Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I

Y 0 flashcards y 21 preguntas más en el documento.

Texto del documento

APUNTES FISIOLOGÍA MÉDICA I Grado en Medicina Universidad de Barcelona AprenAI 2026-2027 Apuntes completos de Neurofisiología Médica: biofísica de membrana, sinapsis, sistemas sensoriales, control motor, SNA, hipotálamo, sueño, lenguaje y memoria.

APREN.AI Índice Bases celulares y barreras del sistema nervioso 1 Estructura neuronal, glía, BHE y LCR Organización funcional y morfología de las neuronas Células gliales: soporte, metabolismo y mielinización Barrera hematoencefálica (BHE) y mecanismos de transporte Barrera hematoencefalorraquídea y dinámica del líquido cefalorraquídeo 2 Biofísica de la membrana y potencial de reposo Propiedades biofísicas de la membrana y circuito equivalente Canales iónicos y mecanismos de permeabilidad Mantenimiento del gradiente por la bomba Na+/K+ ATPasa Potencial de equilibrio electroquímico y ecuación de Nernst Potencial de membrana en reposo y ecuación de Goldman-Hodgkin-Katz Fuerza electromotriz impulsora y principio de electroneutralidad Excitabilidad neuronal 3 Propiedades pasivas y potenciales electrotónicos Propiedades pasivas de la membrana neuronal Constantes biofísicas: constante de tiempo y constante de longitud Potenciales electrotónicos y mecanismos de sumación 4 Potencial de acción y técnica de clampeo de voltaje Fijación de voltaje (Voltage-clamp) Génesis del potencial de acción y ciclo de Hodgkin Cinética de conductancias y compuertas m y h Períodos refractarios y herramientas farmacológicas Mecanismos de propagación axónica 5 Transmisión sináptica — Mecanismos de sinapsis química, eléctrica y unión neuromuscular Modalidades de sinapsis: eléctricas y químicas Mecanismo de acoplamiento excitación-secreción y maquinaria vesicular Receptores postsinápticos y regulación sináptica Fisiología de la placa motora y patologías sinápticas Sistemas sensoriales 6 Principios generales del procesamiento sensorial Transducción sensorial y potenciales graduados Codificación de las propiedades del estímulo Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 1 Adaptación del receptor: receptores tónicos y fásicos Campos receptivos y resolución espacial Organización jerárquica, mapas topográficos e inhibición lateral 7 Sistema somatosensorial y corteza parietal Organización general y receptores somatosensoriales Campos receptivos, discriminación táctil y organización dermatómica Vía del cordón posterior-lemnisco medial Sistema anterolateral Corteza somatosensorial y procesamiento parietal Correlatos clínicos y diagnóstico diferencial lesional 8 Neurobiología del dolor y analgesia endógena Receptores del dolor y transmisión periférica Mecanismos de sensibilización e hiperalgesia Vías de proyección ascendente y dolor referido Sistemas analgésicos endógenos y modulación descendente 9 Fisiología de la audición Física del sonido y arquitectura del aparato auditivo Compartimientos cocleares, potencial endococlear y tonotopía Transducción mecanoeléctrica: células ciliadas internas y externas Vía auditiva central y localización del sonido Diagnóstico diferencial de las hipoacusias y audiometría 10 Fisiología de la visión: Óptica ocular y transducción retiniana Aparato dióptrico del ojo y acomodación del cristalino Organización de la retina: fotorreceptores y vías celulares Fisiología de la corriente oscura y cascada de fototransducción Mecanismos de adaptación y reciclaje retiniano 11 Fisiología de la visión: Circuitos retinianos, vías y corteza visual Circuitos retinianos: vías centro-ON y centro-OFF Antagonismo centro-periferia e inhibición lateral Poblaciones de células ganglionares retinianas Retinotopía y proyecciones subcorticales Corteza visual primaria y visión binocular Reflejo fotomotor directo y consensual Defectos campimétricos por lesión en la vía óptica Control motor 12 Organización general, unidad motora y reflejos espinales Organización jerárquica y tipos de movimientos Organización funcional del asta anterior y la unidad motora Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 2 Generación de fuerza: Principio del tamaño y sumación temporal Receptores sensoriales musculares y coactivación alfa-gamma Circuitos reflejos medulares 13 Tronco encefálico, tono postural y shock medular Evaluación clínica del tono muscular y los reflejos osteotendinosos Control supramedular y centros motores del tronco encefálico Rigidez por decorticación frente a rigidez por descerebración Fisiopatología del shock medular y adaptaciones crónicas 14 Ganglios basales y circuitos corticoestriatales Organización anatómica y celular de los ganglios basales Circuitos motores somáticos: vía directa, vía indirecta y desinhibición talámica Modulación dopaminérgica y balance estriatal Circuitos paralelos no motores de los ganglios basales Fisiopatología clínica: trastornos hipocinéticos frente a hipercinéticos 15 Corteza cerebelosa, aprendizaje motor y cortezas motoras Organización funcional y divisiones del cerebelo Microcircuito sináptico de la corteza cerebelosa Aprendizaje motor y semiología del síndrome cerebeloso Cortezas motoras y haz corticoespinal 16 Sistema vestibular y reflejos oculomotores Anatomía funcional del laberinto membranoso Mecanotransducción y polaridad funcional de las células ciliadas Dinámica de la endolinfa durante la rotación cefálica Reflejo vestibuloocular (RVO) y control oculomotor Reflejos vestibulares posturales y síndrome lesional vestibular Sistema nervioso autónomo 17 Organización neuroanatómica y neurotransmisión neuroefectora Organización anatómica de las divisiones simpática y parasimpática La unión neuroefectora autonómica y la transmisión «en paso» Neurotransmisión noradrenérgica y receptores adrenérgicos Neurotransmisión colinérgica y receptores muscarínicos y nicotínicos 18 Acciones fisiológicas, reflejos viscerales y patologías Acciones fisiológicas del sistema nervioso autónomo Control neural de los reflejos de micción y defecación Patología autonómica: síndrome de Horner, feocromocitoma e intoxicación colinérgica Alteraciones vesicales tras shock medular Funciones integradoras y superiores Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 3 19 Hipotálamo y sistema límbico Topografía y organización funcional del hipotálamo Control de los ritmos circadianos: el núcleo supraquiasmático Regulación hipotalámica de la ingesta Termorregulación y fisiopatología de la fiebre Organización del sistema límbico y funciones de la amígdala 20 Fisiología del sueño y electroencefalograma Bases biofísicas y ritmos del electroencefalograma Fases del sueño no REM (NREM) y progresión electroencefalográfica Sueño REM (paradójico) y arquitectura cíclica Diferencias neurovegetativas y somáticas entre NREM y REM Mecanismos subcorticales: circuito oscilador flip-flop y neuromodulación Vía fotoneuroendocrina de la melatonina Fisiopatología del sueño: disomnias y parasomnias 21 Lenguaje, lateralización cerebral y memoria Lateralización hemisférica, dominancia cerebral y atención Bases neuroanatómicas del lenguaje y semiología de las afasias Taxonomía y organización temporal de la memoria Mecanismo molecular de la potenciación a largo plazo (LTP) Consolidación corticolímbica y análisis lesional: el modelo clínico H.M.

