Preguntas de PSU

1.- Las señales endocrinas y las señales nerviosas viajan, respectivamente, a través de:
A) Las células endocrinas y los somas neuronales.
B) Las células endocrinas y los axones.
C) La sangre y las neuronas.
D) La sangre y las células efectoras.
E) Las células blanco y los axones.

2.- El potencial de reposo de las neuronas es el resultado de la asimetría en la concentración de ciertos iones entre el espacio extracelular y el intracelular. Esta asimetría es el resultado, entre otros, de los siguientes factores:
I La acción de canales de Na+
II La acción de la bomba de Na+ y K+
III La permeabilidad selectiva de la membrana plasmática
IV Aniones orgánicos presentes en el citoplasma
A) I y II
B) II y III
C) I, II y III
D) I, III y IV
E) II, III y IV

3.- La sinapsis puede ocurrir entre las siguientes partes de la neurona
I Un axón y un soma
II Un axón y una dendrita
III Dos axones
A) Sólo I
B) Sólo II
C) Sólo III
D) I y II
E) I, II y III

Los Receptores sensoriales y las Vías aferentes

Los receptores son células nerviosas altamente especializadas, encargadas de captar los estimulos del medio ambiente interno y externo y transmitir esta información hacia el centro elaborador mediante las vías aferentes y sensitivas.
Existen diferentes tipos de receptores, y la característica común que poseen es la de transducir las señales del ambiente en potenciales de acción.
Los estímulos que producen sensaciones corresponden a variaciones de diferentes formas de energía. Dichas variaciones de energía pueden ser captadas por receptores sensoriales específicos y pueden generar impulsos nerviosos en las vías aferentes.

Para que se genere una sensación deben ocurrir determinados procesos en el receptor sensorial, en las neuronas aferentes o sensitivas y en el centro elaborador (SNC).

• Estimulación: Un estímulo es detectado por un tipo de receptor específico.


• Transducción: El receptorsensitivo convierte la energía del estímulo en señales electroquímicas. El estímulo produce un cambio local en el potencial de membrana (despolarización) por activación o apertura de canales iónicos.


• Conducción: Si la despolarización alcanza o supera el umbral, se generan potenciales de acción que son conducidos hasta el SNC.


• Traducción: Una región determinada del SNC transforma los impulsos nerviosos en sensación.

La Sinapsis Eléctrica

En este tipo de sinapsis las dos membranas de las neuronas están casi juntas, es decir no hay un espacio o brecha entre ambas.
En este tipo de sinapsis, el Na+ que provoca la onda de despolarización del impulso nervioso pasa directamente de una célula a otra, sin necesidad de usar mediadores químicos como los neurotransmisores.
Las neuronas presentan en la superficie de la membrana unas proteínas como tubos llamadas conexones, que permiten el paso de iones Na+ desde una célula a otra.
A diferencia de la sinapsis química que era unidireccional, las sinapsis eléctricas la despolarización es bidireccional ya que los canales proteicos permiten el paso de iones en ambas direcciones.
Además no existe retraso sináptico, por lo tanto son mucho más rápidas en transmitir el impulso nervioso. El retraso sináptico se produce por el tiempo que se demora el neurotransmisor el abandonar las vesículas de la neurona presináptica y cruzar el espacio hasta llegar a los receptores de la neurona postsináptica; este tiempo es de una fracción de un milisegundo.

La alta velocidad en la comunicación intercelular, permite la sincronización de redes de neuronas.

Las sinápsis eléctricas son comunes en intervertebrados y en vertebrados inferiores, son raras de encontrar en mamíferos, pero se pueden encontrar en la corteza cerebral, la retina y el tronco encefálico, músculo liso y músculo cardiaco.

Neurotransmitter Synapse 3D Animation

sinapsis

La Sinapsis Química

Una vez que la onda de despolarización llega al botón sináptico, luego de recorrer unidireccionalmente toda la extensión de la neurona, provoca la apertura de los canales de Calcio (Ca++).

El calcio ahora ingresa al citoplasma del botón sináptico provocando que las vesículas que se encontraban en su interior repletas de neurotrasmisores, se fusionen entre sí y se fusionen con la membrana plasmática.

Esto provoca la liberación del neurotransmisor por exocitosis hacia el espacio sináptico, el cual se mueve por difusión hacia los receptores ubicados en la membrana de la neurona postsinática.

Los receptores que son proteínas de la membrana, corresponden a canales iónicos activados por ligando. Estos canales permanecen cerrados hasta que una señal o ligando, que en este caso corresponde al neurotransmisor se une en su superficie, lo que provoca que estos se abran dejando pasar iones específicos, que pueden ser Na+ o Cl- al interior de la neurona.

En el caso de Sodio provocan una despolarización localizada, que provoca una perturbación electroquímica la que si alcanza el umbral (-55mv) genera un potencial de acción en la neurona postsináptica, excitando a la neurona.

