Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I

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

APREN.AI Índice 1 Bases celulares y barreras del sistema nervioso — Neuronas, glía y entorno cerebral Organización morfofuncional y tipos de neuronas Células de la glía y microambiente neural Barrera hematoencefálica (BHE) Barrera hematoencefalorraquídea y líquido cefalorraquídeo (LCR) 2 Biofísica de la membrana neuronal — Potencial de reposo y propiedades eléctricas pasivas Estructura biofísica de la membrana y capacitancia Gradientes iónicos y bomba electrogénica de Na+/K+ Canales iónicos y modelo de circuito equivalente Potencial de equilibrio electroquímico y ecuación de Nernst Potencial de membrana en reposo y ecuación de Goldman-Hodgkin-Katz Fuerza electromotriz e hipótesis de electroneutralidad macroscópica Propiedades eléctricas pasivas del cable neuronal Constantes biofísicas de propagación: tiempo (τ) y espacio (λ) 3 Señales eléctricas neuronales — Potenciales electrotónicos y potencial de acción Potenciales electrotónicos y procesamiento sináptico de entrada La técnica de fijación de voltaje (voltage clamp) Génesis del potencial de acción y ciclo regenerativo Cinética de compuertas m y h del canal de sodio Periodos refractarios y límite en la frecuencia de disparo Propagación del impulso nervioso y conducción saltatoria 4 Transmisión sináptica y unión neuromuscular — Mecanismos y patología Modalidades de transmisión sináptica: eléctrica frente a química Mecanismo molecular de la sinapsis química y ciclo vesicular Clasificación de receptores postsinápticos y familias de neurotransmisores Terminación de la señal sináptica y plasticidad adaptativa Fisiología de la placa motora neuromuscular Fisiopatología de la transmisión sináptica y uniones neuromusculares 5 Fisiología sensorial general y sistema somatosensorial — Receptores, vías y corteza Principios generales del procesamiento sensorial Aferencias somatosensoriales y mecanorreceptores periféricos Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 1 Vías somatosensoriales ascendentes Corteza somatosensorial y síndromes clínicos medulares 6 Fisiología del dolor — Nocicepción, sensibilización y modulación del dolor Nociceptores periféricos y tipos de fibras aferentes Sensibilización periférica: hiperalgesia primaria y alodinia Hiperalgesia secundaria, reflejo axónico y sensibilización central Vías ascendentes: sistema neoespinotalámico frente a paleoespinotalámico Dolor profundo, dolor visceral y dolor referido Sistemas analgésicos endógenos (SAE) y control descendente del dolor 7 Fisiología del sistema auditivo — Transducción coclear y vía auditiva Física del estímulo sonoro y arquitectura del oído periférico Compartimentos cocleares, potencial endococlear y tonotopía basilar Mecanotransducción en células ciliadas y modulación olivococlear Vía auditiva central y procesamiento binaural Semiología del déficit auditivo: hipoacusia conductiva frente a neurosensorial 8 Fisiología de la visión I — Óptica ocular y fotorrecepción retiniana Componentes refractivos del ojo y acomodación cristalina Organización celular y capas de la retina Conos y bastones: dualidad morfológica y funcional Biofísica de la fototransducción y corriente oscura Adaptación fotónica y desactivación de la cascada 9 Fisiología de la visión II — Procesamiento en la retina, vías visuales y corteza Circuitos de contraste retiniano: células bipolares y ganglionares Inhibición lateral y antagonismo centro-periferia Subtipos funcionales de células ganglionares retinianas Organización topográfica de las vías visuales y retinotopía Corteza visual primaria (V1) e integración binocular Reflejo pupilar a la luz: circuito y diagnóstico topográfico Semiología y diagnóstico de lesiones del campo visual 10 Fisiología motora espinal — Organización de la médula, unidades motoras y reflejos Jerarquía del control motor y somatotopía en el asta anterior Unidad motora, tipos de fibras y principio de tamaño Propioceptores musculares: huso neuromuscular y órgano tendinoso de Golgi Circuitos reflejos medulares: miotático, recíproco y de retirada Fisiopatología del shock medular y lesiones del tono motor 11 Control supramedular del tono postural — Tronco encefálico y corteza motora Centros del tronco encefálico y control supramedular del tono muscular Fisiopatología comparada: descerebración y decorticación Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 2 Corteza motora, haz corticoespinal y signo de Babinski 12 Ganglios de la base y circuitos motores — Fisiología de los trastornos extrapiramidales Organización anatómica y celular de los ganglios de la base Circuitos motores: vía directa y vía indirecta Modulación dopaminérgica y lazos funcionales paralelos Fisiopatología de los trastornos extrapiramidales 13 Fisiología del cerebelo — Circuitos neuronales y control de la coordinación Organización anatómica y filogenética del cerebelo Arquitectura celular y microcircuitos de la corteza cerebelosa Aferencias: fibras musgosas frente a fibras trepadoras Fisiopatología del síndrome cerebeloso 14 Sistema vestibular — Equilibrio, orientación espacial y reflejos oculomotores Anatomía funcional del laberinto membranoso y epitelios sensoriales Células ciliadas vestibulares y mecano-transducción Dinámica endolinfática ante la aceleración angular Vías vestibulares centrales y reflejos oculomotores Nistagmo fisiológico vs.

disfunción vestibular periférica unilateral 15 Sistema nervioso autónomo — Organización neuroanatómica, neurotransmisión y patología Organización neuroanatómica del sistema autónomo La unión neuroefectora y mecanismos de neurotransmisión Receptores autonómicos y cascadas de señalización Control reflejo autonómico de la micción y la defecación Patología del sistema nervioso autónomo 16 Hipotálamo y sistema límbico — Integración neurovegetativa, emociones y conductas básicas Organización anatomofuncional del hipotálamo Control neurofisiológico de conductas básicas de supervivencia Termorregulación y fisiopatología de la fiebre Sistema límbico y fisiología amigdalina 17 Ciclo sueño-vigilia y electroencefalograma — Fisiología del sueño y sus trastornos Definición y organización circadiana del sueño Bases bioeléctricas del electroencefalograma (EEG) Arquitectura cíclica del sueño: fases NREM y sueño REM Mecanismos neurobiológicos del ciclo sueño-vigilia Fisiopatología y trastornos del sueño Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 3 18 Funciones cerebrales superiores — Lenguaje, lateralización hemisférica y memoria Lateralización hemisférica y especialización funcional Neuroanatomía del lenguaje y semiología de las afasias Clasificación biológica y temporal de la memoria Bases celulares y moleculares de la potenciación a largo plazo (LTP) Topografía de la consolidación y lecciones del paciente H.M.

19 Resumen para repasar Biofísica de membrana y transmisión sináptica Sistemas sensoriales y sentidos especiales Fisiología del sistema motor SNA, 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 Bases celulares y barreras del sistema nervioso — Neuronas, glía y entorno cerebral AL ACABAR SABRÁS Diferenciar las regiones morfofuncionales de la neurona y sus patrones morfológicos básicos.