22 Resumen para repasar Biofísica de membrana y excitabilidad neuronal Transmisión sináptica y unión neuromuscular Fisiología sensorial: somatosensorial, dolor, audición y visión Control motor, tronco encefálico, ganglios basales y cerebelo Sistema nervioso autónomo, hipotálamo y funciones superiores Soluciones de las preguntas de repaso Estos apuntes pueden contener errores u omisiones. Son un material de apoyo y no sustituyen al temario oficial ni al profesorado: contrasta la información importante. Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 4 1 Estructura neuronal, glía, BHE y LCR AL ACABAR SABRÁS Diferenciar las clases morfológicas de neuronas y sus dominios funcionales.

Explicar las funciones tróficas, mielinizantes y de soporte de la glía. Describir la microarquitectura y las vías de transporte de la barrera hematoencefálica. Detallar el circuito de producción, circulación y reabsorción del líquido cefalorraquídeo. PIÉNSALO ANTES DE LEER 1 ¿Por qué un medicamento administrado por vía intravenosa puede no alcanzar concentraciones eficaces dentro del cerebro? El sistema nervioso integra funciones complejas mediante redes celulares altamente especializadas que operan en un microambiente estrictamente regulado por barreras fisiológicas.

Bases celulares y barreras del sistema nervioso 1 Estructura neuronal, glía, BHE y LCR 2 Biofísica de la membrana y potencial de reposo Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 5 ESQUEMA Bases celulares y barreras del sistema nervioso Organización funcional y morfología de las neuronas Las neuronas son las células efectoras encargadas de generar y conducir señales eléctricas dentro de los circuitos nerviosos. Al igual que los miocitos, son células excitables capaces de modificar con rapidez su diferencia de potencial transmembrana ante estímulos de intensidad adecuada.

En mamíferos, el potencial de reposo característico se sitúa cerca de los -70 mV (véase «Bases celulares y barreras del sistema nervioso — Biofísica de la membrana y potencial de reposo»). Desde una perspectiva anatómica y funcional, la arquitectura neuronal se divide en cinco regiones clave: Soma (cuerpo celular): centro trófico y metabólico donde reside el núcleo con la maquinaria de síntesis proteica. Dendritas: ramificaciones citoplasmáticas que amplían el área de superficie y actúan como sitio receptor de aferencias eléctricas procedentes de otras células.

Cono axonal: zona especializada que une el soma con el axón y constituye la región integradora fundamental para la génesis de impulsos. Axón: prolongación cilíndrica encargada de la conducción del impulso eléctrico a lo largo de distancias variables. Terminal axónico: extremo terminal ramificado que establece contactos especializados para trasmitir la información mediante uniones denominadas sinapsis (véase «Transmisión sináptica — Mecanismos de sinapsis química, eléctrica y unión neuromuscular»).

Según el número y disposición de sus prolongaciones, las neuronas presentan cuatro configuraciones morfológicas primarias: Compartimento celular Unidades excitables y soporte metabólico Neuronas Génesis y conducción de señales bioeléctricas Células gliales Soporte, mielinización y homeostasis química Sistemas de barrera y fluidos Regulación del microambiente del neuroeje Barrera hematoencefálica Endotelio continuo con uniones ocluyentes Circuito del LCR Plexos coroideos y drenaje subaracnoideo Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 6 Tipo morfológico Disposición de prolongaciones Localización característica Unipolares Una única prolongación que parte del cuerpo celular Invertebrados Bipolares Dos prolongaciones opuestas: una dendrítica y un axón Retina sensorial Pseudomonopolares Una sola prolongación que se bifurca en ramas periférica y central Ganglio anexo a la raíz dorsal de la médula espinal Multipolares Múltiples arborizaciones dendríticas y un axón único Corteza cerebral (células piramidales) y cerebelo (células de Purkinje) Esquema morfológico de neuronas unipolares, bipolares y pseudomonopolares.

Las neuronas multipolares son las más abundantes en el sistema nervioso central (SNC) de los mamíferos. Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 7 Diagrama de una neurona multipolar típica con dendritas, axón y sinapsis. COMPRUEBA 2 ¿En qué región del sistema nervioso periférico se encuentran somas neuronales con morfología pseudomonopolar?

Células gliales: soporte, metabolismo y mielinización La neuroglía supera en número a las neuronas en el SNC y carece de la propiedad de generar potenciales propagados, cumpliendo funciones metabólicas, mecánicas y protectoras indispensables: Soporte estructural y guía trófica: proporcionan el andamiaje celular del tejido nervioso y dirigen la migración de las neuronas durante el neurodesarrollo. Regulación metabólica y nutrición: aportan sustratos energéticos esenciales, suministrando glucosa y lactato para sustentar el metabolismo neuronal aerobio. Depuración tisular: retiran catabolitos y sustancias de desecho generadas por la actividad neuronal continuada.

Aislamiento eléctrico: producen las vainas de mielina. Esta síntesis depende de los oligodendrocitos en el SNC y de las células de Schwann en el sistema nervioso periférico. Inducción de barreras vasculares: los astrocitos envían prolongaciones podálicas que recubren los capilares y mantienen la permeabilidad selectiva. Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 8 COMPRUEBA 3 ¿Qué células sintetizan la cubierta de mielina en el sistema nervioso periférico y cuáles lo hacen en el central?

Barrera hematoencefálica (BHE) y mecanismos de transporte La barrera hematoencefálica es la estructura funcional encargada de regular el paso de sustancias desde el torrente circulatorio hacia el parénquima encefálico, protegiendo las neuronas contra toxinas plasmáticas y fluctuaciones iónicas. La BHE consta de tres componentes estructurales integrados: El cruce molecular a través de este endotelio capilar se restringe a cuatro mecanismos específicos: Difusión simple: paso directo sin transportador para moléculas liposolubles pequeñas (como nicotina o diazepam).

Difusión facilitada: traslocación mediada por proteínas transportadoras selectivas; destaca el transportador GLUT-1 para el aporte de glucosa y transportadores para aminoácidos. Transporte activo: movilización en contra de gradiente dependiente de energía (como la bomba Na /K -ATPasa) para estabilizar la concentración iónica del líquido intersticial cerebral. Transcitosis: transporte mediado por vesículas endoteliales; cuantitativamente escaso en el encéfalo y reservado para macromoléculas y ciertas proteínas. KERNÍCTERUS Y PERMEABILIDAD NEONATAL La BHE completa su maduración durante los primeros años de vida extrauterina. En los recién nacidos, la permeabilidad endotelial es mayor.

Ante concentraciones elevadas de bilirrubina circulante (hiperbilirrubinemia), el pigmento lipofílico no conjugado atraviesa la barrera inmadura, precipita en los núcleos del SNC y desencadena el cuadro neurotóxico conocido como kernícterus, caracterizado por secuelas motoras y neurológicas permanentes. COMPRUEBA 4 ¿Por qué el encéfalo neonatal presenta mayor susceptibilidad a la neurotoxicidad por bilirrubina que el encéfalo adulto? Capilares continuos cerebrales: es el componente limitante más importante. Cada segmento vascular está formado por una única célula endotelial enrollada en forma de tubo, reduciendo al mínimo las hendiduras intercelulares.

Sus bordes están sellados por uniones estrechas continuas que suprimen las fenestraciones. 1 Membrana basal: matriz extracelular continua que rodea la cara externa del endotelio y a los pericitos. 2 Prolongaciones perivasculares: procesos de pericitos, células de microglía y los podocitos de los astrocitos (pies astrocitarios), que cubren externamente más del 85 % de la superficie capilar. 3 Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 9 Barrera hematoencefalorraquídea y dinámica del líquido cefalorraquídeo El sistema nervioso central posee un segundo compartimento protector: el líquido cefalorraquídeo (LCR), producido a un ritmo de 500 ml por día en el ser humano adulto.

