronas, corresponde al grupo

de motoneuronas que inerva el mismo músculo. La fuerza de la contracción está dada

por el reclutamiento adicional de motoneuronas, mientras más motoneuronas son

reclutadas mayor es la tensión generada en el músculo.

Son dos los tipos de neuronas motoras:

Las motoneuronas pequeñas: que inervan un pequeño número de fibras musculares,

posee bajos umbrales de excitación y por tanto disparo rápido, genera las fuerzas

pequeñas.

Las motoneuronas grandes: inervan un gran número de fibras musculares, posee altos

umbrales de excitación y por tanto su disparo es más lento, generan grandes fuerzas.

El neurotransmisor que liberan estas terminales nerviosas es la acetilcolina y su

receptor es del tipo nicotínico sintetizado en la terminal nerviosa a partir de acetil-coA y

colina esta es almacenada en vesículas en zonas específicas denominadas zonas

activas, ricas en mitocondrias. En reposo, existe una liberación espontánea cuántica

intermitente con una frecuencia de 1-5/seg, correspondiente a exocitosis de vesículas,

que depende de la concentración de calcio extracelular y de la temperatura,

produciendo potenciales postsinápticos excitatorios (tono muscular).

Receptor nicotínico


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La llegada de un potencial de acción a la terminal nerviosa va a producir la apertura de

los canales de calcio sensibles al voltaje y el influjo de Ca+2 hacia el interior de la

célula, generando un aumento de la concentración de este ion en la terminal nerviosa

dando como resultado la liberación de elevadas cantidades de acetilcolina que en

condiciones normales permite suficiente número de uniones con el receptor para

producir la aparición del potencial de placa motora. La cantidad de acetilcolinaliberada va a depender fundamentalmente de las vesículas disponibles para liberación

inmediata y de la concentración de Ca+2 intracelular.

Los potenciales de placa motora generalmente son los suficientes para propagar el

impulso nervioso a través de toda la o las fibras y dar lugar a la contracción. Algunas

alteraciones fisiológicas se producen durante el ejercicio y otras del tipo patológicas se

pueden generar en patologías de la unión neuromuscular como por ejemplo la

miastenia gravis. La farmacología ha desarrollado fármacos que actúan en todos los

niveles de la sinapsis neuromuscular, de ahí la importancia de su estudio y

comprensión para una posterior aplicación clínica.

En la célula muscular esquelética existen diferentes tipos de sensores, que informan al

SNC acerca de cambios producidos a este nivel, se pueden distinguir al menos cuatro

tipos de sensores musculares:

Huso muscular: grupo Ia y II de neuronas aferentes, se encuentran en paralelo conlas fibras extrafusales. Detectan cambios estáticos y dinámicos en la longitud del

músculo.

Órgano tendinoso de Golgi: grupo Ib de neuronas aferentes, son ordenados en seriecon las fibras extrafusales. Ellos detectan la tensión del músculo.

Corpúsculo de Paccini: grupo II de neuronas aferentes, están distribuidos por todo elmúsculo y detectan vibraciones.

Terminales nerviosas libres: grupo III y IV de neuronas aferentes, detectan estímulosnocivos en la fibra muscular.

Las fibras extrafusales, corresponden a la mayor parte del músculo, son inervadaspor las neuronas motoras #, proveen la fuerza para la contracción muscular.

Las fibras intrafusales, más pequeñas que las extrafusales, son inervadas por lamotoneuronas $, están encapsuladas en vaina y forman el huso muscular, corren

paralelas las fibras extrafusales pero no a lo largo de todo el músculo. Son

significativamente pequeñas con respecto a la fuerza muscular que pueden generar,

cumplen un rol fundamentalmente de sensor de la tensión ejercida en el músculo. El

huso muscular es el receptor responsable de enviar la señal en los reflejos

osteotendinosos. Las motoneuronas # y $ coactuan para definir la coordinación de la

contractilidad muscular.

La unidad estructural y funcional de las células musculares estriadas es el sarcómero, elemento que se repite a lo largo de las miofibrillas. El análisis de la estructura y

composición molecular del sarcómero, permite entender el mecanismo de contracción

de las fibras musculares estriadas, basado en el deslizamiento de los miofilamentosgruesos sobre los miofilamentos finos.


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Figura 13: Mecanismo de contracción y relajación muscular mediante la teoríadel deslizamiento de filamentos (Guyton y Hall, 2006).