Describir las funciones principales de las células gliales en el soporte, mielinización y metabolismo neural. Explicar la arquitectura de la barrera hematoencefálica y los mecanismos de transporte molecular a través de ella. Detallar el origen, flujo ventricular, absorción y características bioquímicas del líquido cefalorraquídeo. PIÉNSALO ANTES DE LEER 1 ¿Por qué el tejido cerebral requiere un sistema capilar aislado herméticamente a diferencia de órganos como el músculo o el hígado? El sistema nervioso integra señales electroquímicas precisas gracias a la interacción coordinada entre neuronas y células gliales, aisladas y protegidas por barreras biológicas altamente selectivas.

ESQUEMA Bases celulares y barreras del sistema nervioso Organización morfofuncional y tipos de neuronas Las neuronas son las células efectoras especializadas en la generación y propagación de señales eléctricas a través de redes celulares complejas.

Presentan una polaridad morfológica y funcional bien definida, organizada en compartimentos complementarios: Elementos celulares Unidades funcionales y de soporte tisular Neuronas Excitables, transmisoras del impulso nervioso Células gliales Mielinización, nutrición, soporte y depuración Barreras y fluidos Aislamiento molecular y regulación homeostática Barrera hematoencefálica Endotelio continuo y podocitos astrocitarios Líquido cefalorraquídeo Secreción coroidea y amortiguación mecánica Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 5 Soma o cuerpo neuronal: aloja el núcleo y los orgánulos principales. Funciona como el centro metabólico, biosintético y trófico esencial de la célula.

Dendritas: arborizaciones ramificadas que emergen del cuerpo celular. Su función consiste en recibir estímulos de otras células e integrar aferencias sinápticas. Cono axonal: región cónica de transición entre el soma y el segmento inicial del axón. Axón: prolongación cilíndrica encargada de conducir el impulso eléctrico a lo largo de distancias variables. Terminal axónico (presináptico): porción distal arborizada especializada en la transmisión de la señal química hacia los elementos postsinápticos.

El punto de aposición funcional entre el botón presináptico de una neurona y las dendritas o el soma de la siguiente recibe el nombre de sinapsis (los mecanismos biofísicos de la membrana neuronal se desarrollan en detalle en «Biofísica de la membrana neuronal — Potencial de reposo y propiedades eléctricas pasivas», mientras que la propagación del potencial se aborda en «Señales eléctricas neuronales — Potenciales electrotónicos y potencial de acción»). Esquema anatómico de una neurona multipolar motora y sus componentes funcionales. Atendiendo a la disposición y número de sus prolongaciones, se identifican cuatro arquitecturas neuronales básicas: 1.

Unipolares: presentan una única prolongación que sale del soma celular (características de invertebrados). Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 6 2. Bipolares: disponen de dos prolongaciones opuestas que emergen de los extremos del cuerpo celular, típicamente presentes en la retina sensorial. 3. Pseudomonopolares (o seudomonopolares): del soma parte un tronco único que se bifurca en una rama periférica receptora y una rama central conductora, como se observa en los ganglios sensitivos anejos a la raíz dorsal de la médula espinal. 4. Multipolares: muestran múltiples troncos dendríticos y un único axón largo.

Representan la morfología predominante en el encéfalo de los mamíferos, incluyendo a las células piramidales de la corteza cerebral y a las células de Purkinje del cerebelo. Diagrama de clasificación morfológica de neuronas unipolares, bipolares y pseudomonopolares. COMPRUEBA 2 ¿Por qué se clasifica a las neuronas sensitivas de los ganglios de la raíz dorsal como pseudomonopolares y no como unipolares verdaderas? Células de la glía y microambiente neural Las células gliales constituyen la población celular más numerosa del sistema nervioso central.

Carecen de la capacidad de generar potenciales de acción propagados, pero asumen funciones imprescindibles para la supervivencia y rendimiento neuronal: Soporte arquitectónico: proporcionan el armazón trófico y estructural de los circuitos nerviosos. Mielinización axonal: forman la vaina de mielina encargada de acelerar la conducción nerviosa. Esta tarea recae en las células de Schwann en el sistema nervioso periférico y en la oligodendroglía dentro del sistema nervioso central. Suministro metabólico: abastecen energéticamente a las neuronas mediante el aporte directo de glucosa y lactato.

Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 7 Depuración tisular: eliminan los productos catabólicos derivados de la actividad neuronal continua. Guía del desarrollo: dirigen y tutelan la migración de los neuroblastos durante la ontogenia del sistema nervioso. COMPRUEBA 3 ¿Qué células gliales son las encargadas de mielinizar los axones en el sistema nervioso central frente al periférico?

Barrera hematoencefálica (BHE) La barrera hematoencefálica (BHE) es un filtro biológico restrictivo encargado de controlar con alta selectividad la entrada de moléculas desde el torrente circulatorio hacia el parénquima cerebral, protegiendo a las neuronas frente a xenobióticos y oscilaciones iónicas del plasma. Su andamiaje anatómico consta de tres componentes: El transporte molecular a través de la pared capilar cerebral se rige por cuatro vías biofísicas especializadas: Difusión simple: accesible para sustancias lipófilas de bajo peso que atraviesan pasivamente la bicapa fosfolipídica (como nicotina o diazepam). Difusión facilitada: requiere transportadores de membrana estereoselectivos.

Destaca el transportador GLUT-1, encargado de introducir la glucosa (principal sustrato metabólico energético cerebral), así como transportadores específicos para aminoácidos. Transporte activo: dependiente de hidrólisis de ATP para desplazar iones en contra de gradiente electroquímico mediante transportadores enzimáticos como la bomba Na+/K+-ATPasa, preservando el microambiente iónico del parénquima. Transcitosis: proceso vesicular muy infrecuente en comparación con los capilares sistémicos, restringido al tránsito selectivo de macromoléculas proteicas. Capilares cerebrales continuos: representan el componente más determinante.

Sus células endoteliales carecen de fenestraciones y están selladas mediante uniones estrechas (zónula occludens) intercelulares. Cada segmento vascular está configurado por una única célula endotelial incurvada sobre sí misma a modo de tubo, minimizando las interfaces intercelulares de fuga. 1 Membrana basal continua: matriz extracelular densa subendotelial que envuelve por completo la pared del capilar. 2 Podocitos astrocitarios y pericitos: las prolongaciones pediculares o pies de los astrocitos, junto con los pericitos y la microglía, recubren más del 85 % de la superficie externa del capilar.

3 Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 8 ERROR FRECUENTE Confundir la permeabilidad de la barrera hematoencefálica en el adulto con la del recién nacido. Durante el periodo neonatal la BHE es fisiológicamente inmadura; ante elevaciones séricas de bilirrubina indirecta libre, esta atraviesa los capilares cerebrales y precipita en los núcleos grises subcorticales originando kernicterus, una encefalopatía con secuelas neurológicas permanentes. COMPRUEBA 4 ¿Cuál es el transportador de membrana responsable de cruzar la glucosa a través del endotelio capilar de la barrera hematoencefálica?

Barrera hematoencefalorraquídea y líquido cefalorraquídeo (LCR) A diferencia de los capilares del parénquima cerebral, los vasos de los plexos coroideos son capilares fenestrados. Para impedir el libre escape plasmático hacia el sistema ventricular, la denominada barrera hematoencefalorraquídea se localiza en el epitelio coroideo. Sus células están selladas por uniones estrechas que impiden el paso indiscriminado de solutos e incluso del agua sin control.