Los plexos coroideos se alojan en el interior de los cuatro ventrículos encefálicos. Sus capilares sanguíneos son fenestrados, por lo que la verdadera barrera celular corresponde al epitelio coroideo. La barrera hematoencefalorraquídea está constituida por este epitelio especializado, cuyas células presentan uniones estrechas que impiden el paso indiscriminado de solutos e incluso del agua. Este epitelio opera de forma similar al epitelio tubular renal: combina la ultrafiltración capilar con la secreción activa para depurar metabolitos del SNC y mantener constante la composición del líquido ventricular, el cual intercambia libremente con el intersticio neuronal.

ERROR FRECUENTE Es común confundir la barrera hematoencefálica (BHE) con la barrera hematoencefalorraquídea. En la BHE, el filtro selectivo principal radica en el endotelio de los capilares cerebrales (sin fenestraciones y unidos por zónulas de oclusión). En la barrera hematoencefalorraquídea, los capilares coroideos sí son fenestrados, y el sello limitante se ubica exclusivamente en el epitelio de los plexos coroideos gracias a sus uniones estrechas.

El flujo del LCR sigue una ruta anatómica unidireccional y continua: PROCESO Circulación ventricular y drenaje del líquido cefalorraquídeo Ventrículos laterales Secreción inicial en plexos coroideos 1 Agujeros de Monro Conexión hacia el tercer ventrículo 2 Acueducto de Silvio Tránsito mesencefálico al cuarto ventrículo 3 Magendie y Luschka Salida hacia el espacio subaracnoideo 4 Vellosidades aracnoideas Reabsorción en senos venosos durales 5 Ventrículos laterales: origen volumétrico principal del LCR. 1 Agujeros interventriculares (de Monro): paso hacia el tercer ventrículo. 2 Tercer ventrículo: adición de LCR coroideo en la línea media diencefálica.

3 Acueducto cerebral (de Silvio): trayecto por el mesencéfalo hacia el cuarto ventrículo. 4 Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 10 El LCR ejerce tres funciones biológicas capitales: reduce la tracción mecánica sobre las estructuras nerviosas y vasculares al permitir que el encéfalo flote amortiguando traumatismos; depura hacia la sangre los desechos metabólicos vertidos por las neuronas; y sirve como vehículo de señales químicas a distancia dentro del neuroeje.

Parámetro o soluto Líquido cefalorraquídeo (LCR) Plasma sanguíneo Agua 99 % 92 % pH 7,3 7,4 Proteínas 35 mg/dl (rango 15-45) 7000 mg/dl (rango 6000-8000) Glucosa 64 mg/dl 100 mg/dl Potasio (K ) 2,4 mEq/l 4,0 mEq/l Magnesio (Mg² ) 1,2 mEq/l 0,9 mEq/l Colesterol 0,2 mg/dl 175 mg/dl COMPRUEBA 5 ¿A través de qué aperturas abandona el líquido cefalorraquídeo el cuarto ventrículo para acceder al espacio subaracnoideo? Cuarto ventrículo: drenaje caudal a través de las aperturas media (de Magendie) y laterales (de Luschka). 5 Espacio subaracnoideo: circulación en sentido caudal rodeando la médula espinal y en sentido rostral hacia el tronco encefálico y la convexidad hemisférica.

6 Vellosidades aracnoideas: reabsorción por flujo unidireccional hacia la sangre de los senos venosos de la duramadre, en particular el seno sagital superior. 7 Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 11 IDEAS CLAVE Las neuronas son células excitables que integran impulsos en el cono axonal y los conducen a lo largo del axón hacia la sinapsis. La neuroglía provee soporte trófico, depuración tisular, migración celular y síntesis de mielina a cargo de oligodendrocitos en el SNC y células de Schwann en el SNP. El endotelio continuo unido por uniones estrechas es el componente fundamental de la barrera hematoencefálica.

En los neonatos, la inmadurez de la BHE facilita que concentraciones altas de bilirrubina penetren al SNC y generen kernícterus. La barrera hematoencefalorraquídea reside en el epitelio coroideo que sella el paso desde los capilares fenestrados hacia el LCR. El LCR se produce a un ritmo diario de 500 ml y destaca frente al plasma por una cantidad mínima de proteínas (15-45 mg/dl frente a 6000-8000 mg/dl) y concentraciones menores de K y glucosa. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 6. ¿Cuál es la diferencia celular y estructural determinante entre la barrera hematoencefálica y la barrera hematoencefalorraquídea? 7.

¿Cómo se diferencian las concentraciones de proteínas, potasio y glucosa entre el LCR y el plasma sanguíneo? BASES CELULARES Y BARRERAS DEL SISTEMA NERVIOSO 2 Biofísica de la membrana y potencial de reposo AL ACABAR SABRÁS Modelar la membrana celular como un circuito eléctrico equivalente compuesto por capacitores y conductancias. Calcular y contrastar los potenciales de equilibrio usando la ecuación de Nernst y la ecuación de Goldman-Hodgkin-Katz. Determinar la fuerza electromotriz impulsora sobre los iones Na+, K+ y Cl- en reposo. Explicar el papel electrogénico de la bomba Na+/K+ ATPasa y su relación con el principio de electroneutralidad.

PIÉNSALO ANTES DE LEER 8 ¿Por qué un potencial de reposo de -70 mV no agota progresivamente las reservas de iones intracelulares a pesar de haber canales abiertos? Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 12 Propiedades biofísicas de la membrana y circuito equivalente La membrana plasmática neuronal está constituida por una bicapa de fosfolípidos anfipáticos. Sus cabezas polares contactan con las soluciones acuosas intra y extracelular, mientras que las colas hidrocarbonadas apolares se orientan hacia el interior. Esta matriz lipídica actúa como un aislante eléctrico natural o dieléctrico biológico, impidiendo el cruce directo de iones hidratados.

Dado que las soluciones interna y externa contienen electrólitos disueltos y son conductoras, la bicapa se comporta físicamente como un condensador o capacitor. La capacidad eléctrica ( ) mide la acumulación de carga enfrentada ( ) ante una determinada diferencia de potencial ( ): La capacitancia se mide en faradios y es inversamente proporcional a la distancia entre ambas caras de la bicapa. Por su delgadez (apenas unos nanómetros), la membrana presenta una elevada capacitancia específica, permitiendo almacenar cargas eléctricas sobre sus superficies adyacentes.

A través de esta bicapa lipídica se intercalan proteínas transmembrana denominadas canales iónicos, los cuales actúan como vías de fuga o resistencia al movimiento de corrientes iónicas. En términos biofísicos, se representan habitualmente como su inversa: la conductancia eléctrica ( ). La baja permeabilidad global de la membrana en reposo supone un ahorro metabólico fundamental al evitar la disipación descontrolada de los gradientes electroquímicos. Esquema del circuito eléctrico equivalente de la membrana neuronal. COMPRUEBA 9 ¿Por qué la bicapa lipídica se comporta como un capacitor eléctrico?

Canales iónicos y mecanismos de permeabilidad Los canales iónicos son poros macromoleculares que facilitan la difusión pasiva de iones a favor de sus gradientes electroquímicos. Presentan tres propiedades fundamentales: Conducción iónica: posibilitan el flujo rápido de partículas cargadas, constituyendo una corriente eléctrica neta. Selectividad: discriminan rigurosamente el tipo de ion que los atraviesa en función del tamaño del poro y del campo electrostático interno.

