Fisiología Ocular y del Sistema Visual PDF

Fisiología Ocular y del Sistema Visual Grado en Óptica y Optometría Dra. Lorena Fuentes-Broto Profesora Titular de Fisiología Departamento de Farmacología y Fisiología Universidad de Zaragoza. Facultad de Medicina, C/ Domingo Miral, s/n. E-50009, Zaragoza (SPAIN). Ubicación despacho: http://sigeuz.u...

Fisiología Ocular y del Sistema Visual Grado en Óptica y Optometría Dra. Lorena Fuentes-Broto Profesora Titular de Fisiología Departamento de Farmacología y Fisiología Universidad de Zaragoza. Facultad de Medicina, C/ Domingo Miral, s/n. E-50009, Zaragoza (SPAIN). Ubicación despacho: http://sigeuz.unizar.es/?room=CSF.1010.01.180 E-mail: [email protected] Grupo de Investigación GENUD (Growth, Exercise, Nutrition And Development) https://janovas.unizar.es/sideral/CV/lorena-fuentes-broto http://orcid.org/0000-0003-2656-6750 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/myncbi/1DQBtc0QHHBQW/collections/10014016/public/ 1 Fisiología Humana General Tema 1. Concepto de Fisiología. Características de los seres vivos. Concepto de medio interno: Homeostasis. Sistemas de control. Tema 2. Fisiología celular. Transporte de sustancias a través de la membrana: Difusión simple: concepto, ósmosis. Difusión facilitada: concepto, tipos. Transporte activo: concepto, bomba Na+ -K+. Tema 3. Potenciales de membrana. Estructura de la neurona. Transmisión nerviosa y sinapsis. Tipos y propiedades de los receptores. Tema 4. Fisiología Muscular. Músculo cardiaco, liso y esquelético. Tema 5. Fisiología circulatoria. Características físicas. Estructura de la microcirculación. Flujo de sangre en los capilares: vasomotilidad. Intercambio de nutrientes. Mecanismos de control del flujo sanguíneo local. Tema 6. Fisiología respiratoria. Transporte de oxígeno y dióxido de carbono. Propiedades de los Hematíes: origen y estructura. La hemoglobina. El hierro. Respiración tisular. Regulación del transporte de gases: a nivel periférico y central. Tema 7. Inmunidad. Leucocitos: origen y clasificación. Anticuerpos: estructura. Tipos de inmunidad. Alergia e hipersensibilidad. Grupos sanguíneos. Trasplantes: sistema HLA. Tema 8. Coagulación de la sangre. Plaquetas: origen y estructura. Mecanismos de la coagulación: factores y vías. Fibrinólisis. Anticoagulantes. Tema 9: Principios generales del sistema endocrino. Principales funciones de las hormonas. Tema 10. Sistema nervioso. Organización del sistema nervioso. Neuroglia. Tema 11: Sistema Nervioso Autónomo. Tema 12: Sistema nervioso sensitivo: receptores. Sistema nervioso motor. Funcionamiento del sistema nervioso central: medular, subcortical y cortical. Fisiología del dolor. 2 Índice Tipos de músculos: 1. Músculo esquelético 1. Estructura funcional del músculo esquelético. Sarcómera 2. Contracción musculo esquelético 3. Acoplamiento excitación-contracción (Placa motora) 2. Músculo cardiaco 1. Potencial de acción en la célula contráctil cardiaca 2. Sistema de excitoconducción cardiaco 3. Músculo liso 1. Contracción músculo liso 2. Excitación del músculo liso 3 TIPOS DE MÚSCULOS Núcleos ESQUELÉTICO (Estriado, voluntario) En unión con los huesos Estriaciones Núcleos CARDÍACO (Estriado, involuntario) En corazón Discos intercalares Núcleos LISO (No estriado, involuntario) En tracto gastrointestinal, sistema respiratorio, paredes vasos sanguíneos y demás vísceras. 