El corazón está dotado de un sistema especial para:

1) generar impulsos eléctricos rítmicos para producir la contracción rítmica del músculo cardíaco.

2) conducir estos estímulos rápidamente por todo el corazón.

Cuando este sistema funciona normalmente, las aurículas se contraen aproximadamente 1/6 de segundo antes de la contracción ventricular, lo que permite el llenado de los ventrículos antes de que bombeen la sangre a través de los pulmones y de la circulación periférica.

Este sistema rítmico y de conducción del corazón se puede lesionar en las cardiopatías, especialmente en la isquemia de los tejidos cardíacos que se debe a una disminución del flujo sanguíneo coronario. La consecuencia es con frecuencia una alteración del ritmo cardíaco o una secuencia anormal de contracción de las cavidades cardíacas.

SISTEMA DE EXCITACIÓN ESPECIALIZADO Y DE CONDUCCIÓN DEL CORAZÓN

En este sistema tendremos e nódulo sinusal (también denominado nódulo sinoauricular o SA), en el que se genera el impulso rítmico normal; las vías internodulares que conducen impulsos desde el nódulo sinusal hasta el nódulo auriculoventricular (AV); el nódulo AV, en el cual los impulsos originados en las aurículas se retrasan antes de penetrar en los ventrículos; el haz AV, que conduce impulsos desde las aurículas hacia los ventrículos, y las ramas izquierda y derecha del haz de fibras de Purkinje, que conducen los impulsos cardíacos por todo el tejido de los ventrículos.

NÓDULO SINUSAL(SINOAURICULAR)

El nódulo sinusal (también denominado nódulo sinoauricular) es una banda elipsoide, aplanada y pequeña de músculo cardíaco especializado de aproximadamente 3 mm de anchura, 15 mm de longitud y 1 mm de grosor. Está localizado en la pared posterolateral superior de la aurícula derecha, inmediatamente inferior y ligeramente lateral a la desembocadura de la vena cava superior.

las fibras del nódulo sinusal se conectan directamente con las fibras musculares auriculares, de modo que todos los potenciales de acción que comienzan en el nódulo sinusal se propagan inmediatamente hacia la pared del músculo auricular.

RITMICIDAD ELÉCTRICA AUTOMÁTICA DE LAS FIBRAS SINUSALES

Algunas fibras cardíacas tiene la capacidad de autoexcitación, que es un proceso que puede producir descargas y contracciones rítmicas automáticas. Esto es especialmente cierto en el caso de las fibras del sistema especializado de conducción del corazón, entre ellas las fibras del nódulo sinusal. Por este motivo el nódulo sinusal habitualmente controla la frecuencia del latido de todo el corazón.

MECANISMOS DE LA RITMICIDAD DEL NÓDULO SINUSAL

muestra potenciales de acción registrados desde el interior de una fibra del nódulo sinusal durante tres latidos cardíacos y, a modo de comparación, un único potencial de acción de una fibra muscular ventricular.Entre descargas el «potencial de membrana en reposo» de la fibra del nódulo sinusal tiene una negatividad de aproximadamente –55 a –60 mV, en comparación con –85 a –90 mV para la fibra muscular ventricular. La causa de esta menor negatividad es que las membranas celulares de las fibras sinusales son permeables naturalmente a los iones sodio y calcio, y las cargas positivas de los iones sodio y calcio que entran neutralizan parte de la negatividad intracelular.

El músculo cardíaco tiene tres tipos de canales iónicos de membrana que tienen funciones importantes en la generación de los cambios de voltaje en el potencial de acción. Los tipos son: 1) los canales rápidos de sodio; 2) los canales lentos de sodio-calcio, y 3) los canales de potasio.

La apertura de los canales rápidos de sodio es responsable de la rápida espiga ascendente del potencial de acción que se observa en el músculo ventricular, debido a la entrada rápida de iones sodio positivos hacia el interior de la fibra. Después, la «meseta» del potencial de acción ventricular está producida por la apertura lenta de los canales lentos de sodio­calcio, que dura aproximadamente 0,3 s. Finalmente, la apertura de los canales de potasio permite la difusión de grandes cantidades de iones potasio positivos hacia el exterior a través de la membrana de la fibra y devuelve el potencial de membrana a su nivel de reposo.

Hay una diferencia en la función de estos canales en la fibra del nódulo sinusal porque el potencial «de reposo» es mucho menos negativo (de sólo –55 mV en la fibra nodular, en lugar de los –90 mV de la fibra muscular ventricular). A este nivel de –55 mV, los canales rápidos de sodio principalmente ya se han «inactivado», lo que significa que han sido bloqueados. La causa de esto es que siempre que el potencial de membrana es menos negativo –55 mV durante más de algunos milisegundos, las compuertas inactivación del interior de la membrana celular que cierran los canales rápidos de sodio se cierran y permanecen de esta manera. Por tanto, sólo se pueden abrir los canales lentos de sodio­calcio (es decir, se pueden «activar») y, por tanto, pueden producir el potencial de acción. En consecuencia, el potencial de acción del nódulo auricular se produce más lentamente que el potencial de acción del músculo ventricular

AUTOEXCITACIÓN DE LAS FIBRAS DEL NÓDULO SINUSAL

Debido a la elevada concentración de iones sodio en el líquido extracelular en el exterior de la fibra nodular, así como al número moderado de canales de sodio abiertos previamente, los iones sodio positivos del exterior de las fibras normalmente tienden a desplazarse hacia el interior. Por tanto, entre los latidos cardíacos, la entrada de iones sodio de carga positiva produce una elevación lenta del potencial de membrana en
reposo en dirección positiva. El potencial «en reposo» aumenta gradualmente y se hace menos negativo entre cada dos latidos sucesivos. Cuando el potencial alcanza un voltaje umbral de aproximadamente –40 mV, los canales de sodio­calcio se «activan», produciendo de esta manera el potencial de acción.

la permeabilidad inherente de las fibras del nódulo sinusal a los iones sodio y calcio produce su autoexcitación.

¿Por qué esta permeabilidad a los iones sodio y calcio no hace que las fibras del nódulo sinusal permanezcan despolarizadas todo el tiempo? La respuesta es que durante el transcurso del potencial de acción se producen dos fenómenos que lo impiden. Primero, los canales de sodio­calcio se inactivan en un plazo de aproximadamente 100 a 150 ms después de su apertura, y segundo, aproximadamente al mismo tiempo se abren números muy elevados de canales de potasio. Por tanto, se interrumpe el flujo de entrada de iones positivos calcio y sodio a través de los canales de sodio­calcio, mientras que al mismo tiempo grandes cantidades de iones positivos de potasio difunden hacia el exterior de la fibra. Estos dos efectos reducen el potencial intracelular hasta devolverlo a su nivel de reposo negativo y, por tanto, ponen fin al potencial de acción.

El estado de hiperpolarización inicialmente desplaza el potencial de membrana «en reposo» hacia abajo hasta aproximadamente –55 o –60 mV al final del potencial de acción. ¿Por qué este nuevo estado de hiperpolarización no se mantiene indefinidamente? El motivo es que en las décimas de segundo siguientes al final del potencial de acción se cierran cada vez más canales de potasio. Los iones sodio y calcio que fluyen hacia el interior una vez más compensan el flujo de salida de iones potasio, y esto hace que el potencial «de reposo» se desplace hacia arriba una vez más, alcanzando finalmente el nivel liminal de aproximadamente –40 mV. Después comienza de nuevo todo el proceso: autoexcitación .

VÍAS INTERNODULARES Y TRANSMISIÓN DEL IMPULSO CARDÍACO A TRAVÉS DE LAS AURÍCULAS

Los extremos de las fibras del nódulo sinusal se conectan directamente con las fibras musculares auriculares circundantes. Por tanto, los potenciales de acción que se originan en el nódulo sinusal viajan hacia estas fibras musculares auriculares. De esta manera, el potencial de acción se propaga por toda la masa muscular auricular y, finalmente, llega hasta el nódulo AV.

La velocidad de conducción en la mayor parte del músculo auricular es de aproximadamente 0,3 m/s, pero la conducción es más rápida, de aproximadamente 1 m/s, en varias pequeñas bandas de fibras auriculares. Una de ellas, denominada banda interauricular anterior, atraviesa las paredes anteriores de las aurículas para dirigirse hacia la aurícula izquierda. Además, otras tres bandas pequeñas se incurvan a través de las paredes auriculares anterior, lateral y posterior, y terminan en el nódulo AV; se denominan, vías internodulares anterior, media y posterior. La causa de la velocidad de conducción más rápida de estas bandas es la presencia de fibras de conducción especializadas.

NÓDULO AURICULOVENTRICULAR Y RETRASO DE LA CONDUCCIÓN DEL IMPULSO DESDE LAS AURICULAS A LOS VENTRICULOS

El sistema de conducción auricular está organizado de modo que el impulso cardíaco no viaja desde las aurículas hacia los ventrículos demasiado rápidamente; este retraso da tiempo para que las aurículas vacíen su sangre hacia los ventrículos antes de que comience la contracción ventricular.

El retraso de la transmisión hacia los ventrículos se produce principalmente en el nódulo AV y en sus fibras de conducción adyacentes. El nódulo AV está localizado en la pared posterolateral de la aurícula derecha, inmediatamente detrás de la válvula tricúspide.