El líquido cefalorraquídeo (LCR) es producido activamente por los plexos coroideos ubicados en las cavidades ventriculares a un ritmo aproximado de 500 ml/día en el adulto, mediante un proceso combinado de filtración capilar pasiva y secreción epitelial activa que emula la función reguladora del epitelio tubular renal.

PROCESO Circulación del líquido cefalorraquídeo Ventrículos laterales Secreción inicial en plexos coroideos 1 Agujeros de Monro Paso hacia el tercer ventrículo 2 Tercer ventrículo Adición de secreción coroidea medial 3 Acueducto de Silvio Tránsito hacia la fosa posterior 4 Cuarto ventrículo Drenaje por orificios de Luschka y Magendie 5 Espacio subaracnoideo Difusión caudal medular y rostral hemisférica 6 Vellosidades aracnoideas Reabsorción venosa en seno sagital superior 7 Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 9 El LCR ejerce funciones de flotación (reduce la tracción de los vasos y las estructuras encefálicas amortiguando impactos traumáticos), depuración de desechos del metabolismo neural hacia el drenaje venoso y vehículo de difusión de mediadores químicos a distancia.

Parámetro Líquido Cefalorraquídeo (LCR) Plasma sanguíneo Contenido de agua 99 % 92 % pH 7,3 7,4 Proteínas (mg/dl) 35 7000 Glucosa (mg/dl) 64 100 K+ (mEq/l) 2,4 4,0 Mg2+ (mEq/l) 1,2 0,9 Colesterol (mg/dl) 0,2 175 COMPRUEBA 5 ¿En qué estructura histológica reside el sellado de la barrera hematoencefalorraquídea a diferencia de la hematoencefálica? IDEAS CLAVE Las neuronas se organizan funcionalmente en soma biosintético, dendritas receptoras, cono axonal integrador, axón conductor y terminal presináptico transmisor. La oligodendroglía mieliniza los axones en el sistema nervioso central y las células de Schwann lo hacen en el sistema nervioso periférico.

La barrera hematoencefálica se asienta en el endotelio capilar continuo sellado por uniones estrechas, membrana basal y podocitos astrocitarios que cubren más del 85 % de su superficie. La glucosa atraviesa la barrera hematoencefálica mediante transporte facilitado por GLUT-1. La inmadurez de la barrera hematoencefálica neonatal permite el paso de bilirrubina en hiperbilirrubinemia, provocando kernicterus con secuelas neurológicas graves. Los plexos coroideos sintetizan 500 ml/día de LCR, un líquido con concentración proteica y de colesterol drásticamente inferior a la del plasma. Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 10 COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 6.

¿Qué cuatro mecanismos de transporte regulan el paso de solutos a través de la barrera hematoencefálica? 7. ¿Cuál es la ruta anatómica completa que sigue el LCR desde los ventrículos laterales hasta su reabsorción venosa? 8. ¿Cuáles son las diferencias más notorias en la composición química entre el plasma y el LCR? Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 9. ¿Qué células mielinizan los axones del sistema nervioso central? 10. ¿Cuál es el componente determinante de la barrera hematoencefálica? 11. ¿A qué se debe el desarrollo de kernicterus en el neonato? 12. ¿Cuál es la producción diaria fisiológica aproximada de LCR?

Células microgliales a) Oligodendrocitos b) Células de Schwann c) Astrocitos protoplasmáticos d) Endotelio continuo con uniones estrechas a) Membrana basal porosa b) Células de la microglía c) Mielina axonal d) Inmadurez de la BHE ante hiperbilirrubinemia a) Sobreproducción ventricular de LCR b) Déficit congénito del transportador GLUT-1 c) Agenesia de vellosidades aracnoideas d) 150 ml por día a) 1200 ml por día b) 50 ml por día c) 500 ml por día d) Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 11 2 Biofísica de la membrana neuronal — Potencial de reposo y propiedades eléctricas pasivas AL ACABAR SABRÁS Deducir el potencial de reposo mediante las ecuaciones de Nernst y Goldman-Hodgkin-Katz.

Modelar la bicapa lipídica y los canales iónicos mediante el circuito equivalente RC. Calcular e interpretar las constantes biofísicas de tiempo (τ) y de longitud (λ). Explicar el papel electrogénico de la bomba Na+/K+-ATPasa y el impacto del bloqueo por ouabaína. PIÉNSALO ANTES DE LEER 13 ¿Por qué un axón mielinizado de pequeño calibre puede conducir señales pasivas a mayor distancia sin perder tanta corriente como una fibra amielínica más gruesa? Estructura biofísica de la membrana y capacitancia La membrana neuronal está formada por una bicapa lipídica con cabezas polares hacia los medios acuosos y colas hidrófobas enfrentadas al centro.

Esta matriz actúa como una barrera semipermeable de muy baja conductancia para las partículas con carga. Los fluidos intra y extracelular son conductores electrolíticos eficaces separados por este aislante lipídico. Esta disposición geométrica convierte a la membrana en un condensador o capacitor biológico, capaz de acumular cargas de signo opuesto en sus dos superficies. La capacitancia de membrana ( ) mide la cantidad de carga eléctrica ( ) acumulada por unidad de potencial ( ): La capacitancia se mide en faradios (F). Su valor es proporcional a la superficie de la membrana e inversamente proporcional al grosor del dieléctrico lipídico.

Una neurona con mayor superficie presenta una capacitancia total más alta, lo que implica que necesitará un flujo mayor de cargas netas para modificar su diferencia de potencial transmembrana en la misma magnitud. Gradientes iónicos y bomba electrogénica de Na+/K+ El establecimiento del potencial eléctrico depende de una distribución asimétrica de iones entre el citosol y el espacio intersticial. Las concentraciones iónicas no se equilibran espontáneamente gracias a la actividad de sistemas de transporte activo primario presentes en la membrana plasmática. El elemento regulador primordial es la bomba Na+/K+-ATPasa.

Esta enzima expulsa 3 iones Na+ e introduce 2 iones K+ consumiendo una molécula de ATP. Dado que moviliza un balance neto hacia el exterior de una carga positiva por cada ciclo catalítico, se clasifica como una bomba electrogénica. Esta asimetría de transporte genera una corriente saliente neta que contribuye de manera directa a la negatividad basal interna. C m q V C = V q Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 12 DEFINICIÓN La electrogenicidad es la capacidad de un transportador de membrana para generar una corriente eléctrica neta no compensada a través de la bicapa, estableciendo de forma activa una diferencia de potencial.

El fármaco ouabaína actúa como un inhibidor farmacológico específico de la bomba Na+/K+-ATPasa. Al bloquear su acción, se extingue la expulsión continua de sodio y la recaptación de potasio. Con el tiempo, los iones se desplazan pasivamente a través de las vías de fuga a favor de sus gradientes hasta alcanzar el equilibrio químico mutuo, lo que anula de forma progresiva la diferencia de potencial transmembrana. COMPRUEBA 14 ¿Por qué la administración de ouabaína colapsa con el tiempo el potencial de reposo celular? Canales iónicos y modelo de circuito equivalente Los iones no atraviesan la bicapa lipídica pura de forma pasiva debido a su alta energía de hidratación.