Si fueran activados los canales de Cloro, este ingresaría al interior de la neurona volviéndola cada vez más negativa. Esto se conoce como hiperpolarización, y el efecto que tiene es bloquear a la neurona impidiendo que alcance el umbral, y por lo tanto una despolarización y consecuente potencial de acción. Se puede alcanzar un voltaje de -90 mv cuando la neurona se hiperpolariza por el Cl-.

Una vez que actúan los neurotransmisores deben ser retirados de los canales iónicos (receptores) de la membrana, de manera que no sigan ejerciendo una estimulación o inhibición.

Existen tres maneras diferentes de que sea retirado e neurotransmisor:
a) Que sea recapturado por la neurona presináptica, mediante un bombeo activo del neurotransmisor hacia el interior del botón, y luego encerrados en las vesículas para su posterior utilización.

b) Que sea destruido por una enzima específica.

c) Que difunda en el espacio sináptico

La vaina de mielina y la velocidad en la transmisión del impulso nervioso

Existen dos tipos diferentes de neuronas:

a) aquellas cuya membrana del axón se encuentra descubierto, y

b) neuronas que asociadas a las células de Schwann. Estas células producen una sustancia grasa que actúa como aislante en la neurona que se conoce como la vaina de mielina.

La vaina se enrolla alrededor del axón de la neurona, dejando pequeños espacios a lo largo de este en donde queda expuesta la membrana celular de la neurona, estos espacios se llaman nodos de Ranvier.

El potencial de acción viaja en forma diferente en las dos neuronas, en el caso de aquella que no posee vaina la despolarización ocurre a lo largo de la membrana del axón en forma contínua; mientras que en aquella que posee vaina, sólo aquellas zonas desprovistas de mielina se despolarizan y dejan ingresar el ión Na+ en su interior.

Las ventajas son evidentes: un menor gasto de energía y mayor eficiencia, y un incremento en la velocidad de la conducción al despolarizarse exclusivamente los nodos de Ranvier, siendo unas cincuenta veces más rápida.

Otros factores que afectan la conducción del impulso eléctrico como son el grosor de los axones y la temperatura.
El frío hace que la conducción nerviosa sea más lenta, por esa razón en invierno sentimos que nos cuesta hacer movimientos, existiendo una relación directa entre temperatura y velocidad de conducción del impulso nervioso.
Los potenciales de acción se propagan más rápido si los axones son más gruesos.

Cuestionario de autoevaluación

1.- ¿Cómo se encuentran los iones y cargas eléctricas en la neurona en estado de reposo?

2.- ¿Qué diferencia existe entre el potencial de reposo y el potencial de acción?

3.- ¿Qué ocurre con los iones durante el potencial de acción?

4.- ¿Dónde actúa la bomba de Na+ y K+? ¿Cuál es su función?

5.- ¿Qué representan las variaciones de las curvas del gráfico de la espiga?

6.- ¿Por qué el potencial de reposo presenta un valor negativo?

7.- ¿En qué momento hay repolarización de la membrana?

8.- ¿En qué instante se manifiesta el periodo refractario?

9.- ¿Qué sucedería si la neurona no puede fabricar ATP?

10.- ¿Cómo se produce la hiperpolarización? ¿Por qué ocurre este proceso?

11.- ¿Por qué se producen PPSI y PPSE?

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La neurona

Tus neuronas se comunican y se conectan

Las Neuronas son las células que forman parte del sistema nervioso, son especializadas en recibir y conducir o enviar información mediante impulsos eléctricos, excitando o inhibiendo a otras neuronas debido a que generan mensajes electroquímicos llamados impulsos nerviosos.
Para generar este impulso eléctrico las neuronas establecen y mantienen diferencias entre los iones existentes dentro y fuera de la célula.
De manera que en el exterior de la neurona en reposo se encontrarán iones Sodio (Na+) y Cloro (Cl-) y en el interior ión Potasio (K+) y proteínas con carga eléctrica negativa. Esto se debe a que la membrana celular se comporta como una barrera semipermeable selectiva.
Al establecer diferencias en la distribución de iones, se dice que la membrana de la neurona está polarizada, esto es, a un lado o polo tiene una carga eléctrica opuesta a la del otro lado. Cuando las cargas eléctricas se separan de esta forma existe una diferencia de potencial eléctrico entre ambos lados de la membrana.

