Fisiologia General

5/9/2018 Fisiologia General - slidepdf.com

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FISIOLOGIA GENERALPERIODO AGO 2010 ±

ENE ± 2011



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INTRODUCCION

� Durante la mayor parte de la historia, a los seres humanos les ha interesado comofunciona su cuerpo.

� Los textos de los antiguos egipcios, indios y chinos describen os intentos de susmédicos para tratar las enfermedades y devolver la salud.

� Algunos remedios antiguos, como el estiércol de camello y el polvo de cuernos decarnero, pueden parecer extraños, aún utilizamos otros, como las sanguijuelas y lassustancias químicas derivadas de las plantas medicinales.

� La forma en que usamos estos tratamientos cambió a medida que aprendíamos más

sobre el cuerpo humano.

� Para tratar las enfermedades y las lesiones de manera adecuada, debemos primero

comprender al cuerpo humano en su estado de salud.



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La FISIOLOGIA es el estudio del funcionamiento normal de un organismo vivo y las

partes que lo componen, incluidos sus procesos químicos y físicos.

La palabra FISIOLOGÍA significa literalmente ³ estudio de la naturaleza ³. Aristóteles

( 384- 322 a-C. ) utilizó el término en este sentido amplio para describir el funcionamiento

de todos los organismos vivos, no solamente el del cuerpo humano.

Pero Hipócrates ( hacia 460 ± 377 a. C. ) considerado el padre de la medicina, usaba el

término fisiología con el significado ³ poder curativo de la naturaleza ³ y por lo tanto

la disciplina se asoció más estrechamente con la medicina.

Hacia el siglo XVI en Europa, la fisiología se había establecido formalmente como el

estudio de las funciones vitales del cuerpo humano, aunque hoy el término se usa en la

actualidad para referirse al estudio de las funciones de todos los animales y las plantas



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En contraste, la anatomía es el estudio de la estructura, con mucho menos énfasis en

la función . A pesar de esta distinción, la anatomía y la fisiología no pueden en realidad

separarse . La función de un tejido u órgano e relaciona estrechamente con su estructu-

ra , y se supone que esta estructura evolucionó para brindar una base física eficaz para

su función.



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FUNCION Y PROCESO

La FUNCION y PROCESO son dos conceptos relacionados en fisiología.

La función de un sistema o un evento fisiológico es el ³ por qué ³ de ese sistema o

evento : ¿ por qué existe el sistema y por qué ocurre el evento ?

Esta manera de pensar acerca de un tema se denomina ENFOQUE TELEOLOGICO

de la ciencia . Por ejemplo : la respuesta teleológica a la pregunta de por que los glóbu-

los rojos de la sangre transportan oxígeno es ³ porque las células necesitan oxígeno y

los glóbulos rojos lo llevan hasta ellas ³. Esta respuesta explica la razón por la cual loseritrocitos transportan oxígeno pero no dice nada sobre como lo hacen



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Por el contrario, los procesos fisiológicos, o mecanismos, son el ³ cómo ³ de un siste-

ma. El enfoque mecanicista de la fisiología examina los procesos.

La respuesta mecanicista a la pregunta ¿ Por qué los glóbulos rojos transportan oxí-

geno ? Es : ³ el oxígeno se une a las moléculas de hemoglobina que están presentes

en los glóbulos rojos ³. Esta respuesta muy concreta explica exactamente cómo ocurre

el transporte de oxígeno pero no dice nada sobre la importancia del transporte de oxi-

geno para el animal vivo.

Los estudiantes a menudo confunden estos dos enfoques de pensamiento sobre la fisio-

logía, y las investigaciones han demostrado que incluso los estudiantes de medicinatienden a responder las preguntas con explicaciones telológicas cuando la respuesta

mas apropiada sería una explicación mecanicista. A menudo esto ocurre porque el pro-

fesor pregunta ³ por qué ³ ocurre un evento fisiológico, cuando en realidad quiere saber

³ cómo ³



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Aunque la función y el proceso parecen ser las dos caras de una misma moneda, es

posible estudiar procesos, especialmente en los niveles celular y subcelular, sin com-

prender su función en la vida del organismo. A medida que el conocimiento de la bio-

logía se hace más complejo, los científicos a menudo se ven tan abocados al estudio de

procesos complejos que no pueden dar un paso atrás y ver la importancia d esos proce-

sos en las células, los sistemas y aparatos o el animal vivo. Uno de los papeles de la

Fisiología es integrar función y proceso en una sola imagen completa.



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SISTEMAS FISIOLOGICOS



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SISTEMAS FISIOLOGICOS

Para comprender como se relacionan la Fisiología y la Anatomía, debemos examinar

primero las partes que forman el cuerpo humano.

La diapositiva muestra los diferentes niveles de organización de los organismos vivos,

desde los átomos hasta los grupos de la misma especie ( poblaciones ) y poblaciones

de distintas especies que conviven en ecosistemas y en la biosfera

Muestra las diferentes subdisciplinas de la química y la biología relacionadas con el

estudio de cada nivel de organización. Existe una superposición importante entre los

distintos campos y esta división artificial puede variar de acuerdo con quien las defina.una característica distintiva de la fisiología es que comprende muchos niveles de

organización desde el nivel molecular en adelante hasta una especie



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En el nivel más bajo, los átomos de los elementos se unen para formar moléculas. La

unidad estructural más pequeña capaz de llevar adelante los procesos vitales es la

Célula . Las células son conjuntos de moléculas separadas del entorno por una barrera

llamada membrana celular ( o plasmática ) . Los organismos simples están formados

por una sola célula, pero los complejos tienen muchas de ellas con especializaciones

estructurales y funcionales diferentes.

Los grupos de células que llevan a cabo funciones relacionadas se conocen como

Tejidos ( texere - tejer ). Los tejidos forman unidades funcionales y estructurales

llamadas órganos ( organon- herramienta ) y los grupos de órganos integran sus

funciones para crear sistemas y aparatos.



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La diapositiva muestra un esquema que muestra las interrelaciones de la mayoría de

los 10 sistemas y aparatos del cuerpo humano. El sistema tegumentario constituido

por la piel ( integumemtum ± recubrimiento ), es una barrera protectora que separa el

medio interno del cuerpo del medio externo ( mundo exterior ) .

El sistema musculoesquelético brinda soporte y movimiento al cuerpo.

Cuatro aparatos intercambian material entre los medios interno y externo. El aparato

respiratorio intercambia gases, el aparato digestivo toma nutrientes y agua y elimina

desechos, el aparato urinario remueve el exceso de agua y materiales de desecho, yel aparato reproductor produce óvulos o espermatozoides.



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Los cuatro sistemas y aparatos restantes se extienden por todo el cuerpo- El aparato

circulatorio distribuye los materiales bombeando sangre por los vasos. Los sistemas

nervioso y endocrino coordinan las funciones orgánicas.

La figura los muestra como algo contínuo, mñas que como dos sistemas separados.

A medida que hemos aprendido más sobre la naturaleza integradora de las funciones

fisiológicas, los límites entre ambos sistemas se han hecho más borrosos.

El únicos sistema que no se muestra en la figura es el sistema inmunitario. Las células

inmunitarias se ubican de manera de interceptar los materiales que puedan ingresar através de las superficies o de una herida en la piel, y protegen el medio interno de los

invasores extraños. Además, los tejidos inmunitario se asocian estrechamente con el

sistema circulatorio.



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HOMEOSTASIS

Cuando pensamos en funciones fisiológicas, a menudo consideramos su importancia

adaptativa , es decir, ¿ porqué determinada función ayuda al animal a sobrevivir en una

situación particular ? Por ejemplo, los seres humanos somos animales grandes, móviles

terrestres, y nuestros cuerpos mantienen un contenido de agua relativamente constante

a pesar de vivir en un entorno seco y muy variable. ¿ Qué estructuras y mecanismos

han evolucionado en nuestra anatomía y fisiología para permitimos sobrevivir en este

entorno hostil ?

La mayoría de las células de nuestro cuerpo no toleran demasiado los cambios en su

entorno. En este aspecto son bastantes similares a los organismos primitivos que vivían

En los mares tropicales, un medio estable donde la salinidad, el contenido oxigeno y elpH varían poco, y donde la luz y la temperatura tienen ciclos de variación predecibles.



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La composición interna de estas antiguas criaturas era casi idéntica a la del aguaMarina, y si las condiciones del entorno cambiaban, las del interior del organismo primiti -

vo lo hacían de igual modo. Aún hoy, los invertebrados marinos no pueden tolerar cam-

bios significativos en la salinidad o el pH, como sabe bien quien ha tenido un acuario deagua salada. Antes como ahora, muchos organismos marinos dependían de la constan-

cia de su medio externo para mantener su medio interno en equilibrio.

Pero a medida que los organismos evolucionaron y migraron de los antiguos mares alos estuarios , y luego al agua dulce y a la tierra, encontraron medios externos altamen-

te variables. Las lluvias diluyen el agua salada de los estuarios y los organismos queviven en ellos deben enfrentarse con la entrada de agua en sus líquidos corporales. Losorganismos terrestres constantemente pierden agua interna en el aire seco que los ro-

dea. Los organismos que sobreviven en estos hábitats hostiles sobrellevan la variabili-dad externa manteniendo su medio interno relativamente estable, una capacidad que seconoce como homeostasis ( homeo = similar, n stasis= condición ).



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El medio interno acuoso de los animales multicelulares se llama líquido extrace-

lular ( extra = por fuera de ), ³ un mar interior ³ del cuerpo que rodea a la célula.



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El líquido extracelular sirve como transición entre el medio externo del organismo y el

líquido intracelular del interior de las células ( intra = dentro de ). Como el líquido ex

tracelular es una zona reguladora entre el mundo exterior y la mayoría de las células del

cuerpo, hay procesos fisiológicos complejos que han evolucionado para mantener relati-

vamente estable su composición.

Cuando la composición del líquido extracelular se aleja de su rango de valores norma -

les, se activan mecanismos compensatorios que lo llevan a su estado normal. Por ej :

cuando se bebe un gran volumen de agua, la dilución del líquido extracelular dispara

un mecanismo que hace que los riñones eliminen el exceso de agua y protejan a las cé-

lulas de la dilución. La mayoría de las células de los animales multicelulares no tolerangrandes cambios y dependen de la estabilidad del líquido extracelular para mantener su

funcionamiento normal.



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El concepto de un medio interno relativamente estable fue desarrollado por el médico

francés Claude Bernad a mediados del siglo XIX. Durante sus estudios en medicina

experimental, Bernard notó la estabilidad de varios parámetros fisiológicos, tales como

la temperatura corporal, la frecuencia cardíaca y la presión arterial. Como jefe de la cá-

tedra de fisiología en la Universidad de París escribió sobre la ³ constancia del medio

interno ³ . Esta es una idea que aplicó a muchas de las observaciones experimentales

de su época y fue tema de debate entre fisiólogos y médicos.

En 1929, un fisiólogo estaunidense llamado Walther b Cannon creó la palabra

Homeostasis para describir la regulación de este medio interno. Cannon explicó que

eligió el prefijo homeo ( que significa parecido o similar ) en lugar de homo ( que sig-nifica igual ) porque el medio interno se mantiene dentro de un rango de valores, en lu-

Gar de tomar un valor exacto y fijo.



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También señaló que el sufijo stasis en este caso significa condición, no un estado

que permanece estático e invariable. Así, la homeostasis de Cannon es un estado en el

que se mantiene ³ una condición similar ³ también descrita como ³ un medio interno

relativamente constante ³.

Algunos fisiólogos sostienen que una interpretación literal de stasis ( un estado per -

manente en la palabra homeostasis remite a la idea de algo estático, sin cambios. Des -

tacan que se debería usar en su lugar la palabra homeodinámica, para reflejar los pe-

queños cambios que ocurren permanentemente en nuestro medio interno. ( dynamikos

fuerza, o poder ). Ya sea que el proceso se llame homeostasis u hemodinámica, el con -

cepto importante para recordar es que el cuerpo controla su estado interno y actúa corri-giendo las alteraciones que atenten contra su función normal. La homeostasis y la regu -

lación del medio interno son los preceptos centrales de la fisiología.



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A partir de las observaciones hechas por muchos fisiólogos y médicos durante el siglo

XIX y principios del siglo XX, Cannon propuso una lista de parámetros que se encuen-

tran bajo control homeostático. Sabemos ahora que su lista de parámetros fisiológicos

es tan exacta como completa. Cannon clasificó sus parámetros en lo que describió

como parámetros ambientales que afectan a las células ( osmolaridad, temperatura, pH

) y los materiales para las necesidades celulares ( nutrientes, agua, sodio, calcio,otros iones inorgánicos, oxígeno y las secreciones internas que tienen efectos generales

y continuos. Las secreciones internas de Cannon son las hormonas y otras sustancias

Que nuestras células utilizan para comunicarse entre sí.

Si el cuerpo no logra mantener la homeostasis entre estos parámetros, la función nor -

mal se interrumpe y puede aparecer como resultado un estado de enfermedad o patoló-

gico ( pathos = sufrimiento ).



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Las enfermedades pueden dividirse en dos grupos generales de acuerdo con su origen

aquellas en las cuales el problema surge de la falla interna de algún proceso fisiológico y

aquellas que tienen origen en una fuente externa.

Las causas internas de las enfermedades incluyen el crecimiento anormal de las célu-

las, que puede provocar cáncer o tumores benignos, la producción de anticuerpos con -

tra los propios tejidos ( enfermedades autoinmunitarias ) y la muerte prematura de las

células o la falla de los procesos celulares.

Los trastornos hereditarios son considerados también como producidos por causas in-

ternas.



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Las causas externas de las enfermedades son los químicos tóxicos, los traumatismos

físicos y los invasores externos como virus y bacterias.

Tanto en las enfermedades causadas por factores internos o las causadas por factores

externos, cuando se interrumpe la homeostasis, el organismo intenta compensando. Sila compensación tiene éxito, la homeostasis se restablece. Si la compensación falla,

puede aparecer la enfermedad.

El estudio de las funciones orgánicas en un estado de enfermedad se conoce como

Fisiopatología. Se encontraran muchos ejemplos de fisiopatología a medida que estu-

diemos los distintos aparatos y sistemas del organismo.



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COMPARTIMENTOS LIQUIDOS DEL ORGANISMO

¿ Qué es un compartimiento ?

Se puede pensar en un lugar completamente cerrado como una habitación o una caja

con tapa. Sin embargo, no todos los compartimentos son cerrados; pensemos en los

cubículos modulares con los que están organizadas las oficinas modernas. Tampocotodos los compartimentos funcionales tienen muros, piense en la gran recepción de un

hotel dividida en diferentes sectores a partir de la cuidadosa ubicación de alfombras y

muebles.

Los compartimentos biológicos tienen los mismos tipos de variabilidad anatómica, des-

de estructuras totalmente cerradas como las células a compartimentos funcionales sin

paredes visibles.



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El primer compartimento viviente probablemente haya sido una simple célula cuyo lí-

quido intracelular estaba separado del medio externo por una pared de fosfolípidos y

proteínas, la membrana celular.

La célula constituye la unidad funcional de los organismos vivientes, y una sola célulapuede desarrollar todos los procesos de la vida. Al ir evolucionando, las células adquiri-

rieron compartimentos intracelulares separados del líquido intracelular por membranas

Con el tiempo, grupos de organismos unicelulares comenzaron a cooperar y a especiali-

zar sus funciones, y dieron lugar a los organismo multicelulares. A medida que evolucio-

naban, los organismos multicelulares se volvieron más grandes y complejos, y sus cuer -

Pos se dividieron en varios compartimentos funcionales.



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Los compartimentos representan tanto una ventaja como una desventaja. La ventaja

de los compartimentos es que permiten separar procesos bioquímicos que de otra ma-

nera podrían entrar en conflicto. Por ejemplo; en un compartimento subcelular tiene lu-

gar la síntesis proteica, mientras que en otro se produce la degradación proteica.

Las barreras entre compartimentos, ya sea dentro de la célula o del cuerpo permitenque los contenidos de un compartimento difieran de los contenidos de los compartimen -

tos adyacentes. Un ejemplo extremo lo constituye el compartimento intracelular llamado

pH interno. Este pH es tan ácido que si el lisosoma se rompiera causaría graves daños o

mataría a la célula que lo contiene.

La desventaja de los compartimentos es que las barreras entre ellos pueden dificultar

el paso de materiales necesarios de un compartimento al otro. Los organismos vivientes

superan este problema con mecanismos especializados que transportan las sustancias

seleccionadas a través de las membranas.



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COMPARTIMENTOS FUNCIONALES DEL CUERPO

El cuerpo humano es un compartimento complejo separado del mundo exterior por

Capas de células. Desde el punto de vista anatómico, el cuerpo se divide en tres

Cavidades principales : la cavidad craneal, ( a la que comúnmente nos referimos como

Cráneo ), la cavidad torácica ( también llamada tórax ) y la cavidad abdominopelviana

Las cavidades están separadas unas de otras por los huesos y los tejidos y están recu-

biertas por membranas tisulares.

La cavidad craneal ( cranium , cráneo ) contiene el cerebro, nuestro centro de control

primario. La cavidad torácica está delimitada en el extremo y a los lados por la columna

y las costillas, mientras que el piso está formado por el diafragma. Esta cavidad encierra

el corazón, rodeado por el pericardio ( peri = alrededor cardium= corazón ) y los pulmo-

nes, rodeados por las pleuras.



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El abdomen y la pelvis forman una cavidad ú nica. Una membrana llamada peritoneo ro -

dea en forma parcial o total la mayoría de los órganos digestivos ( el estómago, los in-

testinos, el hígado, el páncreas y la vesícula biliar ) el bazo y los riñones. La pelvis con-

Tiene los órganos reproductores, la vejiga y la porción terminal del intesino grueso.



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COMPARTIMENTOS LIQUIDOS DEL CUERPO HUMANO

En fisiología, frecuentemente hay mas interés en los compartimentos funcionales que

en los anatómicos. La mayoría de las del cuerpo no están en contacto directo con el

mundo exterior, sino que están rodeadas por líquido extracelular. Si pensamos en todas

las células del cuerpo como una unidad y en el líquido que las rodea como una unidad

independiente, podemos dividir el cuerpo en dos compartimentos principales :1.- El compartimento líquido intracelular

2.- El compartimento líquido extracelular

Estos compartimentos están separados por la membrana celular.

A su vez, el líquido extracelular puede estar subdividido, la pared divisoria de este caso

es la pared de aparato circulatorio- El plasma la porción líquida de la sangre, se encuen-

tra dentro del aparato circulatorio y forma un compartimento extracelular. El otro com-

partimento es el liquido intersticial ( inter = entre stare = estar ) que se encuentra en-

tre el aparato circulatorio y las células.



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Si bien las células del cuerpo pueden ser consideradas en conjunto como único como

Único compartimento líquido, en realidad son altamente variables en forma, tamaño yComposición.



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SISTEMAS DE CONTROL DEL ORGANISMO

El cuerpo humano contiene miles de sistemas de control. Los más intrincados son los

sistemas de control genético que actúan en todas las células para mantener el control

de las funciones intracelulares y también de las extracelulares.

Hay muchos sistemas de control que actúan dentro de los órganos para controlar las

funciones de cada componente de los mismos. Otros actúan a través de todo el organis-

mo para controlar las interrelaciones entre los órganos como por ejemplo, el aparato

respiratorio, que actúa asociado al sistema nervioso y regula la concentración de dióxi-

do de carbono en el líquido extracelular

El hígado y el páncreas regulan la concentración de glucosa en el líquido extracelular

y los riñones regulan las concentraciones de hidrógeno, sodio, potasio y otros iones en el

líquido extracelular.



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EJEMPLOS DE MECANISMOS DE CONTROL

REGULACION DE LAS CONCENTRACIONES DE OXIGENO Y DIOXIDO DE CAR-BONO EN EL LIQUIDO EXTRACELULAR . - Como el oxígeno es una de las principa-

les sustancias que requieren las reacciones químicas de las células, es una suerte queel organismo tenga un mecanismo de control especial para mantener una concentra-

ción casi exacta y constante de oxígeno en el líquido extracelular.

Este mecanismo depende principalmente de las características químicas de la hemo-globina, que está presente en todos los eritrocitos. La hemoglobina se combina con eloxígeno a medida que la sangre atraviesa los pulmones. Posteriormente, cuando la san-

gre atraviesa los capilares tisulares, su propia afinidad química importante por el oxíge-

no permite que no lo libere en los tejidos si ya hay demasiado. Pero si la concentraciónde oxígeno en el líquido tisular es demasiado baja, se libera oxígeno suficiente para res-

tablecer una concentración adecuada.

Es decir la regulación de la concentración de oxígeno en los tejidos se basa principal-mente en las características químicas de la propia hemoglobina, regulación que se co-

noce como función amortiguadora de oxígeno de la hemoglobina.



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La concentración de dióxido de carbono en el líquido extracelular está regulada

De una forma muy diferente. El dióxido de carbono es el principal producto final de las

Reacciones oxidativas de las células; si todo el dióxido de carbono que se forma enellas se acumulara en los líquidos tisulares, la propia acción de masa del dióxido de

Carbono pronto detendría las reacciones que aportan oxígeno a la célula.

Por fortuna una concentración mayor de lo normal de dióxido de carbono en la san-

gre excita el centro respiratorio, haciendo que la persona respire rápida y profunda-

mente, lo que aumenta la espiración de dióxido de carbono y, por tanto elimina el excesode dióxido de carbono de la sangre y de los líquidos tisulares. Este proceso continúa

hasta que la concentración vuelve a la normalidad.



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REGULACION DE LA PRESION ARTERIAL

Hay varios sistemas que contribuyen a la regulación de la presión arterial . Uno de

ellos, el sistema de baroreceptores, es un ejemplo sencillo y excelente de un mecanis-

mo de control de acción rápida.

En las paredes de la zona en que se bifurcan las arterias carótidas en el cuello, ytambién en el callado aórtico en el tórax, se encuentran muchos receptores nerviosos

denominados baroreceptores que se estimulan cuando se estira la pared arterial.

Cuando la presión arterial es demasiado elevada, los baroreceptores envían des-

cargas de impulsos nerviosos al bulbo raquídeo cerebral, que es donde estos impulsos

inhiben el centro vasomotor y, a su vez, disminuyen el número de impulsos transmiti-

dos desde el centro vasomotor a través del sistema nervioso simpático hacia el corazón

y los vasos sanguíneos.



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La ausencia de estos impulsos hace que disminuya la actividad de bomba en el cora -

zón y también produce una dilatación de os vasos sanguíneos periféricos, lo que permi -

te aumentar el flujo de sangre a través de ellos Ambos efectos hacen que la presión

arterial disminuya hasta sus valores normales.

Por el contrario, el descenso de la presión arterial por debajo de lo normal relaja los

receptores de estiramiento y hace que el centro vasomotor se vuelva mas activo de lo

habitual, con lo que se provoca vasoconstricción, aumenta la acción de la bomba car -

díaca y se leva la presión arterial hasta la normalidad.



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CARACTERISTICAS DE LOS SISTEMAS DE CONTROL

Los ejemplos mencionados de los mecanismos de control homeostásicos son tansolo algunos de los muchos miles que actúan en el organismo y todos ellos poseen al -

gunas características comunes.