Los filamentos gruesos (de 15 nm de ancho y 1.6 "m de largo) están formados

principalmente por miosina y se localizan a lo largo de la banda A. Los filamentosfinos (de 8 nm de ancho y 1.0 "m de largo) corresponden a microfilamentos de actina.Estos anclan en la línea Z, luego cursan a lo largo de la banda I y penetran la banda A,

donde corren paralelos a los filamentos gruesos, terminando a nivel de la banda H que

contiene sólo filamentos gruesos. En la banda A se observan puentes que se

extienden desde los filamentos gruesos hacia los filamentos finos y que corresponden

a las cabezas de las moléculas de miosina. A nivel de la línea M cada filamento grueso

se asocia a 6 filamentos gruesos adyacentes, a través de puentes proteicosdispuestos radialmente.

La miosina, corresponde a un polipéptido de seis cadenas, corresponde a una partede de cadenas pesadas y dos partes de cadenas livianas. La molécula de miosina

posee dos cabezas unidas a un tallo, la cabeza de miosina interactúan con la actina

en el proceso de contracción muscular.

Figura 14: Estructura de la molécula de miosina (Guyton y Hall, 2006).

Los filamentos finos están formados por actina, tropomiosina y troponinas,proteínas que se relacionan directamente con el proceso de acortamiento del

sarcómero. Los microfilamentos de actina están constituídos por 2 hebras proteicas,que se enrollan para formar una estructura helicoidal doble. Cada hebra corresponde a


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mecanismo es generado por una canal dependiente de voltaje denominado canal de

dihidropiridina (DHP) que están estrechamente relacionados con los canales de

rianodina presentes en el retículo sarcoplásmico. El cambio conformacional de los

canales de DHP favorece la apertura de los canales de rianodina.

La liberación del Ca+2 por parte del retículo sarcoplásmico, permite la unión de este asu sitio de unión en la troponina, esta unión permite la liberación del sitio de unión de

la miosina por parte del complejo troponina-tropomiosina.

Figura 16: Estructura básica que sustenta el mecanismo de contracción muscular, se

puede observar la estructura de la triada fundamental en el proceso de propagación yperpetuación del potencial de acción (Fox y col. 2003).

La cabeza de miosina posee una molécula de ATP desfosforilada en forma de ADP

pero retiene el fósforo inorgánico, cuya energía es aprovechada para flectar el tallo de

la molécula de miosina y favorecer la unión de esta a su sitio específico en la molécula

de actina, una vez unido se produce la flexión del cuello de la molécula de miosina

deslizándola sobre la molécula de actina, gracias a la energía aportada por el fósforo

inorgánico el cual es liberado junto al ADP.


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Figura 17: Mecanismo molecular de la contracción muscular; unión del Ca+2 a latroponina, elongación del tallo de la miosina y acoplamiento a la actina, elongación de lacabeza de miosina (Fox y col. 2003).

La unión de la actina y la miosina y la flexión del cuello de la miosina, permite el

acortamiento de la banda I en todos los sarcómeros de la fibra muscular esquelética

produciéndose la contracción muscular.

El desacoplamiento de esta unión solo se produce si una molécula de ATP se une y

desfosforila en la cabeza de la molécula de miosina. Este paso está relacionado con el

rigor mortis.

El Ca+2 sarcoplásmico es reabsorbido por el retículo endoplásmico liso mediante una

bomba de Ca+2 que se ubica en la membrana del retículo.


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6. Anexos: Cuadros comparativos

Anexo 1: cuadro comparativo de los mecanismos de contracción del músculo

esquelético y liso.

! [Ca +2]i ! [Ca +2]i

Ca +2 se une a calmodulina en

el citoplasmaCa +2 se une a troponina en los

miofilamentos finos

El complejo Ca +2 - calmodulina se une a

la quinasa de cadena liviana de miosina

La MLCK utiliza ATP parafosforilar las cabezas de miosina

La cabeza fosforilada de miosina

se une con la actina

El entrecruzamiento de las cabezas de

miosina y la actina produce el

acortamiento y la tensión

Músculo liso Músculo esquelético

Cambio conformacional en la troponina

mueve la tropomiosina y desacopla el sitio

de unión de la miosina

La cabeza de miosina se une con

la actina

El entrecruzamiento de las cabezas de

miosina y la actina produce el

acortamiento y la tensión


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Anexo 2: cuadro comparativo de las principales propiedades de los tipos de fibrasmusculares (Widmaier y col. 2003).