Cuanto menor es el radio de un ion desnudo, más concentrada está su carga superficial y más intenso es su campo eléctrico. Por ello, el atrae una corteza de agua mayor que el . Este radio hidratado más voluminoso reduce la movilidad relativa del ion sodio respecto al potasio en medio acuoso. El tránsito transmembrana se produce a través de canales iónicos, proteínas integrales que combinan un filtro de selectividad con compuertas regulables o vías de reposo continuas. Na+ K+ Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 13 Esquema de mecanismos de apertura de canales iónicos regulables. Cada canal iónico ofrece una resistencia biofísica al paso de la corriente ( ).

En electrofisiología se emplea habitualmente su inversa, la conductancia ( ), que refleja la facilidad con la que un ion transita a través de la vía abierta. Los canales pasivos o basales determinan la conductancia de fuga en estado de reposo. La integración de estos componentes conforma el circuito equivalente RC de la membrana celular. En él, la bicapa actúa como un condensador en paralelo con varias ramas conductoras, donde cada tipo de canal constituye una conductancia ( , , ) asociada en serie a una batería que representa su respectiva fuerza impulsora química. Circuito equivalente RC de la membrana con conductancias iónicas.

R g = 1/R g N a g K g Cl Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 14 Elemento biológico Equivalente biofísico Símbolo y unidad Función biofísica Bicapa de fosfolípidos Condensador o capacitor (Faradios, F) Almacena cargas separadas en sus caras. Canales iónicos de membrana Conductancia variable (Siemens, S) Permite el tránsito transmembrana de iones. Gradiente electroquímico Fuerza electromotriz (pila) (Voltios, V) Suministra la energía de desplazamiento iónico. Citoplasma neuronal Resistencia axial (Ohmios, ) Opone fricción al paso longitudinal de cargas.

Potencial de equilibrio electroquímico y ecuación de Nernst Cuando un ion permeable se desplaza a través de la membrana a favor de su gradiente de concentración, genera una separación de cargas microscópica que da origen a un campo eléctrico. El potencial de equilibrio electroquímico es aquel valor del potencial de membrana donde la fuerza impulsora química y la fuerza eléctrica se igualan en magnitud y se oponen exactamente, anulando el flujo neto.

Este equilibrio termodinámico se calcula mediante la ecuación de Nernst: A una temperatura habitual en mamíferos de 37 °C, la transformación del logaritmo natural al decimal simplifica la expresión biofísica: En esta fórmula, es la constante universal de los gases, es la temperatura absoluta en Kelvin, es la valencia de la partícula con su signo algebraico y corresponde a la constante de Faraday. Para iones monovalentes positivos como el o el , la relación sitúa la concentración extracelular en el numerador y la intracelular en el denominador. En el caso de iones monovalentes negativos como el , la orientación de concentraciones se invierte.

EJEMPLO Si calculamos el potencial de equilibrio para el catión potasio ( ) o para el catión sodio ( ), obtenemos valores canónicos de referencia en modelos de estudio estándar: (tendencia termodinámica neta a salir de la célula). (tendencia termodinámica neta a ingresar a la célula). (en equilibrio con el potencial de reposo en ciertas fibras musculares excitables).

C m g E ion R a Ω E = ion ln z F R T [X] int [X] ext E = ion log z 58 10 [X] 1 [X] 2 R T z F K+ Na+ Cl z = +1 z = +1 E K 100 mV E N a +52 mV E Cl 90 mV Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 15 COMPRUEBA 15 ¿Qué magnitud adquiere el flujo neto de un ion cuando el potencial de membrana iguala exactamente a su potencial de equilibrio de Nernst? Potencial de membrana en reposo y ecuación de Goldman-Hodgkin-Katz El potencial de membrana en reposo ( ) es la diferencia de potencial registrada entre el medio intracelular y el extracelular cuando la célula no genera señales activas.

En las neuronas de mamíferos, su magnitud habitual se sitúa alrededor de los -70 mV, oscilando según la morfología neuronal entre los -40 mV y los -90 mV. Como la membrana es permeable simultáneamente a más de una especie iónica ( , y ), el valor de no equivale al potencial de Nernst de un único ion. Se determina a través de la ecuación de Goldman-Hodgkin-Katz (GHK), que pondera tanto las concentraciones como las permeabilidades relativas ( ) de cada elemento: Dado que en reposo la membrana exhibe una permeabilidad predominante al potasio respecto a la del sodio ( ), el potencial de membrana basal descansa próximo a (-100 mV) y sumamente alejado de (+52 mV).

Los cambios que despolarizan la célula la acercan al umbral excitatorio, mientras que las variaciones que hiperpolarizan alejan el voltaje de dicho umbral (véase «Señales eléctricas neuronales — Potenciales electrotónicos y potencial de acción»). CAUSAS Y CONSECUENCIAS Bomba Na+/K+ electrogénica Establece gradientes y expulsa carga neta positiva. Canales de fuga de K+ Alta conductancia basal que aproxima el potencial a EK. Baja conductancia al Na+ Mantiene baja la entrada de cargas despolarizantes. Génesis del potencial de reposo Potencial Em a -70 mV Polarización basal estable negativa en reposo. Fuerza impulsora sobre Na+ Gran gradiente para la entrada rápida de sodio.

Fuerza electromotriz e hipótesis de electroneutralidad macroscópica La discrepancia entre el potencial transmembrana real y el potencial de Nernst define la fuerza impulsora o fuerza electromotriz ( ) experimentada por una especie iónica: E m K+ Na+ Cl E m P V = 58 log 10 ( P [K ] + P [Na ] + P [Cl ] K + 1 N a + 1 Cl 2 P [K ] + P [Na ] + P [Cl ] K + 2 N a + 2 Cl 1 ) P K P N a E K E N a F E F E = E m E ion Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 16 Para el ion sodio, la fuerza electromotriz resultante ( ) es considerable. Esto genera un impulso neto masivo que fuerza la entrada de sodio al citoplasma en cuanto sus canales se abren.

Para el potasio, la fuerza impulsora ( ) dirige el flujo pasivo hacia el exterior celular. ERROR FRECUENTE Un error habitual en el examen es suponer que el establecimiento del potencial de membrana altera de forma masiva las concentraciones químicas intracelulares. En condiciones biológicas rige el principio de electroneutralidad macroscópica: el número total de cationes y aniones en el seno citoplasmático permanece prácticamente idéntico. La separación de cargas que genera la diferencia de potencial eléctrico se restringe de manera exclusiva a la vecindad inmediata de la bicapa lipídica, requiriendo un movimiento infinitesimal de partículas cargadas.

Propiedades eléctricas pasivas del cable neuronal La propagación pasiva de corrientes a través de axones y dendritas sin gasto metabólico depende de tres parámetros biofísicos estructurales descritos por la teoría del cable: COMPRUEBA 16 ¿Por qué un incremento en el diámetro de una dendrita o axón reduce su resistencia axial? Constantes biofísicas de propagación: tiempo (τ) y espacio (λ) La respuesta temporal de la membrana ante un pulso escalón de corriente viene definida por la constante de tiempo ( ): La constante cuantifica el lapso necesario para que una variación de potencial alcance un 63 % de su valor final durante una fase de carga, o decaiga al 37 % durante la descarga.

