Fisiologia Humana I - Apunts Tema 1-5b PDF

Tema 1. Introducció a la Fisiologia Humana -fisiologia -estudi del funcionament del cos humà -permet definir estat salut -fisiopatologia -anàlisi alteracions funcionament normal del cos a causa malaltia o lesió -finalitat -trobat cures o pal·liati...

Tema 1. Introducció a la Fisiologia Humana -fisiologia -estudi del funcionament del cos humà -permet definir estat salut -fisiopatologia -anàlisi alteracions funcionament normal del cos a causa malaltia o lesió -finalitat -trobat cures o pal·liatius -poder entendre què està fallant -vinculat a entendre funcionament correcte òrgan o estructura -fisiologia comparada -comparar fisiologia de diferents organismes i espècies -poden tenir origen evolutiu comú EXEMPLE 1 – Fisiologia Comparada de l’Apèndix En els humans l’apèndix no presenta cap funció important. Als animals herbívors l’apèndix té una funció important. Conclusió: els humans tenen apèndix donat que parteixen d’una mateixa data evolutiva que altres herbívors. En algun moment determinat de la història evolutiva humana, tenir apèndix tenia algun sentit. -mètode científic -mètode 1. formulació hipòtesi 2. comprovació hipòtesi 3. anàlisi resultats 4. extracció conclusions -condicions -hipòtesis han de ser comparables i rebutjables -dades experimentals han de ser reproduïbles -un conjunt d’hipòtesis permet desenvolupar una teoria d’abast més general -terminologia específica fisiologia -respirar = emprar oxigen per generar energia metabòlica -ventilació = entrada i sortida aire a pulmons 1.1. Història de la Fisiologia -antiguitat -estudi i explicació anatomia -es feia descripció estructura abans de conèixer funcionament -Aristòtil -Galè -Erasístrat -Escola d’Alexandria -disseccions cadàvers -acaben prohibides per raons religioses -primers en proposar cervell com a centre de la vida -abans sempre es deia que era el cor -Miquel Servet -descriu circulació pulmonar -sang entra i surt del pulmó -observa canvi color sang -interpreta que al pulmó sang allibera mals esperits per deixar entrar esperit Déu -desenvolupa una descripció fisiològica que no agrada a la Inquisició -acaba cremat a la foguera -William Harvey -converteix fisiologia en ciència experimental -descriu i demostra circulació sang experimentalment -aplica mesures físiques a estudi cos humà -Claude Bernard -pare fisiologia moderna -descriu concepte medi intern -cèl·lules i teixits cos no estan exposats a medi extern -60% cos és aigua -2/3 és intracel·lular -no forma part medi intern -1/3 és extracel·lular -80% líquid intersticial -espai líquid entre cèl·lules -recanvi continu -20% plasma 1.2. Medi Intern i Homeòstasi -medi intern -constant respecte a medi extern variable -permet independitzar-nos de medi extern -constància dinàmica -paràmetres medi intern fluctuen dins rang valors al voltant nivell òptim -homeòstasi -conjunt mecanismes pels quals organisme manté constància medi intern -mecanismes homeostàtics -intrínsecs -mecanismes del propi òrgan -resposta fisiològica local -limitació hemorràgia pel tap de plaquetes -extrínsecs -participen altres òrgans reguladors -sistema nerviós -innervació teixits -sistema endocrí -secreció hormones que actuen a distància sobre òrgans diana -insulina/glucagó i glucosa 1.3. Bucles de Retroalimentació -components bucles retroalimentació -sensor -detecta modificacions medi intern -centre integració -avalua desviació respecte punt equilibri -determina resposta necessària per tornar a punt equilibri -efector -produeix resposta -efectors antagonistes -permeten que hi hagi una fluctuació per sobre o per sota punt equilibri -participen en el control d’una variable en sentits oposats -retroalimentació -negativa -es reverteixen les desviacions ocorregudes per tal de defensar punt equilibri -positiva -efecte va en mateixa direcció que canvi que provoca activació bucle EXEMPLE 2 – Retroalimentació Negativa per a la Regulació de la Glucosa Plasmàtica En alimentar-nos, els intestins absorbeixen molta glucosa que passa a la sang, augmentant la seva concentració plasmàtica. Per evitar arribar a una situació d’hiperglucèmia, les cèl·lules beta pancreàtiques secreten insulina. L’hormona actua sobre diversos teixit augmentant la captació de glucosa en sang cap a l’interior de les cèl·lules. Pel contrari, si les concentracions de glucosa plasmàtica disminueixen, les cèl·lules pancreàtiques secreten glucagó. Aquesta hormona permet la síntesi de glucosa a partir de glucogen, augmentant la concentració de glucosa en sang. Conclusió: la concentració de glucosa en sang es manté dinàmica entre uns valors determinats perquè tenim dos mecanismes que actuen com a efectors antagonistes. EXEMPLE 3 – Retroalimentació Positiva de l’Oxitocina durant el Part Durant el part, la pressió del nadó contra la paret uterina estimula els mecanoreceptors que, a través del sistema nerviós, indueixen la secreció d’oxitocina. L’hormona promou la contracció de la musculatura intra-uterina, comprimint encara més al nadó i provocant més pressió a la paret. EXEMPLE 4 – Retroalimentació Positiva durant la Formació d’un Tap per una Hemorràgia En fer-nos un tall en una arteriola, comença a sortir sang. Per aturar-ho es forma un tap de plaquetes, quantes més plaquetes s’agreguen, més s’estimula l’agregació de plaquetes. 