Obsérvese que el impulso, después de viajar por las vías internodulares, llega al nódulo AV aproximadamente 0,03 s después de su origen en el nódulo sinusal. Después hay un retraso de otros 0,09 s en el propio nódulo AV antes de que el impulso entre en la porción penetrante del haz AV, a través del cual pasa hacia los ventrículos. Se produce un retraso final de otros 0,04 s principalmente en este haz AV penetrante, que está formado por múltiples fascículos pequeños que atraviesan el tejido fibroso que separa las aurículas de los ventrículos.

Así, el retraso total en el nódulo AV y en el sistema de AV es de aproximadamente 0,13 s. Esto, añadido al retraso inicial de la conducción de 0,03 s desde el nódulo sinusal hasta el nódulo AV, hace que haya un retraso total de 0,16 s antes de que la señal excitadora llegue finalmente al músculo ventricular que se está contrayendo.

CAUSA DE LA CONDUCCIÓN LENTA

La conducción lenta en las fibras transicionales, nodulares y penetrantes del haz AV está producida principalmente por la disminución del número de uniones en hendidura entre células sucesivas de las vías de conducción, de modo que hay una gran resistencia a la conducción de los iones excitadores desde una fibra de conducción hasta la siguiente. Por tanto, es fácil ver por qué se tarda en excitar células sucesivas.

TRANSMISIÓN RÁPIDA EN EL SISTEMA DE PURKINJE VENTRICULAR

Las fibras de Purkinje especiales se dirigen desde el nódulo AV a través del haz AV hacia los ventrículos. Excepto en la porción inicial de estas fibras, donde penetran en la barrera fibrosa AV, tienen características funcionales bastante distintas a las de las fibras del nódulo AV. Son fibras muy grandes, incluso mayores que las fibras musculares ventriculares normales, y transmiten potenciales de acción a una velocidad de 1,5 a 4,0 m/s, una velocidad aproximadamente 6 veces mayor que la del músculo ventricular normal y 150 veces mayor que la de algunas de las fibras del nódulo AV. Esto permite una transmisión casi instantánea del impulso cardíaco por todo el resto del músculo ventricular.

CONDUCCIÓN UNIDIRECCIONAL A TRAVÉS DEL HAZ AV

Una característica especial del haz AV es la imposibilidad, excepto en estados anormales, de que los potenciales de acción viajen retrógradamente desde los ventrículos hacia las aurículas. Esto impide la reentrada de los impulsos cardíacos por esta ruta desde los ventrículos hacia las aurículas, permitiendo sólo la contracción anterógrada desde las aurículas hacia los ventrículos. Además, se debe recordar que en todas las localizaciones excepto en el haz AV el músculo auricular está separado del músculo ventricular por una barrera fibrosa continua. Esta barrera normalmente actúa como aislante para impedir el paso de los impulsos cardíacos entre el músculo auricular y ventricular a través de cualquier ruta distinta a la conducción anterógrada a través del propio haz AV.

DISTRIBUCIÓN DE LAS FIBRAS DE PURKINJE EN LOS VENTRICULOS:LAS RAMAS IZQUIERDA Y DERECHA DEL HAZ

Después de penetrar en el tejido fibroso que está entre el músculo auricular y ventricular, la porción distal del haz AV se dirigía hacia abajo en el interior del tabique interventricular a lo largo de 5 a 15 mm hacia la punta del corazón. Después el haz se divide en las ramas izquierda y derecha del haz, que están debajo del endocardio en los dos lados respectivos del tabique interventricular. Cada una de las ramas se dirige hacia abajo, hacia la punta del ventrículo, dividiéndose progresivamente en ramas más pequeñas. Estas ramas, a su vez, siguen un trayecto en dirección lateral alrededor de cada una de las cavidades ventriculares y hacia atrás, hacia la base del corazón. Los extremos de las fibras de Purkinje penetran en aproximadamente un tercio del grosor de la masa muscular y finalmente se continúan con las fibras musculares cardíacas.

Desde el momento en el que el impulso cardíaco entre las ramas del haz en el tabique interventricular hasta que sale de las terminaciones de las fibras de Purkinje el tiempo total transcurrido es en promedio de sólo 0,03 s. Por tanto, una vez que el impulso cardíaco ha entrado en el sistema de conducción ventricular de Purkinje, se propaga casi inmediatamente a toda la masa del músculo ventricular.

TRANSMISIÓN DEL IMPULSO CARDÍACO EN EL MÚSCULO VENTRICULAR

Una vez que el impulso llega a los extremos de las fibras de Purkinje se transmite a través de la masa del músculo ventricular por las propias fibras musculares ventriculares. La velocidad de transmisión es ahora sólo de 0,3 a 0,5 m/s, una sexta parte de la velocidad de las fibras de Purkinje. El músculo cardíaco envuelve el corazón en una doble espiral, con tabiques fibrosos entre las capas en espiral; por tanto, el impulso cardíaco no viaja necesariamente directamente hacia el exterior, hacia la superficie del corazón, sino que se angula hacia la Superficie a lo largo de las direcciones de las espirales. Debido a esto, la transmisión desde la superficie endocárdica a la superficie epicárdica del ventrículo precisa hasta otros 0,03 s.El tiempo total para la transmisión del impulso cardíaco desde las ramas iniciales del haz hasta las últimas fibras del músculo ventricular en el corazón normal es de aproximadamente 0,06 s.

RESUMEN DE LA PROPAGACIÓN DEL IMPULSO CARDÍACO A TRAVÉS DEL CORAZÓN

Los números de la figura representan los intervalos de tiempo, en fracciones de segundo, que transcurren desde el origen del impulso cardíaco en el nódulo sinusal hasta su aparición en cada uno de los puntos respectivos del corazón. Obsérvese que el impulso se propaga a una velocidad moderada a través de las aurículas, aunque se retrasa más de 0,1 s en la región del nódulo AV antes de aparecer en el haz AV del tabique interventricular. Una vez que ha entrado en este haz, se propaga muy rápidamente a través de las fibras de Purkinje por todas las superficies endocárdicas de los ventrículos. Después el impulso se propaga de nuevo algo más lentamente a través del músculo ventricular hacia las superficies epicárdicas.

CONTROL DE LA EXCITACIÓN Y LA CONDUCCIÓN EN EL CORAZÓN

NÓDULO SINUSAL COMO MARCAPASOS DEL CORAZÓN

El impulso normalmente se origina en el nódulo sinusal. En algunas situaciones anormales no ocurre así. Otras partes del corazón pueden presentar también una excitación rítmica intrínseca de la misma forma que lo hacen las fibras del nódulo sinusal; esto es particularmente cierto en el caso de las fibras del nódulo AV y de las fibras de Purkinje. Las fibras del nódulo AV, cuando no son estimuladas por alguna fuente externa, descargan a una frecuencia rítmica intrínseca de 40 a 60 veces por minuto, y las fibras de Purkinje lo hacen a una frecuencia de entre 15 y 40 veces por minuto. Estas frecuencias son distintas a la frecuencia normal del nódulo sinusal, de 70 a 80 veces por minuto.

¿Por qué entonces es el nódulo sinusal, y no el nódulo AV ni las fibras de Purkinje, el que controla la ritmicidad del corazón? La frecuencia de descarga del nódulo sinusal es mayor que la frecuencia de descarga autoexcitadora natural de las fibras del nódulo AV y de las fibras de Purkinje. Cada vez que se produce una descarga en el nódulo sinusal su impulso se conduce hacia el nódulo AV y hacia las fibras de Purkinje, produciendo también la descarga de sus membranas. Pero el nódulo sinusal produce una nueva descarga antes de que las fibras del nódulo AV o las fibras de Purkinje puedan alcanzar sus propios umbrales de autoexcitación. Por tanto, el nuevo impulso procedente del nódulo sinusal descarga tanto las fibras del nódulo AV como las fibras de Purkinje antes de que se pueda producir autoexcitación en cualquiera de esas estructuras. El el nódulo sinusal controla el latido del corazón porque su frecuencia de descarga rítmica es más rápida que la de cualquier otra parte del corazón.

IMPORTANCIA DEL SISTEMA DE PURKINJE EN LA GENERACIÓN DE LA CONTRACCIÓN SINCRÓNICA DEL MÚSCULO VENTRICULAR

Normalmente el impulso cardíaco llega a casi todas las porciones de los ventrículos en un breve intervalo de tiempo, excitando la primera fibra muscular ventricular sólo 0,03 a 0,06 s antes de la excitación de la última. Esto hace que todas las porciones del músculo de los dos ventrículos comiencen a contraerse casi al mismo tiempo y que después sigan contrayéndose durante aproximadamente otros 0,3 s. La función de bomba eficaz de las dos cavidades ventriculares precisa este tipo sincrónico de contracción. Si el impulso cardíaco viajara lentamente a través de los ventrículos, buena parte de la masa ventricular se contraería antes de la contracción del resto, en cuyo caso se produciría una gran disminución de la función global de bomba. De hecho, en algunos tipos de trastornos cardíacos,se produce una transmisión lenta, y la eficacia del bombeo de los ventrículos disminuye hasta el 20-­30%.

CONTROL DEL RITMO CARDÍACO Y LA CONDUCCIÓN DE IMPULSOS POR LOS NERVIOS CARDÍACOS: LOS NERVIOS SIMPÁTICOS Y PARASIMPÁTICOS

El corazón está inervado por nervios simpáticos y parasimpáticos, Los nervios parasimpáticos (vagos) se distribuyen principalmente a los nódulos SA y AV, en mucho menor grado al músculo de las dos aurículas y apenas directamente al músculo ventricular. Por el contrario, los nervios simpáticos se distribuyen en todas las regiones del corazón, con una intensa representación en el músculo ventricular, así como en todas las demás zonas.