Una capacitancia de membrana elevada retrasa la redistribución de voltaje, amortiguando la velocidad de instauración del cambio electrotónico. La disipación espacial del potencial electrotónico a lo largo de un cilindro neuronal continuo responde a la constante de espacio o longitud ( ): F E = N a 70 mV (+52 mV) = 122 mV F E = K 70 mV ( 100 mV) = +30 mV Resistencia de la membrana en reposo ( ): depende del número y estado de apertura de los canales iónicos pasivos por unidad de superficie. Según la ley de Ohm ( ), a mayor resistencia de membrana, mayor despolarización local provoca una misma corriente inyectada.

1 R m ΔV = I R m Capacitancia de la membrana ( ): capacidad intrínseca del condensador lipídico para acumular carga antes de permitir variaciones en el voltaje transmembrana. 2 C m Resistencia axial o longitudinal ( ): oposición friccional que ofrece el citoplasma axoplásmico al flujo de cargas a lo largo del cilindro celular. Cuanto mayor es el calibre o diámetro citoplasmático, menor resulta la resistencia longitudinal. 3 R a τ τ = R m C m τ λ λ = R a R m Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 17 Biofísicamente, la constante de longitud representa la distancia a la cual un cambio electrotónico decae al 37 % de su valor inicial respecto al punto focal de inyección.

Si la resistencia de membrana es muy alta comparada con la resistencia axial citoplasmática, la corriente se fuga menos hacia el exterior y avanza con mayor alcance a lo largo del axón o de la dendrita. ESQUEMA Propiedades eléctricas pasivas neuronales La adquisición evolutiva de la mielinización optimiza radicalmente estos parámetros pasivos. La cubierta concéntrica de mielina incrementa sustancialmente el grosor aislante del dieléctrico, lo que desploma la capacitancia de la membrana ( ) y eleva notablemente la resistencia transmembrana ( ).

Esto genera un marcado aumento de la constante de espacio ( ) en los internodos y una menor atenuación electrotónica, permitiendo la propagación saltatoria hacia los nódulos de Ranvier (véase «Señales eléctricas neuronales — Potenciales electrotónicos y potencial de acción»). IDEAS CLAVE La bicapa lipídica neuronal actúa biofísicamente como un condensador dieléctrico con una capacitancia ( ) proporcional a su superficie. La bomba electrogénica Na+/K+-ATPasa expulsa activamente 3 iones e introduce 2 iones por molécula de ATP hidrolizada, manteniendo los gradientes de concentración que la ouabaína colapsa.

El potencial de equilibrio de un ion se obtiene mediante la ecuación de Nernst, mientras que el potencial de membrana en reposo ( ) resulta de la ecuación de GHK según las permeabilidades relativas ( ). Los flujos iónicos necesarios para establecer el potencial de membrana respetan la electroneutralidad macroscópica citoplasmática al restringirse a la superficie de la membrana. La constante de longitud ( ) mide la distancia en la que la señal electrotónica decae al 37 %, y la constante de tiempo ( ) el tiempo para alcanzar el 63 % del valor final. Resistencia de membrana (Rm) Depende de canales abiertos por unidad de superficie.

Constante de longitud (λ) Raíz de Rm / Ra; determina el alcance espacial electrotónico. Capacitancia de membrana (Cm) Acumulación de cargas en la bicapa aislante. Constante de tiempo (τ) Producto Rm · Cm; controla el curso temporal del voltaje. Resistencia axial (Ra) Fricción citoplasmática a lo largo de dendritas y axones. C m R m λ C m Na+ K+ E m 70 mV P K P N a λ = R /R m a τ = R m C m Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 18 COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 17. ¿Cuál es la causa biofísica de que el sodio hidratado posea una menor movilidad que el potasio a pesar de su menor peso molecular? 18.

¿Cómo modifica el incremento de la resistencia de membrana (Rm) a las constantes espaciotemporales de la fibra nerviosa? Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 19. ¿Cuál es la estequiometría catalítica clásica de la bomba Na+/K+-ATPasa? 20. ¿Qué ion determina fundamentalmente el potencial de reposo debido a su alta permeabilidad relativa? 21. ¿A qué porcentaje de decaimiento del potencial inicial corresponde exactamente la constante de longitud λ? 22. ¿Qué efecto físico genera la vaina de mielina sobre las propiedades pasivas axónicas?

3 Señales eléctricas neuronales — Potenciales electrotónicos y potencial de acción AL ACABAR SABRÁS Diferenciar las propiedades biofísicas de los potenciales electrotónicos frente al potencial de acción. Describir la función de las compuertas m y h del canal de sodio durante los periodos refractarios. Explicar los mecanismos iónicos y ventajas de la conducción saltatoria en fibras mielinizadas.

Saca 2 Na+ e introduce 3 K+ a) Saca 1 Na+ e introduce 1 K+ b) Introduce 3 Na+ y saca 2 K+ c) Saca 3 Na+ e introduce 2 K+ d) Sodio a) Magnesio b) Calcio c) Potasio d) 63 % a) 37 % b) 50 % c) 10 % d) Aumenta la capacitancia y baja la resistencia a) Aumenta exclusivamente la resistencia axial interna b) Disminuye la capacitancia y sube la resistencia c) Inactiva todos los canales internodales de reposo d) Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 19 PIÉNSALO ANTES DE LEER 23 ¿Por qué una neurona no puede codificar la fuerza de un estímulo aumentando la altura o amplitud de su potencial de acción?

Potenciales electrotónicos y procesamiento sináptico de entrada Las neuronas reciben información mediante contactos sinápticos que modifican la permeabilidad de su membrana. Cuando un neurotransmisor liberado en la hendidura sináptica se une a sus receptores específicos, se abren canales iónicos regulados por ligando. Este flujo transitorio de corriente altera el potencial de reposo (alrededor de -70 mV) y da origen a un potencial electrotónico o potencial local. Estas fluctuaciones constituyen la primera representación eléctrica del estímulo en la neurona.

A diferencia de las señales de todo o nada, el potencial electrotónico responde a una codificación modulada por amplitud: su tamaño y duración dependen directamente de la cantidad de neurotransmisor liberado y del número de canales abiertos. La corriente iónica se desplaza pasivamente por atracción electrostática hacia las zonas adyacentes del citoplasma sin requerir consumo metabólico local. Gráfica de potenciales electrotónicos postsinápticos excitatorios (PEPS) e inhibitorios (PIPS).

Estas respuestas locales pueden clasificarse funcionalmente según el sentido de la variación de voltaje que provocan: Potencial excitatorio postsináptico (PEPS): despolarización transitoria originada típicamente por el influjo de cationes como el a favor de su gradiente electroquímico. Potencial inhibitorio postsináptico (PIPS): hiperpolarización transitoria producida con frecuencia por la salida de hacia el medio extracelular.

La propagación electrotónica es pasiva y ocurre con decremento: la amplitud de la señal decae en el espacio y en el tiempo debido a la resistencia citoplasmática y a las pérdidas de corriente a través de la membrana (véase «Biofísica de la membrana neuronal — Potencial de reposo y propiedades eléctricas pasivas»). Para influir sobre el axón, los potenciales locales deben integrarse mediante dos mecanismos: Sumación temporal: adición de potenciales generados sucesivamente por una misma sinapsis cuando el segundo estímulo arriba antes de que el primero se haya disipado por completo.