1.4. Organització del Cos Humà -teixits bàsics -múscul -nerviós -epitelial -conjuntiu -òrgans -compostos per dos teixits bàsics com a mínim -compleixen una o diverses funcions -sistema -conjunt òrgans situats en diferents regions del cos i que realitzen funcions relacionades -sistemes del cos -tegumentari -nerviós -endocrí -ossi -muscular -circulatori -immunitari -respiratori -urinari -digestiu -reproductor -sistema integrat -funcionament coordinat dels sistemes -constant equilibri dinàmic amb el medi extern -desenvolupa funcions vitals -néixer -créixer -reproduir-se -morir Tema 2. Líquids Corporals i Membranes Cel·lulars 2.1. Compartiments Líquids de l’Organisme -distribució aigua entre compartiments intracel·lular i extracel·lular -pèrdua aigua continua -a través -orina -femta -transpiració -suor -permet eliminar toxines generades per l’organisme -incorporació aigua-ingesta aliments sòlids -aigua líquida consumida -destins aigua incorporada -directament a femta -tub digestiu--> fluid intersticial--> vasos sanguinis i cèl·lules -plasma -serà l’única aigua circulant del cos -líquids transcel·lulars -líquid cefalorraquidi -líquid articular (sinovial) -limfa -humor aquós -hemolimfa -secrecions glandulars -pas substàncies a través membrana cel·lular -membrana cel·lular -separa líquid intracel·lular de líquid extracel·lular -permeabilitat selectiva -hi ha substàncies que passen d’un costat a l’altre sense problemes -hi ha substàncies que no passen per la membrana -hi ha substàncies que passen en determinades situacions -mediat per diferents mecanismes -permeten pas molècules i ions a través membrana -mitjançant o no transportadors -sense permeabilitat selectiva només es donarien fenòmens de difusió 2.2. Difusió a través de la Membrana -difusió -molècules i ions es troben en estat de constant moviment aleatori -causat per pròpia energia tèrmica partícules -elimina gradient concentració -distribueix partícules uniformement -fins assolir concentracions uniformes -velocitat difusió depèn de -diferència concentració substàncies a través membrana -permeabilitat membrana per substància que difon -alta -intermitja -nul·la -variable -partícules per les que la membrana és permeable -molècules no polars -O2 -molècules liposolubles -esteroides -molècules polars petites amb enllaç covalent -CO2 -H2O -tot i que existeixen aquaporines -proteïnes transportadores aigua -partícules per les que la membrana és impermeable -molècules grans polars -glucosa -proteïnes -ions inorgànics amb càrrega -Na+ -sempre passen a través gràcies a sistemes transport 2.3. Osmosi -osmosi -difusió neta solut a través membrana amb permeabilitat selectiva -condicions per osmosi -ha d’haver diferència concentracions solut a banda i banda membrana -membrana ha de ser impermeable a solut -anomenats soluts osmòticament actius -membrana ha de ser permeable a solvent -a fisiologia serà aigua -moviment aigua a través membrana a favor gradient concentració aigua -compartiment major concentració aigua--> compartiment menor concentració aigua -fins assolir equilibri -comporta canvi volum -ha d’ésser molt controlat per cèl·lules donat que no poden adquirir qualsevol volum -pressió osmòtica -força que s’hauria d’aplicar per impedir que es doni osmosi -indica força amb què solució arrossega aigua cap a compartiment amb major concentració solut -determina velocitat osmosi -si un dels compartiments és un capil·lar -quan pressió osmòtica = pressió hidrostàtica -aigua deixa de pujar per capil·lar -molalitat (m) -quantitat mols solut en 1 kg dissolvent - 1 m = 1 mol solut / 1 kg dissolvent -es parla de molalitat de cada solut -osmolalitat (Osm) -molalitat total d’una solució -suma molalitat de tots els soluts -referència a concentració total partícules dissoltes en aigua -mesura relació entre solut i aigua -efecte ionització sobre osmolalitat -compostos iònics a aigua dissocien -cada ió conta com una partícula -1 mol NaCl = 2 Osm -osmolalitat plasmàtica -300 mOsm EXEMPLE 5 – Regulació de l’Osmolalitat del Plasma Els canvis d’osmolalitat del plasma són detectats per un conjunt d’osmoreceptors hipotalàmics, unes neurones de l’hipotàlem que són sensibles (augmenten o disminueixen la freqüència de potencials d’acció) a l’osmolalitat del plasma. En detectar aquest canvi, generen dos mecanismes de resposta, una resposta de comportament, la set, i una resposta hormonal, la secreció d’ADH. En augmentar l’osmolalitat plasmàtica, la set ens obliga a hidratar-nos, de manera que el plasma es dilueix. A més, l’ADH, que regula l’expressió d’aquaporines al ronyó, permet concentrar l’orina, augmentant la retenció d’aigua. Conclusió: Per regular l’osmolalitat del plasma s’empren dos mecanismes de retroalimentació negativa que actuen en el mateix sentit i de manera conjunta augmentant la concentració d’aigua en sang. -tonicitat -efecte d’una solució sobre el moviment osmòtic d’aigua  -capacitat d’una solució extracel·lular de moure aigua cap a dins o fora cèl·lula per osmosi -osmolalitat solució en relació al plasma -només té en compte soluts osmòticament actius -solucions isotòniques -omsolalitat efectiva igual que la del plasma -eritròcits en aquestes solucions no perden ni guanyen aigua -no hi ha osmosi -solucions hipotòniques -soluts osmòticament actius donen osmolalitat menor que en el plasma -eritròcits en aquestes solucions pateixen hemòlisi -osmosi cap a dins cèl·lula -solucions hipertòniques -soluts osmòticament actius donen osmolalitat major que en el plasma -eritròcits en aquestes solucuions presenten crenació -osmosi cap a fora cèl·lula -diferència isotònic i isosmòtic -isotònic -mateixos osmols que plasma -per ser-ho el solut ha de ser osmòticament actiu -isosmòtic -dues solucions amb el mateix nombre d’osmols EXEMPLE 6 – Osmosi i Urea Submergim eritròcits en una solució de 300 mM d’urea. Aquesta solució és isosmòtica al plasma. Si més no, donat que la urea no és un solut osmòticament actiu, no es tracta d’una solució isotònica. Per tant, la urea començarà a entrar a cèl·lula augmentat la osmolalitat. Per igualar les concentracions l’aigua entrarà per osmosi, provocant hemòlisi. 