LA ESTIMULACIÓN PARASIMPÁTICA (VAGAL) PUEDE RETRASAR O BLOQUEAR EL RITMO Y LA CONDUCCIÓN CARDIACA( ESCAPE VENTRICULAR)

La estimulación de los nervios parasimpáticos que llegan al corazón (los vagos) hace que se libere la hormona acetilcolina en las terminaciones nerviosas. Esta hormona tiene dos efectos principales sobre el corazón. Primero, reduce la frecuencia del ritmo del nódulo sinusal, y segundo, reduce la excitabilidad de las fibras de la unión AV entre la musculatura auricular y el nódulo AV, retrasando de esta manera la transmisión del impulso cardíaco hacia los ventrículos.

Una estimulación vagal débil a moderada reduce la frecuencia del bombeo del corazón, con frecuencia hasta un valor tan bajo como la mitad de lo normal. La estimulación intensa de los nervios vagos puede interrumpir completamente la excitación rítmica del nódulo sinusal o puede bloquear completamente la transmisión del impulso cardíaco desde las aurículas hacia los ventrículos a través del nódulo AV. Los ventrículos dejan de latir durante 5 a 20 s, pero después algún área pequeña de las fibras de Purkinje, habitualmente en la porción del tabique interventricular del haz AV, presenta un ritmo propio y genera la contracción ventricular a una frecuencia de 15 a 40 latidos por minuto. Este fenómeno se denomina escape ventricular.

MECANISMOS DE LOS EFECTOS VAGALES

La acetilcolina que se libera en las terminaciones nerviosas vagales aumenta mucho la permeabilidad de las membranas de las fibras a los iones potasio, lo que permite la salida rápida de potasio desde las fibras del sistema de conducción. Esto da lugar a un aumento de la negatividad en el interior de las fibras, un efecto que se denomina hiperpolarización, que hace que este tejido excitable sea mucho menos excitable. En el nódulo sinusal, el estado de hiperpolarización reduce el potencial de membrana «en reposo» de las fibras del nódulo sinusal a un nivel mucho más negativo de lo habitual, hasta –65 a –75 mV en lugar del nivel normal de –55 a –60 mV.

Por tanto, el aumento inicial del potencial de membrana del nódulo sinusal que produce la corriente de entrada de sodio y de calcio tarda mucho más en alcanzar el potencial liminal para la excitación. Esto retrasa mucho la frecuencia de ritmicidad de estas fibras nodulares. Si la estimulación vagal es lo suficientemente intensa es posible detener totalmente la autoexcitación rítmica de este nódulo. En el nódulo AV, el estado de hiperpolarización producido por la estimulación vagal hace que sea difícil que las pequeñas fibras auriculares que entran en el nódulo generen una corriente de una intensidad suficiente como para excitar las fibras nodulares. Por tanto, el factor de seguridad para la transmisión del impulso cardíaco a través de las fibras de transición hacia las fibras del nódulo AV disminuye.

EFECTO DE LA ESTIMULACIÓN SIMPÁTICA SOBRE EL RITMO Y LA CONDUCCIÓN DEL CORAZÓN

La estimulación simpática produce esencialmente los efectos contrarios sobre el corazón a los que produce la estimulación vagal.Primero, aumenta la frecuencia de descarga del nódulo sinusal. Segundo, aumenta la velocidad de conducción, así como el nivel de excitabilidad de todas las porciones del corazón. Tercero, aumenta mucho la fuerza de contracción de toda la musculatura cardíaca, tanto auricular como ventricular.La estimulación simpática aumenta la actividad global del corazón. La estimulación máxima casi puede triplicar la frecuencia del latido cardíaco y puede aumentar la fuerza de la contracción del corazón hasta dos veces.

MECANISMO DEL EFECTO SIMPÁTICO

La estimulación de los nervios simpáticos libera la hormona noradrenalina en las terminaciones nerviosas simpáticas. La noradrenalina estimula, a su vez, los receptores b1-adrenérgicos, que median en los efectos sobre la frecuencia cardíaca, aumenta la permeabilidad de la membrana de las fibras a los iones sodio y calcio. En el nódulo sinusal, un aumento de la permeabilidad a sodio­-calcio genera un potencial en reposo más positivo y también produce un aumento de la velocidad del ascenso del potencial de membrana diastólico hacia el nivel liminal para la autoexcitación, acelerando de esta forma la autoexcitación y, por tanto, aumentando la frecuencia cardíaca.

En el nódulo AV y en los haces AV, el aumento de la permeabilidad a sodio­calcio hace que sea más fácil que el potencial de acción excite todas las porciones sucesivas de los haces de las fibras de conducción, disminuyendo de esta manera el tiempo de conducción desde las aurículas hasta los ventrículos. El aumento de la permeabilidad a los iones calcio es responsable al menos en parte del aumento de la fuerza contráctil del músculo cardíaco bajo la influencia de la estimulación simpática, porque los iones calcio tienen una función importante en la excitación del proceso contráctil de las miofibrillas.

El corazón está formado realmente por dos bombas separadas: un corazón derecho que bombea sangre hacia los pulmones y un corazón izquierdo que bombea sangre hacia los órganos periféricos. A su vez, cada uno de estos corazones es una bomba bicameral pulsátil formada por una aurícula y un ventrículo.

Las aurículas son una bomba débil de cebado del ventrículo, que contribuye a transportar sangre hacia el ventrículo correspondiente. Los ventrículos después aportan la principal fuerza del bombeo que impulsa la sangre:

1) hacia la circulación pulmonar por el ventrículo derecho.

2) hacia la circulación periférica por el ventrículo izquierdo.

Mecanismos especiales del corazón producen una sucesión continuada de contracciones cardíacas denominada ritmicidad cardíaca, que transmite potenciales de acción  por todo el músculo cardíaco y determina su latido rítmico.

FISIOLOGÍA DEL MÚSCULO CARDÍACO

El corazón está formado por tres tipos principales de músculo cardíaco: músculo auricular, músculo ventricular y fibras musculares especializadas de excitación y de conducción. El músculo auricular y ventricular se contrae de manera muy similar al músculo esquelético, excepto que la duración de la contracción es mucho mayor.

ANATOMÍA FISIOLOGICA DEL MÚSCULO CARDÍACO

La histología del músculo cardíaco presenta las fibras musculares cardíacas dispuestas en un retículo, de modo que las fibras se dividen, se vuelven a combinar y se separan de nuevo.

El músculo cardíaco es estriado igual que el músculo esquelético. Además, el músculo cardíaco tiene las miofibrillas típicas que contienen filamentos de actina y de miosina casi idénticos a los que se encuentran en el músculo esquelético; estos filamentos están unos al lado de otros y se deslizan entre sí durante la contracción de la misma manera que ocurre en el músculo esquelético.

MÚSCULO CARDÍACO COMO SINCITIO

Las zonas oscuras que atraviesan las fibras musculares cardíacas se denominan discos intercalados; son membranas celulares que separan las células musculares cardíacas individuales entre sí.

Las fibras musculares cardíacas están formadas por células individuales conectadas entre sí en serie y en paralelo. En cada uno de los discos intercalados las membranas celulares se fusionan entre sí de tal manera que forman uniones «comunicantes» (en hendidura) permeables que permiten una rápida difusión. Por tanto, desde un punto de vista funcional los iones se mueven con facilidad en el líquido intracelular a lo largo del eje longitudinal de las fibras musculares cardíacas, de modo que los potenciales de acción viajan fácilmente desde una célula muscular cardíaca a la siguiente, a través de los discos intercalados.

El músculo cardíaco es un sincitio de muchas células musculares cardíacas en el que las células están tan interconectadas entre sí que cuando una de ellas se excita el potencial de acción se propaga a todas.

El corazón realmente está formado por dos sincitios: el sincitio auricular, que forma las paredes de las dos aurículas, y el sincitio ventricular, que forma las paredes de los dos ventrículos.

Las aurículas están separadas de los ventrículos por tejido fibroso que rodea las aberturas de las válvulas auriculoventriculares (AV) entre las aurículas y los ventrículos.

Los potenciales sólo son conducidos por medio de un sistema de conducción especializado denominado haz AV, que es un fascículo de fibras de conducción de varios milímetros de diámetro.La división del músculo del corazón en dos sincitios funcionales permite que las aurículas se contraigan un  intervalo antes de la contracción ventricular, lo que es importante para la eficacia del bombeo del corazón.

POTENCIALES DE ACCIÓN EN EL MÚSCULO CARDIACO

El potencial de acción que se registra en una fibra muscular ventricular  es en promedio de aproximadamente 105 mV, lo que significa que el potencial intracelular aumenta desde un valor muy negativo, de aproximadamente –85 mV, entre los latidos hasta un valor ligeramente positivo, de aproximadamente + 20 mV, durante cada latido. Después de la espiga inicial la membrana permanece despolarizada durante aproximadamente 0,2 s, mostrando una meseta, seguida al final de la meseta de una repolarización súbita. La presencia de esta meseta del potencial de acción hace que la contracción ventricular dure hasta 15 veces más en el músculo cardíaco que en el músculo esquelético.

Las diferencias importantes entre las propiedades de la membrana del músculo cardíaco y esquelético responsables del potencial de acción prolongado y de la meseta del músculo cardíaco. Primero, el potencial de acción del músculo esquelético está producido por la apertura súbita de canales rápidos de sodio que permiten que grandes cantidades de iones sodio entren en la fibra muscular esquelética desde el líquido extracelular. A estos canales se les denomina canales «rápidos» porque permanecen abiertos sólo milésimas de segundo. Al final se produce la repolarización y el potencial de acción ha terminado en otra milésima de segundo aproximadamente.