4 1.1. Estructura funcional del Músculo esquelético Niveles de organización: músculo, fascículo, fibra muscular, miofibrillas, (Sarcómeros) filamentos, proteínas Elementos contráctiles 5 Músculo esquelético Está compuesto por Vasos sanguíneos Fascículos musculares Tejido conectivo está compuesto por fibras musculares (células) Nervios Que pueden ser subdivididas a su vez en Sarcolema Son una continuación de Túbulos T Sarcoplasma Múltiples núcleos Funcionalmente ligados a Miofibrillas Retículo sarcoplásmico Troponina Compuesto por Actina Tropomiosina Filamentos finos Miosina Mitocondrias Titina Gránulos glucógeno Nebulina Filamentos gruesos Organizados en Sarcómero 6 Sitio de unión de ATP Sitio de unión a actina Cabezas MOLÉCULA DE MIOSINA Cola Orientación espacial de las cabezas de miosina FILAMENTO GRUESO: MIOSINA Cabeza de Miosina 7 FILAMENTO FINO: COMPLEJO ACTINA-TROPOMIOSINA-TROPONINA TROPONINA (Complejo trimérico) C TROPOMIOSINA T I ACTINA-G Troponina C: capaz de unir Calcio y empujar a Tn T y TnI Troponina T:unida a tropomiosina a la que empuja si es empujada por la Tn C Troponina I: unida a actina, en reposo inhibe actividad e interacción con miosina. Si es empujada por la Tn C se separa de actina y miosina se puede unir 8 TROPONINA ACTINA TROPOMIOSINA Sitio de unión a Actina Sitio de unión a ATP Filamento fino CABEZA DE MIOSINA Cola de miosina Filamento grueso 9 MIOFIBRILLA - SARCÓMERO MIOFIBRILLA: Formada por centenares de sarcómeros (unidad contráctil) en paralelo SARCÓMERO: Entre 2 membranas, discos ó líneas Z consecutivas. Unidad contráctil. §Línea Z: Proteínas que unen los filamentos de un sarcómero a otro. §Bandas oscuras y claras, carácter estriado: Banda clara ó I (Más clara: 1 tipo de proteínas): Extremo sarcómero, solo miofilamentos delgados (actina), dividida en 2 mitades por la línea Z. Banda oscura ó A (Más oscura: varios tipos de proteínas): Centro de sarcómero, miofilamentos delgados (actina) y miofilamentos gruesos (miosina). -Zona H: Zona más clara en el centro de la Banda A, formada por un único tipo de filamento (miosina). -Línea M: Zona más oscura en el centro de la Zona H, constituida por proteína M, unión cuerpos de miosina. SARCÓMERO ACTINA (Filamentos delgados) MIOSINA (Filamentos gruesos) Línea Z Línea M Banda I Zona H Banda A Línea Z Banda I 10 1.2. CONTRACCIÓN MUSCULAR SARCOMERO MIOSINA (Filamentos gruesos) Línea Z Línea M ACTINA (Filamentos delgados) Línea Z RELAJADO Banda I Zona H Banda I Banda A CONTRAIDO CONTRACCIÓN Banda I Banda I Banda A MAS CONTRAIDO Zona H SARCOMERO La contracción muscular es un proceso en el cual los filamentos de actina se deslizan hacia el interior entre los filamentos de miosina, provocando un acortamiento del sarcómero. 11 En reposo la Tropomiosina bloquea los sitios de unión de la miosina Con la estimulación, aumenta el Ca2+ citosólico que se une a la Tn C y ésta desplaza a la Tn T (que desplaza a la tropomiosina y libera sitios de unión) y Tn I, permitiendo la unión y actividad de la miosina. Actina Tropomiosina Sitio de Unión Troponina Puente cruzado Miosina 12 Fibra en reposo: los puentes cruzados no están unidos a la actina. La forma M-ADP-Pi posee alta energía Filamento fino El ATP es hidrolizado, lo que hace que los puentes cruzados vuelvan a su orientación original. La energía liberada es transferida a la miosina. Puente cruzado Cabeza de miosina Estimulación del músculo para su contracción (Aumento del Ca2+ citosólico) 4 Filamento grueso CICLO DE LOS PUENTES CRUZADOS 3 Un nuevo ATP se une a las cabezas de miosina permitiendo que se separen de la actina Los puentes cruzados se unen a la actina 1 La unión provoca la descarga de la energía almacenada en la miosina, con el consiguiente movimiento de los puentes cruzados El ADP y el Pi se liberan de la miosina durante el movimiento de los puentes cruzados. 