Característica Músculo esquelético Musculo lisounitarioMusculo lisomultiunitario

Musculo cardiaco

Filamentos finos y

gruesosSi Si Si Si

Sarcómero Si No No Si

Túbulos transversos Si No No Si

Retículo

sarcoplásmico++++ + + ++

Uniones

comunicantesNo Si Pocas Si

Fuente de Ca+2Retículo

sarcoplásmicoRS y extracelular RS y extracelular RS y extracelular

sitio de acción del

Ca+2Troponina Miosina Miosina Troponina

Velocidad de

contracciónRápida-lenta Muy lenta Muy lenta Lenta

Potenciales de

acción espontáneos

producidos por

marcapasos

No Si No Si

Tono (mantención

de tensión en bajos

niveles sin

estimulación)

No Si No No

Efecto de

estimulación

nerviosa

ExcitaciónExcitación o

inhibición

Excitación o

inhibición

Excitación o

inhibición

Efecto hormonal No Si Si Si


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6.0 Bibliografía

• Berne, M.; Levy, M. (2004). Fisiología. Elsevier España S. A.

• Costanzo, L. (2003). Physiology; Board Review Series. Tercera edición.

Lippincott Williams & Wilkins. USA.

• Gaw, A.; Cowan, R. y col. (2001). Bioquímica Clínica. Ediciones Hartcourt. S. A.

España.

• Guyton, A.; Hall, J. (2001). Tratado de Fisiología Médica. Décima Edición, Mc

Graw-Hill Interamericana de España.

• Guyton, A.; Hall, J. (2006). Textbook of Medical Physiology. Elsevier-Saunders.

Philadelphia, Pennsylvania.

• Fox I. S. (2003). Fox: Human Physiology, Eighth Edition, The McGraw%Hill

Companies.

• Kandel Erick, S. J., Jessell Thomas (2001). Principios de Neurociencia. Madrid.

• Rasmussen, H. (1991). Cell Communication in Health and Disease. W.H.

Freeman and Company. USA.

• Sanhueza, J.; Matamoros R. (2006). Software de Fisiología Humana.

Universidad Santo Tomás.

• Widmaier, E.; Raff, H.; Strang, K. (2004) Vanders et al’s: Human Physiology:

The Mechanisms of Body Function, 9th ed., The McGraw%Hill Companies.


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Guía de autoevaluación

1. Defina el concepto de excitabilidad.

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2. Explique cada uno de los factores que condicionan el potencial de reposo en la

membrana.

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4. ¿Por qué el potencial de reposo se expresa como un diferencial?

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5. Explique qué significa canal dependiente de voltaje y dependiente de ligando.

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6. ¿Quién otorga resistencia en el circuito celular? Explique la propiedad de esta que

aumenta o disminuye la resistencia.

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7. indique que ocurre en las siguientes situaciones con el diferencial de potencial de

reposo de la membrana: aumenta (&) o disminuye (').

8. Defina corriente iónica e indique la unidad de media a nivel celular.

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9. Defina voltaje e indique la unidad de medida a nivel celular.

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10. Marque con una cruz (X) el proceso eléctrico que ocurre en las siguientes

situaciones.

Flujo iónico Diferencial de potencial de reposo

Na+

Ca+2

K +

Cl-

Aminoácidos

Mg+2

Apertura de canal iónico

de:Despolarización Repolarización

Na

+

Cl-

K +

Ca+2


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12. Realice una descripción de los componentes y organización del músculo

esquelético.

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13. Mencione el neurotransmisor y el receptor involucrado en el mecanismo de

contracción muscular.

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14. Describa la regulación y el control de la actividad muscular y tipos de conducción.

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15. Mencione las fuentes de energía para la actividad muscular.

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16. Realice una tabla especificando las etapas de la contracción muscular y los

participantes de ellas.


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22. Explique el rol del Ca+2 en los procesos de contracción muscular.

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Aplicaciones clínicas

Caso 1:

Alberto un niño de 10 años tiene ataques esporádicos de la parálisis de músculo. El

paciente tiene cuatro hermanos, todo ellos han sufrido síntomas similares.

Inicialmente estos ataques son caracterizados por el dolor asociado con

contracciones de los músculos afectados. Más tarde los músculos afectados pueden

sufrir espasticidad o flacidez. Análisis sanguíneos durante los episodios indican que el

paciente reduce su nivel de K+ intracelular hasta los 120 meq/lt, la actividad basal de

la ATPasa Na+K+ permanece normal, estudios urinarios muestran un aumento en la

eliminación de K+ urinario y la electromiografía indica un correcto funcionamiento de la

unión neuromuscular. Análisis con microelectrodos muestran una disminución en el

potencial de reposo de la membrana en la célula muscular.

1. Cómo explicaría según sus conocimientos acerca del potencial de reposo de la

membrana lo que ocurre en este paciente, fundamente su respuesta.