Sumación espacial: convergencia y superposición simultánea de potenciales locales provenientes de contactos sinápticos ubicados en distintos puntos dendríticos o somáticos. Na+ K+ Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 20 COMPRUEBA 24 ¿Por qué un único PEPS aislado en una dendrita distal rara vez genera por sí solo un potencial de acción? La técnica de fijación de voltaje (voltage clamp) Para comprender cómo el voltaje determina el flujo de iones a través de la membrana, Hodgkin y Huxley emplearon la técnica de fijación de voltaje. Este método experimental permite anular la retroalimentación continua entre el cambio de potencial y la apertura de canales iónicos.

El sistema opera mediante un circuito de retroalimentación negativa. Un electrodo intracelular registra continuamente el potencial de membrana ( ) y lo compara con un potencial de mando preseleccionado por el experimentador. Si se detecta una diferencia entre ambos valores, un amplificador inyecta de forma inmediata una corriente eléctrica igual en magnitud pero de sentido opuesto a la corriente iónica biológica que fluye a través de los canales. De este modo, la cantidad neta de carga sobre el condensador de membrana permanece constante, fijando el en el valor deseado.

La corriente inyectada por el dispositivo se monitoriza continuamente, lo que permite medir cuantitativamente la corriente iónica generada por la célula en función del tiempo. El uso de agentes farmacológicos específicos permitió aislar los componentes iónicos individuales de estas corrientes: La tetrodotoxina (TTX) bloquea selectivamente los canales de dependientes de voltaje, aboliendo la corriente temprana despolarizante hacia el interior celular. El tetraetilamonio (TEA) bloquea los canales de dependientes de voltaje, eliminando la corriente saliente tardía responsable de la repolarización.

La ouabaína bloquea la bomba -ATPasa; su aplicación a largo plazo disipa gradualmente los gradientes electroquímicos transmembrana y suprime el potencial de reposo. COMPRUEBA 25 Si durante un experimento de fijación de voltaje se aplica tetrodotoxina (TTX) tras una despolarización, ¿qué corriente iónica persistirá? Génesis del potencial de acción y ciclo regenerativo La integración de las señales electrotónicas converge en la zona gatillo, situada en el cono axónico en las neuronas centrales, o en el primer nodo de Ranvier / segmento inicial periférico en las neuronas sensitivas pseudounipolares.

Esta región posee la mayor densidad de canales de dependientes de voltaje de toda la membrana neuronal, lo que le confiere el umbral de excitación más bajo de la célula. El umbral se sitúa aproximadamente 15 mV por encima del potencial de reposo (alrededor de los -55 mV si el reposo es de -70 mV). Cuando los potenciales graduados alcanzan este nivel crítico, se desencadena una respuesta activa de «todo o nada»: V m V m Na+ K+ Na /K + + Na+ Despolarización inicial: la llegada de cargas positivas reduce el potencial de membrana e incrementa la conductancia al sodio ( ).

1 g Na Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 21 Gráfica del curso temporal del potencial de acción y conductancias iónicas. Ciclo regenerativo de Hodgkin: la entrada pasiva de despolariza aún más la membrana axónica, lo que provoca la apertura rápida de un número exponencialmente mayor de canales de dependientes de voltaje. 2 Na+ Na+ Fase ascendente y sobretiro: el influjo masivo de sodio dirige el potencial hacia su potencial de equilibrio electroquímico ( ), alcanzando valores positivos cercanos a +20 o +30 mV.

3 E Na Repolarización: el avance hacia se frena por la inactivación intrínseca de los canales de y por la activación demorada de los canales de dependientes de voltaje rectificadores tardíos. 4 E Na Na+ K+ Hiperpolarización post-potencial: la conductancia al potasio ( ) permanece transitoriamente elevada tras el retorno al potencial basal, aproximando transitoriamente la membrana al potencial de equilibrio del potasio ( ) antes del restablecimiento del equilibrio de reposo.

5 g K E K Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 22 PROCESO Fases iónicas del potencial de acción COMPRUEBA 26 ¿Por qué la fase de despolarización rápida del potencial de acción se autolimita antes de llegar exactamente al potencial de equilibrio del sodio? Cinética de compuertas m y h del canal de sodio Las propiedades temporales del potencial de acción radican en el modelo de compuertas dependientes de voltaje del canal de : Compuerta de activación (m): orientada hacia el exterior celular, se encuentra cerrada durante el potencial de reposo y se abre velozmente en respuesta a despolarizaciones que alcanzan el umbral.

Compuerta de inactivación (h): situada en la vertiente intracelular, permanece abierta en reposo y se cierra con una cinética más lenta en respuesta a la misma despolarización que abrió a . En estado de reposo, el canal se halla en conformación cerrada ( cerrada, abierta), impidiendo el flujo de iones pero listo para responder. Al despolarizarse la membrana, la apertura casi instantánea de la compuerta permite el paso de (estado abierto: abierta, abierta). Pocos milisegundos después, la compuerta ocluye el poro desde el citoplasma (estado inactivo: abierta, cerrada), suprimiendo la corriente entrante de sodio. Llegada al umbral Despolarización neta de +15 mV en el cono axónico.

1 Ciclo de Hodgkin Apertura rápida de compuertas m e influjo masivo de Na+. 2 Inactivación de Na+ Cierre de compuertas h cerca del pico de despolarización. 3 Repolarización activa Salida de K+ por canales rectificadores tardíos. 4 Hiperpolarización Aproximación a E_K por retardo en cierre de canales K+. 5 Na+ m m h m Na+ m h h m h Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 23 Esquema de fases refractarias y estados conformacionales del canal de sodio.

Periodos refractarios y límite en la frecuencia de disparo La dinámica de las compuertas de los canales de sodio y la activación persistente de los canales de potasio determinan dos fases sucesivas de excitabilidad disminuida: Periodo refractario absoluto (PRA): lapso durante el cual es enteramente imposible desencadenar un segundo potencial de acción, independientemente de la intensidad de la estimulación aplicada. Se debe a que la práctica totalidad de los canales de están ya abiertos o se hallan en estado inactivo ( cerrada), sin disponibilidad de canales en reposo para reclutar.

Periodo refractario relativo (PRR): intervalo temporal inmediatamente posterior en el que un estímulo supraumbral (de magnitud sustancialmente mayor a la habitual) sí puede disparar una nueva espiga. En esta fase, parte de los canales de han recuperado su conformación basal ( abierta y cerrada), pero persiste una elevada conductancia residual al que hiperpolariza la membrana y contrarresta la despolarización. ERROR FRECUENTE Confundir un canal de en estado cerrado con uno en estado inactivo. El canal cerrado (en reposo) posee la compuerta cerrada y la compuerta abierta; es susceptible de activarse ante un estímulo que alcance el umbral.

El canal inactivo tiene la compuerta cerrada; no puede ser reestimulado por intensa que sea la despolarización hasta que la membrana no se repolarice y la compuerta vuelva a abrirse. Na+ h Na+ h m K+ Na+ m h h h Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 24 Debido a que la amplitud del potencial de acción es estereotipada y no varía con la fuerza del estímulo, el sistema nervioso central codifica la intensidad del estímulo mediante la frecuencia de los potenciales de acción. El periodo refractario impone un límite biológico superior a la frecuencia máxima de disparo que un axón puede sostener.