2 13 14 1.3. Acoplamiento excitación-contracción INERVACIÓN MUSCULAR: PLACA MOTORA Axón de una motoneurona Nucleo de una fibra muscular Ramificaciones de un axón Placa motora Miofibrilla Mitocondrias Pliegues del sarcolema Vesículas sinápticas Hendidura sináptica Placa motora 15 Acoplamiento excitación-contracción Las fibras musculares esqueléticas están inervadas por fibras nerviosas mielínicas grandes que se originan en las grandes motoneuronas del asta anterior de la médula espinal. Cada terminación nerviosa establece una unión con la fibra muscular en su punto medio (unión neuromuscular, placa motora) 1)Un potencial de acción viaja a través de una motoneurona hasta sus terminaciones en las fibras musculares. 2) La motoneurona libera en la unión neuromuscular un neurotransmisor à acetilcolina. 3) La acetilcolina se une al receptor nicotínico (abre canales de sodio) à inicio de potencial de acción en la fibra muscular. Terminal Presináptico Sarcolema Colina acetil-transferasa GLUCOSA Acetil-CoA RECEPTOR NICOTÍNICO Colina Acetilcolinesterasa Sinapsis colinérgica neuro-muscular COLINA 16 4) El potencial viaja a lo largo de la fibra muscular y hacia dentro (gracias a los Túbulos T que son invaginaciones perpendiculares del sarcolema) à con la despolarización se activa receptor DHP que abren canales de Ca2+ y el retículo sarcoplásmico libera calcio. Retículo sarcoplásmico Mitocondrias Núcleo Filamento grueso Filamento delgado Miofibrilla Túbulos T Sarcolema 17 5) Los iones calcio inician las fuerzas de atracción entre los filamentos de actina y miosina à contracción. 6) Al finalizar la contracción, el calcio es bombeado a retículo sarcoplásmico por la Ca-ATPasa, una bomba de calcio de membrana à almacenamiento hasta la llegada de un nuevo potencial. 18 La neurona motora somática libera Ach en la unión neuromuscular Fibra muscular La entrada neta de Na+ a través del canal-receptor de AcH inicia un potencial de acción muscular Terminación axónica de la neurona motora somática Potencial de acción K+ Potencial de acción Na+ Túbulo T Retículo sarcoplásmico Receptor DHP Ca+ Tropomiosina Línea M Filamento grueso de miosina Troponina Disco Z Actina Cabeza de miosina 19 El potencial de acción en el túbulo T altera la conformación del receptor DHP. El receptor DHP abre los canales de liberación de Ca2+ en el retículo sarcoplásmico y el Ca2+ entra en el citosol. El Ca2+ se une a la troponina, lo que permite la unión fuerte actina-miosina. Ca2+ Ca2+ liberado Filamento grueso de miosina Distancia que se mueve la actina Línea M Las cabezas de miosina ejecutan el golpe de fuerza El filamento de actina se desliza hacia el centro del sarcómero. 20 Funciones del ATP en la contracción del músculo esquelético estriado Fibra en reposo: los puentes cruzados no están unidos a la actina. 1. La hidrólisis del ATP por la miosina le transfiere la La forma M-ADP-Pi posee alta energía energía necesaria para el movimiento de los Filamento fino El ATP es hidrolizado, lo que hace puentes cruzados. que los puentes cruzados vuelvan a su Puente orientación original. La energía liberada es cruzado Estimulación del músculo 2. La unión del ATP a la miosina disocia la unión de los transferida a la miosina. para su contracción Cabeza de miosina (Aumento del Ca citosólico) puentes cruzados a la actina, permitiendo así que 4 se repita el ciclo. Filamento grueso Los puentes cruzados 3. la hidrólisis del ATP por la bomba Ca-ATPasa en el se unen a la actina retículo sarcoplásmico proporciona la energía necesaria para el transporte activo de calcio a los CICLO DE LOS sacos laterales del retículo, permitiendo así la PUENTES relajación del músculo. 