En el músculo cardíaco, el potencial de acción está producido por la apertura de dos tipos de canales: 1) los mismos canales rápidos de sodio que en el músculo esquelético y 2) canales de calcio-sodio. Esta segunda población de canales difiere de los canales rápidos de sodio en que se abren con mayor lentitud y permanecen abiertos durante varias décimas de segundo. Durante este tiempo fluye una gran cantidad de iones tanto calcio como sodio a través de estos canales hacia el interior de la fibra muscular cardíaca, y esto mantiene un período prolongado de despolarización, dando lugar a la meseta del potencial de acción. Además, los iones calcio que entran durante la fase de meseta activan el proceso contráctil del músculo.

 La segunda diferencia funcional  entre el músculo cardíaco y el músculo esquelético :  después del inicio del potencial de acción, la permeabilidad de la membrana del músculo cardíaco a los iones potasio disminuye, un efecto que no aparece en el músculo esquelético. Esta disminución de la permeabilidad al potasio se puede deber al exceso de flujo de entrada de calcio a través de los canales de calcio, la disminución de la permeabilidad al potasio reduce mucho el flujo de salida de iones potasio de carga positiva durante la meseta del potencial de acción y, por tanto, impide el regreso rápido del voltaje del potencial de acción a su nivel de reposo. Cuando los canales lentos de calcio-sodio se cierran después de 0,2 a 0,3 s y se interrumpe el flujo de entrada de iones calcio y sodio aumenta la permeabilidad de la membrana a los iones potasio; esta rápida pérdida de potasio desde la fibra inmediatamente devuelve el potencial de membrana a su nivel de reposo, finalizando de esta manera el potencial de acción.

VELOCIDAD DE LA CONDUCCIÓN DE LAS SEÑALES EN EL MÚSCULO CARDÍACO

La velocidad de la conducción de la señal del potencial de acción excitador a lo largo de las fibras musculares auriculares y ventriculares es de aproximadamente 0,3 a 0,5 m/s, o aproximadamente 1/250 de la velocidad en las fibras nerviosas grandes y aproximadamente 1/10 de la velocidad en las fibras musculares esqueléticas. La velocidad de conducción en el sistema especializado de conducción del corazón, en las fibras de Purkinje, es de hasta 4 m/s en la mayoría de las partes del sistema, lo que permite una conducción  rápida de la señal excitadora hacia las diferentes partes del corazón.

PERÍODO REFRACTARIO DEL MÚSCULO CARDÍACO

El músculo cardíaco es refractario a la reestimulación durante el potencial de acción. Por tanto, el período refractario del corazón es el intervalo de tiempo, durante el cual un impulso cardíaco normal no puede reexcitar una zona ya excitada de músculo cardíaco. El período refractario normal del ventrículo es de 0,25 a 0,30 s . Hay un período refractario relativo adicional de aproximadamente 0,05 s, durante el cual es más difícil de lo normal excitar el músculo, pero, sin embargo, se puede excitar con una señal excitadora muy intensa.

El período refractario del músculo auricular es mucho más corto que el de los ventrículos (aproximadamente 0,15 s para las aurículas, en comparación con 0,25 a 0,30 s para los ventrículos).

ACOPLAMIENTO EXCITACIÓN-CONTRACCIÓN:FUNCIÓN DE LOS IONES CALCIO Y DE LOS TÚBULOS TRANSVERSOS

El término «acoplamiento excitación-contracción» se refiere al mecanismo mediante el cual el potencial de acción hace que las miofibrillas del músculo se contraigan. Al igual que en el músculo esquelético, cuando un potencial de acción pasa sobre la membrana del músculo cardíaco el potencial de acción se propaga hacia el interior de la fibra muscular cardíaca a lo largo de las membranas de los túbulos transversos (T).

 Los potenciales de acción de los túbulos T  actúan sobre las membranas de los túbulos sarcoplásmicos longitudinales para producir la liberación de iones calcio hacia el sarcoplasma muscular desde el retículo sarcoplásmico. En algunas milésimas de segundo más estos iones calcio difunden hacia las miofibrillas y catalizan las reacciones químicas que favorecen el deslizamiento de los filamentos de actina y de miosina entre sí, lo que da lugar a la contracción muscular.

El mecanismo de acoplamiento excitación-contracción es el mismo que el del músculo esquelético, aunque hay un segundo efecto diferente. Además de los iones calcio que se liberan hacia el sarcoplasma desde las cisternas del retículo sarcoplásmico, también difunde una gran cantidad de iones calcio adicionales hacia el sarcoplasma desde los propios túbulos T en el momento del potencial de acción, que abre los canales de calcio dependientes del voltaje a la membrana del túbulo T .

iones calcio adicionales hacia el sarcoplasma desde los propios túbulos T en el momento del potencial de acción, que abre los canales de calcio dependientes del voltaje a la membrana del túbulo T .

 El calcio que entra en la célula activa después los canales de liberación de calcio, también denominados canales de receptor de rianodina, en la membrana del retículo sarcoplásmico, para activar la liberación de calcio en el sarcoplasma

 Los iones calcio en el sarcoplasma interaccionan después con la troponina para iniciar la formación y contracción de puente transversal.

Sin el calcio procedente de los túbulos T la fuerza de la contracción del músculo cardíaco se reduciría porque el retículo sarcoplásmico del músculo cardíaco está peor desarrollado que el del músculo esquelético y no almacena suficiente calcio para generar una contracción completa. No obstante, los túbulos T del músculo cardíaco tienen un diámetro mayor que los túbulos del músculo esquelético, lo que significa un volumen mayor. Además, en el interior de los túbulos T hay una gran cantidad de mucopolisacáridos que tienen carga negativa y que se unen a una abundante reserva de iones calcio, manteniéndolos siempre disponibles para su difusión hacia el interior de la fibra muscular cardíaca cuando aparece un potencial de acción en un túbulo T.

La fuerza de la contracción del músculo cardíaco depende de la concentración de iones calcio en los líquidos extracelulares. La razón de esto es que las aberturas de los túbulos T atraviesan directamente la membrana de la célula muscular cardíaca hacia los espacios extracelulares que rodean las células, lo que permite que el mismo líquido extracelular que está en el intersticio del músculo cardíaco se introduzca también en los túbulos T. En consecuencia, la cantidad de iones calcio en el sistema de los túbulos  depende en gran medida de la concentración de iones calcio en el líquido extracelular

Al final de la meseta del potencial de acción cardíaco se interrumpe súbitamente el flujo de entrada de iones calcio hacia el interior de la fibra muscular y los iones calcio del sarcoplasma se bombean rápidamente hacia el exterior de las fibras musculares, hacia el retículo sarcoplásmico y hacia el espacio de los túbulos T-líquido extracelular. El transporte de calcio de nuevo al retículo sarcoplásmico se consigue con la ayuda de una bomba de calcio ATPasa  Los iones calcio se eliminan también de la célula mediante un intercambiador de sodio-calcio.

DURACIÓN DE LA CONTRACCIÓN

La duración de la contracción del músculo cardíaco depende principalmente de la duración del potencial de acción, incluyendo la meseta, aproximadamente 0,2 s en el músculo auricular y 0,3 s en el músculo ventricular.

CICLO CARDIACO

Los fenómenos cardíacos que se producen desde el comienzo de un latido cardíaco hasta el comienzo del siguiente se denominan ciclo cardíaco.

Cada ciclo es iniciado por la generación espontánea de un potencial de acción en el nódulo sinusal. Este nódulo está localizado en la pared superolateral de la aurícula derecha, cerca del orificio de la vena cava superior, y el potencial de acción viaja desde aquí rápidamente por ambas aurículas y después a través del haz AV hacia los ventrículos. Debido a esta disposición especial del sistema de conducción desde las aurículas hacia los ventrículos, hay un retraso de más de 0,1 s durante el paso del impulso cardíaco desde las aurículas a los ventrículos. Esto permite que las aurículas se contraigan antes de la contracción ventricular, bombeando de esta manera sangre hacia los ventrículos antes de que comience la intensa contracción ventricular.

 Las aurículas actúan como bombas de cebado para los ventrículos, y los ventrículos a su vez proporcionan la principal fuente de potencia para mover la sangre a través del sistema vascular del cuerpo.

DIASTOLE Y SISTOLE

El ciclo cardíaco está formado por  período de relajación que se denomina diástole

Período de contracción denominado sístole.

 La duración del ciclo cardíaco total, incluidas la sístole y la diástole, es el valor inverso de la frecuencia cardíaca.

Se muestran en la gráfica los diferentes acontecimientos que se producen durante el ciclo cardíaco para el lado izquierdo del corazón. Las tres curvas superiores muestran los cambios de presión en la aorta, en el ventrículo izquierdo y en la aurícula izquierda, respectivamente. La cuarta curva representa los cambios del volumen ventricular izquierdo, la quinta el electrocardiograma y la sexta un fonocardiograma, que es un registro de los ruidos que produce el corazón (principalmente las válvulas cardíacas) durante su función de bombeo.

EFECTO DE LA FRECUENCIA CARDIACA EN LA DURACIÓN DEL CICLO CARDÍACO

Cuando aumenta la frecuencia cardíaca, la duración de cada ciclo cardíaco disminuye, incluidas las fases de contracción y relajación. Para una frecuencia cardíaca normal de72 latidos por minuto, la sístole comprende aproximadamente 0,4 del ciclo cardíaco completo. Para una frecuencia cardíaca triple de lo normal, la sístole supone aproximadamente 0,65 del ciclo cardíaco completo. Esto significa que el corazón que late a una frecuencia muy rápida no permanece relajado el tiempo suficiente para permitir un llenado completo de las cámaras cardíacas antes de la siguiente contracción.