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RETROALIMENTACION NEGATIVA DE LA MAYORIADE LOS SISTEMAS DE CONTROL

La mayoría de los sistemas de control del organismo actúan mediante una retro-

alimentación negativa que podemos comprender mejor si revisamos algunos de los

sistemas de control hemostásicos ya mencionados.

Al hablar de la regulación de la concentración del dióxido de carbono, la ventilación

pulmonar aumenta cuando dicha concentración se eleva en el líquido extracelular. A su

vez, el aumento de la ventilación pulmonar disminuye la concentración de dióxido de

carbono en el líquido extracelular porque los pulmones espiran cantidades mayores de

dióxido de carbono del organismo.

E otras palabras, la concentración elevada de dióxido de carbono inicia una serie de

sucesos que disminuyen la concentración hacia la normalidad, lo que es una señal

Negativa para iniciar el estímulo.

Por el contrario, cuando la concentración de dióxido de carbono disminuye demasiado

se crea una retroalimentación que tiende a aumentar la concentración. Esta respuesta

también es negativa para iniciar el estímulo.



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En cuanto a los mecanismos que regulan la presión arterial, una presión arterial eleva

da provoca una serie de reacciones que favorecen el descenso de la presión o unas

presiones bajas provocan una serie de reacciones que favorecen la elevación de la pre -

sión. En ambos casos, estos efectos son también negativos con respecto al estímuloque inició la reacción.

Por tanto, en general, si algún factor se vuelve excesivo o deficiente, un sistema de

control inicia una retroalimentación negativa que consiste en una serie de cambios

que devuelven ese factor hacia un determinado valor medio, con lo que se mantiene

la homeostasis.



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GANANCIA DE UN SISTEMA DE CONTROL

El grado de eficacia con el que un sistema de control mantiene las condiciones cons-

tantes está determinado por la ganancia de la retroalimentación negativa. Por eje:supongamos que se hace una transfusión de un gran volumen de sangre a una personacuyo sistema de control de la presión en los barorreceptores no está funcionante y quesu presión arterial se eleva de un valor normal de 100 mm Hg hasta 175 mm Hg. Su-

pongamos, entonces, que el mismo volumen de sangre se inyecta a la misma persona

cuando el sistema de barorreceptores está funcionando correctamente, y que esta vezla presión arterial aumenta sólo 25 mm Hg.

Es decir, el sistema de control por retroalimentación ha provocado una correcciónde -50 mm Hg, es decir, desde 175 mm Hg Hsta 125 mm Hg. Queda un incremento dela presión de +25 mm Hg que se conoce como error, lo que significa que el sistema decontrol no tiene una eficacia del 100 % para prevenir los cambios . La ganancia en un

sistema se calcula utilizando la vfórmula siguiente :Corrección

Ganancia = ________________Error



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Es decir, en el ejemplo del sistema de barorreceptores la corrección es de -50 mm de

Hg y el error que persiste es de + 25 mm Hg. Por tanto, la ganancia del sistema de baro-

rreceptores de esa persona en cuanto al control de la presión arterial es de -50 divididopor +25 , o -2, es decir un trastorno que aumente o disminuya la presión arterial tiene un

efecto de tan sólo un tercio de lo que ocurriría si no actuara el sistema de control.

Las ganancias de algunos otros sistemas de control fisiológicos son mucho mayores

que las del sistema de barorreceptores. Por ejemplo, la ganancia del sistema que con-

trola la temperatura interna del organismo cuando una persona está expuesta a un cli-

ma frío moderado es del -33, lo que se deduce que el sistema de control de la tempera-

tura es mucho más eficaz que el sistema de control de la presión mediante barorrecep -

tores.



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LA RETROALIMENTACION POSITIVA A VECES PROVOCACIRCULOS VICIOSOS Y MUERTE

Nos podríamos preguntar ¿ Por qué esencialmente todos los sistemas de control

del organismo actúan utilizando una retroalimentación negativa y no una retroalimenta-

ción positiva ? . Si se tiene en cuenta la naturaleza de la retroalimentación positiva, in -

mediatamente nos damos cuenta que no consigue la estabilidad, sino la inestabilidad y,

a menudo, la muerte.



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En la figura se muestra un ejemplo en el que puede llegarse a la muerte como conse -

cuencia de la retroalimentación positiva. En ella se muestra la eficacia del bombeo del

Corazón, demostrándose que el corazón de un ser humano sano bombea aproximada-

Mente 5 litros de sangre por minuto.

Si una persona tiene bruscamente una hemorragia de 2 litros, la cantidad de sangre

del organismo disminuye hasta un nivel tan bajo que no queda sangre suficiente para

que el corazón bombee eficazmente. En consecuencia cae la presión arterial y dismi-

nuye el flujo de sangre que llega hasta el músculo cardíaco a través de los vasos coro-

narios, con lo que se debilita el corazón, disminuye el efecto de bomba, disminuye aún

más el flujo de sangre coronario y el corazón se debilita aún más, este ciclo se repite

una y otra vez, hasta que se produce la muerte.



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Obsérvese que cada ciclo de retroalimentación provoca además el debilitamiento del

Corazón, en otras palabras, el estímulo inicial provoca más reacciones del mismo tipo,

Que es en lo que consiste la retroalimentación positiva.

La retroalimentación positiva se debería denominar mejor circulo vicioso, aunque

Los mecanismos de control de retroalimentación negativa del organismo pueden supe-

Rar los grados leves de retroalimentación positiva y no se desarrolla el circulo vicioso.

Por ejemplo, si la persona del ejemplo anterior tuviera una hemorragia de 1 litro en lu-

Gar de 2 litros, los mecanismos normales de retroalimentación negativa que controlan

El gasto cardíaco y la presión arterial superarían la retroalimentación positiva y la per -

Sona se podría recuperar, como muestra la curva de puntos.



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LA RETROALIMENTACION POSITIVAA VECES ES UTIL

En algunos casos, el organismo usa la retroalimentación positiva a su favor. La coa-

gulación sanguínea es una ejemplo del gran valor que tiene la retroalimentación positiva.

Cuando se rompe un vaso sanguíneo y comienza a formarse un coágulo, dentro deeste se activan muchas enzimas denominadas factores de la coagulación. Algunas de

estas enzimas actúan sobre otras enzimas inactivadas que están en la sangre inmedia-tamente adyacente, con lo que se consigue que coagule más sangre. Este proceso con-

tinúa hasta que se tapona el orificio del vaso y cesa la hemorragia.

A veces este mecanismo se va de las manos y provoca la formación de coágulos nodeseados. En realidad, este proceso es el que inicia la mayoría de los ataques cardía-

cos que se deben al comienzo de un coágulo en la superficie interna de una placa ate-

esclerótica en la arteria coronaria y el crecimiento del coágulo continúa hasta que se

bloquea la arteria.



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El parto es otro ejemplo en el que la retroalimentación positiva tiene gran importancia.

cuando las contracciones uterinas son suficientemente fuertes como para que la cabe-

za del niño comience a empujar el cuello uterino, el estiramiento de éste envía señales

a través del músculo uterino que vuelven hasta el cuerpo del útero, provocando contrac -

ciones aún mas potentes. El niño nace cuando este proceso adquiere la potencia sufi-ciente ; si no lo hace, las contracciones se desvanecen y transcurren algunos días hasta

que vuelven a comenzar.

Siempre que la retroalimentación positiva es útil, la propia retroalimentación positiva

forma parte de un proceso global de retroalimentación negativa. Por ejemplo, en el caso

de la coagulación de la sangre el proceso de la retroalimentación negativa para el man-

tenimiento del volumen normal de sangre.



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Otro uso mas importante de la retroalimentación positiva es la generación de señales

nerviosas, es decir, cuando se estimula la membrana de una fibra nerviosa, lo que pro -

voca una pequeña perdida de iones de sodio a través de los canales de sodio de la

membrana nerviosa hacia el interior de la fibra. Los iones de sodio que entran en la fibra

cambian el potencial de membrana, lo que a su vez provoca la apertura de más canales,

un cambio mayor del potencial, la apertura de más canales, y así sucesivamente.

Es decir, una pequeña fuga se convierte en una explosión de sodio que entra en la

fibra nerviosa creando un potencial de acción en el nervio. Este potencial de acción

provoca a su vez, una corriente eléctrica que fluye a lo largo del exterior y del interior de

la fibra nerviosa e inicia nuevos potenciales de acción. Este proceso continúa una y

otra vez hasta que la señal nerviosa recorre la fibra hasta su extremo.



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TIPOS MAS COMPLEJOS DE SISTEMAS DE CONTROLCONTROL ADAPTATIVO

Mas adelante, cuando se hable del sistema nervioso, veremos que este sistema con -

tiene un gran número de mecanismos de control interconectados. Algunos son sistemasde retroalimentación simples similares a los que ya hemos comentado, pero otros no loson. Por ejemplo, algunos movimientos del organismo son tan rápidos que no hay tiem -

po suficiente para que las señales nerviosas se desplacen desde la periferia del organis -

mo hasta el cerebro y vuelvan a la periferia para controla el movimiento, por lo que el ce -

rebro aplica un principio que se conoce como control anterógrado.

Este control anterógrado, hace que se contraigan los músculos apropiados, es decir,las señales del nervio sensible de las partes en movimiento informan al cerebro si el ±movimiento se está realizando correctamente. En caso contrario, el cerebro corrige lasseñales anterógradas que envía hacia los músculos la siguiente vez que se necesite esemovimiento. Después, si se necesitan nuevas correcciones se realizarán cada vez en los

movimientos sucesivos ; es lo que se denomina control adaptativo que en cierto senti-do, es una retroalimentación retardada.



51

DIFUSION

A pesar de que muchas sustancias se desplazan libremente dentro de un comparti-

mento corporal, el intercambio entre los compartimentos intracelular y extracelular está

restringido por la membrana plasmática. El hecho de que la sustancia entre en una

célula depende de las propiedades de la membrana celular y de la sustancia.

Las membranas celulares tienen permeabilidad selectiva; esto es, la composición de

lípidos y proteínas de una membrana celular dada determina cuáles moléculas ingresa-

rán a la célula y cuáles la dejarán.

Si la membrana permite que una sustancia la atraviese, se denomina permeable (

permeare; pasar a través de ). Si la membrana no permite el paso de la sustancia, se le

denomina impermeable ( im = no ).



52

La permeabilidad de la membrana es variable y puede cambiar como consecuencia de

alteraciones en las proteínas o lípidos de membrana. Algunas moléculas, como las de

agua, oxígeno, dióxido de carbono y lípidos; atraviesan fácilmente la mayoría de las

membranas celulares. En cambio los iones, la mayoría de las moléculas polares y las

moléculas muy grandes ( como las proteínas ) entran en las células con más dificultad, o

no pueden hacerlo de ningún modo.

Dos propiedades de una molécula en su movimiento a través de las membranas celu-

lares : el tamaño de las moléculas y su solubilidad en lípidos. Las moléculas muy

pequeñas y que aquellas que son solubles en lípidos pueden atravesar directamente la

bicapa fosfolípidica. Las moléculas más grandes o menos liposolubles no pueden atra-

vesar la bicapa, a menos que la célula tenga un mecanismo específico para transpor -

tarlas.

Los mediadores habituales que utilizan las células para transportar a estas moléculas

a través de sus membranas son las proteínas de membrana. Las moléculas lipófobas

muy grandes deben ingresar y salir de las células dentro de vesículas.



53

Existen dos formas de clasificar el movimiento de las moléculas a través de las mem-

branas . Uno de los modelos, separa al movimiento a través de las membranas de

acuerdo con los requerimientos físicos: en función de si ocurre a través de la bicapa li-

pídica , con la colaboración de una proteína de membrana o mediante la utilización devesículas .

Un segundo modelo clasifica al movimiento de acuerdo con sus requerimientos de

energía . El transporte pasivo no requiere aporte de energía. El transporte activo

necesita el aporte de energía desde alguna fuente externa, como el enlace fosfato de

alta energía del ATP.



54

LA DIFUSION UTILIZA SOLAMENTE LA ENERGIADEL MOVI MIENTO MUSCULAR

El transporte pasivo a través de las membranas emplea la energía cinética inherente

a las moléculas . Las moléculas de gas y las moléculas en solución se desplazan cons-

tantemente de un lugar a otro, rebotando contra otras moléculas o las paredes de cual-

quier recipiente que las contenga. Cuando las moléculas se ubican inicialmente en una

mayor concentración en un área de un espacio restringido, su movimiento las hace dis -

persarse gradualmente hasta que estén distribuidas de manera uniforme a lo largo y an-

cho del espacio disponible. Este suceso se conoce como DIFUSION.

la difusión ( difundere, derramarse un líquido ) puede definirse como el movimiento de

las moléculas de las moléculas desde un área de mayor concentración hacia un área de

menor concentración. Si se deja un frasco de colonia abierto y mas tarde se nota su aro-

ma en todo el ambiente, esto se debe a que las moléculas aromáticas de la colonia han

difundido desde donde estaban más concentradas ( en la botella ) hacia donde lo esta-

ban menos ( a lo largo y ancho del ambiente ).



55

La difusión presenta las siguiente siete propiedades :

1. 1.- La difusión es un proceso pasivo. Con el término pasivo se quiere indicar quela difusión no requiere aporte de energía desde alguna fuente externa. La difusión

utiliza solamente la energía cinética que tienen todas las moléculas.2. Las moléculas se desplazan desde un área de mayor concentración hacia un áreade menor concentración. La diferencia en la concentración de una sustancia entredos sitios recibe el nombre de gradiente de concentración, conocido tambiéncomo gradiente químico . Se dice que las moléculas difunden a favor delgradiente, desde la mayor concentración hacia la menor concentración. Lavelocidad de difusión depende de la magnitud del gradiente de concentración.Cuanto mayor sea la diferencia entre concentraciones, más rápida será ladifusión. Por ejemplo, cando se abre una botella de amoniaco, la velocidad de

difusión hacia el aire es máxima al principio, pero luego, cuando el amoniaco estáesparcido de manera uniforme en todo el ambiente, la velocidad de difusión escero, puesto que no existe ni ngún gradiente de concentración.



56

3.- El movimiento neto de las moléculas continúa hasta que la concentración

es igual en todos lados. Una vez que las moléculas de una sustancia dada se

han distribuido homogéneamente, el sistema alcanza el equilibrio y la difusión se

detiene. Las moléculas individuales continúan moviéndose en el equilibrio, pero

existe una molécula que ingresa por cada molécula que sale. El estado de

equilibrio dinámico en la difusión implica que la concentración se ha igualadoen toda la extensión del sistema, pero las moléculas continúan moviéndose.

4.- La difusión es rápida en distancias cortas pero mucho más lenta endistancias lagas. Albert Einstein estudió la difusión de las moléculas en solución

y descubrió que el tiempo necesario para que una molécula difunda desde el punto

A hasta el punto B, es proporcional al cuadrado de la distancia entre A y B. En otraspalabras si la distancia se duplica de 1 a 2, el tiempo requerido para que ocurra la

difusión aumenta de 12 22.



57

¿ Qué significado tiene para los sistemas biológicos está lenta velocidad dedifusión en distancias largas ? En los seres humanos, los nutrientes demoran

cinco segundos en difundir desde la sangre hacia una célula que se encuentraa 100 µm del capilar más cercano. A esa velocidad, los nutrientes demorarían

años en difundir desde el intestino delgado a las células del primer ortejo delpié y las células morirían por falta de nutrientes.

Para superar estas limitaciones de la difusión a la distancia, los organismoshan desarrollado varios mecanismos de transporte que aceleran el movimientode las moléculas. La mayoría de los organismos pluricelulares tienen algunaforma de sistema circulatorio para trasportar oxígeno y nutrientes rápidamente

desde el punto por el cual ingresan al organismo hacia las células.



58

5.- La difusión está directamente relacionada con la temperatura. A temperatura . A

temperaturas elevadas, las moléculas se mueven más rápidamente. Puesto que

la difusión es resultado del movimiento molecular, la velocidad de difusión aumen -

ta a medida que lo hace la temperatura. Generalmente, .los cambios de tempera-

tura no afectan significativamente las velocidades de difusión en el hombre, ya queeste mantiene una temperatura corporal relativamente constante.

6.- La velocidad de difusión está inversamente relacionada con el tamaño molecular.

Einstein demostró que el rozamiento entre la superficie de una partícula y el medio

a través del cual esta difunde es una fuente de resistencia al movimiento. Calculó

que la difusión es inversamente proporcional al radio de la molécula; cuanto más

grande es la molécula, más lenta será su difusión a través de un medio dado.



59

7.- La difusión puede ocurrir en u sistema abierto o a través de una partición que separados sistemas. La difusión de amoníaco o de agua de colonia dentro de un ambientees un ejemplo de la difusión que ocurre en un sistema abierto. No existen barreraspara el movimiento molecular, y las moléculas se dispersan de forma tal de ocupar todo el sistema. ;La difusión también puede tener lugar entre dos sistemas, como loscompartimentos intracelular y extracelular, pero sólo si la partición que divide amboscompartimentos permite que las moléculas en difusión la atraviesen.

Por ejemplo, si se tapa una botella de amoníaco abierta, las moléculas de amoníacono pueden difundir hacia el ambiente puesto que ni la botella ni la tapa son permea-

bles al amoníaco. Si embargo, si se reemplaza la tapa metálica por una bolsa plás-

tica que tenga pequeños orificios, se empezará a oler el amoníaco en el ambiente,puesto que la bolsa es permeable a él. De manera similar, si una membrana celular es permeable a una molécula, ésta puede ingresar a la célula o abandonarla por difu-

sión. Si una membrana no es permeable a dicha molécula particular, la molécula nopodrá atravesarla.



60

Una cuestión importante para tener en cuenta : los iones no ase desplazan por difu-

sión, aún cuando podrá leerse y escucharse acerca de que los iones difunden a tra-

vés de las membranas. La difusión es un movimiento molecular aleatorio a favor de un

gradiente de concentración. El movimiento de los iones está influido por gradientes

rléctricos debido a la atracción de cargas opuestas y a la repulsión de cargas de igualsigno.

Por lo tanto, los iones se mueven en respuesta a gradiente eléctricos y de concen -

tración combinados, también llamados gradientes electroquímicos. Este movimiento

eléctrico es un proceso mas complejo que la difusión, que resulta únicamente de unGraiente de concentración, y los dos procesos no deberían confundirse.



61

E n resumen la Difusión es el movimiento pasivo de moléculas no cargadas a

favor de su gradiente de concentración, debido al movimiento molecular al azar.La difusión es mas lenta en distancias mayores y más lenta también para moléculas

Grandes. Cuando la concentración de las moléculas que difunden es la misma a través

De todo un sistema, {éste ha alcanzado el equilibrio ( homeostasis ) químico, a pesar

Que prosigue el movimiento de las moléculas al azar.



62

LAS MOLECULAS LIPOFILAS PUEDEN DIFUNDIR A TRA VESDE LA BICAPA LIPIDICA

La difusión a través de las membranas es un proceso más complejo que la difusión en

un sistema abierto. El agua es el solvente principal del organismo, y muchos nutrientes

vitales, iones y otras moléculas se disuelven en agua debido a su naturaleza polar. Sin

embargo, las sustancias hidrófilas que se disuelven son lipófobas como regla ; no se di-

suelven fácilmente en lípidos. Por esta razón el centro lipídico hidrófobo de la membranacelular actúa como una barrera que impide el pasaje de las moléculas hidrófilas.

Las sustancias que pueden atravesar el centro lipídico de una membrana se desplazan

por difusión. La difusión directa a través de la bicapa fosfolípidica de una membrana re-

cibe el nombre de difusión simple y presenta las siguientes propiedades de la difusión

enumeradas anteriormente :



63

1. 1.- La velocidad de difusión depende de la capacidad de la molécula quedifunde, de disolverse en la capa lipídica de la membrana. Otra manera dedecir esto es que la velocidad de difusión depende de cuan permeable es lamembrana a las moléculas que difunden. La mayoría de las moléculas ensolución pueden mezclarse con las cabezas polares fosfatoglicerol de la bicapa,pero sólo las moléculas no polares que son solubles en lípidos ( lipófilas ) puedenatravesar el centro lipídico de la membrana. Como regla, sólo los lípidos,esteroides y pequeñas moléculas lipófilas pueden desplazarse a través de lamembrana por difusión simple.

Otra excepción importante a esta afirmación concierne al agua. El agua, a pesar de ser una molécula polar, puede difundir lentamente a través de algunas mem-

branas fosfolipídicas. Durante años se creyó que la naturaleza polar de la molé-

cula de agua le impedía desplazarse a través del centro lipídico de la bicapa, peroexperimentos realizados con membranas artificiales han demostrado que elpequeño tamaño de la molécula de agua le permite deslizarse entre las colaslipídicas de algunas membranas.



64

Cuán fácilmente atraviesa el agua una membrana, depende de la composición

de la bicapa fosfolipídica. Las membranas con alto contenido de colesterol son

menos permeables al agua que aquellas con bajo contenido de colesterol. Pre -sumiblemente porque las moléculas de colesterol ocupan los espacios entre

las colas de los ácidos grasos de la bicapa lipídica y así, excluyen al agua.

Por ejemplo, las membranas celulares de algunas porciones del riñón son esen -

cialmente impermeables al agua, a menos que las células inserten canales pro-

teicos para el agua especiales dentro de la bicapa fosfolipídica.



65

2.- La velocidad de difusión a través de una membrana es directamente proporcio-

nal a la superficie de la membrana. En otras palabras, canto mayor es la superficie de la

membrana, más moléculas pueden difundir a través de ella por unidad de tiempo. Este hechopuede resultar obvio, pero tiene implicaciones importantes en la fisiología.

Un ejemplo contundente de cómo un cambio de la superficie afecta la difusión es la enfermedadpulmonar llamada enfisema. A medida que se destruye el tejido pulmonar disminuye la superficiedisponible para la difusión del oxígeno. En consecuencia, menos cantidad de oxígeno puedeingresar al organismo. En casos graves, el oxígeno que llega a las células no es suficiente parasoportar la actividad muscular y el paciente está destinado a la postración.



66

3.- La velocidad de difusión a través de una membrana es inversamente proporcional alespesor de la membrana. Cuanto más gruesa sea la membrana, más lenta será la velocidad ala cual ocurre el fenómeno de la difusión. En la mayoría de las membranas, biológicas, elespesor es esencialmente constante.

Sin embargo la distancia de difusión entra en juego en determinadas condiciones pulmonares enlas que el epitelio de intercambio del pulmón está engrosado por tejido cicatrizal. Esto retrasa ladifusión de manera tal que el oxígeno que ingresa al organismo no resulta adecuado para lasnecesidades metabólicas.

LEY DE LA DIFUSION DE FICK

superficie de gradiente de permeabilidad de laVelocidad área X concentración X membranaDifusión = ______________________________________________

espesor de la membrana



67

O S M O S I S

La distribución de los solutos en el organismo depende de si una sustancia puede atra -

vesar la membrana celular, ya sea por difusión simple, transporte mediado por proteínaso transporte de vesículas. El agua es capaz de desplazarse libremente hacia adentro yhacia afuera de casi cualquier célula en el organismo atravesando canales de agua es-

peciales creados por la proteína acuaporina.