C q V C = V q g = 1/R Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 13 Regulación (compuertas): transitan entre conformaciones abiertas y cerradas mediante estímulos específicos (por ligando químico, cambios de voltaje o deformación mecánica). Diagrama de los mecanismos de apertura de canales iónicos transmembrana. La selectividad depende estrechamente del radio atómico y del grado de hidratación del ion. El tiene un radio cristalino menor que el . Al estar su carga positiva concentrada en un volumen inferior, genera un campo eléctrico local más intenso, atrayendo una capa de hidratación acuosa mayor.

Como consecuencia, el hidratado es más voluminoso y se desplaza con menor movilidad acuosa en comparación con el hidratado. En reposo, la membrana neuronal exhibe una permeabilidad basal desigual: es marcadamente más permeable al potasio que al sodio debido a la presencia predominante de canales pasivos de fuga específicos para potasio abiertos. COMPRUEBA 10 ¿Por qué el catión Na+ tiene menor movilidad en solución acuosa que el K+, a pesar de ser un átomo más pequeño? Mantenimiento del gradiente por la bomba Na+/K+ ATPasa Para contrarrestar la fuga continua de iones a través de la membrana y evitar la pérdida de los gradientes, la célula utiliza la bomba de Na+/K+ ATPasa.

Esta enzima transporta activamente solutos en contra de sus gradientes electroquímicos mediante hidrólisis directa de ATP. Na+ K+ Na+ K+ Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 14 Por cada ciclo operativo y con el gasto de una molécula de ATP, este transportador expulsa 3 iones Na+ e introduce 2 iones K+. Al movilizar tres cargas positivas hacia el exterior por cada dos que ingresan, la bomba genera un déficit continuo de una carga positiva intracelular por ciclo, funcionando como un mecanismo electrogénico directo que contribuye a negativizar el citosol. La administración de ouabaína, un glucósido inhibidor específico de esta enzima, bloquea su actividad catalítica.

Como consecuencia, cesa el bombeo activo, los iones difunden pasivamente a favor de sus gradientes hasta disiparlos, y el potencial de reposo decae progresivamente hasta desaparecer por completo. ERROR FRECUENTE Un error muy extendido consiste en creer que la bomba de Na+/K+ ATPasa es la responsable directa del 100 % del valor del potencial de reposo (-70 mV). La bomba genera directamente por su acción electrogénica apenas de -2 a -5 mV; su papel esencial es crear y sostener los gradientes de concentración que luego las permeabilidades pasivas convierten en potencial eléctrico.

PROCESO Mecanismo del transporte activo por la Na+/K+ ATPasa 1 Fijación intracelular La bomba une 3 iones Na+ citosólicos y una molécula de ATP. 2 Fosforila ción y expulsión El ATP se hidroliza y la bomba transloca los 3 Na+ al exterior. 3 Fijación de potasio 2 iones K+ extracelu lares se unen en la cara externa de la bomba. 4 Ingreso y reinicio Desfosforilación, paso de los 2 K+ al in terior y efecto elec trogénico neto. Potencial de equilibrio electroquímico y ecuación de Nernst Si una membrana es selectivamente permeable a un único ion, dicho soluto tenderá a difundir hacia el compartimento de menor concentración impulsado por su gradiente químico.

La traslación de cargas genera simultáneamente una diferencia de potencial eléctrico a través de la bicapa. Llegado a un punto, la fuerza del campo eléctrico generado iguala exactamente a la fuerza impulsora química: se alcanza el potencial de equilibrio electroquímico ( ), cesando el flujo neto. El valor de este potencial se calcula teóricamente mediante la ecuación de Nernst: Donde representa la constante universal de los gases, la temperatura absoluta en Kelvin, la valencia eléctrica del ion con su signo correspondiente, la constante de Faraday, y y las concentraciones externa e interna del ion respectivamente.

Aplicando la conversión a logaritmo decimal a temperatura corporal, la expresión simplificada adopta la forma: E ion E = ion ln zF RT [X] 1 [X] 2 R T z F [X] 2 [X] 1 E = ion log z 58 10 [X] intracelular [X] extracelular Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 15 Para cationes monovalentes ( ), la concentración extracelular figura en el numerador y la intracelular en el denominador. Para aniones monovalentes como el cloruro ( ), las posiciones se invierten o se cambia el signo logarítmico.

Ion Gradiente de concentración Potencial de equilibrio (Eion) Mayor intracelular (salida pasiva) Aproximadamente -90 a -100 mV Mayor extracelular (entrada pasiva) Aproximadamente +52 a +55 mV Mayor extracelular (entrada pasiva) Cercano al potencial de reposo basal COMPRUEBA 11 ¿En qué condiciones se cumple la ecuación de Nernst para predecir el potencial total de una membrana celular? Potencial de membrana en reposo y ecuación de Goldman-Hodgkin-Katz La membrana neuronal no es un sistema ideal monoiónico, sino que presenta permeabilidad simultánea a , y .

Por lo tanto, el potencial de reposo resultante no coincide con el potencial de equilibrio de ninguna especie aislada, sino que se sitúa en un valor de compromiso ponderado por las permeabilidades relativas ( ) de cada uno, expresado mediante la ecuación de Goldman-Hodgkin- Katz (GHK): Donde el subíndice 2 alude al compartimento extracelular y el 1 al intracelular. Obsérvese que la concentración de cloruro figura invertida respecto a los cationes por ser un ion de carga negativa. En las neuronas de mamíferos, el valor medio característico del potencial de membrana en reposo es de -70 mV (oscilando de forma fisiológica entre -40 mV y -90 mV según la estirpe celular).

Dado que en reposo es drásticamente superior a , el potencial de membrana reposa muy próximo al potencial de equilibrio del potasio (-90 a -100 mV). DEFINICIÓN Excitabilidad celular: capacidad biológica especializada de generar variaciones dinámicas, transitorias y propagables en el potencial transmembrana ante estímulos. Toda disminución de la diferencia de potencial (por ejemplo, pasar de -65 mV a -55 mV) se define como despolarización (efecto excitatorio), mientras que un incremento en su negatividad (como variar de -65 mV a -75 mV) constituye una hiperpolarización (efecto inhibitorio).

Fuerza electromotriz impulsora y principio de electroneutralidad La magnitud física que dicta la tendencia neta de un ion a cruzar la membrana cuando sus canales se abren se denomina fuerza electromotriz impulsora o gradiente electroquímico neto ( ).

Se define analíticamente como la resta matemática entre el potencial real de la membrana ( ) y el potencial de z = +1 z = 1 K+ Na+ Cl K+ Na+ Cl P V = 58 log 10 ( P [K ] + P [Na ] + P [Cl ] K + 1 Na + 1 Cl 2 P [K ] + P [Na ] + P [Cl ] K + 2 Na + 2 Cl 1 ) P K P Na F E E m Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 16 equilibrio teórico de dicho ion ( ): Cuanto mayor es la diferencia entre el potencial transmembrana y el potencial de Nernst del ion, mayor resulta la fuerza neta que impulsa su tránsito pasivo: Sodio: el (+52 a +55 mV) se encuentra enormemente alejado del (-70 mV). La fuerza electromotriz es muy amplia e impulsa con vigor la entrada de hacia el compartimento citoplasmático.