RELACION DEL ELECTROCARDIOGRAMA CON EL CICLO CARDÍACO :

El electrocardiograma  muestra las ondas P, Q, R, S y T Son los voltajes eléctricos que genera el corazón, y son registrados mediante el electrocardiógrafo desde la superficie del cuerpo. La onda P está producida por la propagación de la despolarización en las aurículas, y es seguida por la contracción auricular, que produce una ligera elevación de la curva de presión auricular inmediatamente después de la onda P electrocardiográfica.

Aproximadamente 0,16 s después del inicio de la onda P, las ondas QRS aparecen como consecuencia de la despolarización eléctrica de los ventrículos, que inicia la contracción de los ventrículos y hace que comience a elevarse la presión ventricular. Por tanto, el complejo QRS comienza un poco antes del inicio de la sístole ventricular. Finalmente, en el electrocardiograma se observa la onda T ventricular, que representa la fase de repolarización de los ventrículos, cuando las fibras del músculo ventricular comienzan a relajarse. Por tanto, la onda T se produce un poco antes del final de la contracción ventricular.

FUNCIÓN DE LA AURICULAS COMO BOMBAS DE CEBADO Aproximadamente el 80% de la sangre fluye directamente a través de las aurículas hacia los ventrículos incluso antes de que se contraigan las aurículas. Después, la contracción auricular habitualmente produce un llenado de un 20% adicional de los ventrículos. Por tanto, las aurículas actúan simplemente como bombas de cebado que aumentan la eficacia del bombeo ventricular hasta un 20%. El corazón tiene la capacidad de bombear entre el 300 y el 400% más de sangre de la que necesita el cuerpo en reposo. Cuando las aurículas dejan de funcionar es probable que no se observe esta diferencia salvo que la persona haga un esfuerzo; en este caso de manera ocasional aparecen síntomas agudos de insuficiencia cardíaca, especialmente disnea.

CAMBIOS DE PRESIÓN EN LAS AURICULAS

las ondas a, c y v. En la curva de presión auricular se observan tres pequeñas elevaciones de presión, denominadas curvas de presión auricular a, c y v. La onda  está producida por la contracción auricular.

 Habitualmente la presión auricular derecha aumenta de 4 a 6 mmHg durante la contracción auricular .

 La presión auricular izquierda aumenta aproximadamente de 7 a 8 mmHg.

 La onda c se produce cuando los ventrículos comienzan a contraerse; está producida principalmente por la protrusión de las válvulas AV retrógradamente hacia las aurículas debido al aumento de presión de los ventrículos.

 La onda v se produce hacia el final de la contracción ventricular; se debe al flujo lento de sangre hacia las aurículas desde las venas mientras las válvulas AV están cerradas durante la contracción ventricular.

Cuando ya ha finalizado la contracción ventricular, las válvulas AV se abren, y permiten que esta sangre auricular almacenada fluya rápidamente hacia los ventrículos, lo que hace que la onda v desaparezca.

FUNCIÓN DE LOS VENTRICULOS COMO BOMBAS

LLENADO DE LOS VENTRÍCULOS DURANTE LA DIÁSTOLE

Durante la sístole ventricular se acumulan grandes cantidades de sangre en las aurículas derecha e izquierda porque las válvulas AV están cerradas.

Por tanto, tan pronto como ha finalizado la sístole y las presiones ventriculares disminuyen de nuevo a sus valores diastólicos bajos, el aumento moderado de presión que se ha generado en las aurículas durante la sístole ventricular inmediatamente abre las válvulas AV y permite que la sangre fluya rápidamente hacia los ventrículos. El período de llenado rápido dura aproximadamente el primer tercio de la diástole. Durante el tercio medio de la diástole normalmente sólo fluye una pequeña cantidad de sangre hacia los ventrículos; esta es la sangre que continúa drenando hacia las aurículas desde las venas y que pasa a través de las aurículas directamente hacia los ventrículos.

Durante el último tercio de la diástole las aurículas se contraen y aportan un impulso adicional al flujo de entrada de sangre hacia los ventrículos; este fenómeno es responsable de aproximadamente el 20% del llenado de los ventrículos durante cada ciclo cardíaco.

VACIADO DE LOS VENTRICULOS DURANTE LA SISTOLE PERIODO DE CONTRACCION ISOVOLUMETRICA (ISOMETRICA)

Después del comienzo de la contracción ventricular se produce un aumento de presión ventricular, lo que hace que se cierren las válvulas AV. Después son necesarios otros 0,02 a 0,03 s para que el ventrículo acumule una presión suficiente para abrir las válvulas AV semilunares (aórtica y pulmonar) contra las presiones de la aorta y de la arteria pulmonar. Por tanto, durante este período se produce contracción en los ventrículos, pero no vaciado. Esto se denomina período de contracción isovolumétrica o isométrica.

PERÍODO DE EYECCIÓN

 Cuando la presión ventricular izquierda aumenta ligeramente por encima de 80 mmHg (y la presión ventricular derecha ligeramente por encima de 8 mmHg), las presiones ventriculares abren las válvulas semilunares. Inmediatamente comienza a salir la sangre de los ventrículos, de modo que aproximadamente el 70% del vaciado de la sangre se produce durante el primer tercio del período de eyección y el 30% restante del vaciado durante los dos tercios siguientes. Por tanto, el primer tercio se denomina período de eyección rápida y los dos tercios finales período de eyección lenta.

PERÍODO DE RELAJACIÓN ISOVOLUMETRICA(ISOMETRICA)

Al final de la sístole comienza súbitamente la relajación ventricular, lo que permite que las presiones intraventriculares derecha e izquierda disminuyan rápidamente. Las presiones elevadas de las grandes arterias distendidas que se acaban de llenar con la sangre que procede de los ventrículos que se han contraído empujan inmediatamente la sangre de nuevo hacia los ventrículos, lo que cierra súbitamente las válvulas aórtica y pulmonar. Durante otros 0,03 a 0,06 s el músculo cardíaco sigue relajándose, aun cuando no se modifica el volumen ventricular, dando lugar al período de relajación isovolumétrica o isométrica. Durante este período las presiones intraventriculares disminuyen rápidamente y regresan a sus bajos valores diastólicos.

VOLUMEN TELEDIASTÓLICO,VOLUMEN TELESISTÓLICO,Y VOLUMEN SISTÓLICO

Durante la diástole, el llenado normal de los ventrículos aumenta el volumen de cada uno de los ventrículos hasta aproximadamente 110 a 120 ml. Este volumen se denomina volumen telediastólico.

 A medida que los ventrículos se vacían durante la sístole, el volumen disminuye aproximadamente 70 ml, lo que se denomina volumen sistólico.

 El volumen restante que queda en cada uno de los ventrículos, aproximadamente 40 a 50 ml, se denomina volumen telesistólico. La fracción del volumen telediastólico que es propulsada se denomina fracción de eyección, que habitualmente es igual a aproximadamente el 60%. Cuando el corazón se contrae con fuerza el volumen telesistólico puede disminuir hasta un valor tan bajo como 10 a 20 ml

FUNCION DE LAS VÁLVULAS

VÁLVULAS AURICOVENTRICULARES

Las válvulas AV (las válvulas tricúspide y mitral) impiden el flujo retrógrado de sangre desde los ventrículos hacia las aurículas durante la sístole.

Las válvulas semilunares (las válvulas aórtica y de la arteria pulmonar) impiden el flujo retrógrado desde las arterias aorta y pulmonar hacia los ventrículos durante la diástole.

Las válvulas AV, que están formadas por una película delgada, casi no precisan ningún flujo retrógrado para cerrarse, mientras que las válvulas semilunares, que son mucho más fuertes, precisan un flujo retrógrado bastante rápido durante algunos milisegundos.

FUNCIÓN DE LOS MUSCULOS PAPILARES

 Los músculos papilares se unen a los velos de las válvulas AV mediante las cuerdas tendinosas. Los músculos papilares se contraen cuando se contraen las paredes ventriculares, pero no contribuyen al cierre de las válvulas. Por el contrario, tiran de los velos de las válvulas hacia dentro, hacia los ventrículos, para impedir que protruyan demasiado hacia las aurículas durante la contracción ventricular. Si se produce la rotura de una cuerda tendinosa o si se produce parálisis de uno de los músculos papilares, la válvula protruye mucho hacia las aurículas durante la contracción ventricular, a veces tanto que se produce una fuga grave y da lugar a una insuficiencia cardíaca grave o incluso mortal.

VÁLVULA AÓRTICA Y DE LA ARTERIA PULMONAR

Las válvulas semilunares aórtica y pulmonar funcionan de la siguiente manera:

Primero: las elevadas presiones de las arterias al final de la sístole hacen que las válvulas semilunares se cierren súbitamente.

Segundo: debido a sus orificios más pequeños, la velocidad de la eyección de la sangre a través de las válvulas aórtica y pulmonar es mucho mayor que a través de las válvulas AV, que son mucho mayores. Además, debido al cierre rápido y a la eyección rápida, los bordes de las válvulas aórtica y pulmonar están sometidos a una abrasión mecánica mucho mayor que las válvulas AV. Las válvulas AV tienen el soporte de las cuerdas tendinosas, lo que no ocurre en el caso de las válvulas semilunares.