2.4. Transport a través de Membrana -característiques transportadors -especificitat -interaccionen només amb molècules específiques a les que deixen passar -competició -molècules amb estructura química similar competeixen pel mateix transportador -base funcionament certs fàrmacs per eliminar substàncies exògenes -saturació -cada cèl·lula té un nombre determinat transportadors -limiten capacitat transport -classificació transportadors segons requeriments energètics -transport passiu (difusió facilitada) -elements que faciliten difusió a favor gradient -no requereixen energia -canals iònics -transport actiu -energia necessària per moure partícules en contra gradient -consum ATP -tipus -primari -consum directe ATP -degrada ATP -amb energia obtinguda transporta partícula -secundari -consum indirecte ATP -energia alliberada transport d’una substància s’empra per transport d’una altra -tipus -cotransport (symport) -mateixes direccions -transport de bescanvi (antiport) -direccions diferents -transport mediat per vesícules -endocitosi  -exocitosi 2.5. Potencial de Membrana -potencial membrana -diferència potencial elèctric entre interior i exterior membrana -sempre negatiu a interior -excepte durant potencial acció -valors -màxim -10 mV -cèl·lula epitelial -mínim -100 mV -grans neurones -neurones motores medul·la espinal -mecanismes manteniment potencial membrana -bomba Na+/K+ -ATPasa -hidrolitza ATP -amb energia obtinguda fa sortir 3 Na+ i entrar 2 K+ -medi exterior serà ric en Na+ (i Cl-) -medi interior serà ric en K+ -electrògena -genera diferència potencial elèctric -interior cèl·lula conté major concentració -ions inorgànics negatius -SO4- -PO4- -Pi- -proteïnes amb tendència a tenir càrregues negatives -ions inorgànics negatius atrauen cations que poden difondre a través porus membrana -canals iònics -són selectius -sodi entrarà dins cèl·lula donat gradient concentració i gradient càrregues -potassi entrarà o sortirà segons el que es requereixi per arribar a equilibri electroquímic -potencial d’equilibri -potencial que fa referència a equilibri electroquímic d’un únic ió -seria el potencial en què l’entrada i sortida de l’ió s’atura -ve donat per l’equació de Nernst Tema 3. Principis de Senyalització Cel·lular -comunicació entre cèl·lules -requerida per coordinació entre cèl·lules -tipus -senyals químic difusibles -contactes de membrana -comunicació citoplasmàtica a gap junctions -senyals químics difusibles -permet senyalització a distància -senyalització autocrina i paracrina -difusió local dels senyalitzadors -senyalitzadors són secretats -senyalització autocrina -efecte sobre pròpia cèl·lula secretora -senyalització paracrina -efecte sobre cèl·lules veïnes mateix teixit -senyalització endocrina -hormones -senyalitzador que viatja per la sang -efecte sobre cèl·lules diana -cèl·lules amb receptor específic -poden estar molt allunyats -senyalització lenta i de llarga durada -senyalització sinàptica -neurotransmissors -senyalitzador que difon entre els terminals d’una neurona pre-sinàptica -actuen sobre -neurona post-sinàptica -altres cèl·lules -cèl·lules musculars -gran especificitat connexions sinàptiques -senyalització ràpida -contactes de membrana -cèl·lules presenten proteïnes membrana que es projecten a espai extracel·lular -s’uneixen amb proteïnes cèl·lules adjacents -actuen com senyal comunicació entre cèl·lules -unions estretes -proteïnes membrana que s’expressen en dues cèl·lules en contacte -formen canal iònic que permet comunicació directa entre citoplasma -substàncies intercanviades -Na+ -K+ -important per propagar transmissió impuls nerviós -molècules senyalitzadores -poden actuar com agent paracrí, hormona o neurotransmissor -segons mode acció -adrenalina -pot circular per la sang -hormona -pot connectar neurones -neurotransmissor -lligand = molècula senyalitzadora = agent paracrí, hormona, neurotransmissor, molècules exògenes (com fàrmacs) -tipus -de secreció vesicular o hidrofílics -no travessen membrana plasmàtica -s’emmagatzemen temporalment en vesícules interior cèl·lules -davant estímul vesícules es fusionen amb membrana plasmàtica -s’allibera de cop el contingut -tipus -èster -acetilcolina -aminoàcids -glutamat -amines -noradrenalina  -pèptids -hormona antidiürètica -proteïnes -insulina -difusibles a través membrana o hidrofòbiques -travessen membrana plasmàtica -no es poden ni acumular ni emmagatzemar -podrien difondre a través membrana vesícules -per regular secreció es regula síntesi -tipus -esteroides -progesterona -hormones tiroidals -triiodotironina (T3) -eicosanoides -prostaglandina E2 -gas inorgànic -NO 3.1. Receptors -receptors -transductors senyals -converteixen unió lligand-receptor en senyals intracel·lulars que afecten funció cèl·lula -gran afinitat pel lligand corresponent -tipus -intracel·lulars -de membrana -receptors intracel·lulars -molècules liposolubles -poden travessar lliurement membranes -dins cèl·lula diana es troben proteïnes amb capacitat reconeixement -majoria són factors transcripció -regulen expressió gènica -un cop es lliguen lligand