1 CRUZADOS 2+ 3 Vías de obtención de energía (ATP) para la contracción muscular Un nuevo ATP se une a las cabezas de miosina permitiendo que se separen de la actina 2 La unión provoca la descarga de la energía almacenada en la miosina, con el consiguiente movimiento de los puentes cruzados El ADP y el Pi se liberan de la miosina durante el movimiento de los puentes cruzados. 21 2. Músculo cardiaco Cél. Marcapasos o Especializadas Gap Junctions: Automatismo Transmisión impulso Crean, propagan potenciales acción Cél. Contráctiles Unen células Facilitan la propagación de las ondas de depolarización Permiten el paso de sustancias entre células SINCITIO CARDIACO: Fusión de varias células 22 2.1. Potencial de acción en la célula contráctil cardiaca 0: Despolarización. Entrada masiva de Na+. 1: Cierre rápido de canales de Na+. 2: Apertura de canales de Ca2+ Ttype. Mantiene la despolarización. 3: Repolarización. Cierre de canales T-type y apertura de canales de K+. 4: Retorno al potencial de reposo. 23 2.2. Sistema de excitoconducción cardiaco Nodo SA Nodo AV y Purkinje son autoexcitables 24 3. Tipos de músculo liso Multiunitario: -Cada fibra actúa independientemente de las demás (=esquelético) -Control por señales nerviosas (Neurogénico) Ejm: músculo ciliar del ojo, m. Iris, m. Piloerectores. Unitario (sincitial): -Adheridas entre sí y con uniones GAP (iones pueden fluir) à Se contraen juntas como una única unidad -actividad eléctrica espontánea tipo marcapaso u ondas lentas (autorrítmico, miogénico) Ejm: m.lis tubo digestivo, vías biliares, uréteres, útero La contracción del m. liso se puede controlar por nervioso, hormonas, otras sustancias químicas … 25 3.1 Contracción músculo liso 1- El Calcio entra en la célula o se libera del retículo sarcoplásmico. 2- El Calcio se une a calmodulina (CaM) 3- Calcio-CaM activa a la miosina cinasa (MLCK) 4- La miosina cinasa fosforila la cabeza de miosina. 5- Cuando la cabeza de miosina está fosforilada tiene la capacidad de unirse repetitivamente al filamento de actina y avanzar a través del proceso de ciclado unión-separación de tirones à contracción 26 1-La bomba de Calcio saca el calcio al extracelular o lo almacena en el RS 2- Con niveles bajos de Calcio, se libera de la calmodulina, se deja de activar a la miosina cinasa que fosforilaba la cabeza de miosina. 3- La miosina fosfatasa escinde el fosfato de la cabeza de la miosina y disminuye su actividad ATPasa. Se interrumpe el ciclo y disminuye la tensión muscular à Relajación 27 1- El Calcio entra en la célula o se libera del retículo sarcoplásmico. 1-La bomba de Calcio saca el calcio al extracelular o lo almacena en el RS 2- El Calcio se une a calmodulina (CaM) 2- Con niveles bajos de Calcio, se libera de la calmodulina, se deja de activar a la miosina cinasa que fosforilaba la cabeza de miosina. 3- Calcio-CaM activa a la miosina cinasa (MLCK) 4- La miosina cinasa fosforila la cabeza de miosina. 5- Cuando la cabeza de miosina está fosforilada tiene la capacidad de unirse repetitivamente al filamento de actina y avanzar a través del proceso de ciclado uniónseparación de tirones à contracción 3- La miosina fosfatasa escinde el fosfato de la cabeza de la miosina y disminuye su actividad ATPasa (Si la cabeza de miosina no está fosforilada no puede unirse a actina). Se interrumpe el ciclo y disminuye la tensión muscular à Relajación 28 3.2 Excitación del músculo lisoàdistensión, Ach, SNP, hormonas, entrada Ca2+ El ritmo eléctrico básico son Ondas lentas, estimuladas (distensión, Ach, SNP) pueden generar PA en espiga (entrada de Ca2+)à contracción fásica, si la frecuencia de PA es altaà contracción tónica (contracción mantenida) Si hay despolarización continua sin potencial de acción (Hormonas, entrada de Ca2+) à también se produce contracción tónica 29 30 ¿Dudas? 31