Potasio: con un de -90 a -100 mV frente al de -70 mV, existe una fuerza electromotriz que induce la salida sostenida de cargas positivas hacia el exterior. Cloruro: se ubica con frecuencia muy cercano al equilibrio electroquímico con el potencial de reposo ( ), como ocurre clásicamente en las fibras musculares esqueléticas. CAUSAS Y CONSECUENCIAS Gradiente de potasio Alta concentración interna generada activamente por la ATPasa. Permeabilidad pasiva a K+ Mayor conductancia basal de fuga para potasio que para sodio. Bomba electrogénica La bomba 3Na+/2K+ aporta directamente un diferencial de negatividad.

Génesis del potencial de reposo negativo (-70 mV) Potencial próximo a EK El valor de reposo se aproxima al potencial de equilibrio del potasio (-90 mV). Cargas en la bicapa Separación de cargas eléctricas circunscrita a las caras del capacitor. Un aspecto biofísico cardinal reside en el principio de electroneutralidad macroscópica. En el seno global de las soluciones intracelular y extracelular, el balance neto de aniones y cationes se mantiene exactamente equilibrado: cada ion positivo se rodea y acompaña de su contraión negativo equivalente.

La diferencia de potencial eléctrico se debe exclusivamente a un exceso minúsculo de cargas no compensadas que se alinean en las superficies inmediatamente adyacentes a la bicapa lipídica. Como el número de iones que cruza la membrana para cambiar el voltaje es infinitesimal en proporción a la masa iónica total, las concentraciones químicas intra y extracelulares permanecen rigurosamente inalteradas tras cada evento bioeléctrico. COMPRUEBA 12 ¿Cómo varía la concentración iónica global del citoplasma tras el paso de corriente eléctrica a través de la membrana?

E ion F E = ion E m E ion E Na E m Na+ E K E m E m E Cl Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 17 IDEAS CLAVE La membrana plasmática neuronal funciona como un circuito equivalente constituido por un capacitor (bicapa lipídica dieléctrica) y resistencias o conductancias en paralelo (canales iónicos). Los canales iónicos presentan permeabilidad selectiva según su radio atómico y el radio de la esfera de hidratación de cada ion. La bomba de Na+/K+ ATPasa es electrogénica y sostiene activamente los gradientes químicos expulsando 3 Na+ por cada 2 K+ que introduce mediante hidrólisis de ATP, proceso que bloquea la ouabaína.

La ecuación de Nernst calcula el potencial de equilibrio para un único ion cuando las fuerzas eléctricas y químicas se compensan. La ecuación de Goldman-Hodgkin-Katz determina el potencial de membrana en reposo ponderando las concentraciones y permeabilidades relativas de Na+, K+ y Cl-. El flujo neto depende de la fuerza impulsora ( ) y se rige por la electroneutralidad macroscópica, confinándose la separación de cargas a la vecindad inmediata de la bicapa. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 13. ¿En qué difieren las ecuaciones de Nernst y de Goldman-Hodgkin-Katz al modelar la membrana? 14. ¿Qué consecuencia bioeléctrica inmediata tiene la aplicación de ouabaína sobre una neurona en reposo? 15.

¿Por qué el potencial de reposo neuronal habitual (-70 mV) se encuentra mucho más próximo al potencial de equilibrio del potasio (-90 a -100 mV) que al del sodio (+55 mV)? Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 16. ¿Cuál es la neurona predominante en el sistema nervioso central de los mamíferos? 17. ¿Qué elemento anatómico constituye el componente más restrictivo de la barrera hematoencefálica? 18. ¿Dónde se reabsorbe el líquido cefalorraquídeo hacia el sistema venoso?

E m E ion Neurona pseudomonopolar a) Neurona multipolar b) Neurona unipolar c) Neurona bipolar d) Uniones estrechas endoteliales a) Prolongaciones de microglía b) Pies terminales astrocitarios c) Membrana basal circundante d) En el acueducto de Silvio a) En el agujero de Monro b) En las vellosidades aracnoideas c) En los plexos coroideos d) Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 18 19. ¿Qué alteración se asocia a la hiperbilirrubinemia por permeabilidad en la BHE inmadura del neonato? 20. ¿Qué elemento celular cumple la función biofísica de condensador o capacitor en la neurona? 21. ¿Cuál es la estequiometría iónica del transporte activo efectuado por la bomba de Na+/K+ ATPasa? 22.

¿Cómo se define analíticamente la fuerza electromotriz impulsora sobre el ion sodio (Na+)? 23. ¿Qué ocurre con la concentración iónica global citoplásmica durante la generación de señales eléctricas?

Mielinólisis pontina a) Ataxia cerebelosa b) Hidrocefalia comunicante c) Kernícterus d) Los canales iónicos pasivos abiertos a) La bomba de sodio-potasio ATPasa b) La bicapa lipídica como dieléctrico c) El citoplasma rico en electrólitos d) Expulsa 2 Na+ e introduce 3 K+ a) Expulsa 1 Na+ e introduce 1 K+ b) Introduce 3 Na+ y expulsa 2 K+ c) Expulsa 3 Na+ e introduce 2 K+ d) ENa / Em a) Em - ENa b) Em + ENa c) gNa × ENa d) Cambia drásticamente por difusión masiva a) Se duplica la concentración de sodio b) Permanece prácticamente constante c) El potasio intracelular se agota rápido d) Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 19 3 Propiedades pasivas y potenciales electrotónicos AL ACABAR SABRÁS Diferenciar las tres propiedades pasivas de la membrana: resistencia de membrana, capacitancia y resistencia axial.

Calcular e interpretar biofísicamente las constantes de tiempo (tau) y de longitud (lambda). Explicar la propagación decremental y los procesos de sumación temporal y espacial de los potenciales electrotónicos. Distinguir las características biofísicas de los potenciales electrotónicos frente a las del potencial de acción. PIÉNSALO ANTES DE LEER 24 ¿Por qué un potencial postsináptico generado en el extremo de una dendrita fina pierde casi toda su fuerza antes de alcanzar el cuerpo celular? La señalización neuronal depende de cómo responde la membrana ante corrientes eléctricas antes de generar impulsos propagados.

Estas respuestas iniciales están gobernadas por las propiedades físicas intrínsecas de la célula, conocidas como propiedades eléctricas pasivas o propiedades de cable. Excitabilidad neuronal 3 Propiedades pasivas y potenciales electrotónicos 4 Potencial de acción y técnica de clampeo de voltaje Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 20 ESQUEMA Excitabilidad neuronal Propiedades pasivas de la membrana neuronal Cualquier neurona presenta tres parámetros biofísicos pasivos fundamentales que condicionan el flujo de corriente subumbral: Resistencia de membrana ( ): oposición que presentan los canales iónicos pasivos al paso de corriente a través de la bicapa.

Determina la magnitud del cambio de potencial de membrana ( ) ante una corriente inyectada ( ) según la ley de Ohm: . Una célula con menor superficie posee menos canales de fuga, por lo que su es mayor y experimenta una mayor variación de voltaje ante la misma corriente de entrada. Capacitancia de membrana ( ): capacidad de la bicapa lipídica para almacenar cargas eléctricas enfrentadas a ambos lados del aislante hidrofóbico. Al aumentar el área celular, la capacitancia se incrementa, requiriendo mayor cantidad de carga acumulada para modificar el voltaje (véase «Bases celulares y barreras del sistema nervioso — Biofísica de la membrana y potencial de reposo»).