EL CUERPO ES PRINCIPALMENTE AGUA

El agua es la molécula más importante en el cuerpo humano, puesto que constituye el

solvente para toda la materia viva. Cuando se busca vida en partes distantes del siste-

ma solar, una de las primeras preguntas que se plantean los científicos acerca de unplaneta es ¿ Dispone de agua ? Sin el agua, no puede existir la vida como la conoce-

mos.



68

¿ Cuanta agua hay en el cuerpo humano ? Debido a que un individuo es distinto de

otro, no existe una única respuesta. Si embargo, en fisiología humana se habla frecuen-

temente de valores estándar para funciones fisiológicas, basados en el ³ hombre de 70

kilogramos de peso ³. Estos valores estándares derivan de los datos obtenidos del estu-

dio de hombres blancos jóvenes cuyo promedio era de 70 Kgs. Así, cuando se habla devalores estándares o promedio en fisiología, recuérdese que dichos números deben de

estar ajustados a edad, sexo, peso y origen étnico del individuo en estudio.



69

En un hombre estándar de 70 kgs el 60 % de su peso corporal total, o sea 42 kgs, es

Agua. Cada kilogramo de agua tiene un volumen de 1 litro, de manera que tal agua

Corporal total es de 42 litros. ¡ Esto es el equivalente de 21 botellas de dos litros de

Refresco ¡ Las mujeres tienen menos agua por kilogramo de masa corporal que los

Hombres porque tienen más tejido adiposo. La edad también influye sobre el contenido

De agua corporal, los bebés tienen relativamente más agua que los adultos, y el conteni -Do de agua decrece en los individuos después de los 60 años.

La distribución del agua entre los compartimentos del organismo es menos variable.

cuando se analizan los volúmenes relativos de los compartimentos corporales, el com-

partimento intracelular contiene alrededor de dos tercios ( 67 % ) del agua corporal .

el tercio restante ( 33 % ) se divide entre el líquido intersticial ( que contiene alrededor de 75 % del agua extracelular ) y el plasma ( que contiene alrededor de 25 % del agua

extracelular ) .



70

EL CUERPO ESTA EN EQUILIBRIO OSMOTICO

El agua puede desplazarse libremente entre las células y el líquido extracelular, y se dis -

tribuirá hasta que las concentraciones de agua sean iguales en toda la extensión del or -ganismo; en otras palabras, hasta que el cuerpo se encuentre en un estado de equilibrio

osmótico.

El movimiento de agua a través de una membrana en respuesta a un gradiente de

concentración de soluto se denomina osmosis. Una vez que las concentraciones se

igualan, se detiene el movimiento de agua.



71



72



73

Obsérvese el ejemplo; el cual dos compartimentos de igual volumen están separados

por una membrana con permeabilidad selectiva, que es permeable al agua, pero que no

permite el paso de la glucosa. En la figura 1 los compartimentos A y B contienen volú-

menes iguales de soluciones de glucosa. El compartimento B tiene más soluto ( glucosa

) por volúmen de solución, y por consiguiente, resulta la solución más concentrada. Exis -te un gradiente de concentración para la glucosa a través de la membranas, pero ésta

no es permeable a la glucosa, que no puede difundir para igualar su distribución.

Por el otro lado, el agua puede atravesar la membrana libremente. Se desplazará por

ósmosis desde el compartimento A, que contiene la solución de la glucosa diluida, hacia

el compartimento B, que contiene la solución de glucosa mas concentrada. Así el aguase moviliza para diluir a la solución más concentrada.



74

¿ Cómo puede medirse cuantitativamente la ósmosis ? Un método se representa en

la figura, se coloca un pistón dentro del compartimento B, que tiene una concentración

de soluto mas alta que el compartimento A. Al presionar sobre el pistón, puede evitarseque el agua fluya desde A hacia B. La presión que debe aplicarse al pistón para contra-

rrestar exactamente el movimiento osmótico del agua hacia el compartimento B se co-

noce como PRESION OSMOTICA de la solución B. Las unidades para la presión os-

mótica, al igual que en otras presiones en fisiología son las atmósferas ( atm ) o los

milímetros de mercurio ( mmHg ).



75

LA OSMOLARIDAD DESCRIBE EL NUMERO DE PARTICULAS EN SOLUCION

Otra manera de predecir de forma cuantitativa el movimiento osmótico del agua es

conocer las concentraciones de las soluciones con las cuales se está trabajando. En

química, las concentraciones se expresan generalmente en molaridad ( M ), que se

define como el número de moles de soluto disuelto por litro de solución ( mol / L )un mol es 6.02 x 10 a la 23 moléculas.

Sin embargo, el empleo de la molaridad para la descripción de las concentraciones

biológicas puede resultar engañoso. El factor importante para la ósmosis es el número

de partículas en un volumen de solución dado, no el numero de moléculas. Puesto que

algunas moléculas se disocian en iones cuando se disuelven en una solución, el núme-

ro de partículas en solución no es siempre igual al número de moléculas.



76

Por ejemplo, una molécula de glucosa disuelta en agua, corresponde a una partícula,

pero un NaCl disuelto en agua origina dos iones ( partículas ) Na+ y Cl- . El agua se

desplazará osmóticamente en respuesta a la concentración total de partículas en la so-

lución. Las partículas pueden ser iones, moléculas no cargadas o una mezcla de am-bos.

En consecuencia la concentración de las soluciones biológicas se expresa como

Osmolaridad, el número de partículas ( iones o moléculas intactas ) por litro de solu-

ción. La osmolaridad se expresa en osmoles por litro ( os mol / L u OsM ) Para rea-

lizar la conversión entre molaridad y osmolaridad, se utiliza la siguiente ecvuación :

molaridad ( mol / L ) x número de partículas / molécula = Osmolaridad ( osmol / L )



77

En los dos ejemplos ; glucosa y cloruro de sodio, y comparemos la molaridad con la

osmolaridad :

Un mol de moléculas de glucosa disuelto en agua suficiente para generar un Litro de

solución origina una solución 1 molar ( 1 M ) . Puesto que la glucosa no se disocia en

solución, la solución posee sólo un mol de partículas osm{óticamente activas :

1M glucosa x 1 partícula por molécula de glucosa = 1 OsM glucosa

A diferencia de la glucosa, el cloruro de sodio se disocia en dos iones cuando se en -

cuentra en solución. Así un mol de NaCl se disocia en solución para producir dos moles

de partículas : un mol de Na+ y un mol de Cl- ; el resultado es una solución 2 OsM :

1 M NaCl x 2 iones por NaCl = 2 OsM NaCl



78

La osmolaridad describe sólo el número de partículas en la solución. No dice nada res-

pecto de la composición de las partículas. Una solución 1 OsM podría estar constituidapor glucosa pura o por Na+ y Cl- puros, o por una mezcla de los tres.

La osmolaridad normal del cuerpo humano estáentre280 y 296 miliosmoles por litro( mOsM) . Para simplificar las ecuaciones se redondeará tal cifra levemente hacia arribaa 300 mOsM.

Un término relacionado con la osmolaridad que se puede oír es la osmolalidad, quees la concentración expresada como osmoles de soluto por kilogramo de agua. Puestoque las soluciones biológicas son diluidas y que el soluto aporta sólo una pequeña partede su peso, los fisiólogos utilizan a veces los términos osmolaridad y osmolalidad in-

distintamente . La osmolalidad se emplea con frecuencia en situaciones clínicas por -que resulta fácil estimar el contenido de agua corporal de los individuos mediante la de -

terminación de su peso.



79

MOVIMIENTOS MOLECULARES A TRAVES DE LASMEMBRANAS BIOLOGICAS

Casi cualquier molécula puede difundir a través de la membrana a favor de un gradien-

te de concentración, pero la velocidad con la que lo hace depende de su tamaño y de su

solubilidad en lípidos. Esta propiedad se llama permeabilidad.

La membrana es permeable cuando permite el paso de una sustancia. Entre más pe-queña y mas liposoluble sea la molécula, más fácilmente difundirá a través de la bicapa.

moléculas pequeñas y no polares como el oxígeno y el dióxido de carbono, atraviesan la

bicapa rápidamente. Moléculas no cargadas y polares como el agua, también difunden,

pero más lentamente. En cambio, moléculas cargadas, como los iones, no importa cuan

pequeños sean, atraviesan las membranas celulares muy lentamente. La entrada de los

iones a la región hidrofóbica de la bicapa es difícil es difícil, tanto por la carga eléctricacomo por la capa de hidratación que acompaña a los iones.



80

Durante la evolución, las células desarrollaron mecanismos para transportar selectiva-

mente moléculas hidrosolubles a través de sus membranas. Esta función es importante

porque permite la ingesta de nutrientes y la excreción de desechos. Además, mantiene

diferente composición entre el líquido extracelular y el citosol y entre éste y el lumen de

los organelos.

En el transporte selectivo de solutos participan proteínas especializadas en la transfe-

rencia de un ión, una molécula específica, o bien de un grupo de moléculas o iones.

Las células pueden incluso transportar macromoléculas o partículas a través de sus

membranas. El transporte transmembranal es tan importante para la célula que una bue-

na parte de su material genético codifica para proteínas de transporte.

Los mecanismos de transporte de la membrana plasmática, tienen su contraparte en

las membranas intracelulares.



81

DIFUSION FACILITADA Y TRANSPORTE ACTIVO

Los transportadores son proteínas que cambian de forma para dejar pasar determina-

dos productos. Existen dos clases de transporte de membrana : el transporte pasivo oDifusión facilitada y el transporte activo.

Mediante el transporte pasivo se transfieren sustancias en la dirección favorecida

energéticamente. En el caso de moléculas no cargadas, la diferencia de concentración aambos lados de la membrana ( el gradiente de concentración ) determina la direccióny magnitud del transporte. Por otro lado, si el soluto tiene además carga eléctrica neta,la dirección y magnitud del transporte del soluto resulta de la combinación de la diferen-

cia de concentración y la diferencia de potencial eléctrico a través de la membrana ( elGradiente de potencial ).

Todas las células tienen una diferencia de potencial eléctrico, el cual suele ser negati-o en el interior con respecto al exterior. La suma del gradiente de concentración y elgradiente eléctrico produce una fuerza impulsora neta llamada gradiente elecroquími-co, que es diferente para cada soluto cargado.



82

En el transporte pasivo se transfieren substancias hacia el lado de la membrana donde

La concentración o el potencial electroquímico son menores. Como el movimiento ocurre

En la dirección favorecida energéticamente, los mecanismos de transporte pasivo son:

Difusión simple, Osmosis, Ultrafiltración y Difusión Facilitada.

El movimiento de un soluto por difusión simple se produce siempre y cuando exista

Un gradiente de concentración. La difusión es más rápida cuanto mayor sea la tempe-

Ratura y el gradiente de concentración, y cuanto menor sea el tamaño del soluto. Sus-

Tancias como el agua, el oxígeno, el dióxido de carbono y los alcoholes sencillos atra-

Viesan la membrana celular por difusión, disolviéndose primero en los fosfolípidos de la

Bicapa. Algunos iones como Na+, K+ y Ca+, difunden a través de la membrana plasmá -

Tica empleando poros acuosos constituidos por proteínas integrales ( canales ).



83

La OSMOSIS es otra forma de transporte pasivo, mediante el cual el agua pasa selec-

tivamente a través de una membrana semipermeable ( aquella que permite el paso de

agua por difusión, pero no permite el paso de los solutos ).Cuando la concentración deagua es mayor de un lado de la membrana, la tendencia es que ésta pase al lado dondesu concentración es menor. El movimiento de agua genera una presión hidrostática lla-

mada presión osmótica, que se define como la presión que sería necesaria para pre-

venir el movimiento neto del agua a través de la membrana semi-permeable que separados soluciones de diferente concentración.



84

La ULTRAFILTRACION es una forma de transporte pasivo, en la cual el agua y al-gunos solutos pasan a través de la membrana impulsados por una presión hidrostática.

el movimiento ocurre desde el compartimento de mayor presión al de menor presión. Laultrafiltración tiene lugar en el riñón, en donde la presión arterial generada por el corazónhace que el agua y algunas moléculas pequeñas ( la urea, la creatinina y algunas sales )pasen a través de la membrana de los capilares de los glomérulos para ser eliminadasen la orina. Proteínas y otras moléculas grandes, como hormonas, vitaminas, etc. nor -malmente no atraviesan las membranas de los capilares y son retenidas en la sangre.



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Algunas moléculas, como la glucosa y otros monosacáridos, son demasiados gran-

des para difundir a través de los canales proteicos o demasiado insolubles en lípidos

para difundir a través de la bicapa. Estas sustancias cruzan la membrana plasmáticapor DIFUSION FACILITADA con la ayuda de una proteína transportadora. La difusión

facilitada es más rápida que la difusión simple, y depende del gradiente de concentración

de la sustancia a ambos lados de la membrana, del número de proteínas transportado-

ras presentes en la membrana y de la rapidez con que trabajan estas proteínas .



86

El TRANSPORTE ACTIVO por otro lado, transporta solutos a través de la membrana

en contra de los gradientes de concentración o su gradiente electroquímico. ( de-

pendiendo si están cargados o no ). Su funcionamiento concentra solutos en un lado de

la meembrana . Como el transporte es la dirección no favorecida energéticamente, los

transportadores activos, también llamados bombas requieren aporte energético. Mu-chos utilizan la energía liberada de la hidrólisis del ATP, la cual se acopla al transporte

³ cuesta arriba ³ de los solutos ( en la dirección contraria a la favorecida energéticamen-

te ). Otros utilizan el gradiente de concentración de otro soluto, acoplando el transporte

³ cuesta arriba ³ de un soluto a través de la membrana, en contra de su gradiente de

concentración o su gradiente electroquímico, con el transporte a favor del gradiente

³ cuesta abajo ³ de otro. La luz es usada como fuente de energía para el transporte acti-vo en ciertos tipos de bacterias



87

El transporte activo es tan importante que ciertas células especializadas, como las

células nerviosas, utilizan la mayor parte de su energía metabólica total en este procesoLas diferencias de composición entre el citosol y el medio extracelular, o bien con el lu-

men de los organelos, resulta de la permeabilidad selectiva y el transporte activo propios

de las membranas celulares. Las diferencias de concentración y de potencial eléctrico

a través de ,las membranas son formas de energía potencial que sirven para poner en

marcha procesos de transporte activo, transmitir señales eléctricas en las células exci-

tables, o bien sintetizar el ATP necesario para toda las funciones celulares.



88

TRANSPORTE MEDIADO POR PROTEINAS

En el organismo, la difusión simple a través de las membranas está limitada a las mo -

léculas lipófilas. La mayoría de las moléculas del organismo son lipófobas o tienen car -

Ga eléctrica y, por consiguiente, no pueden atravesar la membrana por difusión simple.

La gran mayoría de los solutos atraviesa las membranas con la colaboración de proteí-nas de membrana, un proceso que recibe el nombre de transporte mediado.

Si el transporte mediado es pasivo y moviliza moléculas a favor de su gradiente de con-

centración, y si el transporte neto se detiene cuando las concentraciones son iguales a

ambos lados de la membrana, el proceso se conoce con el nombre de difusión facilita-

da. Si el transporte mediado por proteínas requiere energía del ATP o de otra fuenteexterna y moviliza sustancias en contra de su gradiente de concentración, el proceso se

conoce como transporte activo

LAS PROTEINAS DE MEMBRANA FUNCIONAN COMO



89

LAS PROTEINAS DE MEMBRANA FUNCIONAN COMOPROTEINAS ESTRUCTURALES, ENZIMAS, RECEPTORES Y

TRANSPORTADORES

El transporte mediado por proteínas a través de una membrana se lleva a cabo por

dos grupos de proteínas que atraviesan la membrana : transportadores y receptores

para los fisiólogos, resulta más útil clasificar a las proteínas de membrana de acuerdo

con su función que hacerlo según su estructura.

El esquema de clasificación funcional reconoce cuatro tipos de proteínas de membrana

� Proteínas estructurales

� Enzimas

� Receptores

� Transportadores



90

PROTEINAS ESTRUCTURALES

Las proteínas estructurales tienen tres papeles principales :

1. El primero de ellos es el de conectar la membrana con el citoesqueleto paramantener la forma de la célula. Las microvellosidades de los epitelios detransporte constituyen un ejemplo de modelado de la membrana por parte delcitoesqueleto.

2. El segundo papel es el de crear uniones celulares que mantengan unidos lostejidos, como las uniones estrechas y las uniones de hendidura

3. El tercer papel es el de fijar las células a la matrix extracelular mediante laconexión de fibras del citoesqueleto con las fibras extracelulares de colágeno yotras proteínas.



91

ENZIMAS

Las enzimas de membrana catalizan reacciones químicas que ocurren sobre la super -

ficie externa de la célula o apenas dentro de ella. Por ejemplo, las enzimas ubicadas so-bre la superficie externa de las células que recubren el intestino delgado son responsa-

bles de la digestión de péptidos e hidratos de carbono.

Las enzimas unidas a la superficie intracelular de muchas membranas celulares de -

sempeñan un papel importante en la transferencia de señales desde el ambiente exter -

no extracelular hacia el citoplasma.



92

RECEPTORES

Los receptores proteicos de membrana son parte del sistema de señalización química

la unión de un receptor con su ligando desencadena generalmente otro suceso en la

membrana, por ejemplo, la activación de una enzima. Los receptores de membrana de -

sempeñan un papel importante en algunas formas de transporte vesicular.



93

TRANSPORTADORES

Las proteínas de membrana del cuarto grupo transportadores de membrana movili-

zan moléculas a través de las membranas. Las proteínas de transporte se pueden sub-

dividir en dos categorías : canales y transportadores.

Los canales proteicos generan vías de paso llenas de agua que vinculan diractamen-

te los compartimentos intracelular y extracelular.

Las proteínas transportadoras se unen a los sustratos que transportan, pero nunca

forman una conexión directa entre el líquido intracelular y el líquido extracelular, los

transportadores están abiertos hacia un lado u otro de la membrana, pero no hacia am-

bos lados al mismo tiempo, como lo están los canales proteicos.



94

¿ Porqué necesitan las células canales y transportadores ? La respuesta radica en las

Propiedades diferentes de los dos transportadores. Los canales proteicos permiten un

Transporte más rápido a través de la membrana, pero no son tan selectivos respecto deLos que transportan. A pesar de ser más lentos, los transportadores resultan mejores en

La discriminación de moléculas estrechamente relacionadas. Además, los transportado-

Res pueden movilizar moléculas más grandes que los canales.



95

TRANSPORTE DE VESICULASFAGOCITOSIS Y PINOCITOSIS

¿Qué les sucede a las muchas macromoléculas que resultan demasiado grandes para

Ingresar a las células o abandonarlas, a través de canales proteicos o transportadores ?.

Se desplazan hacia fuera de la célula a través de vesículas semejantes a burbujas gene-

Radas en la membrana celular. Las células utilizan dos mecanismos básicos para impor -Portar moléculas y partículas grandes : fagocitosis y endocitosis. Alguna vez la fago-

Citosis fué considerada un tipo de endocitosis pero a medida que los científicos apren -

Dieron más acerca de los mecanismos subyacentes de ambos procesos decidieron que

La fagocitosis era fundamentalmente diferente. Las sustancias abandonan las células

Mediante el proceso conocido como exocitosis, un proceso similar a la endocitosis pero

En sentido inverso.



96

LA FAGOCITOSIS CREA VESICULASUSANDO EL CITOESQUELETO

Si alguna vez hemos observado la Amoeba, recordaremos que estas criaturas

unicelulares ingieren sus alimentos rodeándolos e i incluyéndolos en una vesícula que

se introduce en el citoplasma. La fagocitosis ( phagein = comer cyte= célula isis=

proceso ) es el proceso mediado por actina por el cual una célula engloba a una bacte-

ria u otra partícula dentro de una gran vesícula unida a la membrana denominadaFagosoma ( soma= cuerpo ) . El fagosoma se desprende de la membrana celular y se

desplaza hacia el interior de la célula, donde se fusiona con un lisosoma cuyas enzimas

digestivas destruyen a la bacteria.

La fagocitosis requiere energía del ATP para el movimiento del citoesqueleto y para el

transporte intracelular de las vesículas. En los seres humanos, la fagocitosis ocurre sóloen determinados tipos de glóbulos blancos denominados fagocitos, que están especiali-

zados en ³ ingerir ³ bacterias y otras partículas extrañas.



97

Fig 5-23

LA ENDOCITOSIS PRODUCE VESICULAS



98

LA ENDOCITOSIS PRODUCE VESICULASMAS PEQUEÑAS

La endocitosis, la segunda vía por la cual las grandes moléculas o partículas se

movilizan hacia el interior de las células, difiere de la fagocitosis en que en la endocito -

sis la superficie de membrana se invagina en lugar de sobresalir, y las vesículas forma-

das son mucho más pequeñas. Además, existe cierta endocitosis constitutiva, esto es,

constituye una función esencial que ocurre permanentemente. Por el contrario, la fagoci-tosis debe ser impulsada por la presencia de una sustancia que debe de ser ingerida.

La endocitosis es un proceso activo que requiere energía del ATP. Puede no ser se-

lectiva, lo que permite que el líquido extracelular ingrese a la célula. Un proceso llamado

Pinocitosis ( pino = beber ) o puede ser altamente selectiva, permitiendo que sólo mo-

léculas específicas ingresen a la célula. Dos tipos de endocitosis requieren que un li-gando se una a un receptor proteico de la membrana : la endocitosis mediada por re-

ceptor y la potocitosis.



99

ENDOCITOSIS MEDIADA POR RECEPTOR. Ocurre en regiones que la membrana

celular conocidas como focitas recubiertas de clatrina, invaginaciones en las que el

lado citoplásmico de la membrana tiene altas concentraciones de la proteína clatrina.

en el primer paso del proceso, los ligandos extracelulares que serán incluídos dentro de

la célula se unen a sus receptores de membrana ( paso 1 ) .

El complejo receptor -ligando migra a lo largo de la superficie celular hasta que se en-

cuentra con una fosita recubierta ( paso 2 ). Una vez que el complejo-receptor ligando

está dentro de la fosita recubierta, la membrana se vuelve hacia adentro o se invagina

( paso 3 ), luego se desprende de la membrana celular y se convierte en una vesícula

citoplasmática. Las moléculas de clatrina se liberan y se reciclan hacia la membrana( paso 4 ). En la vesícula, el receptor y el ligando se separan, quedando el ligando den-

tro de un endosoma ( paso 5 ) . El endosoma se desplaza hacia un lisosoma si el ligan-

do debe ser destruido, o hacia el complejo de Golgi si debe de ser procesado. ( paso 6 )



100

Fig 2



101

Entretanto, los receptores del ligando pueden ser reutilizados en un proceso conocido

Como reciclado de membrana . La vesícula que contiene los receptores se desplaza

Hacia la membrana ( paso 7 ) y se fusiona con ella ( paso 8 ) . Entonces, la membrana

De la vesícula se incorpora nuevamente dentro de la membrana celular por exocitosis.