entra a nucli i interacciona amb complexos regulació i expressió gènica -receptors de membrana -receptors integrats a membrana plasmàtica -part externa capaç reconèixer i unir senyalitzadors -tipus -receptors associats a canals iònics -canals iònics són proteïnes transmembrana -poden adoptar diferents estats conformacionals -lligand provoca canvi conformacional -en algun estat permeten pas ions -important per despolarització i hiperpolarització -intervenen en transmissió senyals sinàptiques directes entre cèl·lules excitables -receptors lligats a enzims -proteïnes transmembrana que amb unió lligand produeixen acció enzimàtica -proteïnes-cinases -en unir-se lligand es dimeritzen i autofosforilen -fosforilació provoca canvi conformacional -queden activades -atorga activitat quinasa -receptors acoblats a proteïnes G -proteïnes G regulen interacció receptor-lligand -estimulació proteïnes G a través unió receptor-lligand activa o inhibeix proteïnes diana -proteïnes diana solen regular vies transducció senyal -es crea senyalització en cascada amb funció amplificadora EXEMPLE 7 – Mecanisme General d’Acció dels Receptors acoblats a Proteïnes G Quan la molècula senyalitzadora s’uneix al receptor, s’activa la proteïna G, que es troba a la cara interna de la membrana plasmàtica. Una vegada la proteïna G s’ha activat, s’allibera de la proteïna transmembrana i duu a terme diverses accions dins la cèl·lula. Activació de proteïnes-quinases de membrana. Un neurotransmissor s’uneix al seu receptor, activant la proteïna G. Alguna de les subunitats de la proteïna modula els canals iònics, que queden oberts i permeten l’entrada d’ions determinats. Activació fosfolipasa C. Una hormona s’uneix al seu receptor, activant la proteïna G, que activa la fosfolipasa C. La fosfolipasa C estimula la síntesi d’inositol fosfat (segon missatger). Activació adenilat ciclasa. Una hormona s’uneix al seu receptor, activant la proteïna G. Alguna de les subunitats de la proteïna activa l’adenilat ciclasa, de manera que es comença a hidrolitzar ATP, produint AMP cíclic (cAMP). El cAMP permet l’activació de la proteïna quinasa. -segons missatgers -substàncies mediadores resposta cel·lular a l’activació de receptors -en arribar un senyal extern dins la cèl·lula es transforma en un nou senyal molecular en forma segon missatger -davant activació receptors segons missatgers augmenten la seva concentració a interior cèl·lula i activen enzims o processos cel·lulars específics -permeten amplificació senyal -segons missatgers importants -AMP cíclic -adenilat ciclasa -GMP cíclic -guanilat ciclasa -inositol-3-fosfat -fosfolipasa C -diacilglicerol -fosfolipasa C -calci -[Ca2+]citoplasma < [Ca2+]RE/exterior -en augmentar [Ca2+]citoplasma Ca2+ actua com segon missatger Tema 4. El Sistema Nerviós i les Neurones -tipus cel·lulars -neurones -1011 a SNC -glia -10-50 número neurones -neurona -unitat estructural i funcional SN -funcions -excitable -respon a estímuls químics i físics -produeix i condueix impulsos electroquímics -secreta reguladors químics -individualitat de la neurona -establida per Ramón y Cajal -neurona és unitat separada que a través ramificacions i sinapsi es connecten i comuniquen -morfologia -dendrites -zona receptora -reben senyal -transmeten impuls elèctric a cos cel·lular -soma -zona receptora -conté -nucli -cossos Nissl -RE -rep i integra senyal -decideix si genera o no potencial acció -con axonal -zona entre soma i axó -inicia potencial acció -elevada concentració canals Na+ i K+ dependents voltatge -axó -zona transmissió -condueix impulsos soma cap a terminals -a terminals hi haurà -secreció neurotransmissors (NT) -comunicació amb neurona postsinàptica -generalment envoltat per mielina -classificació estructural -segons processos que surten de soma -pseudounipolar -de cos cel·lular surt única prolongació que acaba bifurcant -neurones sensorials -bipolar -de cos cel·lular surten dues prolongacions oposades -1 axó -1 dendrita amb moltes prolongacions -neurones gangli auditiu -multipolar -del cos neuronal surten -1 axó amb terminal nerviós que pot estar molt allunyat -diverses dendrites -tipus neuronal més comú -neurones sistema motor -classificació funcional -segons direcció impulsos conduits -aferent o sensorial -neurones entrada -condueixen des de receptors perifèrics SNC -eferent o motor -neurones sortida -condueixen SNC--> òrgan efector a perifèria -innerven glàndules secretores -interneurones o d’associació -totalment localitzades dins SNC -comuniquen diferents parts SNC -cèl·lules glials -SNP -cèl·lules satèl·lit -conjunt cèl·lules que cobreixen somes neurones ganglis part dorsal medul·la  -funció -suport metabòlic -cèl·lules de Schwann -funció -producció mielina SNP -relació 1:1 -cada cèl·lula Schwann envolta un axó -nòduls de Ranvier -espai entre dues cèl·lules Schwann mateix axó -permeten conducció saltatòria impulsos nerviosos -SNC -oligodendròcits -funció -producció mielina SNC -relació 1:x -cada oligodendròcit envolta diferents axons -nòduls de Ranvier -astròcits -cèl·lula més abundant -determina propietats medi intern SNC -regula pH i homeòstasi K+ extracel·lular -per optimitzar activitat neuronal -aïllament sinapsis -les envolten formant sinapsi tripartida -funcions -eliminar excés NT i receptors medi -secretar gliotransmissors -glutamat -magatzem energia -barrera hematoencefàlica -barrera fisiològica -formada per -endoteli capil·lar -peus perivasculars astròcits -perícits -regula pas substàncies SNC torrent sanguini -protegeix SNC de substàncies circulars -micròglia -cèl·lules fagocítiques -cèl·lules SI residents a SNC -fagocitosi -presentació antígens -secreció citocines -capacitat migratòria -cèl·lules de l’epèndima -revesteixen cavitats internes SNC -ventricles -canal ependimàtic -secreten líquid cefalorraquidi -a plexes coroides -presenten microvellositats i unions estretes 4.1. Potencial de Membrana -potencial membrana -totes les cèl·lules tenen potencial membrana en repòs -estan polaritzades -normalment -70 mV -depèn de -bomba ATP de Na+/K+ -electrògena -permeabilitat selectiva membrana -canals -diferent composició medis -medi intracel·lular - + [K+] - - [Na+] -sulfats -SO42- -càrrega - -fosfats -PO4 2- -proteïnes amb càrrega negativa -medi extracel·lular - - [K+] - + [Na+] -càrrega + - - + [Cl ] -pot canviar ràpidament en procés excitació -capaç producció i conducció impulsos elèctrics -potencials acció -mesurat en mV -equilibri simple solucions -membrana semipermeable que separa dos components -components tendiran a igualar-se a llarg del temps -flux net difusió -membrana plasmàtica -molt impermeable a ions -pas regulat per obertura-tancament canals -equilibri de Donnan -equilibri que es produeix entre ions que poden travessar la membrana i els que no poden fer-ho -composicions en equilibri es veuen determinades per -concentracions ions -càrregues ions -equilibri electroquímic -impuls gradient químic cap a un costat és igual a impuls gradient elèctric cap a l’altre 4.2. Canals Iònics -canals iònics -proteïnes que es troben a membrana cel·lular -permeten difusió ions específics a través porus selectiu -procés ràpid -ns -conformacions -normalment són oberta i tancada -gating -oscil·lacions entre les conformacions -procés lent -ms o s -classificació -segons ió permeable -segons mecanisme gating -NT -missatgers citoplasmàtics -voltatge -estímuls sensorials -tipus -canals passius -sempre oberts -canals dependents voltatge -s’obren en resposta a canvi potencial membrana -comportament canals iònics operats per voltatge -cada canal permet determinat flux ions que depèn de -gradient electroquímic -propietats canal -canvis conformacionals constants -estat depèn de diferència potencial a banda i banda membrana -potencial membrana molt negatiu = probabilitat canals tancats -potencial membrana menys negatiu = probabilitat canals oberts -canals que s’inactiven un cop oberts -mecanisme espontani -temps obertura característic -canals necessaris per generació potencial acció (PA) -canals Na+ dependents voltatge -més ràpids -estat tancant -majoritari quan membrana en posició repòs -estat estable -estat obert -majoritari durant despolarització membrana -estat inestable i transitori -estat inactiu -majoritari uns ms després obertura canals -transició espontània -no permet entrada Na+ + -canals K dependents voltatge -més lents -estat tancat -estat obert -conductància -canals Na+ dependents voltatge 1. en despolaritzar membrana es comencen a obrir molt ràpidament canals Na+ 2. canals comencen a inactivar-se espontàniament després de ms -conductància cau a 0 encara que es mantingui estímul + -canals K dependents voltatge 3. en despolaritzar membrana conductància K+ va augmentant -més lentament que Na+ -es manté mentre estímul es mantingui -donat que no hi ha inactivació 4. en desaparèixer estímul canals es va tancant -més lent que Na+  -produeix hiperpolarització -voltatge continua baixant per sota potencial repòs 4.3. Potencial d’Acció -potencial acció -canvi ràpid polaritat membrana -desencadenat per estímul -fases potencial acció -despolarització -reducció diferència potencial -impulsa potencial cap a valors menys negatius + -canals Na dependents voltatge es comencen a obrir -entrada Na+ provoca encara més despolarització -impulsa potencial cap a valors propers a 0 -provoca obertura encara més canals -feedback positiu -permeabilitat Na+ augmenta molt -quan potencial membrana = potencial llindar -despolarització es dispara -potencial arriba a valors positius -canals K+ dependents voltatge es comencen a obrir -sortida K+ frena despolarització -donada velocitat canals acció no resultat significativa -inactivació espontània canals Na+ -es dona uns ms després obertura -a mesura que canals inactius van augmentant - - entrada Na+ - - efecte feedback positiu -repolarització -canals Na+ dependents voltatge en estat inactivat -acció canals K+ dependents voltatge es torna significativa - - permeabilitat Na+ - + permeabilitat K+ -sortida K+ provoca repolarització -potencial membrana torna a valors negatius -feedback negatiu - + canals K+ oberts = + sortida K+ = + tancament canals K+ -hiperpolarització -sortida en excés K+ -a causa velocitat tancament canals K+ dependents voltatge -diferència potencial membrana és més negativa que potencial repòs -recuperació potencial membrana repòs -a mesura que canals K+ dependents voltatge es van tancant -característiques PA -fenomen de tot o res -si despolarització generada per estímul arriba a potencial llindar -té lloc el PA -si despolarització generada per estímul no es suficient -PA no té lloc -estímul subllindar -codificació de la intensitat -PA han d’informar de característiques diferents -localització -intensitat -pressió -modificacions freqüència PA permeten informar - + intensitat estímul = + freqüència PA -reclutament -activació diferents terminals mateixa neurona i neurones diferents com a conseqüència estímul - + intensitat estímul = + terminals activats 4.4. Propagació del Potencial d’Acció -propagació PA  -PA d’una part membrana actua com estímul despolaritzador a parts properes -provocant propagació donat que canals Na+ es van obrir -inactivació canals Na+ essencial per evitar que PA vagi cap enrere -depèn de propietats passives membrana -propietats passives membrana -respostes del voltatge a la membrana d’un axó en resposta a polsos rectangulars corrent -inducció pols corrent sobre membrana provoca obertura o tancament canals -es diu que a X voltatge hi ha x probabilitat de que els canals estiguin oberts o tancats -efecte distància sobre canvi potencial membrana induït per pols rectangular corrent -segons intensitat i direcció pols corrent es produeixen canvis diferència potencial membrana -efecte dissipat amb distància lloc injecció corrent - + distància = - efecte -velocitat conducció -depèn de -resistència elèctrica membrana -resistència del conducte -resistència elèctrica membrana - + resistència membrana = - dissipació potencial amb distància = + distància obertura canals Na+ = = + distància propagació = + velocitat conducció -mielina redueix resistència membrana -resistència conducte - - resistència conducte = + distància propagació = + velocitat conducció -axons amb major diàmetre ofereixen menys resistència -sentit propagació -sentit ortodròmic -sentit fisiològic -a nervis sensitius -òrgan sensitiu--> nervi -a nervis motors -nervi--> òrgan efector -sentit antidròmic -sentit contrari a fisiològic -no es dona naturalment -període refractari -període temps necessari per generar un altre PA al mateix punt neurona després d’haver generat un primer PA -responsable conducció unidireccional -període refractari absolut -és impossible que es torni a generar PA -independentment intensitat estímul -es dona immediatament després de propagar PA -canals Na+ inactivats no es tornen a obrir fins situació repòs -període refractari relatiu -és poc probable que es torni a generar PA -no és impossible si intensitat estímul és suficient -canals K oberts mantenen difusió K+ cap a exterior + -conducció saltatòria -conducció axons mielínics -nodes Ranvier -atorguen a axó menys resistència que zona mielinitzada -permeten induir PA a següent node -beneficis -permeten major velocitat conducció -suposa estalvi energètic -només cal mantenir diferència concentracions ions a zones nodals -PA compostos -donat que fibres nervioses estan formades per diferents tipus neurones (amb diferents velocitats propagació) si mesurem temps arribada PA en un punt s’observen diferents ones DIÀMETRE (μm) VELOCITAT CONDUCCIÓ NOM FUNCIÓ MIELINA (m/s) 15-20 70-120 Aα Motora i Sensorial. Múscul esquelètic, fusos musculars i òrgans tendinosos 5-10 30-70 Aβ Sensorial. Sensacions cutànies, especialment mecanorecepció Sí 3-6 15-30 Aγ Motora. Fibres musculars intrafusals 2-5 12-30 Aδ Sensorial. Sensacions cutànies, especialment dolor i temperatura 3 3-15 B Motora. Fibres preganglionars SNA 0,5-1 0,5-0,2 C Motora i Sensorial. Fibres postganglionars SNA. No Sensacions cutànies: dolor i temperatura Tema 5a. La Sinapsi -sinapsi -connexió funcional entre dues neurones o entre neurona i un altre tipus cel·lular -generalment neurona presinàptica envia informació a neurona postsinàptica -elements sinapsi -botó o terminal sinàptic -membrana presinàptica -espai sinàptic o fossa sinàptica -entre membrana presinàptica i membrana postsinàptica -membrana postsinàptica -classificació -segons localització -entre neurones -sinapsi axodendrítica -sinapsi axosomàtica -sinapsi axoaxonòmica -sinapsi neuromuscular -segons mecanisme -sinapsi elèctrica -sinapsi química -sinapsi elèctrica -menys abundants que sinapsis químiques -acoblament citoplasma neurones presinàptica i postsinàptica a través unions GAP -dona lloc a acoblament elèctric -unions tenen capacitat modulació segons si PA es propaga o no -impulsos es poden propagar ininterrompudament entre cèl·lules adjacent -PA neurona presinàptica passen directament a neurona postsinàptica -molt important a musculatura llisa i cardíaca -no empra NT -sinapsi química -empren NT com mètode transmissió senyal de neurona presinàptica a neurona postsinàptica -funcionament 1. a botó NT són emmagatzemats a vesícules 2. arribada PA provoca despolarització membrana -PA prové de soma i es propaga fins botó 3. despolarització obra canals calci dependents voltatge -entrada calci a neurona presinàptica causa fusió vesícules NT-membrana -per a que es doni entrada calci -[Ca2+]intracel·lular < [Ca2+]extracel·lular 6. NT alliberats a espai sinàptic i arriben a membrana postsinàptica 5. unió NT amb receptors específics -receptors poden -obrir canals iònics -generar senyals segons missatgers 7. inactivació NT -per acabar amb acció -vies -degradació NT -deixa de ser actiu -acetilcolina -recaptació NT -per part cèl·lules glials -quantitat NT alliberats depèn freqüència PA - + freqüència PA = + canals Ca2+ oberts = + entrada Ca2+ = + vesícules fusionades = + NT alliberats -neurotransmissors -amines -histamines -serotonina -catecolamines -dopamina -norepinefrina -derivats colina -acetilcolina  -aminoàcids -glutamat -àcid aspàrtic -GABA -glicina -polipèptids -glucagó -insulina -somatostatina -angiotensina II -lípids -endocanabinoids -gasos -òxid nítric -monòxid carboni -purines -ATP SINAPSI ELÈCTRICA SINAPSI QUÍMICA unidireccional o bidireccional unidireccional conserva sentit despolarització/hiperpolarització excitadora o inhibidors en funció receptors no presenta retràs sempre hi ha petit retràs de 0,5-1 ms, causat per temps