Resistencia axial o longitudinal ( ): resistencia intrínseca que ofrece el citoplasma dendrítico o axoplásmico al desplazamiento longitudinal de iones. Cuanto mayor es la longitud citoplasmática, mayor es la fricción que sufren las cargas. Por el contrario, a mayor diámetro citoplasmático, menor es la debido al aumento en la sección transversal de conducción. Estas tres propiedades completan las vías de retorno para los circuitos de corriente, modulan la amplitud temporal de las respuestas locales e influyen de forma directa sobre la velocidad de propagación de los impulsos.

COMPRUEBA 25 ¿Por qué una neurona de menor tamaño somático experimenta una mayor despolarización ante un mismo flujo de corriente sináptica?

Constantes biofísicas: constante de tiempo y constante de longitud El comportamiento temporal y espacial de las variaciones eléctricas pasivas se resume en dos magnitudes clave: Propiedades pasivas Comportamiento de cable subumbral Constantes biofísicas Constantes de tiempo tau y longitud lambda 〰 Potenciales electrotónicos Respuestas locales graduadas PEPS y PIPS Propagación activa Potencial de acción regenerativo Mecanismos iónicos Canales dependientes de voltaje y clampeo R m ΔV I ΔV = I R m R m C m R a R a Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 21 DEFINICIÓN La constante de tiempo ( ) refleja la lentitud con la que responde el potencial de membrana a un pulso de corriente.

Se define como el producto de la resistencia y la capacitancia de membrana: . Representa el tiempo necesario para alcanzar el 63% del cambio máximo de potencial durante la carga de la membrana, o el tiempo para decaer hasta el 37% de su valor inicial durante la descarga. DEFINICIÓN La constante de longitud o espacio ( ) cuantifica la atenuación espacial del voltaje a lo largo de una prolongación neuronal. Es la distancia en la que el cambio de potencial decae al 37% de su valor en el punto de origen. Matemáticamente se define como , donde representa la resistencia citoplasmática o axial.

A medida que la corriente avanza por el interior dendrítico o axonal, parte de las cargas se fuga al espacio extracelular cruzando la membrana celular. Una resistencia de membrana elevada y una baja resistencia longitudinal minimizan las fugas, maximizando el valor de y permitiendo que la señal llegue más lejos. PARA RECORDARLO Tanto como marcan transiciones al 37%: es el tiempo en decaer al 37% del pulso inicial, y es la distancia en decaer a ese mismo 37%. Para la subida del estímulo, mide el avance complementario: 100% - 37% = 63%. COMPRUEBA 26 ¿Cómo afectaría a la constante de longitud ( ) el aumento del diámetro de una dendrita?

Potenciales electrotónicos y mecanismos de sumación Cuando un estímulo químico o mecánico activa canales iónicos regulados en una dendrita o receptor, provoca un flujo transitorio de iones sin autogeneración activa. Este cambio local de polaridad constituye un potencial electrotónico (como los potenciales postsinápticos excitatorios [PEPS] o inhibitorios [PIPS]). A diferencia de las respuestas activas de todo o nada, su amplitud es proporcional a la intensidad del estímulo. τ τ = R m C m λ λ = R /R m i R i λ τ λ τ λ τ λ Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 22 Gráfica de potenciales electrotónicos postsinápticos despolarizantes (PEPS) e hiperpolarizantes (PIPS) desde el reposo.

Estas variaciones locales se propagan pasivamente mediante atracción electrostática entre segmentos contiguos. Al carecer de amplificación molecular, presentan una conducción decremental que se extingue tras pocos milímetros.

Para alcanzar el umbral de disparo, la neurona realiza una integración mediante dos procesos: La integración final de todas estas señales graduadas se resuelve en la zona gatillo (como el cono axonal o el primer segmento amielínico), donde la alta densidad de canales de sodio dependientes de voltaje permite transformar la corriente graduada en un potencial de acción estereotipado si se sobrepasa el umbral (véase «Excitabilidad neuronal — Potencial de acción y técnica de clampeo de voltaje»).

Propiedad Potencial electrotónico Potencial de acción Tipo de amplitud Graduada (depende del estímulo) Estereotipada (todo o nada) Propagación Pasiva y decremental Activa y regenerativa (sin atenuación) Canales causantes Canales regulados por ligando o mecánicos Canales dependientes de voltaje ( y ) Capacidad de sumación Presente (temporal y espacial) Ausente (sujeto a periodos refractarios) Gasto energético Nulo directamente en su propagación Requiere redistribución activa de iones ERROR FRECUENTE Es un error habitual considerar que los potenciales postsinápticos viajan por el axón sin extinguirse.

Los potenciales electrotónicos se atenúan con la distancia y el tiempo regidos por y ; nunca se autorregeneran de forma activa en dendritas pasivas. Solo si su suma alcanza el umbral en la zona gatillo se desencadenará un potencial de acción. Sumación temporal: ocurre cuando múltiples potenciales postsinápticos se suceden con alta frecuencia en una misma sinapsis. Si el intervalo entre estímulos es menor que , el segundo potencial se monta sobre la caída del anterior, elevando progresivamente la despolarización. 1 τ Sumación espacial: tiene lugar cuando diferentes contactos sinápticos se activan de forma sincrónica en puntos distintos del árbol dendrítico.

Las corrientes viajan pasivamente y convergen físicamente en el soma o cono axonal según el alcance permitido por . 2 λ Na+ K+ λ τ Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 23 COMPRUEBA 27 ¿En qué influye una constante de tiempo ( ) prolongada en la función integradora de una neurona? IDEAS CLAVE Las tres propiedades eléctricas pasivas de la neurona son la resistencia de membrana ( ), la capacitancia de membrana ( ) y la resistencia axial citoplasmática ( ). La constante de tiempo ( ) determina la tasa temporal del cambio de voltaje y representa el lapso para alcanzar el 63% del valor final de polarización.

La constante de longitud ( ) fija la distancia en la que la caída electrotónica decae al 37% de su valor inicial. Los potenciales electrotónicos son graduados, carecen de umbral intrínseco, no son regenerativos y disminuyen progresivamente de amplitud con el espacio y el tiempo. La integración neuronal de las señales dendríticas depende de la sumación temporal y espacial en la zona gatillo para alcanzar el umbral de disparo. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 28. ¿De qué factores anatómicos y celulares depende la resistencia axial ( ) a lo largo de un axón? 29. ¿Qué diferencia existe entre la sumación temporal y la sumación espacial en la fisiología dendrítica?

EXCITABILIDAD NEURONAL 4 Potencial de acción y técnica de clampeo de voltaje AL ACABAR SABRÁS Comprender el principio operativo del clampeo de voltaje para el análisis de conductancias. Explicar la cinética molecular de las compuertas m y h del canal de sodio dependiente de voltaje. Diferenciar las causas iónicas de los períodos refractarios absoluto y relativo. Comparar los mecanismos de conducción continua y saltatoria en función de las propiedades de la mielina. PIÉNSALO ANTES DE LEER 30 ¿Por qué un potencial de acción no puede retroceder de vuelta hacia el soma una vez propagado a lo largo del axón?

τ R m C m R a τ = R m C m λ = R /R m i R a Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 24 Fijación de voltaje (Voltage-clamp) Para estudiar las corrientes que atraviesan la membrana sin que el cambio de potencial altere simultáneamente la apertura de los canales, se recurre a la técnica de fijación de voltaje (voltage- clamp). Este dispositivo utiliza un circuito de retroalimentación negativa que mide de forma continua el potencial transmembrana ( ) a través de un electrodo intracelular y lo compara con un potencial de referencia establecido por el experimentador.