Se debe de hacer notar que la cara citoplasmática de la membrana permanece igual du -Rante todo el proceso de endocitosis y reciclado. La superficie extracelular de la mem -

Brana se convierte en la cara interna de la membrana de la vesícula.

La endocitosis mediada por receptor transporta una variedad de sustancias al interior

De la célula, como hormonas proteicas, factores de crecimiento, anticuerpos y proteínas

Plasmáticas que sirven de transportadores de hierro y colesterol. Las anormalidades enLa eliminación del colesterol de la sangre mediada por receptor se asocian con niveles

Elevados de colesterol plasmático y con enfermedad cardiovascular.



102

POTOCITOSIS Y CAVEOLAS

La forma de endocitosis conocida como potocitosis se distingue de la pinocitosis me-

diada por receptor por el hecho de que la potocitosis utiliza caveolas ( pequeñas cue-vas ) en lugar de fositas recubiertas de clatrina para concentrar las moléculas unidas a

receptor y llevarlas al interior de la célula.

Las caveolas son regiones de membrana con balsas lipídicas, receptores proteicos de

membrana singulares denominadas caveolinas. Los receptores presentes en las ca-

veolas sn proteínas ancladas a lípidos. En muchas células, las caveolas aparecen comopequeñas indentaciones de la membrana celular.

PROPIEDADES ELECTROQUIMICAS DE LAS



103

PROPIEDADES ELECTROQUIMICAS DE LASCELULAS NERIOSAS

EL POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSOMuchos de los solutos del organismo, entre ellos los compuestos orgánicos como el

piruvato, son iones, y por consiguiente portan una carga eléctrica neta. El potasio K+ esel principal catión dentro de las células y el Sodio Na+ domina en el líquido extracelular.los iones Cloruro Cl- permanecen en su mayoría junto con el Sodio Na+ en el líquido extracelular, mientras que los iones de fosfato y las proteínas con caga negativa son los

aniones principales del líquido intracelular.

Sin embargo, el compartimento intracelular no es eléctricamente neutro : existen algu-

nos aniones proteicos dentro de las células que no tienen cationes que los neutralicen,lo que otorga a las células una carga neta negativa. Al mismo tiempo, el compartimentoextracelular tiene una carga neta positiva: algunos cationes del líquido extracelular no

tienen aniones que los neutralicen. Una consecuencia de esta distribución dispar de io-nes es que los compartimentos intracelular y extracelular no están en equilibrio eléctrico;en lugar de ello, los dos compartimentos se encuentran en un estado de desequilibrioeléctrico.



104

El concepto de desequilibrio eléctrico se ha enseñado tradicionalmente dentro de la

función de nervios y músculos, porque dichos tejidos generan señales eléctricas conoci -das como potenciales de acción. Sin embargo, uno de los descubrimientos recientes

más excitantes de la fisiología es el reconocimiento de que otros tipos de células tam-

bien utilizan señales eléctricas para su comunicación. De hecho, todos los organismos

vivos, inclusive las planas, emplean señales eléctricas.



105

REVISION DE ELECTRICIDAD

Los átomos son neutros desde el punto de vista eléctricos. Están compuestos por pro-

tones cargados positivamente; por electrones con carga negativa y neutrones sin car -

ga, pero e proporciones equilibradas, de manera tal que un átomo no es positivo ni ne-gativo. La extracción o la adición de electrones a un átomo generan las partículas car -

gadas que conocemos como iones. Los iones importantes como el Na+, K+ y H+. Para

cada uno de estos iones positivos, en algún lugar del organismo existe un electrón que

lo neutraliza, que se encuentra generalmente como parte de un ión negativo. Por ejem -

plo cuando el Na+ del organismo ingresa bajo la forma de NaCl, el electrón ³ faltante ³

del Na+ puede hallarse en el Cl-.

Es importante recordar los siguientes principios cuando se trata con la electricidad en

los sistemas biológicos :



106

1.- La ley de conservación de la carga eléctrica establece que la cantidad neta decarga eléctrica producida por cualquier proceso es cero. Esto indica que pára cual-quier carga eléctrica positiva, de un ión existe un electrón en otro ión. En su conjunto

el cuerpo humano es eléctricamente neutro.

2.- Las cargas opuestas ( + y - ) se atraen entre sí, pero dos cargas del mismo tipo ( + y+ ó - y - ) se repelen. Los protones y los electrones de un átomo exhiben esta atracción.

3.- Separar cargas positivas y cargas negativas requiere energía. Por ejemplo, se nece-

sita energía para separar los protones y electrones de un átomo.



107

4.- Si las cargas positivas y negativas separadas pueden moverse libremente unas haciaotras, el material a través del cual se movilizan recibe el nombre de conductor. ELagua es un buen conductor de la caga eléctrica. Si las cargas separadas separadasson incapaces de moverse a través del material aislante que las separa, este recibeel nombre de aislante. La bicapa de fosfolípidos de la membrana celular es un buenaislante, como lo es el recubrimiento plástico de los cables eléctricos.



108

El término electricidad proviene de la palabra griega elekron, que significa ³ ámbar ³

la resina fosilizada de los árboles. Los griegos descubrieron que, si frotaban una vari-

lla de ámbar con un paño, el ámbar adquiría la capacidad de atraer el cabello y el polvo.

esta atracción ( denominada electricidad estática ) surge de la separación de la cargaeléctrica que ocurre cuando los electrones se movilizan desde los átomos de ámbar ha -

cia el paño. Para separar estas partículas eléctricas, debe aportarse energía ( trabajo )

al sistema. En el caso del ámbar, el trabajo se realizaba al frotar la varilla. En el caso de

los sistemas biológicos, el trabajo se realiza generalmente por la energía almacenada

en el ATP y oros enlaces .

POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO



109

POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSODE LOS NERVIOS

El potencial de membrana en reposo de las fibras nerviosas grandes cuando no

transmiten señales nerviosas es de aproximadamente -90 mV Es decir, el potencial en

el interior de la fibra es9

0 mV mas negativo que el potencial del líquido extracelular que está en el exterior de la misma.

Para comprender los factores que determinan el nivel negativo de este potencial en

reposo, se debe de conocer las propiedades de transporte de la membrana de la célula

nerviosa para el Sodio y el Potasio.



110

TRANSPORTE ACTIVO DE LOS IONES SODIO Y POTASIO A TRAVES DE LAMEMBRANA. : la bomba de sodio ± potasio ( Na+ - K+ ).En primer lugar todas las membranas celulares del cuerpo humano tienen una potentebomba de Na+ - K+ que bombea continuamente iones de sodio hacia el exterior de lacélula o iones de potasio hacia el interior. Además esta bomba es electrógena porquese bombean más cargas positivas hacia el exterior que hacia el interior, ( tres iones deNa+ hacia el exterior por cada dos iones de K+ hacia el interior ), dejando un déficit netode iones positivos en el interior; esto genera un potencial negativo en el interior de lamembrana celular.

La bomba de Na+ - K+ también genera grandes gradientes de concentración para elsodio y el potasio a través de la membrana nerviosa en reposo. Estos gradientes son lossiguientes :

Na+ ( exterior ) : 142 mEq/l

Na+ ( interior ) 4 mEq/lK+ ( exterior ) 4 mEq/lLos cocientes de estos dos iones respectivos desde el interior al exterior so :

Na+ interior / Na+ exterior = 0.1K+ interior / K+ exterior = 35



111

FUGA DE POTASIO Y DE SODIO A TRAVES DE LA MEMBTRANA NERVIOSA

El canal de la membrana nerviosa tiene una proteína a través de la que pueden escapar iones potasio y sodio, denominado canal de fuga de potasio-sodio ( Na+ - K+ ). Se

debe de poner énfasis en la fuga de potasio porque, en promedio, los canales son mu -

cho más permeables al potasio que al sodio, normalmente una 100 veces más permea -

bles, esta diferencia es muy importante para determinar el nivel del potencial de mem -

brana en reposo normal

EL POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO SE



112

EL POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO SEDEBE PRINCIPALMENTE AL POTASIO

¿ Qué iones generan el potencial de membrana en reposo en las células animales ?La célula como se ha dicho emplea una proteína transportadora activa para movilizar unión no especificado de carga positiva a través de una membrana que de otra manera se-

ría impermeable a los iones. Pero ¿ Qué procesos ocurren en las células vivas para ge -

nerar un gradiente eléctrico ?

Las células no son completamente impermeables a todos los iones. Tienen canalesabiertos y proteínas transportadoras que permiten que los iones se desplacen entre elcitoplasma y el líquido extracelular.

Las células que tienen una membrana impermeable a los iones, contienen K+ y gran-

des proteínas con carga negativa, tanto las células como el espacio extracelular ( inters-

ticial ) son eléctricamente neutras y el sistema está en equilibrio eléctrico. Sin embargo,no se encuentra en equilibrio químico. Existen grandes gradientes de concentración pa -

ra los cuatro tipos de iones en el sistema, y todos difundirán a favor de sus respectivosgradientes de concentración si pudieran atravesar la membrana celular .



113

Un canal permeable al K+ se inserta en la membrana, haciéndola permeable sólo al

potasio ( K+ ). Puesto que inicialmente no existe K+ en el líquido extracelular, parte del

K+ se escapará hacia fuera de la célula, moviéndose a favor de su gradiente de concen -

tración. Cuando el K+ abandona la célula, las proteínas transportadoras cargadas son

incapaces de seguirlo porque la membrana celular no es permeable a ellas. Las proteí-nas generan gradualmente una carga negativa dentro de la célula, a medida que más

K+ difunde hacia su exterior.

Si la única fuerza que actuara sobre el K+ fuera el gradiente de concentración, el K+

abandonaría la célula hasta que la concentración de K+ dentro de la célula igualara a la

concentración de K+ fuera de ella. Sin embargo, la pérdida de iones positivos de la célu -la genera un gradiente eléctrico.



114

Puesto que las cargas opuestas se atraen entre sí, las proteínas tienen carga negativa

y tratan de arrastrar nuevamente al K+ al interior de la célula. En un momento durante

este proceso , la fuerza eléctrica que atrae al K+ se vuelve en igual magnitud al gradien -

te de concentración químico que impulsa al K+ fuera de la célula. En dicho punto se de -

tiene el movimiento neto de K+ a través de la membrana . La velocidad a la cual el K+

se moviliza hacia el exterior de la célula a favor del gradiente de concentración es exac -tamente igual con la que el K+ se moviliza hacia el interior de la célula a favor del gra -

diente eléctrico.

En una célula permeable sólo a un ión, como la célula recién descrita, el potencial de

membrana que se opone exactamente al gradiente de concentración del ión se conoce

como potencial de equilibrio o Eion ( el subíndice ión debe reemplazarse por el símbo-lo químico del ión que se esté analizando ) por ejemplo: cuando el gradiente de concen -

tración es de 150 mM K+ dentro de la célula y 5 mM K+ fuera de ella, el potencial de

equilibrio para el K+, o EK , es de -90 mV.



115

Ahora en ese misma célula en donde el K+ y la Proteína ( Pr ) están adentro y el Na+

y Cl- están afuera, la membrana es permeable sólo al Na+, puesto que el Na+ está más

concentrado afuera de la célula, parte del Na+ se moviliza hacia el interior de la célula y

se acumula allí. Entretanto, el Cl- que se quedó atrás en el líquido extracelular otorga adicho compartimento una carga neta negativa.

Este desequilibrio crea un gradiente eléctrico que tiende a impulsar el Na+ nuevamente

hacia el exterior de la célula. Cuando la concentración de Na+ es de 150 mM afuera y

15 mM adentro, el potencial de equilibrio para el Na+ ( ENa ) es de + 60 mV. En otras pa-

labras, el gradiente de concentración que moviliza al Na+ hacia el interior de la célula( 150 mM adentro ) se encuentra contrapuesto exactamente por un potencial de mem-

brana positivo de + 60 mV



116

En realidad, las células no son permeables sólo a un ión. La situación en las células

reales es similar a una combinación de ,los dos sistemas descritos anteriormente. Si

una célula es permeable a varios iones, debe de emplearse una ecuación relacionada

que se denomina ecuación de goldman y que considera los gradientes de concentra-

ción de los iones permeables y la permeabilidad relativa de la célula a cada ión.

Analicemos ahora la ecuación de NERNST

61 [ ión ] afuera

Eion = ______ log ________

Z [ ión ] adentro

Donde 61 es 2, 303 RT / F a 37 ° C ; Z es la carga eléctrica del ión ( 1 para el K+ y

ion afuera y ion adentro corresponden a la concentración del ión afuera y adentro de la

célula.



117

La mayoría de las células son más permeables al K+ que al Na+ y como resultado elpotencial de membrana en reposo de una célula está más cerca del EK de -90 mV quedel ENa de + 60 mV. Una pequeña cantidad de Na+ se escapa hacia adentro de la célu -

la, haciendo que el interior celular sea menos negativo de lo que sería si el Na+ queda-

ra totalmente excluido.

El Na+ adicional que se filtra hacia el interior es bombeado inmediatamente haciaafuera por la Na+-K+- ATPasa, al mismo tiempo, los iones K+ que se escapan hacia a-

fuera de la célula, son bombeados nuevamente hacia su interior. La bomba contribuyeal potencial de membrana mediante el bombeo de 3 Na+ hacia fuera por 2 K+ que bom-

bea hacia el interior celular. Puesto que la Na+-K+.ATPasa ayuda a mantener el gradiente eléctrico, recibe el nombre de bomba electrógena.

No todo el transporte de iones genera un gradiente eléctrico.



118

Muchos transportadores, como el simportador Na+-K+-2Cl- ( NKCC ), son eléctrica-

mente neutros. Algunos realizan un intercambio parejo: por cada carga que ingresa ala célula, una carga igual la abandona. U ejemplo es el contratransportador HCO3- Cl-

de los glóbulos rojos, que transporta estos iones en un intercambio uno-a-uno, eléctrica-

mente neutro. Los transportadores neutros desde el punto de vista eléctrico tienen poco

efecto sobre el potencial de membrana en reposo de la célula.

COMPOSICION DE LAS MEMBRANAS CELULARES



119

COMPOSICION DE LAS MEMBRANAS CELULARES

En el decenio de 1830-1839 se postuló la Teoría Celular, según la cual todos los orga-

nismos vivos están compuestos de células. De esta teoría deriva una pregunta funda-

mental ¿ En qué consiste la barrera que limita a las células ?. Estudiando la conducta

de los fosfolípidos en agua, Davson y Danielle, encontraron que éstos formaban expon-

táneamente una bicapa, con las cabezas polares hidrofílicas expuestas al agua, y lascolas no polares hidrofóbicas alejadas del agua y agrupadas entre sí.

La idea de que la membrana celular es una bicapa de fosfolípidos, llevó a la formula-

Ción del modelo del mosaico fluido de la membrana, por Singer y Nicholson en 1972,.

A continuación revisaremos brevemente las propiedades de las membranas celularesLos aspectos estructurales y funcionales de los principales organelos.

ESTRUCTURA DE LA MEMBRANA



120

ESTRUCTURA DE LA MEMBRANA

La membrana celular o plasmática limita a la célula y mantiene las diferencias de com -

posición entre el citosol y el medio extracelular. En las células eucariontes ( de núcleoverdadero, limitado por una membrana ), las membranas de los organelos separan el in-

terior de los organelos ( llamado lumen ) del citosol.

Todas las membranas biológicas esta formadas por una bicapa lipídica de 6 a 8 nanó-

metros de espesor y moléculas proteicas embebidas. La bicapa lipídica, base estructu-ral de la membrana, impide el paso de la mayor parte de las moléculas hidrosolubles.algunas proteínas membranales se especializan en el transporte de moléculas, mientrasque otras forman puentes que conectan el citoesqueleto con la matrix extracelular o conla membrana de otra célula. Por último, ciertas proteínas son receptores de señales qui-micas extracelulares.

Las funciones de una célula requieren un gran número de proteínas de membrana. Cer -ca de un tercio de las proteínas codificadas en el genoma son proteínas de membrana.

BICAPA LIPIDICA



121

BICAPA LIPIDICA

Bajo el microscopio electrónico, la bicapa lipídica aparece como dos láminas elecro -

densas separadas por una electrolúcida ( unidad de membrana ) . Esta peculiar orga -

nización surge de las propiedades fisicoquímicas de los lípidos. Los lípidos membrana-

les son anfipáticos, es decir, tienen un extremo hidrofílico o polar y un extremo hidrofó-

bico o no polar.

Los más abundantes los fosfolípidos, están formados por una cabeza polar y dos co -

las hidrofóbicas hidrocarbonadas de ácidos grasos, de entre 12 y 14 átomos de carbono

una de éstas colas suele tener uno o más dobles enlaces cis, por la presencia de

ácidos grasos no saturados, mientras que la otra sólo contiene ácidos grasos satu-

rados. Cada doble enlace cis origina un pequeño pliegue en la cola. Las diferenciasen longitud y saturación de las colas de ácidos grasos determinan la capacidad de los

fosfolípícos para juntarse, con lo cual se afecta la fluidez de la membrana.



122

La naturaleza anfipática de las moléculas lipídicas es la causa de que éstas formen,

al contacto con el agua, bicapas y otras estructuras cerradas de manera espontánea

las moléculas hidrofílicas se disuelven fácilmente en agua debido a que sus grupos

polares no cargados interaccionan electrostáticamente o forman puentes cargados de

hidrógeno con las moléculas de agua.

En cambio las moléculas hidrofóbicas, como los lípidos, son insolubles, debido a que

carecen de carga y no forman fácilmente interacciones con el agua. Cuando los lípidos

entran en un medio acuoso, las moléculas de agua circundantes se organizan y forman

una estructura más ordenada, que asemeja al hielo. La formación de esta agua estruc-

turada conlleva un incremento de la energía libre ( disminución de la entropía ).



123

El gasto energético se reduce si las porciones hidrofóbicas de las moléculas anfipáti -

cas se agrupan entre sí, afectándose el menor número posible de moléculas de agua.

así los lípidos anfipáticos tienden a esconder sus colas hidrofóbicas en el interior de la

bicapa y a exponer sus cabezas hidrofílicas al agua.

las mismas fuerzas originan el autosellado : cuando una bicapa sufre una rasgadurase crea un borde libre, en contacto con el agua. Como esta situación es energéticamen-

te desfavorable, los lípidos se reorganizan para reparar el daño. Este singular conducta,

fundamental para el mantenimiento de una célula viva, surge sólo de la naturaleza anfi -

pática de los fosfolípidos.

En bicapas lipídicas artificiales, se descubrió que los lípidos difunden con libertad enel plano de su monocapa, pero raramente pasan de una monocapa a otra ( fenómeno

conocido como flip-flop ) de una monocapa a otra, se pueden reponer los lípidos en la

monocapa no citosólica.



124

La fluidez de la membrana es primordial para su función. Cuando la viscosidad de labicapa sobrepasa un cierto nivel, ciertos procesos de transporte y algunas actividadesenzimáticas se detienen.

La fluidez de la bicapa depende tanto de su composición como de la temperatura. Unabicapa pasa del estado líquido a uno semi-rígido ( transición de fase ) a una tempera-

tura de ³ congelamiento ³ que depende del tipo de fosfolípidos que contiene. Este cam-bio se produce a una temperatura más fría ( la membrana se vuelve más difícil de con -

gelar ) si las hidrocarbonadas son cortas o contiene dobles enlaces.

Así, mayor grado de poliinsaturación ( dobles enlaces ) significa mayor fluidez. Lacomposición lipídica de la membrana no es homogénea, y regiones semirígidas alternan

con regiones más fluidas. A la temperatura corporal, el colesterol disminuye la fluidez lafluidez de las membranas porque su anillo esteroide afecta la movilidad de las cadenasde ácidos grasos. El contenido de colesterol en las membranas es un factor decisivo enEl origen de la arterioesclerosis ( endurecimiento de las paredes arteriales ).



125

Además del colesterol, la membrana plasmática contiene diferentes tipos de fosfolí-

pidos. Los más abundantes son: fosfatidilcolina, fosfatidiletanolamina y esfingomie-

lina. Al pH fisiológico, la fosfatidilserina tiene carga negativa, mientras que los otros

tres son eléctricamente neutros. Los fosfoinosítidos, aunque están presentes en pe-

queñas cantidades, son fundamentales para la señalización intracelular. La diversidad

de fosfolípidos posiblemente radica en que muchas proteínas membranales sólo funcio-

nan apropiadamente cuando se encuentran rodeadas de fosfolípidos específicos.

En general los lípidos se distribuyen al azar dentro de la bicapa lipídica. Sin embargo,

algunos como los esfingolípidos y el colesterol, suelen concentrarse en pequeños domi -

nios conocidos como balsas lipídicas, que ocasionan separaciones de fase circunscri-

tas. Como las cadenas hidrocarbonadas de los esfingolipidos son más rectas que las delos otros lípidos, las regiones que contienen balsas lipídicas son más gruesas, pudiendo

acomodarse mejor ciertas proteínas transmembranales.



126

Las balsas lipídicas también permiten el agrupamiento de proteínas que tienden afuncionar juntas. La dos monocapas de la bicapa lipídica tienen composición diferente :la fosfatidilcolina y la esfingomielina se localizan en la monocapa externa, en tanto quela fosfatidiletanolamina y la fosfatildilserina suelen estar en la monocapa interna Comoalgunos lípidos tienen carga eléctrica, su distribución asimétrica causa una diferenciade potencial entre las dos mitades. Esto tiene importantes aplicaciones para los tejidos

excitables.

La membrana plasmática contiene varios tipos de fosfolipasas que se activan en res-

puesta a señales extracelulares y cuya unción consiste en cortar fosfolípidos específicoscuyos fragmentos actúan como mensajeros intracelulares. Por ejemplo, la fosfolipasa Cfragmenta fosfoinositidos en la monocapa citosólica de la membrana plasmática. Dando

origen a diacilglicerol e inositol- trifosfato. El diacilglicerol viaja en la membrana, activan-a la enzima proteíncinasa C, mientras que el Inositol-trifosfato, se libera hacia el citosoldonde se une a receptores al inositol.trifosfato del retículo endoplásmico, produciendola salida xe Ca2+ de este organelo.

GLICOLIPIDOS



127

GLICOLIPIDOS

Las moléculas lipídicas que contienen azúcar, llamadas glicolípidos, se en encuen -

tran principalmente en la monocapa externa de la membrana plasmática. Los glicolípi-

dos más complejos, los gangliósidos, contienen oligosacáridos con residuos de ácido

sálico, lo que les confiere una carga negativa neta.

Se han identificado más de 40 gangliósidos diferentes, siendo éstos más abundantes

en las células nerviosas. Las funciones de los glicolípídos son diversas, aunque general -

mente comprenden interacciones con el medio ambiente y procesos de reconocimiento

y adhesión celular. Además algunos glucolípidos funcionan como puerta de entrada para

ciertas toxinas bacterianas. Por ejemplo, la toxina colérica entra a las células epitelialesdel intestino por medio de su unión al ganglósido GM1

PROTEINAS DE MEMBRANA



128

PROTEINAS DE MEMBRANA

la confirmación experimental del modelo del ³ mosaico fluído ³ de las membranasbiológicas, fue posible gracias a una técnica de microscopía electrónica de barrido lla-

mada criofractura, mediante la cual se pueden visualizar directamente las distintas for -mas en las que las proteínas se asocian con la bicapa lipídica para cumplir sus funcionesEn general las proteínas son anfipáticas, con lo cual, las regiones hidrofóbicas inerac-

túan con las colas hidrofóbicas de los lípidos de la bicapa, y las regiones hidrofílicas se

exponen al agua. Muchas la atraviesan de lado a lado, con porciones sobresaliendo deambos lados.