CURVA DE PRESIÓN AÓRTICA

Cuando el ventrículo izquierdo se contrae, la presión ventricular aumenta rápidamente hasta que se abre la válvula aórtica. Posteriormente, después de que se haya abierto la válvula, la presión del ventrículo aumenta mucho menos rápidamente porque la sangre sale inmediatamente del ventrículo hacia la aorta y después hacia las arterias de distribución sistémica. La entrada de sangre en las arterias hace que las paredes de las mismas se distiendan y que la presión aumente hasta aproximadamente 120 mmHg.

Después, al final de la sístole, después de que el ventrículo izquierdo haya dejado de impulsar sangre y se haya cerrado la válvula aórtica, las paredes elásticas de las arterias mantienen una presión elevada en las arterias, incluso durante la diástole.

 Se produce la denominada incisura en la curva de presión aórtica cuando se cierra la válvula aórtica. Después de que se haya cerrado la válvula aórtica, la presión en el interior de la aorta disminuye lentamente durante toda la sístole porque la sangre que está almacenada en las arterias elásticas distendidas fluye continuamente a través de los vasos periféricos de nuevo hacia las venas. Antes de que se contraiga de nuevo el ventrículo, la presión aórtica ha disminuido hasta 80 mmHg (presión diastólica), que es dos tercios de la presión máxima de 120 mmHg (presión sistólica) que se produce en la aorta durante la contracción ventricular.

RELACIÓN DE LOS TONOS CARDÍACOS CON EL BOMBEO CARDÍACO

Cuando se ausculta el corazón con un estetoscopio no se oye la apertura de las válvulas porque este es un proceso lento que no hace ruido. Sin embargo, cuando las válvulas se cierran, los velos de las válvulas y los líquidos circundantes vibran bajo la influencia de los cambios de presión, generando un sonido que viaja en todas las direcciones a través del tórax.

Cuando se contraen los ventrículos primero se oye un ruido que está producido por el cierre de las válvulas AV se conoce como el primer tono cardíaco.

 Cuando se cierran las válvulas aórtica y pulmonar al final de la sístole se oye un golpe seco y rápido porque estas válvulas se cierran rápidamente, y los líquidos circundantes vibran durante un período corto. Este sonido se denomina segundo tono cardíaco.

 GENERACIÓN DEL TRABAJO DEL CORAZÓN

El trabajo sistólico del corazón es la cantidad de energía que el corazón convierte en trabajo durante cada latido cardíaco mientras bombea sangre hacia las arterias.

 El trabajo minuto es la cantidad total de energía que se convierte en trabajo en 1 min; este parámetro es igual al trabajo sistólico multiplicado por la frecuencia cardíaca por minuto.

 El trabajo del corazón se utiliza de dos maneras:

 Primero:  la mayor proporción se utiliza para mover la sangre desde las venas de baja presión hacia las arterias de alta presión. Esto se denomina trabajo volumen-presión o trabajo externo.

Segundo: una pequeña proporción de la energía se utiliza para acelerar la sangre hasta su velocidad de eyección a través de las válvulas aórtica y pulmonar. Este es el componente de energía cinética del flujo sanguíneo del trabajo cardíaco

El trabajo externo del ventrículo derecho es normalmente aproximadamente la sexta parte del trabajo del ventrículo izquierdo debido a la diferencia de seis veces de las presiones sistólicas que bombean los dos ventrículos. El trabajo adicional de cada uno de los ventrículos necesario para generar la energía cinética del flujo sanguíneo es proporcional a la masa de sangre que se expulsa multiplicada por el cuadrado de la velocidad de eyección del flujo sanguíneo.

CONCEPTOS DE PRECARGA Y POSCARGA

Cuando se evalúan las propiedades contráctiles del músculo es importante especificar el grado de tensión del músculo cuando comienza a contraerse, que se denomina precarga, y especificar la carga contra la que el músculo ejerce su fuerza contráctil, que se denomina poscarga.

Para la contracción cardíaca habitualmente se considera que la precarga es la presión telediastólica cuando el ventrículo ya se ha llenado.

La poscarga del ventrículo es la presión de la aorta que sale del ventrículo. (A veces se considera de manera aproximada que la poscarga es la resistencia de la circulación, en lugar de su presión.) La importancia de los conceptos de precarga y poscarga es que en muchos estados funcionales anormales del corazón o de la circulación, la presión durante el llenado del ventrículo (la precarga), la presión arterial contra la que se debe contraer el ventrículo (la poscarga) o ambas están muy alteradas respecto a su situación normal.

ENERGIA QUIMICA NECESARIA PARA LA CONTRACCION CARDIA:UTILIZACIÓN DEL OXÍGENO POR EL CORAZÓN

El músculo cardíaco, al igual que el músculo esquelético, utiliza energía química para realizar el trabajo de la contracción. Aproximadamente el 70-90% de esta energía procede normalmente del metabolismo oxidativo de los ácidos grasos, donde el 10-30%, aproximadamente, procede de otros nutrientes, especialmente lactato y glucosa.

Por tanto, la velocidad del consumo de oxígeno por el miocardio es una medida excelente de la energía química que se libera mientras el corazón realiza su trabajo.

El consumo de oxígeno ha demostrado ser también casi proporcional a la tensión que se produce en el músculo cardíaco durante la contracción multiplicada por la duración de tiempo durante la cual persiste la contracción, denominada índice de tensión-tiempo. Como la tensión es alta cuando lo es la presión sistólica, en correspondencia se usa más oxígeno. Además, se gasta mucha más energía química a presiones sistólicas normales cuando el ventrículo está dilatado anómalamente debido a que la tensión del músculo cardíaco durante la contracción es proporcional a la presión multiplicada por el diámetro del ventrículo.

Eficiencia de la contracción cardíaca. Durante la contracción del músculo cardíaco la mayor parte de la energía química que se gasta se convierte en calor y una porción mucho menor en trabajo. El cociente del trabajo respecto al gasto de energía química total se denomina eficiencia de la contracción cardíaca, o simplemente eficiencia del corazón.

REGULACIÓN DEL BOMBEO CARDÍACO

Cuando una persona está en reposo el corazón sólo bombea de 4 a 6 l de sangre cada minuto. Durante el ejercicio intenso puede ser necesario que el corazón bombee de 4 a 7 veces esta cantidad. Los mecanismos básicos mediante los que se regula el volumen que bombea el corazón son: 1) regulación cardíaca intrínseca del bombeo en respuesta a los cambios del volumen de la sangre que fluye hacia el corazón y 2) control de la frecuencia cardíaca y del bombeo cardíaco por el sistema nervioso autónomo.

REGULACION INTRÍNSECA DEL BOMBEO CARDÍACO: EL MECANISMO DE FRANK-STARLING

La mayor parte de las situaciones la cantidad de sangre que bombea el corazón cada minuto está determinada por la velocidad del flujo sanguíneo hacia el corazón desde las venas, que se denomina retorno venoso.

Es decir, todos los tejidos periféricos del cuerpo controlan su propio flujo sanguíneo local, y todos los flujos tisulares locales se combinan y regresan a través de las venas hacia la aurícula derecha. El corazón, a su vez, bombea automáticamente hacia las arterias esta sangre que le llega, de modo que pueda fluir de nuevo por el circuito.

Esta capacidad intrínseca del corazón de adaptarse a volúmenes crecientes de flujo sanguíneo de entrada se denomina mecanismo de Frank-Starling del corazón en honor de Otto Frank y Ernest Starling, dos grandes fisiólogos de hace un siglo.

Básicamente, el mecanismo de FrankStarling significa que cuanto más se distiende el músculo cardíaco durante el llenado, mayor es la fuerza de contracción y mayor es la cantidad de sangre que bombea hacia la aorta. O, enunciado de otra manera, dentro de límites fisiológicos el corazón bombea toda la sangre que le llega procedente de las venas.

CURVAS DE FUNCIÓN VENTRICULAR

Una de las mejores formas de expresar la capacidad funcional de los ventrículos de bombear sangre es mediante la curvas de función ventricular, denominada curva de trabajo sistólico a medida que aumenta la presión auricular de cada uno de los lados del corazón, el trabajo sistólico de ese lado aumenta hasta que alcanza el límite de la capacidad de bombeo del ventrículo.Se muestra otro tipo de curva de función ventricular denominada curva de volumen ventricular. Las dos curvas de la figura representan la función de los ventrículos del corazón humano .A medida que aumentan las presiones las aurículas derecha e izquierda, también lo hacen los volúmenes ventriculares por minuto respectivos. Así, las curvas de función ventricular son otra forma de expresar el mecanismo de Frank-Starling del corazón.

A medida que los ventrículos se llenan en respuesta a unas presiones auriculares más altas, se produce aumento del volumen de los dos ventrículos y de la fuerza de la contracción del músculo cardíaco, lo que hace que el corazón bombee mayores cantidades de sangre hacia las arterias.

CONTROL DEL CORAZON POR LOS NERVIOS SIMPÁTICO Y PARASÍMPATICO

La eficacia de la función de bomba del corazón también está controlada por los nervios simpáticos y parasimpáticos (vagos), que inervan de forma abundante el corazón, como se muestra en la figura 9-12. Para niveles dados de presión auricular de entrada, la cantidad de sangre que se bombea cada minuto (gasto cardíaco) con frecuencia se puede aumentar más de un 100% por la estimulación simpática. Por el contrario, el gasto se puede disminuir hasta un valor tan bajo como cero o casi cero por la estimulación vagal (parasimpática).