Si el potencial celular difiere del valor fijado, el amplificador inyecta inmediatamente una corriente de igual magnitud y sentido contrario a través de un segundo electrodo. De este modo, la cantidad neta de carga sobre la membrana permanece constante y el experimentador puede cuantificar las corrientes iónicas en condiciones de voltaje controlado. Esquema del circuito experimental del clamp de voltaje con retroalimentación negativa. COMPRUEBA 31 ¿Por qué la técnica de fijación de voltaje permite medir directamente la corriente iónica de la membrana?

Génesis del potencial de acción y ciclo de Hodgkin El potencial de acción consiste en una inversión rápida y transitoria de la polaridad de la membrana que responde a la ley del todo o nada. No se atenúa en el espacio y mantiene una amplitud y morfología estereotipadas. En las neuronas centrales se origina en el cono axónico (o zona gatillo), V m Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 25 mientras que en neuronas sensoriales primarias se inicia en el segmento inicial amielínico adyacente al receptor o en el primer nodo de Ranvier.

Esta región posee el umbral de excitación más bajo de la neurona debido a una densidad extraordinariamente elevada de canales de sodio dependientes de voltaje. El umbral se sitúa habitualmente en torno a unos 15 mV por encima del potencial de reposo (aproximadamente a -55 mV cuando el reposo es de -70 mV). PARA RECORDARLO El ciclo regenerativo de Hodgkin actúa como una bola de nieve: una pequeña despolarización inicial abre compuertas de sodio, lo cual aporta más cargas positivas que aceleran la despolarización y reclutan aún más canales. Al alcanzarse este valor crítico, se desencadena un bucle de retroalimentación positiva conocido como ciclo de Hodgkin.

La despolarización incrementa la conductancia de sodio ( ), lo que genera una corriente de entrada de sodio que despolariza todavía más la célula, conduciendo el potencial hacia el equilibrio electroquímico del sodio ( , entre +52 y +55 mV). CICLO Ciclo regenerativo de despolarización de Hodgkin 1. Despolarización inicial: El potencial de membrana alcanza el valor umbral en el cono axónico. 2. Apertura compuertas m: Los canales de sodio activados por voltaje abren su poro. 3. Aumento de gNa: Se incrementa drásticamente la conductancia transmembrana al ion sodio. 4. Influjo neto de Na+: Entrada masiva de cargas positivas al interior del axoplasma celular. 5.

Despolarización adicional: Mayor inversión del voltaje que recluta canales adicionales contiguos. g Na E Na 1 Despolarización inicial 2 Apertura compuertas m 3 Aumento de gNa 4 Influjo neto de Na+ 5 Despolarización adicional Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 26 Gráfica de correlación entre conductancias iónicas de Na+ y K+ y el potencial. COMPRUEBA 32 ¿Por qué el potencial de membrana nunca supera el valor de E_Na durante la fase de despolarización? Cinética de conductancias y compuertas m y h El perfil temporal del potencial de acción refleja la superposición de dos conductancias con cinéticas divergentes, denominadas y .

La conductancia de sodio se activa de forma prácticamente instantánea ante la despolarización y alcanza su pico con rapidez. Por el contrario, la conductancia de potasio exhibe un retraso temporal intrínseco en su activación y una tasa de desactivación lenta. g Na g K Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 27 Gráfica temporal de las conductancias de sodio y potasio durante la espiga. El canal de sodio dependiente de voltaje cuenta con un sistema funcional de compuertas reguladas por el potencial: Compuerta de activación m: se localiza hacia la cara externa del poro y permanece cerrada durante el potencial de reposo.

Responde rápidamente a la despolarización abriéndose y permitiendo el paso del ion. Compuerta de inactivación h: se sitúa en la vertiente intracelular y está abierta durante el reposo. Se cierra de forma dependiente de voltaje con un retraso respecto a la apertura de la compuerta m. Podemos distinguir tres estados funcionales del canal: DEFINICIÓN La fase de repolarización se debe al cierre por inactivación de la compuerta h de los canales de sodio y a la apertura demorada de los canales de potasio activados por voltaje. La salida de restaura el interior negativo celular.

Cerrado (reposo): compuerta m cerrada y compuerta h abierta; el canal no conduce corriente pero se encuentra plenamente disponible para activarse ante un estímulo despolarizante. 1 Abierto (despolarización rápida): compuertas m y h abiertas de manera simultánea; se genera un influjo masivo de sodio al citoplasma. 2 Inactivado (meseta y repolarización): compuerta m abierta y compuerta h cerrada; el poro queda ocluido e impide el flujo iónico, sin responder a nuevos cambios de voltaje.

3 K+ Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 28 Dado que los canales de potasio se cierran lentamente tras retornar al reposo, la permeabilidad para este ion se prolonga durante un breve intervalo, induciendo una poshiperpolarización transitoria que acerca transitoriamente el potencial a (alrededor de -90 mV). El equilibrio iónico final se mantiene gracias a la bomba ATPasa. COMPRUEBA 33 ¿En qué estado molecular se encuentra el canal de sodio dependiente de voltaje durante la poshiperpolarización transitoria?

Períodos refractarios y herramientas farmacológicas La excitabilidad neuronal presenta una disminución temporal tras un potencial de acción, dividida en dos etapas de base biofísica distinta: Parámetro Período refractario absoluto Período refractario relativo Momento temporal Fase de despolarización y repolarización temprana Fase de repolarización tardía y poshiperpolarización Capacidad de excitación Nula respuesta celular ante cualquier intensidad de estímulo Respuesta posible únicamente ante estímulos supralumbrales Estado de canales de sodio Canales abiertos o bloqueados por su compuerta h inactivada Fracción de canales recuperados al estado cerrado en reposo Conductancia de potasio En ascenso o en su pico máximo Elevada pero en fase de desactivación progresiva La refractariedad fija un límite máximo a la frecuencia de descarga de la neurona y garantiza la propagación unidireccional del impulso en condiciones fisiológicas.

Al no variar la amplitud del potencial, la intensidad de un estímulo debe codificarse mediante cambios en su frecuencia de disparo. Ciertas toxinas permiten aislar experimentalmente cada componente de conductancia: La tetrodotoxina (TTX) bloquea selectivamente el poro de los canales de sodio dependientes de voltaje, aboliendo de raíz la fase despolarizante del potencial de acción. El tetraetilamonio (TEA) inhibe de modo específico los canales de potasio dependientes de voltaje, eliminando la corriente repolarizante y prolongando la duración del potencial.

La ouabaína bloquea la bomba ATPasa; su aplicación sostenida disipa los gradientes iónicos y suprime el potencial transmembrana a largo plazo. Mecanismos de propagación axónica La propagación depende de la formación de corrientes locales entre la zona activa excitada y las regiones axoplásmicas contiguas en reposo. En axones amielínicos el proceso ocurre de manera continua mediante circuitos locales aledaños. En axones mielinizados, la presencia de vainas de mielina transforma este fenómeno en una conducción saltatoria.

E K Na /K + + Na /K + + Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 29 En los internodos la vaina incrementa sustancialmente la resistencia de membrana ( ) al tiempo que reduce drásticamente su capacitancia ( ). Esto permite que el flujo de corriente fluya rápidamente por el axoplasma sin escapar a través de la membrana hacia el líquido intersticial. La regeneración activa del potencial queda restringida a los nodos de Ranvier, zonas descubiertas con altísima densidad de canales de sodio activados por voltaje. ERROR FRECUENTE Creer que la mielina acelera el impulso porque contiene muchos canales en toda su extensión.