COMPRUEBA 27 ¿Cuál es la causa biofísica de que se requiera un estímulo más intenso para disparar una espiga durante el periodo refractario relativo? Propagación del impulso nervioso y conducción saltatoria Una vez iniciado en la zona gatillo, el potencial de acción se propaga a lo largo del axón mediante mecanismos que dependen de la presencia o ausencia de mielina: Propagación continua (fibras amielínicas): la entrada local de sodio genera corrientes axoplasmáticas longitudinales que despolarizan pasivamente el segmento contiguo no despolarizado. Cuando este segmento adyacente alcanza el umbral, sus canales dependientes de voltaje se abren, regenerando el potencial de acción paso a paso.

Conducción saltatoria (fibras mielinizadas): la vaina de mielina incrementa drásticamente la resistencia transversal de la membrana y reduce la capacitancia, minimizando las pérdidas de corriente hacia el exterior. La corriente fluye rápidamente por el axoplasma internodal y solo regenera el potencial de acción en los nodos de Ranvier, donde se concentran los canales de dependientes de voltaje. La conducción saltatoria aporta dos ventajas cruciales: acelera en gran medida la velocidad de propagación del impulso a lo largo del axón y confiere una notable economía metabólica, al restringir la entrada masiva de iones exclusivamente a los pequeños dominios nodales.

Propiedad Potencial electrotónico Potencial de acción Tipo de señal Graduada (amplitud variable) Todo o nada (amplitud estereotipada) Tipo de canales Regulados por ligando o mecánicos Dependientes de voltaje ( y ) Propagación Pasiva, con decremento (local) Activa, autorregenerativa sin decremento Umbral de disparo Carece de umbral Presenta umbral definido (~15 mV sobre reposo) Sumación Temporal y espacial No se suma (sujeto a refracción) Polaridad Excitatoria (PEPS) o inhibitoria (PIPS) Siempre despolarizante en su fase inicial Periodo refractario Ausente Presente (absoluto y relativo) Na+ Na+ K+ Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 25 ESQUEMA Clasificación de señales eléctricas neuronales IDEAS CLAVE Los potenciales electrotónicos son señales locales y graduadas originadas por canales operados por ligando que se atenúan con la distancia según las propiedades pasivas de la membrana.

La sumación temporal y espacial de PEPS y PIPS en la zona gatillo determina si la despolarización neta alcanza el umbral de disparo celular. El potencial de acción es un fenómeno de «todo o nada» sustentado en el ciclo regenerativo de Hodgkin mediado por canales de dependientes de voltaje. Las compuertas (activación rápida) y (inactivación lenta) del canal de sodio definen la duración de la despolarización y el periodo refractario absoluto. La conducción saltatoria en fibras mielinizadas restringe la despolarización activa a los nodos de Ranvier, multiplicando la velocidad de conducción y reduciendo el gasto energético de la bomba -ATPasa. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 28.

¿En qué se fundamenta la técnica de fijación de voltaje para estudiar las corrientes iónicas de membrana? 29. ¿Qué estados conformacionales adopta el canal de sodio dependiente de voltaje a lo largo del potencial de acción? 30. ¿Por qué la mielina optimiza energéticamente la transmisión del impulso nervioso en comparación con un axón amielínico?

〰 Potencial electrotónico Respuesta pasiva graduada con decremento PEPS Despolarizante por entrada de Na+ PIPS Hiperpolarizante por salida de K+ Potencial de acción Respuesta activa estereotipada autorregenerable Conducción continua En fibras amielínicas punto a punto Conducción saltatoria En fibras mielínicas por nodos de Ranvier Na+ m h Na /K + + Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 26 Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 31. ¿Qué efecto provoca la tetrodotoxina (TTX) sobre el potencial de acción neuronal? 32. ¿Por qué no puede desencadenarse un potencial de acción durante el periodo refractario absoluto? 33.

¿Dónde se localiza comúnmente la zona gatillo con menor umbral de excitación en neuronas centrales? 34. ¿Cuál es la característica definitoria de la conducción en fibras nerviosas mielinizadas? 4 Transmisión sináptica y unión neuromuscular — Mecanismos y patología AL ACABAR SABRÁS Diferenciar los mecanismos biofísicos de la sinapsis eléctrica y química. Explicar el papel del calcio y las proteínas SNARE en la liberación cuántica de neurotransmisores. Describir la secuencia de activación en la placa motora neuromuscular mediada por acetilcolina. Contrastar las bases moleculares de la miastenia gravis, el tétanos y el botulismo. Prolonga la fase de repolarización tardía.

a) Abole la fase de despolarización rápida. b) Bloquea la bomba sodio-potasio ATPasa. c) Inhibe la apertura de canales de potasio. d) Se ha agotado el ATP citoplasmático disponible. a) La membrana está excesivamente hiperpolarizada. b) Los canales de sodio están inactivos o abiertos. c) Los canales de potasio están completamente bloqueados. d) En el soma pericelular perinuclear. a) En las espinas dendríticas distales. b) En el cono axónico. c) En los botones del terminal presináptico. d) Mayor pérdida de corriente transversal axónica. a) Generación pasiva de potenciales en cada sinapsis. b) Regeneración activa del impulso en nodos de Ranvier. c) Propagación continua a lo largo del internodo.

d) Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 27 PIÉNSALO ANTES DE LEER 35 ¿Por qué una neurona motora no se une eléctricamente de forma directa al músculo esquelético mediante uniones comunicantes? Modalidades de transmisión sináptica: eléctrica frente a química La comunicación intercelular en el sistema nervioso ocurre a través de uniones especializadas denominadas sinapsis. Existen dos modalidades principales para transferir información: las sinapsis eléctricas y las sinapsis químicas. Cada una presenta propiedades biofísicas y funcionales distintas. En la sinapsis eléctrica, el espacio intercelular es mínimo y las membranas plasmáticas quedan estrechamente yuxtapuestas.

La corriente iónica fluye directamente entre citoplasmas a través de canales acuosos formados por conexones. Estos canales poseen alta conductancia, permiten un flujo típicamente bidireccional y carecen de retraso temporal apreciable. Esta disposición permite que un grupo de células interconectadas funcione de manera sincrónica como un sincitio funcional. Por el contrario, en la sinapsis química existe una hendidura sináptica más amplia que separa físicamente ambos extremos. No existe continuidad citoplasmática. El terminal presináptico vierte sustancias químicas mensajeras que difunden por la hendidura y se fijan a receptores específicos en la membrana postsináptica.

Este diseño introduce un breve retardo sináptico y asegura un flujo unidireccional de señales, pero ofrece una gran amplificación: el contenido vesicular exocitado es capaz de modificar la conductancia de miles de canales iónicos diana.

Propiedad Sinapsis eléctrica Sinapsis química Continuidad citoplasmática Sí, mediante conexones No, separada por hendidura amplia Agente transmisor Corriente iónica directa Moléculas de neurotransmisor Dirección del flujo Habitualmente bidireccional Unidireccional (pre a postsinapsis) Retardo temporal Prácticamente nulo Retardo sináptico medible Amplificación de la señal Baja o nula Muy elevada COMPRUEBA 36 ¿Por qué la sinapsis eléctrica resulta óptima para respuestas sincronizadas mientras que la química favorece la modulación compleja?