Estas proteínas llamadas transmembranales o proteínas integrales de membrana,pueden funcionar en ambos lados de la bicapa o transportar moléculas a través de ella.La mayoría de las proteínas trnasmembranales, forman una o varias hélices que tras-

pasan la membrana. Otras proteínas se acomodan en la membrana plegando su cade-na polipeptídica en láminas . Las proteínas que forman que forman barriles abun-

dan en la membrana externa de mitocondrias, cloroplastos y bacterias, donde puedenformar canales acuosos que dejan solutos



129

Los segmentos polipeptídicos que atraviesan la membrana contienen aminoácidos nopolares que se adaptan bien al interior hidrofóbico de la bicapa lipídica. Al analizar la se-

cuencia primaria de aminoácidos, puede predecirse, mediante el perfil de hidropatía ,que partes de la proteína podrían acomodarse dentro de la bicapa lipídica. Segmentosde unos 20 aminoácidos hidrofóbicos pueden forma una o más hélices hidrofóbicas,las que al deslizarse entre sí, ocasionan cambios conformacionales que sirven para abrir

y cerrar canales iónicos , transportar solutos o transducir señales extracelulares en intra-celulares.

Otras proteínas de membrana llamadas proteínas periféricas, se exponen sólo enun lado de la bicapa. Algunas se anclan a la monocapa citosólica de la bicapa medianteuna hélice anfipática, otras mediante una cadena lipídica. Y muchas otras por uinter -

acciones no covalentes con otras proteínas de membrana. Algunas proteínas involucra-das en la señalización intracelular se anclan en lado citosólico de la membrana plasmá-

tica por medio de grupos lipídicos unidos covalentemente. En ocasiones estas proteínasforman grandes complejos con otras, con las que trabajan en forma coordinada.

POTENCIAL DE ACCION NERVIOSO



130

POTENCIAL DE ACCION NERVIOSO

Las señales nerviosas se transmiten mediante potenciales de acción que son cam-

bios rápidos del potencial de membrana que se extienden rápidamente a lo largo de la

membrana de la fibra nerviosa. Cada potencial de acción comienza con un cambio súbito

desde el potencial de membrana negativo en reposo normal hasta un potencial positivo

y después termina con un cambio casi igual de rápido de nuevo hacia el potencial nega -

tivo. Para conducir una señal nerviosa el potencial de acción se desplaza a lo largo de ±

la fibra nerviosa hasta que llega al extremo de la misma.

Las sucesivas fases del potencial de acción son las siguientes :



131

FASE DE REPOSO:_ Este es el potencial de membrana en reposo antes del comien-

zo del potencial de acción. Se dice que la membrana esta polarizada durante esta fa-

se debido al potencial de membrana negativo de - 90 mV que está presente.



132

FASE DE DESPOLARIZACION .- En este momento la membrana se hace súbitamente

muy permeable a los iones sodio, lo que permite que un número muy grande de iones

sodio con carga positiva difunda hacia el interior del axón. El estado polarizado normal

de -90 mV se neutraliza inmediatamente por la entrada de iones sodio cargados positi-

vamente, y el potencial aumenta rápidamente en dirección positiva. Esto se denomina

³ despolarización ³ .

En las fibras nerviosas grandes el gran exceso de iones de sodio positivos que se

mueven hacia el interior hace que el potencial de membrana realmente se sobreexcite

más allá del nivel cero y que se haga algo positivo. En algunas fibras más pequeñas,así como en muchas neuronas del sistema nervioso central, el potencial simplemente se

acerca al nivel cero y no hay sobreexcitación hacia el estado positivo.



133

FASE DE REPOLARIZACION .- En un plazo de algunas diezmilésimas de segundo

después de que la membrana se haya hecho muy permeable a los iones sodio, los ca -

nales de sodio comienzan a cerrarse y los canales de potasio se abren más de lo normal

de esta manera, la rápida difusión de los iones potasio hacia el exterior restablece el po-

tencial de membrana en reposo negativo normal. Esto se denomina repolarización de

la membrana.

CONDUCTOS IONICOS DE LAS MEMBRANAS NEURONALES



134

Los canales iónicos son proteínas que permiten el paso de iones a través de las mem-

branas celulares, a favor de su gradiente de concentración. Las consecuencias de esepaso son variadas y van desde cambios de concentración del ión, hasta alteraciones delpotencial de membrana ( Vm ).

En ocasiones, cambios pequeños de concentración iónica constituyen importantes se-

nales químicas intercelulares. Se han descrito más de u n centenar de tipos diferentesde canales iónicos. En conjunto, estas proteínas son responsables de la excitabilidadeléctrica de las células musculares cardíacas, esqueléticas y lisas, además gobiernanlos procesos de señalización eléctrica en el sistema nervioso y endocrino.

No obstante, los canales iónicos no se restringen a las membranas de las células ex

citables, debido a que están presentes en todas las células animales e inclusive en cé -lulas vegetales y en microorganismos. También se encuentran en las membranas intra-

celulares de organelos. Mutaciones en genes que codifican canales iónicos suelen aca-

rrear serias complicaciones, las cuales en ocasiones pueden ser letales.

¿ PORQUE SON NECESARIOS LOS CANALES IONICOS ?



135

¿

Los lípidos de la membrana son hidrofóbicos y los iones que se encuentran dentro y

fuera de la célula son hidrofílicos. Si bien, las moléculas de agua no tienen carga neta,

dentro de cada molécula se encuentra separada cierta carga. Los átomos de hidrógeno

del agua tienen una pequeña carga parcial positiva, en tanto que el átomo de oxígeno

tiene una pequeña carga parcial negativa.

Esto hace que las moléculas de agua sean pequeños dipolos. Como resultado, los

cationes ( iones con carga positiva ) atraen a los átomos de oxígeno del agua, en tanto

que los aniones ( iones cargados negativamente ) atraen a los átomos de hidrógeno

del agua. Estas fuerzas electrostáticas hacen que los iones se rodeen de moléculas deagua ( capa de hidratación ) .



136

Para entrar al ambiente hidrofóbico de la membrana lipídica, los iones deben perder sucapa de hidratación, lo cual es desventajoso, en la perspectiva energética. Los canales

proteicos facilitan el paso de los iones a través de la membrana al proporcionarles un

pasaje hidrofílico. Dado que los canales proteicos se ocupan de modo específico del

transporte de iones inorgánicos, se les conoce como canales iónicos. Los canales son

unas 100 000 veces más eficientes como transportadores que las proteínas acarreado-

ras.

Cuando un ión cruza la membrana celular sin su contraion ( p ej. Na+ sin Cl- ) se

genera un movimiento de carga o corriente iónica. Esta corriente iónica genera una di -

ferencia de Vm ( potencial de membrana ) proporcional a la magnitud del flujo iónico.

el flujo de iones positivos hacia adentro ( o de iones negativos hacia fuera ) despolarizala membrana de la célula, en tanto que el flujo de iones positivos hacia fuera ( o de

iones negativos hacia adentro ) la hiperpolariza.



137

La despolarización o hiperpolarización de la membrana mediada por la apertura y

cierre de canales iónicos permeables selectos, son la base de la señalización eléctrica.

en las células nerviosas, las señales eléctricas que se propagan a lo largo de los axones

denominadas impulsos nerviosos o potenciales de acción, representan un rapidísimo

cambio de Vm ( potencial de la membrana ) de ~ 200 a 500 voltios por segundo. La

comunicación entre células nerviosas, denominada transmisión sináptica química, tam-

bien implica cambios de Vm en la célula postsináptica de cientos de voltios por segundo

cambios rápidos como estos, se producen por la participación de los canales iónicos.

¿ QUE TIPO DE IONES PASAN A TRAVESDE LOS CANALES IONICOS ?



138

DE LOS CANALES IONICOS ?

La capacidad de las células para controlar flujos específicos de iones por medio de

Sus membranas es esencial para muchas funciones Los principales iones inorgánicos

Que pasan por los canales iónicos son K+ , Na+, Cl- y Ca2+. Los flujos de protones H+

Son también son importantes, pero se emplean poco en la señalización celular. Los io -

Nes de Mg2+ son un caso especial, debido a que pudiendo entrar en los poros de varios

Tipos de canales iónicos no los atraviesan con facilidad, debido a sus interacciones con

El agua. De esa manera, el Mg2+ modula el flujo iónico a través de ciertos tipos de

Canales.

PRINCIPIOS DEL FUNCIONAMIENTODE LOS CANALES IONICOS



139

DE LOS CANALES IONICOS

Los cambios iónicos no son simples poros acuosos. En primer lugar, no se encuentran

abiertos de manera permanente, sino que disponen sus mecanismos de compuerta

mediante los cuales el poro se abre y cierra. De modo clásico, las compuertas se abren

en respuesta a estímulos específico. Los mas comunes son Vm, el estrés mecánico y la

unión de un ligando.

Otra diferencia importante entre los canales iónicos y los poros acuosos simples, es

que los canales permiten el paso de ciertos tipos de iones, con exclusión de otros. Esta

propiedad se conoce como selectividad . Para explicarla se ha propuesto que el poro

hidrofílico de los canales forme una región estrecha que actúa como u n cedazo mole-cular.



140

En este filtro de selectividad, el ión se desnuda de su capa de hidratación para es-

blecer enlaces químicos débiles ( interacciones electrostáticas ) con aminoácidos carga-

dos, que tapizan las paredes del canal,

Conviene señalar que el ión sólo atravesará el canal si la energía necesaria para in-

teraccionar con el filtro de selectividad, es menolr que la necesaria para liberarse de su

capa de hidratación.

Los iones interactúan con el filtro selectividad del canal por un tiempo brevísimo ( me-

nos de un microsegundo ) antes de que las fuerzas electrostáticas y difusionales los

empujen hacia el otro lado. En algunos casos, el poro es grande y puede aceptar varias

moléculas de agua , de manera que los iones no necesitan desnudarse por completo desu capa de hidratación para atravesar la membrana.

GENERACION DEL POTENCIAL DE ACCION



141

Las células excitables se caracterizan por generar señales eléctricas estereotipadasllamadas potenciales de acción. Las fases de ascenso y de descenso del PA, resultan

de las propiedades cinéticas de apertura y cierre de las compuertas de los canales de

Na+ y K+.

Con la despolarización de la membrana se abren los canales de Na+, todos los ca -

nales iónicos que siguen este tipo de comportamiento se denominan canales iónicos

dependientes del voltaje.

Cuando los canales de Na+ se abren, la fuerza impulsora que normalmente se ejerce

sobre el Na+ favorece una corriente entrante. Cuando la magnitud de esta corriente de

Na+ sobrepasa la de la corriente saliente a través de los canales de K+ abiertos, Vm semueve hacia ENa, despolarizando aún más la membrana. Esta despolarización adicional

se suma a la despolarización inicial, haciendo que Vm se vuelva aún menos negativo.



142

Procesos como este, que se alimentan a sí mismos, se denominan regenerativos o

de retroalimentación positiva. En este caso, Vm toma valores progresivamente más

positivos a medida que más canales de Na+ se abren. La despolarización abre más ca -

nales de Na+ y así sucesivamente. A la fase de despolarización rápida que se dispara

Por un aumento explosivo de PNa, se le conoce como fase de ascenso del PA.

Examinando la ecuación de Goldman, resulta evidente porqué Vm cambia tan rápi-

damente . A medida que se abren más canales de Na+, la razón P Na / PK se hace cada

vez mayor, en tanto que los términos asociados a la concentración de K+ se hacen ca-

da vez más pequeños. En consecuencia, Vm se acerca rápidamente a ENa. En algunas

células, la velocidad con que el potencial cambia puede alcanzar los5

00 voltios por se-gundo.



143

Los canales de Na+ y K+ son proteínas integrales de membrana, y sus estados

abierto y cerrado corresponden a diferentes estados conformacionales de la proteína.

Cuando un canal se abre, los medios intra y extracelular se comunican momentánea-

mente por medio de un ³ tunel ³ o ³ poro ³ dentro de la proteína. Se piensa que la aper -

tura y cierre del canal en respuesta a cambios de Vm resultan de movimientos de cade -

nas de aminoácidos eléctricamente cargados del canal.

Ahora se sabe que los canales de Na+ tienen dos compuertas : una de activación

y otra de inactivación. Ambas compuertas deben estar abiertas para que puedan fluir

los iones compuerta de inactivación del canal de Na+ está formada por un asa corta de

aminoácidos en el lado intracelular de la proteína, que ante una despolarización semueve hacia el vestíbulo interno del canal bloqueándolo. A este mecanismo de cierre se

le conoce como el modelo de la bola y la cadena.



144

Cuando la célual está cerca de su potencial de reposo, la mayor parte de los cana-

les de Na+ se encuentran cerrados, debido a que su poro está obstruido por la com-

puerta de activación. La probabilidad de que estas compuertas se abran aumenta con

la despolarización. Las compuertas de activación de los canales de Na+ responden a

cambios del Vm en menos de un milisegundo, pero los canales sólo permanecen abier -

tos por un corto tiempo debido al cierra de la compuerta de inactivación.

Durante la fase de descenso del PA., Vm luego de alcanzar su máxima despolari-

zación ( pico del potencial de acción ) regresa rápidamente a un valor cercano al poten -

cial de reposo. Esto es debido a que el valor de la razón de PNa / PK se abate a expen-

sas de na drástica caída en el valor de PNa .En este proceso, es crucial el cierre de las

compuertas de inactivación de los canales de Na+. Al igual que las compuertas de acti -vación, estas compuertas se mueven por la despolarización,. Pero a diferencia de las

primeras el movimiento provoca el cierre y no la apertura del canal.



145

Otra diferencia es que estas compuertas responden mas lentamente, cerrándose

después de transcurridos varios milisegundos. Durante la fase de ascenso del PA, la

compuerta de activación de los canales de Na+ se abre rápidamente, en tanto que la de

inactivación comienza a cerrarse. Esto determina que, por un breve lapso ambas com-

puertas estén abiertas, produciéndose el movimiento de Na+. Transcurrido un tiempo,

las compuertas de inactivación comienzan a cerrarse, y un número progresivamente

mayor de canales de Na+ deja de conducir corriente iónica.

En consecuencia, PNa disminuye unto con PNa / PK y aunado a esto, la fuerza im-

pulsora para el Na+ disminuye a medida que Vm se aproxima a ENa . En el piso del po-

tencial de acción, la fuerza impulsora es mínima y la corriente que entra por los canalesde Na+ abiertos se reduce drásticamente.



146

En muchas células nerviosas, la fase de descenso del PA, también llamada fase

de despolarización es muy rápida. Esto es así, porque durante la fase de ascenso del

PA se abren canales de K+ sensibles a la despolarización. La apertura de canales de

K+ aumenta el valor de PK, por lo cual el valor de PNa / PK disminuye. El mayor flujo de

corriente saliente a través de la membrana hace que Vm tienda a moverse hacia E K.

Los canales de K+ comúnmente presentes en las células excitables, llamados rectifi-

cadores tardíos o retardados, aparentemente sólo poseen una compuerta, la de

activación. Otras familias de canales selectivos para el K+ tienen, además una com-

puerta de inactivación.



147

Con lo dicho hasta ahora, es claro que el PA resulta de la reestructuración transitoria

de los equilibrios iónicos a través de la membrana, sin cambios importantes de las con -

centraciones iónicas a ambos lados de la misma.

En ese sentido, durante el intervalo de tiempo necesario para generar y conducir se-

ñales eléctricas, el potencial de membrana es independiente del suministro de ATP. Las

células excitables normalmente pueden disparar miles de potenciales de acción en au-

sencia de suministro de energía, porque los movimientos iónicos asociados con cada

impulso involucran una porción mínima de los iones de Na+ y K+ presentes.

ORIGEN DEL PERIODO REFRACTARIO



148

Habiendo ocurrido un PA ( potencial de acción ) el Vm recupera su valor de reposonegativo y el cociente PNa / Pk se reduce. No obstante, por un cierto lapso de tiempo los

canales iónicos están en una condición muy diferente de la que tenían antes del disparo

del PA. Por un lado, las compuertas de inactivación de una fracción de los canales de

Na+ están cerradas y deberá transcurrir un tiempo para que éstas se abran nuevamente

En cambio los canales de K+ que se abrieron durante el PA permanecerán abiertos to-

davía por varios milisegundos.

Al retornar el Vm a su valor negativo, las compuertas de activación de los canales de

Na+ se cierran rápidamente ( pudiendo reabrirse rápidamente en respuesta a una nue -

va despolarización ), en tanto que las de los canales de K+ se cierran más lentamente,

por lo cual PK permanece elevada después de que el PA ha pasado. El mayor cociente

PK / PNa hace que el Vm tome un valor más negativo del habitual en reposo. Por esta ra-

zón en algunas células excitables Vm se acerca aún más al potencial de equilibrio delK+. Esta psot-hiperpolarización ( polarización que sigue al PA ), también llamada

Post potencial de hiperpolarización, es reflejo del aumento transitorio de PK que se

presenta inmediatamente después de un PA.



149

El umbral de disparo también cambia ,luego de un PA. Como se recordará, el estí-

mulo umbral para inicar un PA es aquel que abre un número suficientemente grande de

lanales de Na+, tal que .la corriente entrante supera a la corriente saliente de K+. Luego

de generar un PA, la membrana pasa por un estado menos excitable llamado periodo

refractario que dura unos cuantos milisegundos, aunque en ocasiones también puede

durar decenas de ellos. Esta peculiar condición, conocida como refractoriedad se debe

a varios factores.

Como se ha dicho, después de producirse el PA, permanecen abiertos mas canales

de K+ de lo habitual, de manera que la corriente saliente de K+ a vencer es mayor. Por otro lado, una fracción de los canales de Na+ están inactivados y no se encuentran dis -

ponibles para abrirse en respuesta a un estímulo.



150

La combinación de una mayor corriente saliente y un número insuficiente de canales

de Na+ disponibles, hace difícil alcanzar el umbral de disparo. La condición de refracto-

riedad es pasajera. El regreso de Vm al valor negativo característico del reposo, hace

que los canales de K+ que se habían abierto se cierren gradualmente- Además las com-

puertas de inactivación de los canales de Na+ regresan a su estado abierto, con lo cual

los canales de Na+ vuelven a estar disponibles para abrirse.

Entre otras cosas, el período refractario es importante para asegurar la unidirecciona-

lidad en la propagación del PA. Durante la fase de ascenso del PA, la corriente entrante

se disemina lateralmente, despolarizando pasivamente a los segmentos adyacentes de

membrana. Dado que los canales de Na+ se encuentran inactivado después de abrirseel segmento de membrana por el que acaba de pasar el potencial de acción río arriba ,

se vuelve. Inexcitable.



151

En cambio , como los canales de Na+ de la región río abajo, están disponibles pa-

ra abrirse, puede producirse la propagación del PA. La incapacidad de los canales de

Na+ para volver abrirse durante el período refractario, asegura que el PA se propague

unidireccionalmente, más comúnmente en dirección del cuerpo celular a la terminal

del axón ( conducción ortodrómica ) , aunque también puede darse en dirección con-

traria ( conducción antidrómica ). El periodo refractario también limita la frecuencia má-

Xima con la que una célula puede disparar potenciales de acción.

PAPEL DEL PERIODO REFRACTARIOEN LA CODIFICACION EN FRECUENCIA



152

Supongamos que una célula nerviosa recibe un estímulo despolarizante prolongado

y de amplitud ligeramente supraumbral. Esto puede suceder, por ejemplo, por la llegada

de un potencial sináptico excitatorio sostenido o por la inyección de corriente entrante,

en el curso de un experimento fisiológico. En este caso, la célula dispara su primer PA,

Pero aunque el estímulo se mantiene, es incapaz de disparar un nuevo PA inmediata-

Mente, debido al período refractario.

A corto plazo, ningún estímulo tiene la magnitud suficiente para generar un nuevo PA

A esta fase temprana se le denomina periodo refractario absoluto y equivale a una

elevación desproporcionada del estímulo umbral. A medida que el período refractario

absoluto pasa, las condiciones desfavorables desaparecen gradualmente y se vuelvemenos difícil producir un nuevo PA.



153

A esta segunda fase, en la cual un estímulo supraumbral vuelve a ser capaz de iniciar

un PA, se le denomina período refractario relativo. Si el estímulo se continúa indefini-

damente, se pueden producir varios PA separados por un intervalo equivalente al del

período refractario relativo. Supóngase ahora que el estímulo fuese de una magnitud

mayor. En este caso, las condiciones adversas no tendrán que mejorar tanto para que la

membrana pueda iniciar un nuevo PA. Ante un estímulo mayor, los PA ocurrirán a in-

térvalos menores. Cuando se produce una sucesión de potenciales de acción con alta

frecuencia de descarga, se habla de un tren o de una ráfaga de PA.



154

En este sentido, cuando la amplitud del estímulo es relativamente pequeña, la mayor

parte del período refractario terminará entre un PA sucesivos, el intervalos de tiempo en-

tre un PA y otro será largo y la frecuencia de disparo será por tanto baja. En cambio si

el estímulo es de mayor amplitud, los PA sucesivos ocurrirán más tempranamente, den-

tro de período refractario relativo del precedente, produciéndose una mayor frecuencia

de disparo. De esta manera, las distintas magnitudes del estímulo pueden ser codifica-

das en frecuencias de disparo diferentes. Esto es importante porque al ser el PA una

respuesta TODO O NADA , su amplitud no es apropiada para codificar información

Acerca de la intensidad del estímulo.

COSIDERACIONES CLINICAS



155

El Ca2+ extracelular y sus efectos sobre la excitabilidad- A nivel microscópico,

el campo eléctrico a través de la membrana es la suma del campo eléctrico debido a la

diferencia de potencial entre el interior y el exterior, más el campo debido a las cargas

negativas de superficie adosadas a la cara externa de la membrana. En condiciones

fisiológicas, la mayor parte de estas cargas de superficie son neutralizadas por iones

Ca2+ ( condición conocida como hipocalcemia ), las cargas de superficie no se neutra-

lizan adecuadamente, y el campo eléctrico se distorsiona produciéndose un efecto equi -

valente a una despolarización de la membrana, que aunque pequeña, tiene conse-

cuencias importantes por ejemplo un estímulo de amplitud subumbral en condiciones

normales, puede ser suficiente para activar suficientes canales de Na+ y generar un PA



156

La hipocalcemia ( concentración de Ca2+ sérico menor a 2.2. mM, generalmente

causada por un déficit de hormona paratiroidea o de vitamina D ) origina fenómenos de

hiperexcitabilidad nerviosa y muscular, como tetania ( contracciones sostenidas ) y ca-

lambres musculares. Como dato curioso, los síntomas de hiperexcitabilidad de estos pa-

cientes empeoran cuando su frecuencia respiratoria aumenta excesivamente ( hiperven-

tilación). Esto se debe a que el equilibrio entre el calcio libre y el calcio unido a las pro-

teínas séricas depende del pH. Cuando el paciente hiperventila, la sangre se alcaliniza

y una mayor proporción del Ca2+ se une a las proteínas plasmáticas, exacerbándose

con ello los efectos de la hipocalcemia.