MECANISMOS DE EXCITACIÓN DEL CORAZÓN PORLOS NERVIOS SIMPÁTICOS

La estimulación simpática intensa puede aumentar la frecuencia cardíaca en seres humanos desde la frecuencia normal de 70 latidos por minuto hasta 180 a 200 y, raras veces, incluso 250 latidos por minuto. Además, la estimulación simpática aumenta la fuerza de la contracción cardíaca hasta el doble de lo normal, aumentando de esta manera el volumen de sangre que se bombea y aumentando la presión de eyección.

Así, con frecuencia la estimulación simpática puede aumentar el gasto cardíaco máximo hasta dos o tres veces, además del aumento del gasto que produce el mecanismo de Frank-Starling que ya se ha comentado. Por el contrario, la inhibición de los nervios simpáticos del corazón puede disminuir la función de bomba del corazón en un grado moderado de la siguiente manera: en condiciones normales, las fibras nerviosas simpáticas que llegan al corazón descargan continuamente a una frecuencia baja que mantiene el bombeo aproximadamente un 30% por encima del que habría sin estimulación simpática.

Por tanto, cuando la actividad del sistema nervioso simpático disminuye por debajo de lo normal, este fenómeno produce reducción tanto de la frecuencia cardíaca como de la fuerza de la contracción del músculo ventricular, reduciendo de esta manera el nivel de bombeo cardíaco hasta un 30% por debajo de lo normal.

ESTIMULACIÓN PARASIMPÁTICA(VAGAL)DEL CORAZÓN)

La estimulación intensa de las fibras nerviosas parasimpáticas de los nervios vagos que llegan al corazón puede interrumpir el latido cardíaco durante algunos segundos, pero después el corazón habitualmente «escapa» y late a una frecuencia de 20 a 40 latidos por minuto mientras continúe la estimulación parasimpática. Además, la estimulación vagal intensa puede reducir la fuerza de la contracción del músculo cardíaco en un 20-30%.

Las fibras vagales se distribuyen principalmente por las aurículas y no mucho en los ventrículos, en los que se produce la contracción de potencia del corazón. Esto explica el efecto de la estimulación vagal principalmente sobre la reducción de la frecuencia cardíaca, en lugar de reducir mucho la fuerza de la contracción del corazón. Sin embargo, la gran disminución de la frecuencia cardíaca, combinada con una ligera reducción de la fuerza de la contracción cardíaca, puede reducir el bombeo ventricular en un 50% o más.

EFECTO DE LA ESTIMULACIÓN SIMPÁTICA Y PARASIMPÁTICA SOBRE LA CURVA DE FUNCIÓN CARDÍACA

Las curvas muestran que, a cualquier presión auricular derecha dada, el gasto cardíaco aumenta durante el aumento de la estimulación simpática y disminuye durante el aumento de la estimulación parasimpática. Estas modificaciones del gasto que se producen por la estimulación del sistema nervioso autónomo se deben tanto a modificaciones de la frecuencia cardíaca como a modificaciones los iones calcio en el inicio del proceso contráctil cardíaco. Por el contrario, el déficit de iones calcio produce flacidez cardíaca, similar al efecto de la elevación de la concentración de potasio. Afortunadamente las concentraciones de iones calcio en la sangre normalmente están reguladas en un intervalo muy estrecho. Por tanto, los efectos cardíacos de las concentraciones anormales de calcio raras veces tienen significado clínico de la fuerza contráctil del corazón, porque se producen modificaciones de ambos parámetros en respuesta a la estimulación nerviosa.

EFECTO DE LOS IONES POTASIO Y CALCIO SOBRE LA FUNCIÓN CARDÍACA

los iones potasio tienen un efecto marcado sobre los potenciales de membrana, y en el capítulo 6 se señaló que los iones calcio tienen una función especialmente importante en la activación del proceso contráctil del músculo. Por tanto, cabe esperar que la concentración de cada uno de estos dos iones en los líquidos extracelulares también tenga efectos importantes sobre la función de bomba del corazón.

EFECTO DE LOS IONES POTASIO

El exceso de potasio hace que el corazón esté dilatado y flácido, y también reduce la frecuencia cardíaca. Grandes cantidades también pueden bloquear la conducción del impulso cardíaco desde las aurículas hacia los ventrículos a través del haz AV. La elevación de la concentración de potasio hasta sólo 8 a 12 mEq/l (dos a tres veces el valor normal) puede producir una debilidad del corazón y una alteración del ritmo tan graves que pueden producir la muerte. Estos efectos se deben parcialmente al hecho de que una concentración elevada de potasio en los líquidos extracelulares reduce el potencial de membrana en reposo de las fibras del músculo cardíaco.

EFECTO DE IONES CALCIO

Un exceso de iones calcio produce efectos casi exactamente contrarios a los de los iones potasio, haciendo que el corazón progrese hacia una contracción espástica. Esto está producido por el efecto directo de los iones calcio en el inicio del proceso contráctil cardíaco, como se explicó antes en este mismo capítulo. Por el contrario, el déficit de iones calcio produce flacidez cardíaca, similar al efecto de la elevación de la concentración de potasio.

EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE SOBRE LA FUNCION CARDIACA

El aumento de la temperatura corporal, como ocurre durante la fiebre, produce un gran aumento de la frecuencia cardíaca, a veces hasta del doble del valor normal. La disminución de la temperatura produce una gran disminución de la frecuencia cardíaca, que puede disminuir hasta sólo algunos latidos por minuto cuando una persona está cerca de la muerte por hipotermia en el intervalo de temperatura corporal de 16 °C a 21 °C. Estos efectos probablemente se deben al hecho de que el calor aumenta la permeabilidad de la membrana del músculo cardíaco a los iones que controlan la frecuencia cardíaca, acelerando el proceso de autoexcitación.

La fuerza contráctil del corazón con recuencia aumenta transitoriamente cuando hay un aumento moderado de la temperatura, como ocurre durante el ejercicio corporal, aunque una elevación prolongada de la temperatura agota los sistemas metabólicos del corazón y finalmente produce debilidad. Por tanto, la función óptima del corazón depende mucho del control adecuado de la temperatura corporal.

EL INCREMENTO DE LA CARGA DE PRESION ARTERIAL(HASTA UN LIMITE)NO DISMINUYE EL GASTO CARDIACO

el aumento de la presión arterial en la aorta no reduce el gasto cardíaco hasta que la presión arterial media aumenta por encima de aproximadamente 160 mmHg. En otras palabras, durante la función normal del corazón a presiones arteriales sistólicas normales (80 a 140 mmHg) el gasto cardíaco está determinado casi totalmente por la facilidad del flujo sanguíneo a través de los tejidos corporales, que a su vez controla el retorno venoso de la sangre hacia el corazón.

La sinapsis es un espacio, el que hay entre una neurona y otra célula (neurona o no). Un lugar muy activo en el que continuamente suceden cosas. Físicamente es una separación, funcionalmente una conexión que transfiere la información de una célula a otra.

Todas las células poseen una carga eléctrica. La concentración de sales de su interior (iones de sodio, potasio, calcio, cloro…) es distinta a la del medio en el que se encuentran y esta diferencia les confiere una carga eléctrica.

La membrana celular separa el interior del exterior de la célula, posibilita que las concentraciónes de sales sean distintas. Si se hace permeable las concentraciones tenderán a igualarse, los iones más abundantes a un lado pasarán como un torrente de agua hacia el otro lado. Como son iones tienen una carga eléctrica y por eso hablamos de corriente eléctrica.

El axón neuronal pierde en su extremo la mielina que lo recubre y adopta una forma de bulbo para aumentar el área de “contacto” con la membrana de la siguiente célula (la mayoría de veces una dendrita de otra neurona). Es aquí donde tiene lugar la sinapsis por transmisión química. Uno de los mecanismos de transporte celular más complejos.

Al llegar el impulso eléctrico al final del axón, estimula la liberación a la hendidura sináptica de las sustancias químicas elaboradas en el interior de la neurona, llamadas neurotransmisores, que son las que contienen la “información” que trasnmite la neurona. Existen diferentes tipos de neurotransmisores y cada neurona está especializada en sintetizar un determinado tipo.

Los neurotransmisores serán reconocidos por unas estructuras presentes en la membrana de la célula con la que está contactando, los receptores y actuarán con un mecanismo del tipo llave-cerradura. La apertura
de los receptores transmite la información que llevaba la célula anterior y desencadena una serie de procesos basados en dicha información.

Una sinapsis está compuesta por:

• axón términal de la neurona presináptica que a su vez contiene las vesículas con neurotransmisores
• hendidura o espacio sináptico
• receptores de membrana de la célula postsináptica
• además hay otras células, la glía, que  entre otras funciones aportan energía y ayudan a retirar los neurotransmisores usados.

Toda buena sinapsis química tiene tres componentes: membrana presináptica, hendidura sináptica y membrana postsináptica.

A) Membrana presináptica. Es el extremo de la neurona desde donde se libera el neurotransmisor, este se encuentra almacenado en vesículas. Las terminales presinápticas presentan ensanchamientos llamados botones sinápticos (si se localizan al final del axón) o botones de pasaje (si están localizados a lo largo del axón) que son los sitios específicos desde los cuales se libera el neurotransmisor.

B) Hendidura sináptica. Es el espacio que separa las membranas pre y postsinápticas, mide de 20 a 30 nm.

C) Membrana postsináptica. Membrana de la célula postsináptica, que contiene los receptores para el neurotransmisor liberado por la neurona presináptica. Puede ser la membrana de otra neurona, de una célula muscular o de una glandular.