que hi ha entre arribada PA i resposta postsinàptica dissipativa, senyal postsinàptic és menor pot haver-hi amplificació per mitja gradient iònic pas petites molècules entre neurones comunicació química, principalment exocitosi presenta fenòmens modulació plàstica, pot haver potenciació/depressió EXEMPLE 8 – Degradació de l’Acetilcolina L’acetilcolinesterasa és l’enzim encarregat d’hidrolitzar l’acetilcolina en acetat i colina. Es troba a la membrana postsinàptica. El novichoc és un agent neurotòxic que funciona com potent inhibidor de l’acetilcolinesterasa, provoca un excés d’acetilcolina a l’espai sinàptic. Així, dona lloc a paràlisi muscular i problemes al SNC. 5a.1. Receptors i Respostes Postsinàptiques -respostes postsinàptiques -retard sinàptic 0,5-1 ms a sinapsis químiques -respostes específiques tipus receptor -tipus receptors -ionotròpics -receptors acoblats a canals iònics -arribada NT provoca obertura canal -metabotròpics -encarregats activació i generació segons missatgers -acoblats a proteïnes G -receptors ionotròpics -potencials postsinàptics generats per obertura canals -potencials postsinàptics excitatoris (EPSP) -despolarització  -facilita generació PA -potencials postsinàptics inhibitoris (IPSP) -hiperpolarització -dificulta generació PA EXEMPLE 9 – Receptor Nicotínic de l’Acetilcolina Aquest receptor és un canal iònic que permet l’entrada de Na+ i sortida de K+, provocant una despolarització. Per tant, genera una resposta excitadora donant lloc a la generació d’un PA. Conclusió: el receptor nicotínic de l’acetilcolina és un receptor ionotròpic despolaritzant que genera ESPSs. EXEMPLE 10 – Receptor GABA-a Aquest receptor és un canal que permet l’entrada de Cl- a l’interior de la neurona. Aquest fenomen aporta càrrega negativa a l’interior, per tant, es dona una hiperpolarització, impedint la generació de PA. Conclusió: el receptor GABA-a és un receptor ionotròpic hiperpolaritzant que genera ISPSs. -receptors metabotròpics -funcionament 1. proteïnes G es troben en repós i inactives unides als receptors 2. arribada NT provoca canvi conformació receptor que allibera proteïnes G -activa capacitats catalítiques proteïnes G -funcions proteïnes G -regulació expressió gènica -regulació enzims -interacció amb canals iònics per obrir-los -activació adenilat ciclases i guanilat ciclases per generar cAMP i cGMP -velocitat resposta originada per NT és variable -immediata -transmissió impuls nerviós -llarga durada -expressió gènica EXEMPLE 11 – Receptor Muscarínic d’Acetilcolina Aquest receptor empra el mateix NT que el receptor nicotínic de l’acetilcolina. Això ens demostra com aquesta molècula, igual que altres, pot tenir diferents receptors. L’arribada d’acetilcolina (Ach) provoca la dissociació de la proteïna G. Les subunitats β i γ activen el canal de K+, que permet la sortida de l’ió. Així, aquest receptor té efecte hiperpolaritzant i és un metabotròpic. EXEMPLE 12 – Receptor de la Noradrenalina Amb l’arribada de la noradrenalina, NT, la proteïna G es dissocia i queda activada la subunitat α. La subunitat activa l’adenilat ciclasa, que genera AMP cíclic amb despesa d’ATP. L’AMP cíclic activarà les quinases que fosforilen diferents dianes, com podrien ser canals iònics, causant la seva obertura i, per tant, canvis de polaritat. Es tracta d’un receptor metabotròpic. En aquest cas s’observa un exemple d’amplificació. Amb un sol receptor és suficient per produir una elevada concentració de cAMP, que activarà nombroses proteïnes quinases, que obriran multitud de canals. Tot això, amb una sola molècula de noradrenalina. EXEMPLE 13 – Diversitat del Glutamat El glutamat és el principal NT del SNC per sinapsis excitadores. Té tant receptors ionotròpics com receptors metabotròpics. La neurona postsinàptica pot expressar tots aquests receptors o només en una part. A cada sinapsi podem trobar una combinació única dels receptors, i la resposta de diferents neurones davant l’efecte del glutamat depèn completament del receptor de glutamat que presentin. un únic NT pot tenir una gran varietat de receptors diferents, i no tots tenen perquè ser del mateix tipus. 5a.2. Potencials Postsinàptics -EPSP i PA -EPSP -graduals - x període refractari -es poden sumar -variacions en amplitud determinen freqüència PA -funcionament 1. entrada EPSP a soma o dendrites genera despolarització inicial -densitat canals Na+ a dendrites sol ser insuficient com per generar PA 2. EPSP i despolaritzacions es propaguen per propietats cable fins cos axonal -cos axonal té elevada densitat canals Na+ i K+ dependents voltatge 3. propagació PA es va atenuant i perdent força -per arribar a llindar a con axonal i generar PA són necessàries moltes entrades excitadores -a soma neurona suma totes entrades excitatòries per dendrites i s’arriba a llindar -integració sinàptica -EPSP es poden sumar per arribar a llindar i produir PA -tipus sumació -sumació espacial -nombrosos botons convergeixen en única neurona postsinàptica -neurona postsinàptica rep estímuls de diferents llocs i els suma -sumació temporal -neurona presinàptica allibera onades successives NT en resposta a elevada  freqüència PA -es generen EPSP continus que es van sumant -es poden donar els dos tipus alhora -IPSP - x període refractari -es poden sumar -pot ser indirecte -conseqüència secundària fenòmens anteriors -període refractari -provoca hiperpolarització -es més difícil arribar a llindar per entrades excitadores 5a.3. Sinapsi Tripartida -sinapsi tripartida -sinapsi en què