157

La situación opuesta, frecuente en el hiperparatiroidismo y en algunas enfermedades

malignas, se denomina hipercalcemia. Cuando la concentración sérica de Ca2+ excede

Unos 2.5 mM, un número excesivo de las cargas de superficie se neutralizan , y Vm se

hace más negativo de lo habitual, por lo cual se requieren estímulos despolarizantes

mayores para abrir los canales de Na+. Como resultado, las células presentan menor

excitabilidad. Esto puede manifestarse clínicamente como fatiga o debilidad muscular

aunque también hay manifestaciones renales, cardiovasculares y gastrointestinales.



158

Hiperpotasemia.- La elevación del K+ sérico por arriba de 5.0 mM conocida como hi-

perpotasemia suele presentarse después de un daño tisular masivo, o como secuela de

una falla renal severa. La hiperpotasemia puede provocar severos trastornos neuromus-

culares y cardiovasculares. Una concentración extracelular elevada de K+ hace que el

potencial de equilibrio de este ión ( EK ) sea menos negativo. Como la membrana en re-

poso es permeable al K+ un cambio de EK se acompaña de un cambio paralelo en Vm.

La despolarización sostenida de la membrana provoca que las compuertas de inacti-

vación de muchos canales de Na + se cierren, dejando éstos de estar disponibles paraparticipar en la generación de los PA.



159

Cuando la concentración externa de K+ es muy alta, puede suceder que Vm en re-

poso se encuentre incluso por encima del umbral de disparo. No obstante, los PA no se

generan, porque los canales de Na+ están inactivados. La hiperpotasemia se acompaña

de alteraciones electrocardiográficas, que reflejan las alteraciones de Vm y los trastor -

nos de conducción en el miocardio. Si el paciente no recibe tratamiento pueden presen-

tarse asistolia ( paro cardíaco ) o fibrilación ventricular . Los síntomas neuromuscu-

lares suelen incluir parestesias ( sensaciones anormales ) debilidad y parálisis muscu-

lar ascendente. En casos de hiperpotasemia severa, las funciones neuromusculares y

cardíaca se pierden.



160

La condición opuesta conocida como hipopotasemia, puede resultar de diversas

condiciones patológicas, incluyendo alcalosis, diarrea, vómito sudoración o diuresis

excesivas. La menor concentración externa de K+ determina que Vm se haga más nega-

tivo de lo habitual, produciéndose una marcada disminución de la excitabilidad, que se

manifiesta como alteraciones en el electrocardiograma, debilidad de la musculatura es-

quelética y trastornos gastrointestinales por parálisis de la musculatura lisa, así como

calambres, dolor y parestesias.



161

Anestésicos locales .- Los canales de Na+ son cruciales para la generación de

señales eléctricas y su inhibición es muy efectiva para producir la pérdida de la función

nerviosa . Esto se logra con los anestésicos locales. Sin suficientes canales de Na+ pa -

ra proveer la corriente entrante necesaria, los PA dejan de propagarse y las señales

nerviosas se extinguen antes de alcanzar su destino.

Las propiedades de ciertos anestésicos locales aumentan su utilidad terapéutica, por

ejemplo, algunos bloquean preferentemente a los canales de Na+ abiertos, produciéndo-

se inhibición en forma dependiente del uso. Estos anestésicos sirven para inhibir pre-

ferentemente la transmisión en fibras nerviosas que disparan impulsos con alta frecuen -

cia ( como las fibras que transmiten sensaciones dolorosas ). Otros anestésicos locales

Interactúan con las compuertas de inactivación de los canales de Na+, manteniéndolas

por un mayor intervalo de tiempo.

ANATOMOFISIOLOGIA DEL SISTEMANERVIOSO



162

El sistema nervioso está compuesto de neuronas y un conjunto de células de sosténllamadas glía. La neurona, que representa la unidad anatomofuncional del sistema ner -

vioso, está compuesta por un cuerpo celular, varias prolongaciones llamadas dendritas y

un axón.



163

Las neuronas se caracterizan por su habilidad para responder a estímulos de diver -

sos tipos con una descarga eléctrica, o sea un impulso nervioso, que se propaga con ra -

pidez, a veces a largas distancias, esto último dependiendo de la longitud del axón. La

Glía, por otro lado, corresponde a un conjunto de células cuyas funciones son de soporte

como por ejemplo, producir la mielina que envuelve a la mayor parte de los axones, conlo cual se permite que el impulso nervioso viaje a mayor velocidad.

El cuerpo celular de la neurona contiene el núcleo y los nucleolos. Posee un aparato

de biosíntesis muy desarrollado que permite fabricar los componentes de la membrana,

sintetizar enzimas y varias otras sustancias necesarias para sus funciones especializa-

das. Las neuronas son células ³ fisiológicamente polarizadas ³, ya que los mensajes via-

jan de las dendritas hacia el cuerpo celular y de ahí a lo largo del axón.



164

El pericarión o cuerpo celular, además del núcleo y con frecuencia más de un nucléolocontiene un retículo endoplásmico rugoso, un prominente aparato de golgi , abundantes

mitocondrias, lisosomas, peroxisomas y cuerpos multivestibulares. Además de esta ri-

queza de organelos, las neuronas exhiben un citoesqueleto muy bien desarrollado, com-

puesto por neurotúbulos, neurofilamentos y filamentos intermedios.

En la mayor parte de las neuronas, en particular en las multipolares, el axón ( o fibranerviosa ) emerge de una porción cónica del cuerpo celular y de ahí sed dirige hacia su

destino final, que por lo regular es otra neurona. La región de donde emerge el axón se

diferencia del soma y de las dendritas en que han perdido el retículo endoplásmico rugo-

so , los ribosomas libres y el aparato de Golgi. El axón, a partir de la eminencia axónica

( región cónica ) se dirige hacia su destino final sin variación en su diámetro, por lo gene -

ral envuelto por mielina, la cual está formada por neuroglía, esencialmente en las mem-

branas de superficie de lipoproteína de las células de Schawnn y de la oligodendroglia.



165

La mielina se interrumpe de manera periódica a lo largo del axón en sitios llamados nódulos de

Ranvier, único lugar en el cual la membrana axonal está expuesta al medio intracelular. Esta zona se

encuentra poblada con densidad por canales de voltaje dependiente de Na+, los cuales promueven

la generación del potencial de acción. La conducción del impulso nervioso se lleva a cabo en estos

axones por medio de lo que se ha llamado ³ conducción saltatoria ³ , ya que el impulso brinca de nó-

dulo a nódulo, lo cual permite una propagación muy veloz del impulso nervioso. Al final del axón, és-

te divide en varias terminales, que se denominan botones terminales, las cuales hacen contacto con

otra neurona o con fibras musculares cuando los axones se salen del sistema nervioso central SNC.

Este contacto se denomina sinapsis, ya que estas terminaciones del axón o ³ boto-

nes terminales sinápticos ³ permiten el paso del mensaje de una célula a la otra por me-

dio de la liberación de sustancias químicas llamadas neurotransmisores.



166

El botón terminal contiene mitocondrias y un gran número de vesículas que son lasque almacenan los neurotransmisores. La membrana del botón terminal está separadafísicamente de la membrana de la siguiente célula por un espacio sináptico, que de he -

cho sólo puede observarse por medio de la microscopía electrónica.

El tejido de soporte de las neuronas, cuyo nombre genérico, como ya se mencionóes la glía, está compuesto de las células de Schwann, los astrocitos, los oligodendroci-tos, la microglia y las células del epéndimo.

Los astrocitos poseen un gran número de procesos que irradian a partir de su cuer -po celular. Existe evidencia de que los astrocitos están profusamente interconectadosa través de .las llamadas ³ uniones comunicantes ³ ( gap junctions ), las cuales permitenEl intercambio de moléculas y iones.



167

Debido a que algunos astrocitos hacen contacto con las paredes endoteliales de los

vasos sanguíneos, otros se yuxtaponen a las neuronas y algunos otros se acercan a las

células ependimales de los ventrículos cerebrales, se ha sugerido que los astrocitos es-

tan involucrados con el movimiento de material entre el líquido cefalorraquídeo, la sangre

y la neurona.

Estas células tienen también como característica invadir las regiones lesionadas del

SNC, lo que se denomina gliosis reactiva y producen por lo tanto las llamadas cicatri-

ces gliales.

Los oligodendrocitos ( de oligo = pocos ) como señala su nombre, tienen mucho me-

nos procesos, y difieren de los astrocitos en que contienen pocos microfilamentos y un

gran número de microtúbulos en su citoplasma. Su principal función es envolver al axón

con mielina.



168

La microglia, aunque muy pequeña, existe en grandes cantidades. Se ha sugeridoque su principal función es la de mantener el medio ambiente iónico alrededor de las

neuronas, lo cual es de enorme importancia para la biofísica del potencial de acción.

Estas células también están involucradas en la recaptura o el proceso de desecho de

productos involucrados en la transmisión sináptica. Pero quizás, su papel más importan-

te tiene que ver con su capacidad de proliferar, engrosarse para convertirse en macrófa-

gos e invadir cualquier sitio dañado para fagocitar tejido necrótico.

Las células del epéndimo forman un epitelio que separa el SNC de los ventrículos,

los cuales son unas cavidades dentro del encéfalo que contienen lo que se conoce como

líquido cefalorraquídeo. Este liquido es secretado por unas células del epéndimo llama-

das plexos coroideos y muchas sustancias difunden entre el encéfalo y el líquido cefalo -

rraquídeo.

TRANSMISION SINAPTICA



169

La función principal del axón es la de transmitir la información desde las dendritas yel cuerpo celular de una neurona hasta el botón terminal correspondiente, y de ahí poder

hacer sinapsis con otras neuronas o células efectoras como la fibra muscular. Esta infor -

mación se transmite a través de una serie de impulsos nerviosos. La velocidad de con -

ducción de esta información depende del diámetro del axón y de si está mielinizado o no.

Los axones desmielinizados tienen un diámetro inferior a 1 µm y una velocidad deconducción alrededor de 2.5 m/seg . Los diámetros de los axones mielinizados oscilan

entre 1 y 20 µm y las velocidades de conducción entre 3 y 120 m/seg.

La información que viaja por el axón puede estar codificada de diversas maneras.

Por ejemplo; hay grupos de neuronas que cuando son estimuladas producen una infor -

mación etiquetada. Esto significa que cualquier tipo de estímulo que se aplique, por

Ejemplo a neuronas de la vía visual o auditiva, dará información visual o auditiva. No po -

drá dar otro tipo de información pues las funciones de estas neuronas ya están definidas.



170

Sin embargo, existe otro tipo de información que depende de los patrones de descar -ga de los impulsos nerviosos. Aquí los axones transmiten secuencias de impulsos ner -

viosos , y esta información se codifica en términos de los trenes de descarga, como po -

drían ser la frecuencia, la temporalidad o la duración de las descargas. En las sinapsis

se llevan a cabo complicadas decodificaciones que involucran mensajes bioquímicos de

enorme complejidad.

Las neuronas se comunican entre sí, como ya se mencionó, mediante uniones dis-

contínuas, especializadas llamadas sinapsis ( del griego ³ asir con fuerza ³ ). Por lo ge -

neral se considera que las sinapsis se desarrollan entre las terminales de un axón y las

dendritas de la siguiente neurona. A estas sinapsis se les denomina sinapsis axoden-

driticas. Sin embargo, se han descrito sinapsis axosomáticas ( del axón al cuerpo ce-

lular ) y sinapsis dendrodendriticas ( de dendrita a dendrita ) y sinapsis axónicas (de

axón a axón ). También existen las sinapsis entre neurona y fibras de músculo estríado y

esto se le llama unión neuromuscular.



171

La transmisión sináptica ocurre de la siguiente manera: primeramente, un potencialde acción llega al botón terminal y lo despolariza. Esta despolarización abre los canalesde Ca2+, permitiendo así la entrada de calcio al botón terminal. El incremento en la con -

centración intracelular de calcio es una señal para la liberación de transmisores almace-

nados en las vesículas, lo cual se hace por exocitosis.

La membrana del botón terminal se llama membrana presinaptica. Al liberarse unneurotransmisor se une a receptores localizados en la membrana postsináptica. Estoproduce cambios en la apertura de canales iónicos en la membrana, y por lo tanto, n-

duce cambios en la permeabilidad a ciertos iones y alteraciones y alteraciones en el po -

tencial de membrana. Al cambio de potencial que resulta de esta influencia sinápticase le llama potencial sináptico.



172

Si la influencia despolariza la célula postsináptica, la probabilidad de que la céluladispare un potencial de acción aumenta. Este efecto sináptico se llama potencial sináp-

tico excitatorio. Si el potencial sináptico hiperpolariza la célula, entonces se presenta

un potencial sináptico inhibitorio. Y la probabilidad de que la célula produzca un po-

tencial de acción disminuye.

En 1930, el farmacólogo inglés Henry Dale propuso que cada neurona sintetiza unsólo tipo de neurotransmisor, y aunque hoy día este ³ Principio de Dale ³ ya no se consi-

dera del todo correcto pues, como se verá, si se ha podido relacionar algún tipo de mo-

lécula transmisora según el tipo de vesícula en la cual está almacenada. Por ejemplo,

se ha descrito que neurotransmisores excitatorios como la acetilcolina o el glutamato se

almacenan en vesículas esféricas, mientras que los inhibitorios como la glicina y el ácido

y aminobutírico ( GABA ) se almacenan en vesículas elípticas. Por otro lado vesículas

densas supuestamente contienen catecolaminas, mientras que los translúcidos contien-

nen péptidos.

MECANISMOS DE TRANSMISION SINAPTICA



173

La despolarización de la membrana presináptica, por el potencial de acción, es el

evento que precede la liberación del transmisor. Como ya se mencionó, la liberación de-

Pende de la entrada de Ca2+ a la terminal. Mientras más Ca2+ entra a la célula, más

transmisor se libera. Los canales de voltaje dependiente de Ca2+ deben de estar cercadel sitio donde ocurra la exocitosis en la membrana presináptica. El contacto y eventual -

mente la fusión de las vesículas con la membrana presináptica durante el proceso de

exocitosis está gobernado por un conjunto de proteínas como la sinapsina, la cual es po-

sible que fije las vesículas al citoesqueleto haciéndolas menos móviles, y esto a su vez

está regulado por unas proteíncinasas que fosforilan la sinapsina, volviendo a permitir

que las vesículas se puedan movilizar. esto representa un mecanismo adicional de con-

trol sobre la cantidad de transmisor liberado.



174

Ahora bien, no todo impulso nervioso que produzca liberación del transmisor evoca

un potencial de acción en la célula postsináptica. La membrana tiene que despolarizarse

a nivel umbral para que se produzca el potencial de acción. Una despolarización sub-

umbral ( potencial sináptico excitatorio ) tiene un significado funcional, pues si otro po-

tencial sináptico llega antes de que la membrana se repolarice o regrese a su nivel de

reposo, la segunda despolarización se suma a la primera para que así se pueda produ -

cir el potencial de acción.

Este proceso de suma o adición de potenciales excitatorios subumbrales tiene dos

vertientes. La primera es la suma temporal y la segunda es la suma espacial. En el caso

de la suma temporal aparecen dos potenciales excitatorios en sucesión rápida, mientras

que en la suma espacial se presentan dos o más botones terminales sobre la misma

célula postsináptica.

NEUROTRANSMISORES Y SU RECEPTORES



175

El término neurotransmisor se utiliza para definir sustancias químicas que son li-

beradas en las sinapsis y transmiten señales de una neurona a otra.

Sin embargo, comprobar que una sustancia presente en la neurona funciona como

neurotransmisor es bastante difícil Se requiere aplicar varias técnicas anatómicas, neu-

rofisiológicas y farmacológicas para demostrar que una neurona sintetiza un candidato atransmisor, que éste es almacenado en la terminal nerviosa, que se libera a causa de la

Despolarización, que la liberación es dependiente del calcio y que lo liberado es directa-

mente responsable de los cambios postsinápticos

Así mismo, debe demostrarse que existen mecanismos capaces de desalojar la o las

sustancias de la hendidura sináptica, una vez que ésta haya producido el efecto deseado

Para ello se requiere utilizar lo que se ha denominado agonistas y antagonistas específi -

cos, es decir sustancias que imiten o impidan la acción del transmisor.



176

La forma estricta para denominar a un transmisor como tal, aun cuando haya sido

demostrado que lo es llamarlo neurotransmisor putativo. Como se ha visto, también

existe un gran número de sustancias cuyas funciones no solo son excitar o inhibir a la

célula a través de acciones directas y rápidas sobre la permeabilidad de los canales ió-

nicos, sino que tienen como función primordial la de modular la excitabilidad neuronal o

los cambios metabólicos. A estas sustancias se les llaman neuromodeladores paradistinguirlas de los neurotransmisores clásicos.

Aún cuando se mencionó con anterioridad que un botón terminal contenía un solo

transmisor (Principio de Dale ) la realidad es que en la mayoría de las neuronas hay

mas de un neurotransmisor y en particular coexisten neurotransmisores y neuromodula-

dores, lo cual dificulta en gran medida la posibilidad de distinguir al responsable de los

efectos que se observan.



177

Por otra lado, implica una gran dificultad distinguir entre un neurotransmisor y un

neuromodulador, pues la misma molécula sinápticamente activa puede ser neurotrnas-

misor en una sinapsis y neuromodulador en otra; así mismo, la molécula podría ser io-

notrópica en una membrana y metabotrópica en otra. Por esta razón, se han descrito

siete distintos criterios para poder considerar a una sustancia o molécula como neuro -

transmisor. :



178

1. La molécula debe ser sintetizada dentro de la célula que la libera y además,también dentro de la célula deben encontrarse las enzimas y los sustratos queintervienen en su síntesis.

2. La molécula debe encontrarse almacenada ( en vesículas ) dentro de la neuronaque la libera.

3. La estimulación pre-sináptica ( por lo regular eléctrica, pero no necesariamente )debe inducir la liberación de la molécula.

4.- La aplicación controlada de la molécula en el sitio apropiado debe inducir la mismarespuesta postsináptica que la estimulación presináptica.5.- Cuando el transmisor putativo se aplica exógenamente, la respuesta postsináptica

debe terminarse con rapidez.6.- Sustancias que bloquean o impiden la respuesta postsináptica cuando se aplica un

estímulo presináptico, también deben impedir la respuesta cuando se aplica exó-

genamente el transmisor putativo.

7.- Cualquier molécula de la cual se sospeche que podría ser un neurotransmisor debe comportarse de manera idéntica al transmisor endógeno en cuanto aproducir los fenómenos de potenciación, inhibición, excitación, facilitación, etc.



179



180



181

En el primer cuadro se señalan los principales neurotransmisores que se han des -crito, tales como la acetilcolina ( que fue el primero que se descubrió y originalmente fue

llamado vagustoff por su descubridor Otto Loewi ), el óxido nítrico, descrito en fec has

más recientes, los transmisores aminoácidos, las indolaminas como la serotonina; las

catecolaminas, las purinas, la histamina y los derivados de la fenitilamina y por último los

péptidos.

Probablemente se podría describir por lo menos una docena más de péptidos que

actúan como neurotransmisores.

En general existe un conjunto de neurotransmisores cuyas funciones y localización

están mejor determinadas que en la mayoría de los otros posibles candidatos a neuro-

transmisores; por lo tanto en el cuadro anterior se describen sus principales característi-

cas ya que éstos, a diferencia de péptidos y otras sustancias, no son estudiados con

tanta frecuencia.



182

Ahora bien, una clase de receptores a los que se adhiere un ligando ( neurotransmi-sor ) causa un cambio de conformación inmediato en la proteína que abre los canalesque permiten el paso de los iones a través de la membrana.

El potencial de membrana de la célula postsináptica en 0.1 a 2 milésimas de según -

do. Estos cambios rápidos pueden ser excitatorios o inhibitorios, dependiendo del re-

ceptor y neurotransmisor. Por ejemplo, algunos receptores a acetilcolina, los receptorescolinérgicos nicotínico y los receptores al glutamato abren los canales catiónicos quePermiten el paso de Na+ y K+ despolarizando así la célula.

El ejemplo clásico de esta excitación rápida es producido por el pegado de recepto -

res AMPA ( ácidoaminometilsoxasolpropiónico ) que forman parte integral de las proteí-

nas del canal catiónico. Es probable que los receptores AMPA medien la información

precisa del SNC, o sea, el cuándo, donde y qué de la información que se recibe.



183

Por otro lado, muchas de las funciones del sistema nerviosa operan con tiempo mu -cho más amplios y en rango de segundos o a veces hasta de minutos, lo que requiereneurotransmisores que actúen a lo largo de tiempos variables. Estos receptores no es-

tán ligados a canales iónicos, sino que están acoplados a proteínas G y son los recep-

tores NMDA ( N-metil-D-aspartato ). El pegado a un receptor de este tipo activa una pro-

teína G, quen la mayoría de los casos se pega a una proteína de canal iónico causandoun aumento o disminución de la conductancia iónica.

En otros casos la proteína G activada por el receptor activa la adelinato ciclasa o laFosfolipasa C, induciendo un aumento en el AMP cíclico el Ca2+, lo cual a su vez afectala permeabilidad iónica del canal proteínico.

Desde luego que las respuestas acopladas a las proteínas G son intrínsicamente más

lentas y más duraderas que las que están acopladas a los canales, en los sitios en elSistema nervioso donde se encuentran de manera preferente.

DIVISION SOMATICA Y VISCERAL



184

La sensibilidad somática abarca a toda la información ( considerando como informa-ción a los trenes de potenciales de acción, que son originados por los distintos recep -

tores al ser activados or los estímulos adecuados correspondientes ) que procede delcuerpo y la cara, excluyendo las vísceras.

Dicha información es procesada por dos sistemas sensoriales somáticos: el sistemasensorial dorsal lemniscal y el sistema anterolateral Ambos sistemas permiten reaccionar

A los diversos estímulos que actúan sobre la piel, subdermis, músculos y articulacionesDel cuerpo y cara, es decir, todo el soma.

Estos dos sistemas se diferencian uno del otro morfológica y fisiológicamente, aunquese encuentran en estrecha relación con el procesamiento de los estímulos que llegan alsoma. El anterolateral es un sistema más antiguo, por lo que funciona con los estímulos

más primitivos y a la vez esenciales para la vida. Entre las modalidades que este siste -

ma procesa se encuentra el dolor, al cual, por su importancia, lo trataremos en formaaparte.



185

Dichos sistemas tienen en común que la primera neurona aferente es bipolar y su

terminación periférica, se ha modificado en receptor sensorial. Presentan una segunda

neurona intercalada que puede conectarse con diferentes centros de procesamiento de

la información, haciéndolo siempre en el tálamo, para después llegar a la corteza del la -

do contrario, que es el centro de mayor integración de ambos sistemas.