2. Cual seria a su parecer una posibilidad de disminuir estas complicaciones en el

paciente.

3. Mencione los tres factores que condicionan el potencial de reposo de la

membrana e indique cuál de ellos estaría afectado en este paciente.

4. Investigue el nombre de esta patología y su origen.


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Caso 2:

Una mujer de 48 años, fumadora de 30 cigarrillos al día, sin otros antecedentes

patológicos de interés, ni alergias conocidas.

Refiere que el proceso comenzó con sensación de debilidad generalizada, astenia ysíntomas subjetivos de desinterés y anhedonia. Estos síntomas aumentan con el

transcurso del día, atribuyéndolo la propia paciente a un exceso de trabajo y estrés

emocional. Durante semanas la debilidad progresa hasta el punto de hacerle sentarse

tras subir las escaleras de una sola planta de su casa. Dos meses después del inicio

de la sintomatología, la paciente consulta por visión borrosa que aumenta con la

luminosidad y el esfuerzo, mejorando con el reposo nocturno. Pocos días después de

notar estas alteraciones visuales se añade claudicación mandibular con la masticación

y dificultad para la elevación de brazos. No presenta síntomas de afectación

respiratoria, digestiva ni urinaria. Tampoco refiere pérdida de peso reciente. A la

exploración física el estado general es bueno. Piel y faneras normales, no presenta

bocio, la temperatura es de 36,5ºC y la TA de 120/80. Sin hallazgos en la auscultación

cardiopulmonar y la palpación abdominal. Se descubre leve ptosis bilateral que

aumenta con los tests de fatiga (elevación de la mirada a un punto fijo, parpadeo

repetido), signo de párpado caído positivo y diplopia. El resto de pares craneales es

normal. Presenta además disminución de fuerza en cintura escapular y pelviana

simétrica que también se objetiva por fatiga a los pocos segundos de mantener brazos

o piernas en elevación. Reflejos y sensibilidad son normales. Ante la sospecha de

miopatía y para descartar posible patología maligna intracraneal expansiva, se deriva

vía urgente al hospital de referencia. Se realiza estudio complementario. Hemograma,

VSG y coagulación son normales, así como el ECG. Presenta Ac. Anti-FML y Ac. Anti-

FME positivos. El resto de estudio inmunológico (ANA, anti-LKM, anti-mitoc, anti-

tiroideos, crioglobulinas, FR, IEF), hormonal (T4, THS), marcadores tumorales (CEA,

AFP, B2HCG), bioquímica (B12, batería básica, orina), serologías (HIV, HCV, HBV, M

AT, EBV, HSV, HZV, CMV, toxoplasma, micoplasma) es normal o negativo.

Las pruebas funcionales respiratorias revelan unpatrón levemente obstructivo (FVC

81%, FEV1 77%, PIM 97, PEM 104). En la Rx de tórax se observa una masa en

mediastino anterior de 7 cm que se confirma con TAC. El estudio neurofisiológico es

compatible con alteración de la unión neuromuscular. Se realiza una prueba de

respuesta terapéutica con piridostigmina oral (MESTINOM) con el resultado de mejoría

clínica muy significativa. Con el diagnóstico de MG comienza tratamiento con

anticolinesterásico, corticoide y la masa mediastínica se extirpa. El diagnóstico

anatomopatológico es de timoma de predominio linfocítico con hiperplasia tímica

asociada.

Dos años después del diagnóstico, la paciente continúa con corticoterapia a dosis

descendentes y anticolinesterásicos a demanda estando asintomática la mayoría del

tiempo.

1. Mencione y grafique la unión neuromuscular, mencionando cada uno de sus

participantes.

2. ¿Qué pruebas diagnósticas se podrían realizar para esta enfermedad?


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3. Investigue el mecanismo de acción de la piridostigmina y su relación con la

mejoría de este paciente, desde el punto de vista fisiológico.

4. ¿Qué relación posee el timoma con esta patología?

5. ¿Por qué a este paciente se le realiza la prueba de VIH, fundamente?

Referencia:

Caballero Martín M. A, Nieto Gómez R., Barcik U.. Clinical presentation of myasthenia

gravis in Primary Health Care: a case report. Medifam. [serial on the Internet]. 2001

Mar [cited 2007 Apr 21] ; 11(3): 99-102. Available from: http://wwwscielo.isciii.es/

scielo.php?scrip=sci_arttext&pid=S113157682001000300006&lng=en&nrm=iso
http://wwwscielo.isciii.es/scielo.php?scrip=sci_arttext&pid=S113157682001000300006&lng=en&nrm=iso

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