Mecanismo molecular de la sinapsis química y ciclo vesicular Para calificar una molécula como neurotransmisor, esta debe cumplir criterios definidos: síntesis neuronal, almacenamiento en vesículas terminales, liberación dependiente de un estímulo, interacción sobre la membrana postsináptica y un mecanismo de terminación activo en la hendidura. La llegada de un potencial de acción al terminal axónico (véase «Señales eléctricas neuronales — Potenciales electrotónicos y potencial de acción») desencadena la apertura de canales de Ca² dependientes de voltaje.

La entrada del catión eleva su concentración intracelular y activa proteínas Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 28 cinasas dependientes de calcio-calmodulina. Estas cinasas fosforilan a las sinapsinas, proteínas que mantienen ancladas las vesículas al citoesqueleto presináptico. Al fosforilarse, las vesículas quedan libres para migrar hacia las zonas activas de la membrana plasmática. El atraque y la posterior exocitosis cuántica dependen del complejo de proteínas SNARE.

Entre estas proteínas destaca la sinaptobrevina (v-SNARE), inserta en la vesícula, la cual interactúa con las t- SNARE de la membrana presináptica para formar el poro de fusión que libera el transmisor hacia el espacio intersináptico. Esquema del mecanismo de exocitosis y receptores en la sinapsis química.

PROCESO Secuencia de exocitosis en el terminal presináptico Potencial de acción Despolariza el terminal axónico presináptico 1 Influjo de Ca² Apertura de canales dependientes de voltaje 2 Fosforilación de sinapsina Liberación de vesículas ancladas al citoesqueleto 3 Acoplamiento SNARE Unión vesicular dependiente de sinaptobrevina 4 Exocitosis cuántica Fusión de membrana y salida del neurotransmisor 5 Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 29 Clasificación de receptores postsinápticos y familias de neurotransmisores La interacción del ligando con la membrana postsináptica desencadena potenciales locales graduados.

Dependiendo de las conductancias iónicas activadas, se genera una despolarización o potencial excitador postsináptico (PEPS), o bien una hiperpolarización o potencial inhibidor postsináptico (PIPS). La naturaleza excitadora o inhibidora no es intrínseca a la molécula química, sino al receptor sobre el que impacta. Los receptores postsinápticos se dividen en dos clases fundamentales: Receptores ionotrópicos: son canales iónicos activados por ligando directo. Su apertura o cierre es inmediata y modifica la permeabilidad a iones como , o . Receptores metabotrópicos: carecen de poro intrínseco y se asocian a proteínas G o a tirosina cinasas.

Transmiten señales intracelulares mediante segundos mensajeros químicos, afectando canales a distancia o regulando el estado transcripcional y la excitabilidad celular a largo plazo. Los neurotransmisores se agrupan en agentes de bajo peso molecular y neuropéptidos. Dentro de los neurotransmisores de bajo peso molecular destacan: Acetilcolina (ACh): sintetizada por la colina acetiltransferasa; actúa sobre receptores ionotrópicos (nicotínicos) y metabotrópicos (muscarínicos ). Aminoácidos transmisores: el glutamato y el aspartato actúan de modo excitador primario (receptores ionotrópicos NMDA, AMPA y metabotrópicos mGluR).

En contraposición, el ácido gamma-aminobutírico (GABA, sintetizado a partir de glutamato por la glutámico descarboxilasa) y la glicina actúan primordialmente como inhibidores abriendo canales que hiperpolarizan la neurona. Aminas biógenas: catecolaminas sintetizadas a partir de tirosina (cuyo paso limitante corresponde a la tirosina hidroxilasa, continuando mediante la dopamina beta-hidroxilasa y enzimas afines para producir dopamina, noradrenalina y adrenalina), serotonina e histamina.

La dopamina ilustra la variabilidad funcional según el receptor: la unión a receptores activa la adenilato ciclasa elevando el AMP cíclico (efecto excitador), mientras que los receptores se acoplan a vías inhibitorias. ATP y derivados purinérgicos: nucleótidos activos en señalización intercelular rápida y lenta. Por otro lado, los neuropéptidos (como encefalinas, hormona liberadora de tirotropina y sustancia P) se sintetizan en los ribosomas del soma celular como macromoléculas precursoras. Son empaquetados y procesados en el sistema de endomembranas mediante clivaje y se distribuyen hasta el botón sináptico mediante transporte axoplasmático lento.

Terminación de la señal sináptica y plasticidad adaptativa Para asegurar una transmisión sináptica fidedigna, la señal química debe extinguirse con rapidez una vez liberada. Existen tres vías de remoción: Na+ Ca2+ Cl M –M 1 5 D 1 D 2 Recaptación activa presináptica: es el mecanismo más prevalente en el sistema nervioso. Transportadores de alta afinidad recapturan el neurotransmisor entero hacia el terminal para su posterior reutilización o almacenamiento. Ocurre con glutamato, GABA y monoaminas.

1 Apuntes de Neurofisiología Médica — Fisiología I 30 DEFINICIÓN La hipersensibilidad por denervación es el fenómeno adaptativo postsináptico por el cual una célula efectora aumenta significativamente su respuesta funcional ante un neurotransmisor tras un periodo prolongado de deprivación o lesión presináptica, mediado típicamente por el incremento en el número o densidad de sus receptores. COMPRUEBA 37 ¿Qué consecuencias funcionales tiene el bloqueo farmacológico de la recaptación de aminas sobre la sinapsis?

Fisiología de la placa motora neuromuscular La unión neuromuscular es la sinapsis química efectora establecida entre el axón terminal de una motoneurona alfa y una fibra muscular esquelética. El terminal axonal alberga mitocondrias y vesículas cargadas de acetilcolina. La membrana muscular subyacente forma repliegues profundos conocidos como placa motora terminal, lo que incrementa notablemente el área de membrana expuesta. La llegada del potencial de acción axónico moviliza la exocitosis de ACh. Las moléculas de acetilcolina cruzan la hendidura y se unen a los receptores nicotínicos ubicados en las crestas de la placa motora.

Este receptor actúa como un canal catiónico dependiente de ligando cuya apertura permite una potente entrada de hacia el sarcoplasma. Esta corriente despolariza localmente la membrana generando el potencial de placa terminal. La despolarización local alcanza el umbral de activación de los canales de dependientes de voltaje situados en las invaginaciones de la placa. Su activación dispara un potencial de acción muscular autopropagado que viaja por el sarcolema, abre canales de voltaje-dependientes e induce la salida masiva de desde el retículo sarcoplásmico hacia el citoplasma para activar el aparato contráctil.

La actividad presináptica en la placa y en otras sinapsis es regulada continuamente por mecanismos dinámicos: Frecuencia de estimulación: la llegada de potenciales sucesivos a frecuencias altas causa acumulación transitoria de libre intraterminal al superar la capacidad de extrusión, facilitando la exocitosis en un fenómeno de potenciación o facilitación sináptica. Autorreceptores presinápticos: sensores en el propio terminal que detectan el transmisor liberado; por ejemplo, la estimulación de autorreceptores adrenérgicos estimula la liberación, mientras que los autorreceptores presinápticos modulan selectivamente la exocitosis (los la facilitan y los la inhiben).

Degradación enzimática: enzimas específicas hidrolizan el neurotransmisor en la propia hendidura o tras su recaptación. En la unión colinérgica, la…