El conocimiento adecuado del funcionamiento de estos sistemas tiene particular re-

levancia para el estudio del estado funcional de ciertas estructuras del sistema nervioso

central ( SNC ), mediante la aplicación del estímulo adecuado en una simple exploración

física manual, o a través de técnicas computarizadas como son los potenciales evocados

EL SISTEMA DORSAL LEMNISCAL



186

Este sistema también se llama mecanorreceptivo porque responde a estímulos denaturaleza mecánica, que son : tacto, presión, vibración, tensión muscular, sentido de

posición o de movimiento de las articulaciones y estereognosia. Una forma simple de

comprobar la percepción de estas modalidades por dicho sistema es aplicando estímu-

los adecuados por ejemplo: el tacto ( mediante el toque ligero en la piel con algodón o

con un fino pincel ), presión ( colocando distintos pesos sobre la superficie del cuerpo ),

vibración ( mediante el uso de diapasones, que al ser golpeados vibran a diferente fre-

cuencia, los cuales se colocan en las regiones en las que la piel se acerca más al hueso)

el sentido de posición ( con los ojos cerrados, percatarse de que es posible mover un

dedo de la mano o un miembro completo y saber, sin mirar, el sitio del espacio donde se

encuentra ), la tensión muscular ( contraer cualquier músculo y percatarse de que se

siente dicha contracción o la tensión producida por esta ) y la estereognosia ( Al soli-

citar al sujeto explorado que describa la talla, forma y textura de un objeto colocado en

la mano, con los ojos cerrados ).

ORGANIZACIÓN FNCIONAL



187

RECEPTORES

En el proceso de percepción del estímulo participa todo el sistema, pero el proceso seinicia en la transducción que hacen los receptores del estímulo adecuado en potencialesde acción que viajan por las fibras aferentes del sistema. Los receptores de las modali -

dades mecánicas son modificaciones de la extremidad distal de la primera neurona bipo -

lar aferente que tienen su cuerpo en los ganglios de las racíces posteriores de la médulaespinal.

En la percepción de los estímulos mecánicos participan casi todos los tipos dereceptores :

Las terminaciones libres de los nervios, que por su simplicidad se involucran en todoslos estímulos somáticos, están ampliamente distribuidas en todo el cuerpo, aunque son

más abundantes en el tejido subcutáneo. Las fibras nerviosas que les dan origen puedenser mielínicas tipo A o amielínicas tipo C. En el caso de estímulos mecánicos, éstosviajan por fibras tipo A.



188

Receptores más evolucionados para captar las sensaciones mecánicas son los en-

capsulados, todos los cuales están conectados a fibras tipo A e involucionan con la

edad, entre éstos os más conocidos son:

El corpúsculo de Pacini: tiene forma de cebolla, se encuentra en la dermis y res-

ponde al desplazamiento de sus capas. Se adapta con rapidez y participa en la percep -

ción del tacto, presión y vibración ( mayor que 200 ciclos/seg ) particularmente en la per -

cepción táctil de las formas y texturas de los objetos.

El disco de Merkel: tiene forma de menisco o disco íntimamente adherido a una cé -

lula epitelial especializada. Una fibra puede tener varios discos. Se ubica en la epidermis

Y está en la piel lampiña; es de adaptación lenta y funciona ante estímulos táctiles y de

presión estáticos.



189

Corpúsculo de Meissner : otro receptor superficial, de adaptación rápida,. Se ubi-

ca en las papilas dérmicas, es sensible al tacto ligero y a vibraciones en un rango infe-

rior a los 200 ciclos/seg

El órgano terminal encapsulado de Ruffini : es de gran tamaño, hasta 1 mm de

longitud, y recibe su nombre por ser una cápsula de 5 0 6 láminas de tejido colágenoen la que se interdigitan las terminaciones desnudas de fibras A : Se encuentra en la

dermis de la piel y en láminas profundas de tejido conectivo, entre estas las cápsulas

articulares. Se adapta poco e informa del movimiento articular.

Receptores de folículos pilosos : son terminaciones de fibras A , que rodean al

folículo piloso. Se adaptan rápidamente y detectan desplazamientos mínimos de las

vellosidades.



190

El órgano tendinoso de Golgi : está conectado por fibras A y se localiza en el

tendón de muscular. Se adapta poco e informa del movimiento articular.

El huso muscular : es una fibra muscular modificada con varios componentes re-

ceptivos, fáscicos y tónicos, que detectan los cambios de longitud del músculo, así como

de su actividad.

D O L O R



191

El dolor es un tema de extraordinario interés médico tanto en la investigación de su ori-

gen como en los métodos de tratamiento. Es u n mecanismo protector de la integridad

de los tejidos de nuestro cuerpo, ya que desencadena respuestas reflejas, tales como el

retiro de la zona del cuerpo del sitio que nos daña, el movimiento corporal para reactivar la circulación bloqueada, o la queja que finalmente hace que se inicie la búsqueda de

ayuda experimentada.

Desde el punto de vista psicofisiológico se identifican dos niveles de integración en la

recepción de los estímulos dolorosos :



192

a.- La sensación que existe como respuesta constante, precisa y bien definida a un

estímulo calórico, de un umbral alrededor de la 2061 mcal/s/cm², aplicado sobre

la piel de la frente ennegrecida de manera previa; y

b.- La percepción, con gran componente subjetivo, lo que hace que varíe de

acuerdo con la raza, sexo, edad, personalidad y experiencia personal del

sujeto.



193

Desde una perspectiva universal, no existe una definición aceptada del dolor. La

mayoría de ellas se basan en la descripción de sus características. Así, por lo general

se considera al dolor como resultado de la integración sensitiva de estímulos originados

por circunstancias que dañan ( aplastamiento, quemadura, necrosis, etc ) o amenazanLa integridad de los tejidos ( isquemia, inflamación, etc ).

Las causas del dolor por lo regular pueden ser: físicas ( mecánicos, térmicos, eléc-

tricos ), y químicos ( histamina, serotonina, ATP, bradicinina, prostaglandinas, derivados

de la cantoridina, etc ).



194

La Asociación Internacional para el Estudio del Dolor define al dolor como una sen-

sación desagradable y emocional relacionada a la experiencia personal provocada

por la posibilidad o la real existencia de u n daño tisular.

Esta última definición considera al dolor una experiencia subjetiva, con un componen-

te sensorial y otro afectivo no necesariamente asociado al daño tisular. Por ejemplo, el

dolor que sufre todavía una persona en la pierna que ya le fue amputada hace tiempo.

De manera cualitativa, se aprecian dos tipos de dolor: el agudo y el crónico.



195

El agudo, punzante o epicrítico, caracterizado por ser de localización precisa, de du-

ración breve, con cierto grado de aceptación, y su percepción modificable por la aten -

ción. Su causa frecuentemente es un pinchazo o lesión rápida de tejido, corta y por lo

general reversible. Tiene una función protectora inmediata o de alarma, sus potenciales

de acción correspondientes viajan por fibras mielinizadas. Este tió de dolor cede bien a

los tratamientos.

El dolor crónico, quemante o protopático, es de localización imprecisa, de duración

prolongada, por lo que presenta poco grado de adaptación y acapara en forma constante

la atención. Se acompaña de signos de ansiedad, depresión, confusión mental, y de

otros estados emocionales, así como de importantes reacciones vegetativas. Los impúl-

sos van por fibras amielínicas tipo C. Responden mal al tratamiento médico. Su causa esla acción de agentes nocivos de manera prolongada en el tiempo.

ORGANIZACIÓN FUNCIONAL



196

EL RECEPTOR

Son terminaciones libres, que se encuentran distribuidas de manera diferente en gran

parte de los tejidos de nuestro cuerpo. Un ejemplo c,laro son las terminaciones de eleva-

da concentración de receptores de dolor, como la epidermis y la dermis, las paredes ar -teriales, las superficies articulares, el periostio, así como la oz del cerebro y el tentorium

dentro de la bóveda craneal. Asía mismo se deben mencionar .las de moderada concen -

tración como son las vísceras. De igual forma, son importantes las que no poseen re-

ceptores de dolor, entre las que se encuentra el parénquuima hepático y los alveólos

pulmonares.

MECANISMOS FISIOLOGICOS



197

EL RECEPTOR

Los nociceptores o receptores del dolor, son terminaciones desnudas de fibras A o C.

Desde el punto de vista fisiológico, se han identificado tres tipos diferentes : los térmicos.

Los mecánicos y los polimodales.

Nociceptores térmicos : forman parte de neuronas bipolares tipo A o d, se activanpor temperaturas extremas ( > 45 °C y < 5 °C )

Nociceptores mecánicos : pertenecen también a fibras A d y se activan por la aplica-

ción de presiones intensas en los tejidos

Nociceptores polimodales : Responden a daños químicos, mecánicos y térmicos,son fibras tipo C.



198

Estos nociceptores están distribuidos de forma mezclada entre los tejidos somáticos.

Por esta razón, pueden activarse distintos tipos de nociceptores por un único estímulo,

lo que provoca diferentes sensaciones dolorosas. Por ejemplo, un martillazo primero pro-

duce sensación de dolor punzante al activar fibras A d de nociceptores mecánicos, des -

pués se siente sensación quemante al activar los nociceptores polimodales con fibra tipo

C. En fechas recientes, se ha planteado la existencia en las vísceras de otro tipo de re-ceptor que por lo regular no responde a las formas descritas de estímulos dolorosos; los

llamados receptores silentes. Aquí, los estímulos son activados por inflamaciones, esti-

ramientos y determinadas sustancias químicas.

Hace hasta poco, la acción de sustancias alógenas ( bradicinina, prostaglandinas, leu -

cotrienos, acetilcolina, histamina, sustancia P y K, ) se ha sostenido como mecanismode excitación de los nociceptores.



199

Sin embargo, la elevada velocidad de respuesta a estímulos dolorosos hace pensar

que existe otro mecanismo. De igual forma, si también son terminaciones libres, recep-

tores de cinestesia, y tacto, no se explica como estos receptores no son excitables por

dichas sustancias, produciendo sus sensaciones respectivas a de más de la sensación

de dolor.

Con respecto a lo anterior, se sabe que en las fibras que responden al dolor tendría

que existir algún tipo de proteína receptora que la hiciera especializada en la recepción

de estímulos dolorosos. En fechas recientes se han aislado receptores a determinadas

sustancias ( capsaicinas ), esto se ha llevado a cabo de manera exclusiva en los recep-

tores primarios de dolor, por lo que se piensa que éstas o quizás otras proteínas sean

las responsables del inicio de la transducción de la señal dolorosa.

ALTERACIONES FUNCIONALES



200

Dolor visceral : Una víscera duele cuando presenta isquemia, espasmo o distensióntambién cuando es irritada por sustancias químicas. Hay vísceras que no tienen recep-

tores de dolor en su parénquima, como el hígado; sin embargo, su cápsula está en suma

inervada por lo que reacciona a la inflamación. El dolor visceral puede manifestarse en

la región inmediata sobre la víscera ³ dolor parietal ³ o puede referirse a veces en lu-

gares distantes a ella, es el llamado ³ dolor referido ³ . El dolor parietal se basa en el

hecho de que los impulsos dolorosos de las vísceras suelen viajar por dos tipos de fibras

1. Las autonómicas, que inervan dicha víscera y se refleja por lo general a unlugar alejado ( dolor referido )

2. Las somáticas que proceden del peritoneo parietal o circundante a la víscera.

Al ser distendido por ésta, refleja dolor sobre la zona donde ambos se encuentran, éstees el dolor parietal



201

Hiperalgesia. Es sinónimo de hipersensibilidad al dolor, ésta puede ser primaria

cuando se afecta a los receptores, por ejemplo, la producida por quemaduras en la piel.

La secundaria se debe a lesiones en la vía y los centros, como ejemplo se puede

hacer referencia al caso del ³ síndrome talámico ³, provocado por el infarto del núcleo

ventroposterolateral, que además de producir los trastornos sensoriales mecanorrecep-tivos y motores asociados, provoca hiperalgesia. Esto se supone que se deba a que la

lesión produce facilitación de la actividad de los núcleos mediales del tálamo. Otro

ejemplo es la conocida ³ neuralgia del trigémino ³, caracterizada por un dolor lancinante

en la región de la cara inervada por dicho nervio. Su causa probable es algún elemento

irritante persistente que va provocando crisis repetidas de dolor, hasta que permanece

constante.



202

Analgesia por lesiones. Lesiones en el trayecto de la vía pueden producir analge-

sia en diversas regiones del cuerpo, en correspondencia con el sitio de la lesión. Por

ejemplo, la sección de un nervio periférico produce anestesia y analgesia en toda la re -

gión inervada. Cuando la médula espinal es seccionada en forma transversal, se afecta

en toda la región del cuerpo situado por debajo de la lesión. Cuando la sección sóloabarca la hemimédula ( Brown Séquard ) provoca analgesia en el lado opuesto del cuer -

po a la zona afectada por debajo de la lesión, y pérdida de sensaciones mecánicas de

mismo lado.

Por último, lesiones de la vía espinotalámica pueden provocar descargas ectópicas

neuronales en diferentes sitios de la médula espinal y en el encéfalo.

PROCEDIMIENTOS PARA PRODUCIR ANALGESIA



203

QUIRURGICO.- Se efectúa en cortes o lesiones de las vías que llevan los impulsos

dolorosos en los siguientes niveles: en el nervio, en el cordón de la médula espinal, le -

sión en los núcleos talámicos, ablaciones corticales ( corteza opercular y del cíngulo ) en

la formación reticular medial, el hipotálamo posterior, la amígdala del lóbulo temporal y

la hipofisectomía.

ESTIMULACION ELECTRICA.- En la piel modificando el balance entre la eferencia

dolorosa y la mecánica ( trenes de impulsos eléctricos viajando por la raiz posterior ha-

cia el tálamo y corteza somatosensorial ). La estimulación de la formación reticular peri -

ventricular, de la sustancia gris periacueductal y de los cordones posteriores que activan

la liberación de endorfinas.



204

Los mecanismos farmacológicos son varios , entre ellos se encuentran los que

producen hiperpolarización celular, como algunos anestésicos; la inhibición de prosta-

glandinas, como el ácido acetilsaliclico y los morfínicos y sus derivados. Sería muy ex

tenso adentrarse en todos los mecanismos involucrados en las sustancias analgésicas

por lo que se recomienda su estudio en la experiencia educativa de farmacología y enla de anestesiología. Otro mecanismo es la hipnosis potenciando los efectos corticales

analgésicos.

Por último se debe mencionar la acupuntura que actúa mediante dos mecanismos, el

De la compuerta, postulado por Melzac y Wall y por la liberación de endorfinas.

M U S C U L O



205

La actividad motora somática es elaborada por los distintos niveles o centros de inte -

gración del sistema nervioso central ( SNC ), pero toda va a una vía final común, las

motoneuronas que inervan a los músculos esqueléticos, los cuales, sin ningún otro pro-

Cesamiento, efectúan la actividad ordenada.

Pero toda la actividad muscular que se efectúa en el organismo humano no es tansólo debida al músculo esquelético, existe otro tipo de músculo, el músculo liso que se

diferencia del músculo esquelético desde el punto de vista morfológico y, por ende, del

funcional. Este tipo de músculo tiene como diferencias principales con los músculos es-

triados la de ser autoexcitable y la de excitarse por otros factores además de por los

impulsos bioeléctricos.

MUSCULO ESQUELETICO



206

ORGANIZACION FUNCIONAL

Los elementos que participan en la contracción muscular son las motoneuronas y el

Músculo. La relación entre estas dos estructuras puede estudiarse teniendo en cuenta

los siguientes aspectos :

1. Las características de las motoneuronas

2. La sinapsis neuromuscular

3. Las unidades motoras

4. Las características de la fibra muscular



207

CARACTERISTICAS DE LAS MOTONEURONAS

Las motoneuronas o neuronas motoras se originan en el asta anterior de la médula

espinal. Son de tres tipos : las , las y las y . Todas salen de la médula espinal, por la

raiz anterior y se dirigen a distintas fibras del músculo. La motoneurona que se estudia-rá aquí es la motoneurona , que inerva las fibras extrafusales. Son fibras gruesas mie-

línicas, de tipo l a, de elevada velocidad de conducción, que llevan aferencia elaborada

por el SNC al músculo. Las motoneuronas que inervan a u n músculo son general-

mente varias, que pertenecen a un mismo núcleo motor que se extiende en 3 o 4 seg-

mentos en la médula espinal.



208

SINAPSIS NEUROMUSCULAR

Cada célula muscular o miofibrilla tiene una sola sinapsis; esta sinapsis neuromuscular

tiene características especiales :

� La fibra nerviosa se ramifica y se introduce en una invaginación de la membrana

de la fibra muscular llamada depresión sináptica� La terminal de la fibra nerviosa presenta una elevada cantidad de mitocondrias

que le permiten una rápida síntesis del neurotransmisor ( al acetilcolina ).

� Dicha terminal también presenta gran cantidad de pequeñas vesículas simpáticasU( normalmente 300 000 ) que le permiten la rápida recaptura de la acetilcolina.

� N el fondo de la depresión o invaginación la membrana presenta numerosospliegues que incrementan notablemente la superficie postsináptica. Aquí seencuentran los receptores nicotínicos para la acetilcolina y asociada a la matriz desu lámina basal, gran cantidad de acetilcolinesterasa, para poder degradar conrapidez al neurotransmisor.



209

UNIDADES MOTORAS

Cada motoneurona se ramifica y puede inervar como promedio a 100 fibras muscula-

res. Al conjunto de fibras musculares inervadas por una misma motoneurona se le co -

noce como Unidad Motora. El número de motoneuronas y el tamaño de estas varíancon la función del músculo. Los músculos de alta precisión tienen más motoneuronas por

área de superficie y cada una ineva menos fibras musculares. Un músculo promedio es

controlado aproximadamente por 80 a 100 grandes motoneuronas. Las fibras muscula-

res de cada unidad motora no están todas unidas, sino que se encuentran intercaladas

con las fibras de otras unidades motoras. Esto permite una concentración uniforme del

músculo y no fraccionada por segmentos del mismo.

CARACTERISTICAS DE LA FIBRA MUSCULARESQUELETICA



210

Cada músculo esquelético está formado, según su tamaño por cientos o miles de

pequeñas fibras que tienen como promedio de 50 a 100 µm y una longitud entre2 y 6

cm. Estas fibras se disponen formando haces paralelamente, de manera que la contrac-

ción simultánea trae como consecuencia el acortamiento del músculo.

Cada fibra muscular o miofibrilla está formada por decenas a cientos de unidades

funcionales llamadas sarcómeros, que a su vez están constituidos or decenas de pe-

queños filamentos dispuestos también en paralelo, que constituyen los elementos con-

tráctiles de cada fibra, a lo que se denomina también miofilamentos. La miofibrilla, así

como todo el músculo, posee tejido elástico colágeno, que juega importante papel en la

contracción muscular.



211

Los miofilamentos son de dos tipos, los ubicados en el centro del sarcómero, los

filamentos de miosina, y los que se fijan al tejido conectivo que limita cada sarcómero,

por lo tanto lateralmente, son los filamentos de actina.

A su vez los miofilamentos de miosina están formados por alrededor de 200 molécu-las de miosina. Cada molécula de miosina está formada por seis cadenas polipetídicas

dos cadenas pesadas, de peso molecular de 200 000 Da, cada una de las cuales pre -

senta en su extremo un plegamiento que forma una estructura polipeptídica globulosa,

conocido como cabeza de la miosina, y hacia el otro extremo están enrolladas las dos

moléculas formando la llamada cola de la miosina.



212

La molécula de miosina también está formada por otras cuatro cadenas ligeras de

20 000 Da cada una, que forman parte de la cabeza. En la porción central del filamento

de miosina, yh hasta una distancia de 0.2 µm, no existen cabezas de manera periódica,

ubicándose inclinadas en todas las direcciones, demodo que quedan las colas hacia

dentro del filamento y las cabezas a los extremos laterales.

La unión de las colas se llama cuerpo y hay una fragmento de la cola que no forma

parte del cuerpo, que sobresale como si fuera un brazo, quedando la cabeza en su ex

tremo, de ahí que se le denomine brazo. El brazo tiene la posibilidad de doblarse sobre

El cuerpo , y a su vez la cabeza puede doblarse sobre el brazo. Al conjunto de brazo

y cabeza se le denomina puente.

MIOFILAMENTO DE ACTINA



213

Los filamentos de actinas, aunque son más delgados y pequeños que los de miosinaestán conformados por tres componentes proteicos : la actina, la tropomiosina y la

troponina. El miofilamento está fundamentalmente constituido por la estructura proteí-

nica, la actina F, que a su vez está formada por dos filamentos enroscados de manera

similar a las colas de la miosina, sólo que en esta estructura la evolución ocurre cada

70 nm.

Cada uno de los filamentos de actina F está compuesto por moléculas de proteína G

polimerizadas. Unida a cada una de estas moléculas se encuentra una molécula de

ADP sobre este

MIOFILAMENTO DE ACTINA



214

Los filamentos de actinas, aunque son más delgados y pequeños que los de miosinaestán conformados por tres componentes proteicos : la actina, la tropomiosina y la

troponina. El miofilamento está fundamentalmente constituido por la estructura proteí-

nica, la actina F, que a su vez está formada por dos filamentos enroscados de manera

similar a las colas de la miosina, sólo que en esta estructura la evolución ocurre cada

70 nm.

Cada uno de los filamentos de actina F está compuesto por moléculas de proteína G

polimerizadas. Unida a cada una de estas moléculas se encuentra una molécula de

ADP; sobre este ADP acciona la cabeza de miosina, por lo que se les conoce como si-

tios activos. La doble hélice que forman los filamentos, sólo deja expuesto un sitio activo

Cada 2.7 nm. Los filamentos de actina tienen una longitud promedio de 1 µm y su ex

tremo externo está insertado en la trama de tejido conectivo que limita al sarcómero, eldisco C, El extremo interno apunta apunta hacia los filamentos de miosina.



215

También el filamento de actina está formado por la tropomiosina, molécula proteínica

e una longitud de 40 nm yn peso de 70 000 Da, que está unida de manera laxa a los fi -

lamentos de actina F, descansando y por lo tanto cubriendo aproximadamente siete de

los sitios activos., evitando así la interacción de estos sitios con las cabezas de miosina.

Otro componente de los filamentos de actina es la molécula de troponina, compuesta

por tres subunidades proteínicas unidas laxamente entre sí :

1. La troponina I, que se une con fuerza a la actina.

2. La troponina T, que se une a la tropomiosina

3. La troponina C, con afinidad a los iones calcio



216

Las fibras musculares se clasifican de acuerdo con su capacidad de trabajo, en :

Rojas, blancas y mixtas.

Las rojas se llaman también fibras tipo I, son fibras de contracción lenta y pueden

obtener energía ( ATP ) de manera indefinida del torrente sanguíneo, están profusa-

mente irrigadas y tienen gran cantidad de mitocondrias y mioglobina que le dan color.