¿Por qué existe el potencial de reposo?
El potencial de reposo se puede explicar porque:
a) la membrana plasmática es una membrana semipermeable, por lo que permite la difusión de ciertos iones a través de ella, pero limita los otros por medio de canales selectivos.
b) en estado de reposo la concentración de iones K+ es mucho mayor dentro de la neurona que fuera de ella. En constraste la concentración de iones Na+ es mucho mayor fuera que dentro de la neurona.
Estas concentraciones se explican por la acción de bombas de sodio-potasio, que se encuentran a lo largo de la membrana, y que utilizan energía (ATP) para sacar al exterior tres iones de sodio por cada dos iones de potasio que bombea al interior de la neurona. Por tanto se bombean hacia el exterior de la neurona más iones positivos que los que se bombean al interior.
c) Por otra parte esta diferencia de concentración también se consigue manteniendo el Na+ fuera de la neurona mediante el cierre de los canales de Na+ y permitiendo el paso de iones K+ a través de los canales de K+ que permanecen abiertos. En una neurona en reposo es hasta 100 veces más permeable al K+ que al Na+. La gran concentración de K+ intracelular hace que este difunda fuera de la célula, gracias a la gradiente de concentración.
d) A esta distribución de iones se suman grandes cantidades de proteínas con carga eléctrica negativa que se encuentran en el interior de la neurona, las cuales porque son demasiado grandes para atravesar la membrana no pueden difundir libremente.
e) Cuando se mide la diferencia de voltaje entre el interior y el exterior, se obtiene un potencial de reposo de aproximadamente -70 mv (milivolt), que se explica por la presencia de estas proteínas al interior de la célula.

El potencial de Acción

Un estímulo en una neurona puede provocar cambios en la permeabilidad de la membrana, lo que permite el movimiento de iones de un lado a otro provocando una variación en el potencial de reposo.

Esta despolarización puede ser solo localizada si permite el ingreso de Na+ en cantidad insuficiente como para alcanzar el umbral que corresponde a un valor de -55mv. Si la cantidad de Na+ que ingresa al citoplasma de la neurona es suficiente para alcanzar o superar este valor, se abren los canales de Na+ activados por voltaje a lo largo de toda la membrana de la neurona provocando la despolarización o potencial de acción ( o cambio de potencial eléctrico) en toda la membrana celular.

Entonces tenemos que un estímulo muy débil que es menor al umbral no desencadena un potencial de acción, si el estímulo es mayor o igual al umbral si lo va a provocar. Esto se conoce como la "Ley del Todo o Nada".

También muchos estímulos pequeños subumbrales pueden "sumarse" y alcanzar el umbral, provocando la despolarización de la membrana.

Un potencial de acción se puede describrir en tres fases:

a) Despolarización de la membrana

b) Repolarización

c) Recuperación del potencial de reposo.

Cada una de estas fases depende del equilibrio de iones a ambos lados de la membrana, y la apertura y cierre de los canales de Na+ y K+.

Despolarización

La membrana de la neurona posee canales activados por voltaje que se accionan cuando la neurona está estimulada.

Cuando el voltaje alcanza un punto crítico llamado umbral (-55 mv) los canales se abren permitiendo que iones específicos (Na+) puedan pasar a través de ellos.

Cuando una neurona es estimulada, pasa de un potencial de reposo de -70mv a uno de -55mv, este cambio en el voltaje estimula los canales de sodio activados por voltaje de esa zona de la membrana, y los iones Na+ ingresan al citoplasma a favor de la gradiente eléctrico y químico. De esta forma ese punto de la membrana se despolariza generando un potencial de acción que literalmente hace "colapsar" el potencial de reposo normal.

Así cuando se produce el potencial de acción la célula alcanza rápidamente los valores positivos hasta unos +35mv, de modo que hay una inversión en la polaridad ( el interior se vuelve positivo y el exterior negativo).

El potencial de acción o despolarización de una zona hace que se abran los canales de sodio activados por voltaje contiguos, lo que permite el ingreso de iones Na+ estableciendo una reacción en cadena a lo largo del axón, lo que se conoce como impulso nervioso.

Esto ocurre a una velocidad muy rápida que se calcula en 300 kilómetros por segundo.

La repolarización de la membrana

Luego que se alcanza el máximo en la espiga de la gráfica (+35mv) ocurre la repolarización de la membrana.

Esto implica la redisposición de las cargas eléctricas positivas al exterior de la membrana, y el interior negativo. Para lograr esto se abren ahora los canales de Potasio (K+), permitiendo que estos iones escapen al exterior.

Este escape de K+ devuelve al interior de la neurona a su estado negativo, con lo cual se repolariza.

En estas condiciones la neurona no puede transmitir impulsos nerviosos porque los iones se encuentran en posiciones opuestas en la membrana, es decir: el sodio dentro y el potasio fuera, y para que se pueda transmitir un impulso nervioso debe estar en las condiciones del potencial de reposo.

Ahora es el momento en que la bomba de Na* y K+ actúa gastando energía en forma de ATP, transportando iones Na+ hacia afuera y K+ hacia adentro de la célula, en contra de la gradiente de concentración.

Durante los milisegundos que dura este proceso de repolarización y el bombeo de iones, ocurre un periodo refractario, en el cual la neurona por más que sea estimulada no puede transmitir nuevos impulsos eléctricos, independiente de la magnitud del estímulo que se aplique.

Este hecho además explica el que el impulso nervioso sea unidireccional.