En realidad, el internodo carece de canales y actúa como un aislante que aumenta y reduce ; la regeneración activa del potencial de acción ocurre exclusivamente en los nodos de Ranvier. IDEAS CLAVE La técnica de fijación de voltaje anula las fluctuaciones de potencial inyectando una corriente opuesta a la corriente transmembrana. El potencial de acción se desencadena en el cono axónico al alcanzarse el umbral de despolarización mediante el ciclo regenerativo de Hodgkin. El canal de sodio dependiente de voltaje opera con dos compuertas: una de activación rápida (m) y una de inactivación más lenta (h).

El período refractario absoluto depende de la inactivación de los canales de sodio, mientras que el relativo refleja la recuperación progresiva de estos y la persistencia de una conductancia de potasio elevada. La mielina optimiza la propagación nerviosa saltatoria al elevar la resistencia de membrana y reducir la capacitancia en los internodos. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 34. ¿Por qué un estímulo supramáximo es incapaz de generar un potencial de acción durante el período refractario absoluto? 35. ¿De qué manera influye la adición de tetraetilamonio (TEA) sobre el perfil temporal del potencial de acción? Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 36.

¿Cuál es la definición biofísica de la constante de tiempo (τ)? R m C m R m C m Tiempo para alcanzar el 37% de la carga total a) Tiempo para alcanzar el 63% del cambio de voltaje b) Distancia donde el voltaje decae un 63% c) Tiempo para abrir canales voltaje-dependientes d) Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 30 37. ¿Qué combinación de propiedades pasivas maximiza la constante de longitud (λ)? 38. ¿Qué rasgo distingue a los potenciales electrotónicos frente a los potenciales de acción? 39. ¿Dónde se localiza habitualmente la zona gatillo integradora en neuronas multipolares centrales? 40.

¿Qué elemento molecular causa de forma directa la inactivación del canal de sodio dependiente de voltaje? 41. ¿Cuál es la consecuencia directa del bloqueo farmacológico producido por la tetrodotoxina (TTX)? 42. ¿Cómo modifica la vaina de mielina las propiedades de la membrana axonal en los internodos? 43. ¿En qué región neuronal se genera típicamente el potencial de acción por poseer el umbral más bajo?

5 Alta capacitancia junto a baja resistencia axial a) Alta resistencia de membrana y baja resistencia axial b) Baja resistencia de membrana y alta resistencia axial c) Baja resistencia de membrana y alta capacitancia d) Requieren alcanzar siempre un umbral crítico fijo a) Son señales graduadas con decaimiento decremental b) Poseen amplitud constante independiente del estímulo c) Presentan periodo refractario absoluto prolongado d) En la hendidura sináptica terminal a) En la espina dendrítica distal b) En el retículo endoplásmico rugoso c) En el cono axonal d) La salida masiva de potasio citosólico a) El bloqueo por la compuerta h b) La hidrólisis directa de ATP celular c) El cierre de la compuerta m d) Inhibición de la despolarización rápida a) Bloqueo de la bomba Na+/K+ b) Aumento sostenido de la poshiperpolarización c) Retraso de la repolarización celular d) Reduce tanto Rm como Cm axoplasmática a) Disminuye Rm y aumenta Cm b) Aumenta Rm y reduce Cm c) Incrementa notablemente la capacitancia de membrana d) Extremo terminal presináptico a) Cono axónico o zona gatillo b) Cuerpo neuronal o soma c) Espina dendrítica postsináptica d) Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 31 Transmisión sináptica — Mecanismos de sinapsis química, eléctrica y unión neuromuscular AL ACABAR SABRÁS Diferenciar las características funcionales y estructurales entre sinapsis eléctricas y químicas.

Explicar la secuencia temporal de la exocitosis presináptica mediada por calcio, sinapsinas y complejo SNARE. Comparar los mecanismos de acción de receptores ionotrópicos y metabotrópicos, así como las vías de terminación sináptica. Describir la fisiopatología de la placa motora en la miastenia gravis y las alteraciones inducidas por toxinas botulínica y tetánica. PIÉNSALO ANTES DE LEER 44 ¿Por qué la entrada de calcio al terminal presináptico es indispensable para liberar neurotransmisores si el potencial de acción ya ha llegado con éxito?

La transmisión sináptica constituye el mecanismo fundamental por el cual las neuronas se comunican entre sí y con las células efectoras musculares o glandulares. Tras la generación y propagación de un potencial de acción (véase «Excitabilidad neuronal — Potencial de acción y técnica de clampeo de voltaje»), la señal eléctrica debe transmitirse a través de una zona de aposición especializada denominada sinapsis. ESQUEMA Mecanismos de Transmisión Sináptica Modalidades de sinapsis: eléctricas y químicas El sistema nervioso emplea dos mecanismos físicos y biológicos para transferir la información entre células excitables: la sinapsis eléctrica y la sinapsis química.

Sinapsis Eléctrica Paso iónico directo bidireccional por conexones Sinapsis Química Mediación por neurotransmisores con retardo Fase Presináptica Entrada de Ca2+, sinapsinas y complejo SNARE Fase Postsináptica Receptores ionotrópicos y metabotrópicos Placa Motora Unión neuromuscular mediada por acetilcolina Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 32 Propiedad Sinapsis eléctrica Sinapsis química Espacio intercelular Muy estrecho (membranas prácticamente yuxtapuestas) Hendidura o brecha sináptica amplia Estructura de acoplamiento Canales intercelulares de alta conductancia (conexones) Receptores específicos postsinápticos Direccionalidad Bidireccional Unidireccional Velocidad Prácticamente instantánea Retardo sináptico químico Función principal Sincronización de poblaciones (sincicio eléctrico) Amplificación y modulación de señales En la sinapsis eléctrica, los conexones permiten el flujo iónico directo entre axoplasma y citoplasma de células contiguas, coordinando conjuntos celulares de forma coordinada e inmediata.

Por contraposición, la sinapsis química utiliza mensajeros moleculares cuya liberación vesicular amplifica la respuesta, pues la exocitosis de una sola vesícula es capaz de abrir miles de canales iónicos en la membrana efectora. COMPRUEBA 45 ¿Por qué una sinapsis química permite amplificar una señal mientras que una eléctrica no suele hacerlo? Mecanismo de acoplamiento excitación-secreción y maquinaria vesicular La neurotransmisión química requiere una cascada coordinada de eventos en el terminal presináptico desde la despolarización axonal hasta la exocitosis del transmisor.

Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 33 Diagrama de la sinapsis química mostrando fusión vesicular y receptores postsinápticos. Llegada del potencial de acción: La onda despolarizante alcanza el botón terminal. 1 Apertura de canales de calcio: Se activan canales de dependientes de voltaje, permitiendo una entrada neta de calcio al interior axoplásmico. 2 Ca2+ Fosforilación de sinapsinas: El incremento de calcio intracelular activa cinasas dependientes de -calmodulina, las cuales fosforilan a las sinapsinas. En reposo, estas proteínas anclan las vesículas al citoesqueleto; al fosforilarse, las desprenden hacia la zona activa.

3 Ca2+ Fusión vesicular: La vesícula se acopla a la membrana presináptica mediante proteínas del complejo SNARE,…