Las fibras blancas, de contracción rápida pero menos duradera, se llaman tipo II . Es-}

tas fibras tienen filamentos de miosina diferentes, lo que les permite producir fuerza rápi -

damente. Existen dos subtipos : las tipo II B, que almacenan gran cantidad de glucóge-

no ( de contracción rápida ) y las de tipo II A, que también se contraen con rapidez pero

Son más resistentes a la fatiga.



217

El tejido colágeno elástico, no contráctil, brinda estabilidad y propiedades de resorteal músculo. Los elementos principales son: los filamentos de discos Z, el sarcolema, la

aponeurosis y el tendón.

Los discos Z limitan a un sárcomero de otro. Están compuestos por filamentos proteí-

nicos no contráctiles en los que se insertan los filamentos de actina, de manera que

garantizan su disposición paralela ( estabilidad en la posición de los miofilamentos ) y sudesplazamientos en las distintas elongaciones del músculo, así como su retorno a la po-

sición inicial de reposo ( propiedad de resorte ) .

Estas fibras que constituyen los discos Z son de los pocos elementos que no se dis-

ponen en paralelo en el músculo. Por el contrario cruzan perpendicularmente la fibra

muscular.



218

El sarcolema es la delgada capa de tejido colágeno que rodea a toda la fibra mus-

cular. La aponeurosis, membrana que rodea a todo el músculo, también brinda elastici-

dad y estabilidad a éste. Sin embargo, el aporte principal a las propiedades de resorte

corresponde a la aponeurosis y al tendón, por su mayor dimensión y capacidad en alma-

cenar energía mecánica.

Finalmente, algunos factores intracelulares tienen papel importante en la contrac-

ción muscular, entre los que se destacan: el sarcoplasma, matriz en la que están sus-

pendidas las miofibrillas, la gran cantidad de mitocondrias situadas cerca de los miofila-

mentos para aportar ATP, y el retículo sarcoplásmico, con un sistema de túbulos longi-

tudinales, paralelos a los miofilamentos, que terminan en cisternas y que se inician en

los túbulos T, invaginaciones perpendiculares de la membrana celular.

RAPIDEZ DE LA CONTRACCION



219

Un músculo se contrae con mayor rapidez en la medida en que disminuye la carga

que debe de desplazar. Sin cargas se obtiene la máxima velocidad, con cargas que re -

quieren de fuerza máxima la velocidad es casi cero. Por lo tanto, una persona que quie-

ra correr más rápido debe bajar de peso ( reducir la carga ) y aumentar la fuerza ( aleja

su carga de la fuerza máxima a desarrollar )

La rapidez también depende del tipo de fibra muscular que se active. Las fibras

Blancas son fibras de gran velocidad de contracción, de ahí que los músculos que se

contraen con gran velocidad estén formados principalmente por fibras rápidas. Estas

fibras tienen un gran retículo sarcoplásmico para liberar todo el calcio de manera rápida,

tienen elevado número de enzimas gucolíticas que permiten la liberación veloz de ener -

gía y tienen moléculas de miosina diferentes. Sin embargo, tienen pobre irrigación y ba-

jo número de mitocondrias, lo cual hace que se fatiguen con prontitud.

DURACION DE LA CONTRACCION



220

Esto depende de la capacidad de aporte de oxígeno y glucosa que tengan los

músculos, pero fundamentalmente del tipo de fibra de que están formados. Las fibras

lentas son las que permiten sostener un trabajo prolongado sin que aparezca la fatiga.Esto es característico de los músculos antigravitatorios que ayudan a sostener la postura

bípeda.

TIPOS DE CONTRACCION



221

Cuando el humano se mueve en la vida cotidiana, desarrolla dos tipos fundamenta-mentales de contracción : la isotónica y la isométrica :

La isotónica se caracteriza por el acortamiento del músculo que provoca el desplaza-

miento de una articulación, en la que se mantiene por lo general un mismo grado de con -

tracción durante el recorrido, de ahí su nombre ( iso = igual tono= fuerza ).

La isométrica es una contracción en la que el acortamiento del músculo es impercepti-

ble, ya que lo hace a expensas de su tejido elástico y no ocurre desplazamiento articu-

Lar, si no por el contrario, la articulación es fijada en una posición determinada.

Usualmente se combinan ambas contracciones en los movimientos. Por ejemplo, al

levantar un peso hay una contracción isométrica que fija las articulaciones intervertebra-

les y con la contracción isotónica se flexionan los brazos.

ALTERACIONES FUNCIONALES



222

La actividad muscular puede verse afectada por alteraciones en las siguientes

estructuras :

� En los centros integradores que influyen sobre la actividad de la motoneurona

� En las motoneuronas

� En la sinapsis neuromuscular � En el propio músculo

La destrucción del nervio hace que el músculo deje de recibir todo tipo de estímulo,

por lo que se inicia la atrofia inmediatamente. Esta, con estimulación eléctrica, puede

revertirse si se aplica el tratamiento antes del año. Después de este período las fibras

han sido destruidas y reemplazadas por tejido graso, y las que quedan no tienen la ca -

pacidad de hipertrofiarse.



223

La pérdida de la mielina de las motoneuronas implica una disminución de la ve-

locidad de los impulsos hacia la placa motora, por lo que la fuerza de contracción muscu -

lar se debilita al no poderse efectuar de manera adecuada los procesos de sumación

temporal.

La sinapsis puede ser afectada por sustancias que compiten con la acetilcolina por

sus receptores. La primera sustancia con este efecto fue el curare, que se encontró

entre los aborígenes del Amazonas, quienes la aplican en sus dardos para causar la

muerte a sus víctimas, al impedir el proceso de la contracción muscular incluso en los

músculos que permiten respirar.

La miastenia gravis es una enfermedad autoinmunitario que destruye los recepto-



224

La miastenia gravis es una enfermedad autoinmunitario que destruye los receptores de la acetilcolina, por lo que el paciente comienza a perder fuerza paulatinamentehasta que llega a la parálisis. El tratamiento mas usado hasta el momento es la aplica-

ción de anticolinesterásicos como la neostigmina, que impiden la acción de la enzimaanticolinesterasa, sobre la acetilcolina e incrementan por tanto la concentración delneurotransmisor sobre los receptores que aún persisten en la membrana postsináptica,haciendo posible la aparición de potenciales de placa con magnitud suficiente como para

provocar los potenciales de acción muscular.

Las alteraciones del propio músculo pueden ser por enfermedades adquiridas o he-

redadas. Todas alteran el funcionamiento muscular al modificar los elementos normalesde las miofibrillas.

La rigidez cadavérica muscular ocurre porque se quedan contraídos los músculos

al mantenerse pegadas las cabezas de miosina a los sitios activos de la actina, debidoa la falta de ATP que permite el despegue y retorno a la posición de reposo de la cabezade miosina.

MUSCULO LISO



225

El músculo liso se encuentra ampliamente distribuido en el cuerpo humano forman -

do parte de las paredes del tubo digestivo y de los vasos sanguíneos, del estroma devísceras y glándulas, así como del esfínter de diversas estructuras.

ORGANIZACIÓN MORFOLOGICA Y FUNCIONAL



226

El músculo liso recibe este nombre por carecer de la organización sarcomérica que

le da el aspecto estriado al microscopio simple al músculo esquelético,. Si presenta fila-

mentos de actina y miosina, pero en una menor proporción los filamentos de miosina,

que son escasos aunque de diámetro mayor de el normal. ;Los filamentos de actina en }

lugar de estar unidos a los discos C se unen a unos corpúsculos fibrosos conocidos co -mo cuerpos densos, que pueden estar unidos a la membrana o dispersos en el sarco -

plasma, y que son mantenidos en posición por un armazón de proteínas estructurales

que unen los cuerpos entre sí.

La actina en el músculo liso también está unida a la tropomiosina y está asociada a

dos proteínas moduladoras : la calponin y la caldesmon, que están incorporadas dentrode la estructura de este filamento.



227

Las células del músculo liso son miles de veces más cortas ( 20 a 500 µ ) y de

diámetro 20 veces menor ( 2 a 5 µ ) que las fibras del músculo esquelético.

Existen dos tipos principales de músculo liso, atendiendo a sus aspectos morfológi-

cos y funcionales : el músculo liso multiunitario y el músculo liso unitario.

El músculo liso multiunitario es muy similar al músculo esquelético en cuanto a que

sus fibras están aisladas unas de otras por una membrana similar al sarcolema. Son

excitadas por sinapsis neuromusculares que ocurren una por cada fibra. Las fibras pue-

den contraerse de manera independiente una de otra bajo el control nervioso. Rara vez

presenta contracción espontánea. Este músculo se observa en el iris del ojo y en la base

de las vellosidades de la piel ( músculos piloerectores ).



228

El músculo unitario es bien diferente al esquelético y al multiunitario. En primer tér -

mino presenta actividad espontánea, es excitado por diversos factores y no sólo por los

impulsos nerviosos. Las células están ligadas por muchas uniones intercelulares laxas,

de manera que se produce un flujo de iones de una célula a otra, por lo que la excitación

de una célula se propaga a las demás, por esto se le conoce también como músculo

sincitial. Este es el tejido liso más difundido, se encuentra en las paredes de vísceras, }tubo digestivo, vasos sanguíneos, en los órganos sexuales, etc.

La sinapsis neuromuscular del músculo liso tiene características diferentes que las

del músculo estriado. Los axones que inervan la fibra muscular lisa no liberan exclusiva -

mente el neurotransmisor en el pie terminal del axón, como ocurre en la placa motora,

sino que tiene varicosidades que contienen las vesículas de neurotransmisor a todo lolargo del mismo, de manera que un mismo axón, puede excitar varias células.



229

Además, dichas vesículas contienen acetilcolina y noradrenalina, que según el tipo

de receptor que tenga el tejido, pueden excitar o inhibir la contracción muscular.

En el músculo unitario las varicosidades descansan de manera directa sobre la fibra

muscular y se denominan uniones de contacto. En el músculo unitario no entra en con -tacto el axón con las fibras, dejando el neurotransmisor en el espacio intersticial para

posteriormente difundir a la fibra, a esto se le llama uniones difusas.

MECANISMOS FISIOLOGICOS



230

MECANISMO DE EXCITACIÓN DEL MUSCULO LISO

Las fibras del músculo multiunitario se excitan fundamentalmente por la llegada

de los PA. Sin embargo, el neurotransmisor excitado puede ser la acetilcolina y en otras

ocasiones la noradrenalina. Dependiendo de donde se ubique en el organismo el tejidomuscular y sobre todo del topo de receptor de membrana que posea,.

Ambos producen despolarización de la membrana de la fibra muscular, pero por lo

general no ocurre potencial de acción, debido al pequeño tamaño de las fibras, por lo

que el potencial local generado es suficiente para provocar la contracción de éste mús-

culo. Cuando ocurre el PA, éste puede ser en forma de punta o meseta.



231

Un 50 % de la excitación del músculo liso unitario curre sin la llegada de PA, por lo tanto el sistema nervioso no tiene el control que presentaba en el músculo estriado.Los mecanismos de excitación no nerviosos so n : hormonales, tisulares locales y ladistensión.

Los factores tisulares locales más conocidos se han identificado por su acción sobre

los esfínteres precapilares en el sistema circulatorio sanguíneo. El descenso en la con-

centración de oxígeno y el incremento de la concentración del CO2 e H+ provocan ladilatación de los esfínteres. Otros factores involucrados son la concentración nde K+, elácido láctico, el calcio y la temperatura.

Los factores hormonales más conocidos son la adrenalina, la angiotensina, la vaso-}

presina, la oxitocina, etc.



232

Los receptores para estas hormonas en al superficie de la fibra lisa provocan efecto

similar al estímulo nervioso, al producir flujos iónicos que despolarizan la membrana,

otras veces el movimiento iónico inducido es una hiperpolarización. También puede ocu-

rrir que no se altere la polaridad de la membrana y se produzca la contracción debido a

una señal enviada desde el receptor al retículo causando la salida de calcio e iniciandola contracción. Puede ocurrir que su efecto sea inhibitorio, lo cual se ha sugerido que

puede efectuarse a través de la activación de segundos mensajeros que inhiban las

bombas de calcio que llevan a éste hacia el retículo, o la que lo lleva al exterior celular.



233

El estiramiento del músculo liso unitario por lo general provoca potenciales de

acción, esto se produce a partir de la actividad espontánea de ondas lentas que posee

éste músculo, y que la hace propensa a descargar PA. Se piensa, que ésta es una res-

puesta homeostática del músculo liso para facilitar, con la contracción, la progresión del

factor que estira al músculo:; los ejemplos son el bolo alimenticio y el fecal en el tubo

digestivo.

Es importante señalar que en la génesis de los potenciales de acción del músculo

liso el papel del Na+ en la despolarización es mucho menor que el del ion calcio, ya que

el músculo liso tiene más canales regulados por voltaje de calcio que el esquelético. Se

produce un proceso autorregenerativo similar al del sodio en la fibra estriada, pero más

despacio por abrirse con lentitud los canales de calcio. Este esla causa principal de quelos PA en el músculo liso duren más.

Algunos de los músculos lisos viscerales o unitarios, como el del tubo digestivo,



234

poseen una actividad eléctrica rítmica basal permanente en forma de ondas lentas que

oscila entre -60 y -40 mV. Es una onda local que no se propaga y se piensa que es ori -

ginada por oscilaciones en el trabajo de la bomba de Na+ o por oscilaciones en la per -

meabilidad de los canales iónicos. Cualquiera que sea la causa de estas ondas, lo im-

portante es que facilitan la aparición de PA en forma de puntas breves cuando su oscila -

ción alcanza los -35 mV. Por esta razón se les denomina también ondas marcapasos.

El músculo liso puede presentar dos tipos de PA : en forma de punta y en forma de

Meseta.

El potencial de punta es similar al del músculo esquelético y se produce por lo gene -

ral en el músculo liso unitario, así como en muchos de los músculos lisos viscerales ounitarios . Su duración es entre 10 y 50 ms.

MUSCULO CARDIACO

Este es un tipo de músculo que tiene características de los dos tipos de músculos es-



235

tudiados : tiene una estructura en sarcómero similar al músculo estriado, pero tiene un

comportamiento de sincitio al igual que el músculo liso unitario o visceral, debido a que

las células musculares cardíacas tienen en sus membranas u nos sitios de muy baja re -

sistencia ( 1/400 de la del resto de la membrana ) llamados discos intercalares por los

que pasa el potencial de acción de una célula a otra. Por lo tanto, basta estimular una

célula para que todo el músculo sea activado.

Por otro lado, tiene un retículo sarcoplásmico más rudimentario que el esquelético, por

lo que su fuerza de contracción depende en gran medida de la entrada de calcio desde

el espacio extracelular. Esto explica que presente PA en forma de meseta, pués se

abren dos tipos de canales en su despolarización : canales rápidos de Na+, los que dan

lugar a una fase ascendente del PA rápida, y los canales lentos de Na+ y de Ca+, así co -mo una salida lenta de K+ que dan lugar a la meseta de 0.3 seg de duración.

SISTEMAS SENSORIALES



236

Es necesario tener una visión global del funcionamiento de los sistemas sensoria -

les antes de profundizar en cada uno de ellos.

Un sistema es la organización de diversas estructuras pertenecientes a o derivadas

de un mismo tipo de células, para permitir el desarrollo de una o más funciones caracte -rísticas de dicho sistema.

Los sistemas sensoriales se clasifican en sistemas sensoriales especiales y somá-

ticos. A su vez, los especiales se subdividen en sistema visual, auditivo, olfativo,

gustativo y del equilibrio. Los somáticos se subdividen en sistemas del cordón dor-

sal y del cordón anterolateral.

Existe aferencia sensorial desde las vísceras del cuerpo humano, pero como los re-



237

ceptores que participan en la transducción de los estímulos en las vísceras son similares

a los de los sistemas somáticos, sólo se señalaran algunas de las características pecu-

liares de la recepción de estímulos por dichas estructuras.

Los sistemas sensoriales están constituidos por receptores, vía aferente o de con-

ducción de los impulsos de la periferia al centro, centros de procesamiento a distintos ni-veles del sistema nervioso central ( SNC ) y vías centrífugas encargadas de regular la

entrada de la información procedente de los receptores.

Aunque los sistemas sensoriales constituyen el sector aferente del arco reflejo, al

formar parte de éstos están íntimamente relacionados con el sector motor, por ejemplo;

todo acto motor es guiado por la información sensorial del movimiento que ejecuta.

EL RECEPTOR SENSORIAL

La actividad bioeléctrica ( potenciales locales y de acción ) originada por la acción



238

de estímulos provenientes de cualquier parte del cuerpo, y que es procesada por los

sistemas sensoriales, se conoce como información sensorial. Dicha información senso-

rial es generada por los llamados receptores sensoriales. Estos receptores están confor -

mados ya sea por ramas terminales de los axones en piel, articulaciones y músculos y

órganos internos, o por células sensoriales especializadas en la retina ( conos o basto-

nes ), papilas gustativas y oído interno en la cóclea, las cuales transforman el estímuloen potenciales locales que luego provocan potenciales de acción en el axón de la ter -

minación nerviosa correspondiente, dependiendo la frecuencia de éstos de las caracte-

rísticas del estímulo en cuestión.

Cabe aclarar que el tér mino de receptor que aquí se emplea corresponde a una es-

Tructura visible al microscopio simple, que funciona como un transductor por convertir los estímulos que sobre él inciden en potenciales locales.

CLASIFICACION DE LOS RECEPTORES



239

Existen varios criterios para clasificarlos. De acuerdo con el lugar en que están

situados se subdividen en :

1. Interceptores, ubicados en las zonas más profundas del cuerpo, por ejemplo lasvísceras.

2. Propioceptores, ubicados en un plano intermedio, por ejemplo en los músculos,tendones y articulaciones.

3.- Exteroceptores, ubicados más externamente , es decir, en la piel o bajo de ésta,

por ejemplo los receptores del tacto.



240

Otro criterio es por su estímulo adecuado, según el cual existen cinco tipos:

1.- Mecanoreceptores, que responden a estímulos mecánicos como presión, tacto,

vibración, etc.

2.- Termorreceptores, que responden a cambios de temperatura

3.- Nociceptores, los cuales detectan las lesiones de los tejidos

4.-Electromagnéticos, como los de la retina, que detectan la luz

5.- Quimiorreceptores, tales como los del gusto, olfato, etc, que responden a estímulos

químicos.

SISTEMA VISUAL

La Tierra recibe un flujo constante de energía procedente del Sol y del resto del



241

Universo en forma de radiación electromagnética (fotones) una estrecha banda de estas

radiaciones con longitud de onda de energía intermedia es a lo que llamamos luz.

La forma más simple de sensibilidad a la luz es la habilidad para percibir diferentes

intensidades de iluminación difusa, la poseen muchas plantas y la mayor parte de los

animales y se les conoce como fotosensibilidad. Esta propiedad es la base de los rit-mos de actividad circadiana que gobiernan la vida de la mayoría de las especies anima-

les-.

Los organismos complejos han desarrollado mecanismos precisos en el tiempo y en

el espacio para identificar cambios de iluminación, capacidad que se conoce como senti-

do de la vista o visión, que en sus diversas modalidades permite identificar el movimien-to, así como discriminar la forma de los objetos dentro del campo visual.

Este proceso requiere del enfoque de la imagen y, por tanto, del desarrollo de una



242

serie de estructuras accesorias que lo permitan. Puesto que la mayoría de los animales

posee simetría bilateral, las imágenes procedentes de ambos ojos deben fusionarse pa -

ra proporcionar el sentido de profundidad, o de tercera dimensión. Algunas especies ,

incluida la humana, cuentan con mecanismos para discriminar diferentes longitudes de

onda dentro del espectro visible y ellos les permite percibir colores.

Lo anterior pone en evidencia que el procesamiento paralelo de múltiples modalida-

des es un principio básico de la organización del sistema visual, así como de otros sis-

temas sensoriales.

Los mecanismos neuronales involucrados en estas funciones han sido estudiados en

Forma amplia por diversas razones.



243

En primer lugar, aunque otros procesos sensoriales, como el olfatorio, proveen de

los estímulos para el inicio de la alimentación y del acoplamiento en la mayor parte de

los animales, la visión es crucial para la ejecución de estas funciones.

En segundo lugar, la importancia de la visión se incrementa a medida que se as -

ciende en la escala evolutiva.

En tercer lugar, la visión es extraordinariamente importante en los humanos, dado

que les permite la percepción del mundo exterior y la modificación de su conducta de

Acuerdo con los cambios en éste.

Debido a esta característica, es de suma importancia conocer los mecanismos delproceso para, en el futuro, tratar de evitar o curar patologías que conducen a la ceguera



244

Finalmente, dado que la luz es un estímulo que puede controlarse con facilidad y

precisión, el sistema visual es un modelo accesible para el estudio de los mecanismos

neurales. La investigación en el sistema visual no sólo ha permitido comprender el pro-ceso estrictamente relacionado con la visión, sino que además ha proporcionado mode-

los excelentes para el estudio de la organización funcional del sistema nervioso.

MOVIMIENTOS OCULARES

El ojo se mueve dentro de la cavidad ocular u órbita mediante seis músculos

i d l i l t t l bd E i t t ti d



245

inervados por los nervios oculomotor, troclear y abducens. Existen cuatro tipos de mo -

vimientos oculares, cada uno bajo el control de un sistema neuronal diferente, pero que

comparten una vía final común, las neuronas motoras que inervan los músculos oculares

externos. La dirección en la que cada uno de los músculos mueve el ojo y los términos

con los que se designan estos movimientos se describen a continuación

Puesto que gran parte del campo visual es binocular, se requiere de un alto grado

d di ió d l i i t d l d j l i á i id



246

de coordinación del movimiento de los dos ojos para que las imágenes incidan en pun -

tos correspondientes de ambas retinas y se evite la diplopia.

Las anomalías de los mecanismos de coordinación del movimiento pueden tener

origen diverso. Cuando las imágenes no inciden en puntos correspondientes de ambas

retinas , se desarrolla estrabismo. Algunos tipos de estrabismo pueden corregirse me -diante el acortamiento quirúrgico de los músculos del ojo, por medio de ejercicios ocu -

lares o con prismas que refracten los rayos de luz para compensar la posición anormal

de la imagen.

Cuando la deficiencia ocurre en los niños menores de seis años, suele suprimirse una

de las imágenes como producto de un fenómeno cortical que no se desarrolla en losadultos .

E i t t t t l iñ h i id i t d l i



247

Es importante tratar a los niños que han suprimido una imagen antes de los seis

años dado que la persistencia de la supresión origina la pérdida permanente de agudeza

visual en el ojo que genera la imagen suprimida. Este último caso puede observarse en

niños en los que la visión de un ojo enturbia o distorsiona debido a un defecto de refrac -

ción; a este defecto se le conoce como ambliopía exanopsia y no se relaciona directa -

mente con una enfermedad orgánica del ojo.

En monos infantes, la cobertura de un ojo con un parche durante tres meses oca-

siona la pérdida de las columnas de dominancia ocular ; las aferentes del ojo activo se

ramifican y forman conexiones con todas las neuronas corticales, por lo que el ojo oblite -

rado se vuelve funcionalmente ciego. Cambios similares parecen ocurrir en niños con

Estrabismo.



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