intervenen tres elements -espai presinàptic -espai postsinàptic -peus perivasculars astròcits -astròcit -encarregat eliminar excés receptor -secreta substàncies moduladores que inhibeixen senyalització sinàptica -contacte peus perivasculars-espai sinàptic -regula transmissió impuls nerviós -augmenta nivells Ca2+ -secreten gliotransmissors -envien senyals a neurones Tema 5b. Organització i Plasticitat Sinàptica -convergència -múltiples neurones fan sinapsi sobre mateixa neurona postsinàptica -diferents entrades que rep mateixa neurona acaben convergint en una sola sortida -divergència -cada neurona ramifica per innervar múltiples neurones postsinàptiques -integració a cos neuronal -neurona integra senyals de totes les entrades -tant excitadores com inhibidores -integració depèn de com estan connectades les neurones -efecte neurona depèn de -característiques sinapsi -connexions entre neurones -a causa integració senyal con axonal genera o no PA segons si s’arriba a llindar -electrotons dendrítics -valors potencial a llarg dendrites es van fent més negatius a mesura que s’apropa a soma -causat per distribució canals dependents voltatge a llarg neurona -dendrites tenen baixa concentració -con axonal té elevada concentració -es dona unificació estímuls -tipus convergència i divergència -divergència -informació rebuda per determinada neurona s’escampa a altres neurones+ -direccions circuits divergents-mateixa direcció -(a) -diferents dirreccions -convergència -una neurona rep mútliples sinapsis d’una mateixa font -(d) -presenta sortida única -una neurona rep múltiples sinapsis de múltimples fonts -(c) -circuits reverberants -(e) -poc comuns -senyal excita neurones -transmeten impuls -re-exciten o inhibeixen via -si excita -permet amplificació senyal -feedback positiu -si inhibeix -permet controlar senyal -feedback negatiu -activitat una neurona genera patrons complexos d’activitat temporal en diferents neurones EXEMPLE 14 – Circuits Reverberants En punxar-nos un dit es dona l’activació de moltes cèl·lules musculars del braç a base d’una única o poques neurones sensorials de dolor. A nivell espinal tenim aquesta organització de circuits que activa tota una resposta motora a partir d’una sola entrada. 5b.1. Efectes Presinàptics -inhibició presinàptica -tres neurones -F és neurona excitadora -G és neurona excitadora -H és neurona inhibidora amb sinapsi a botó sinàptic neurona F -activació neurona F -estímul subllindar -no dispara PA -despolarització insuficient -activació neurona G -estímul subllindar -no dispara PA -despolarització insuficient -activació neurona H -neurona inhibidora no provoca despolarització -activació neurona F + neurona H -neurona H genera hiperpolarització botó neurona F -disminueix polarització -menys secreció NT -inhibició presinàptic -activació neurona F + neurona G -sumació espacial -activació neurona F + neurona G + neurona H -estímul subllindar -facilitació presinàptica -tres neurones excitadores -neurones C i D fan sinapsi amb neurona postsinàptica (X) -neurona E fa sinapsi a botó sinàptica neurona C -activació neurona C -estímul subllindar -activació neurona D -estímul subllindar -activació neurona E -no fa sinapsi amb X -no genera cap potencial membrana -activació neurona C + neurona E -neurona E genera major despolarització membrana botó neurona C -obertura més canals Ca2+ -secreció més NT -dispara PA -activació neurona G + neurona E -estímul subllindar 5b.2. Organització dels Sistemes Inhibidors -tipus inhibició -inhibició aferent -presinàptica -postsinàptica -inhibició per retroalimentació negativa -inhibició anterògrada -inhibició presinàptica -un terminal sinàptic inhibidor es col·loca a una de les branques de la neurona postsinàptica i en activar-se inhibeix aquella branca -inhibició presinàptica -un terminal sinàptic inhibidor es col·loca al soma de la neurona postsinàptica i en activar-se inhibeix totes les branques  d’aquella neurona EXEMPLE 15 – Inhibició Postsinàptica en la Regulació dels Circuits Motors en el Reflex Miotàtic Invers Existeix un sistema de control de la longitud muscular que permet mantenir l’equilibri entre músculs agonistes i antagonistes. En resposta a l’augment de tensió en el braç, com es donaria en omplir una gerra que subjectem amb la mà, una neurona sensorial envia dos senyals. Un dels senyals estimula el bíceps per mantenir el braç en posició. L’altre senyal estimula la interneurona inhibidora que actua sobre la neurona motora que innerva el múscul antagonista, aturant la seva contracció. Es tracta d’un circuit monosinàptic. 5b.3. Sinapsis a Llarg Termini -sinapsis són plàstiques -capacitat comunicació no és estàtica -evoluciona -quantitat NT alliberat és modificable -potencial postsinàptic és modificable -potenciació a llarg termini -depressió a llarg termini -potenciació a llarg termini (LTP) -en sotmetre una sinapsi a impuls d’elevada freqüència que per sumació temporal superi el llindar i generi PA, es provoca un canvi en què s’aconsegueix que un estímul que anteriorment haguès estat subllindar tingui una major probabilitat de generar PA en la mateixa neurona -es dona increment eficàcia transmissió sinàptica -neurona postsinàptica s’activa més fàcilment -efecte pot arribar a durar dies -depressió a llarg termini (LTD) -un estímul de baixa freqüència sostingut en el temps provoca que un estímul anteriorment llindar o suprallindar no generi PA -es dona dismunció eficàcia transmissió sinàptica -neurona postsinàptica s’activa més difícilment