Dependiendo del tipo de neurotransmisor liberado, las sinapsis pueden ser excitatorias o inhibitorias. Cuando la célula postsináptica es una neurona, la suma de todos los efectos excitatorios o inhibitorios determina si se genera o no un potencial de acción.

 En las sinapsis excitatorias, la unión del neurotransmisor a su receptor provoca la apertura de canales de Na+, permitiendo la entrada del mismo. Esto ocasiona que aumento el número de cargas positivas en el extremo citoplásmico de la membrana, ocasionando el inicio de un potencial de acción. Son ejemplos de neurotransmisores excitatorios: glutamato (SNC), acetilcolina (usado en sinapsis entre neuronas y células musculares), aspartato, glicina (sólo es excitatorio en cerebro), etc.

En las sinapsis inhibitorias, la unión del neurotransmisor a su receptor provoca aumento en la entrada de Cl- y la salida de K+, esto provoca que la membrana se hiperpolarize y no se genere un potencial de acción. Son ejemplos de neurotransmisores inhibitorios: ácido gamaaminobutírico (GABA), glicina (en médula espinal), etc.

Para limitar la acción del neurotransmisor, una vez que éste ha efectuado su acción, es degradado por enzimas que se localizan en la hendidura sináptica, o bien es recapturado por la membrana presináptica.

TERMINACION DE LA SEÑAL

Una sinapsis solo puede funcionar con eficacia si hay alguna manera de «apagar» la señal una vez que se envió. La terminación de la señal permite a la célula postsináptica regresar a su potencial de reposo normal, lista para recibir nuevas señales.Para poder terminar la señal, el espacio sináptico debe limpiarse del neurotransmisor. Hay varias maneras diferentes de lograr esto. El neurotransmisor puede ser degradado por una enzima, la neurona presináptica lo puede reabsorber, o simplemente puede difundirse hacia otro lado. En algunos casos, las células gliales cercanas también pueden «limpiar» el neurotransmisor.

NEUROTRANSMISORES

ACETILCOLINA(ACh)

Uniones neuromusculares , la mayor parte de la sinapsis del sistema nervioso autónomo, retina y muchas partes del encéfalo; estimula el musculo estriado , inhibe el musculo cardiaco y tiene efectos excitatorios e inhibitorios en el musculo liso y las glándulas que dependen de la ubicación .

GLUTAMATO(ACIDO GLUTAMICO)

Corte cerebral y tallo encefálico , es responsable de casi el 75% de toda la transmisión sináptica excitatoria en el encéfalo ; interviene en el aprendizaje y la memoria .

ASPARTATO(ACIDO ASPARTICO)

Medula espinal; efectos similares a los del glutamato.

GLICINA

Neuronas inhibitorias del encéfalo, la medula espinal y la retina ; el neurotransmisor inhibitorio mas común en la medula espinal .

GABA( ACIDO AMINOBUTIRICO)

Tálamo, hipotálamo, cerebelo, lóbulos occipitales del cerebro y retina ; el neurotransmisor inhibitorio mas común del encéfalo .

NOREPINEFRINA

Sistema nervioso simpático, corteza cerebral , hipotálamo , tallo encefálico, cerebelo y medula espinal ; participa en el sueño, el despertar y el humor; estimula el musculo cardiaco; puede estimular o inhibir el musculo liso y las glándulas; dependiendo de su ubicación .

EPINEFRINA

Hipotálamo, tálamo, medula espinal y medula suprarrenal ; efectos similares a los de norepinefrina .

DOPAMINA

Hipotálamo , sistema límbico, corteza cerebral y retina ; muy concentrada en la sustancia negra del mesencéfalo:; participa en la elevación del humor y el control de los músculos estriados .

SEROTONINA

Hipotálamo, sistema límbico, cerebelo, retina y medula espinal ; también es secretada por las plaquetas sanguíneas y las células intestinales ; participa en los estados de sueño y alerta ; termorregulación y el estado de animo .

HISTAMINA

Hipotálamo, también es un potente vasodilatador liberado por los mastocitos de tejido conjuntivo y los basófilos sanguíneos.

SUSTANCIA P

Núcleo basal, mesencéfalo,, hipotálamo, corteza cerebral, intestino delgado y neuronas receptoras del dolor ; media la transmisión del dolor.

ENCEFALINA

Hipotálamo, sistema límbico , hipófisis, rutas del dolor de la medula espinal y terminación nerviosas del tubo digestivo ; actúan como analgésicos mediante la inhibición de la sustancia p ; inhiben la movilidad intestinal ; la secreción aumenta de manera pronunciada en mujeres en labor de parto.

B-ENDORFINA

Tubo digestivo , medula espinal y muchas partes del encéfalo , también es secretada como hormona por la hipófisis , suprime el dolor ; reduce la percepción de fatiga y puede producir la euforia de los corredores en atletas .

COLECISTOCININA

Corteza cerebral e intestino delgado ; suprime el apetito .

El músculo liso está formado por fibras mucho menores, habitualmente de 1 a 5 mm de diámetro y de sólo 20 a 500 mm de longitud.

TIPOS DE MUSCULO LISO

El músculo liso de los distintos órganos es distinto del de la mayor parte de los demás en varios sentidos: 1) dimensiones físicas; 2) organización en fascículos o láminas; 3) respuesta a diferentes tipos de estímulos; 4) características de la inervación, y 5) función.

el músculo liso en general se puede dividir en dos tipos principales: músculo liso multiunitario y músculo liso unitario (o monounitario).

MUSCULO LISO MULTIUNITARIO

Este tipo de músculo liso está formado por fibras musculares lisas separadas y discretas. Cada una de las fibras actúa independientemente de las demás y con frecuencia está inervada por una única terminación nerviosa. Además, la superficie externa de estas fibras está cubierta por una capa delgada de sustancia similar a una membrana basal, una mezcla de colágeno fino y glucoproteínas que aísla las fibras separadas entre sí. La característica más importante de las fibras musculares lisas multiunitarias es que cada una de las fibras se puede contraer independientemente de las demás, y su control se ejerce principalmente por señales nerviosas.

MUSCULO LISO UNITARIO

Este tipo se denomina músculo liso sincitial o músculo liso visceral. El término «unitario» es confuso porque no se refiere a fibras musculares únicas. Por el contrario, se refiere a una masa de cientos a miles de fibras musculares lisas que se contraen juntas como una única unidad. Las fibras habitualmente están dispuestas en láminas o fascículos, y sus membranas celulares están adheridas entre sí en múltiples puntos, de modo que la fuerza que se genera en una fibra muscular se puede transmitir a la siguiente.

Este tipo de músculo liso también se conoce como músculo liso sincitial debido a sus interconexiones sincitiales entre las fibras. También se denomina músculo liso visceral porque se encuentra en la pared de la mayor parte de las vísceras del cuerpo, por ejemplo el aparato digestivo, las vías biliares, los uréteres, el útero y muchos vasos sanguíneos.

MECANISMO CONTRACTIL EN EL MUSCULO LISO

BASE QUIMICA DE LA CONTRACCION DEL MUSCULO LISO

El músculo liso contiene filamentos tanto de actina como de miosina, que tienen características químicas similares a los filamentos de actina y miosina del músculo esquelético. No contiene el complejo de troponina normal que es necesario para el control de la contracción del músculo esquelético, de modo que el mecanismo de control de la contracción es diferente. Estudios químicos han mostrado que los filamentos de actina y miosina del músculo liso interactúan entre sí de manera muy similar a como lo hacen en el músculo esquelético. Además, el proceso contráctil es activado por los iones calcio, y el trifosfato de adenosina (ATP) se degrada a difosfato de adenosina (ADP) para proporcionar la energía para la contracción.

BASE FISICA DE LA CONTRACCION DEL MUSCULO LISO

El músculo liso no tiene la misma disposición estriada de los filamentos de actina y miosina que se encuentra en el músculo esquelético. Este tiene grandes números de filamentos de actina unidos a los denominados cuerpos densos. Algunos de estos cuerpos están unidos a la membrana celular. Otros están dispersos en el interior de la célula. La fuerza de contracción se transmite de unas células a otras principalmente a través de enlaces proteicos intercelulares.

Interpuestos entre los filamentos de actina de la fibra muscular están los filamentos de miosina. Estos filamentos tienen un diámetro superior al doble que los filamentos de actina. habitualmente se ven 5 a 10 veces más filamentos de actina que de miosina en una microfotografía. se ven grandes números de filamentos de actina que irradian desde dos cuerpos densos; los extremos de estos filamentos se superponen a un filamento de miosina que está localizado a mitad de camino entre los cuerpos densos. Esta unidad contráctil es similar a la unidad contráctil del músculo esquelético de hecho, los cuerpos densos del músculo liso tienen la misma función que los discos Z del músculo esquelético.

la mayor parte de los filamentos de miosina tiene lo que se denomina puentes cruzados «lateropolares», dispuestos de tal manera que los puentes de un lado basculan en una dirección y los del otro lado basculan en la dirección opuesta. Esto permite que la miosina tire de un filamento de actina en una dirección en un lado a la vez que simultáneamente tira de otro filamento de actina en la dirección opuesta en el otro lado. La utilidad de esta organización es que permite que las células musculares lisas se contraigan hasta el 80% de su longitud.

COMPARACION DE LA CONTRACCION DEL MUSCULO LISO CON LA CONTRACCION DEL MUSCULO ESTRIADO

La mayor parte de las contracciones del músculo liso son contracciones tónicas prolongadas, que a veces duran horas o incluso días.

CICLADO LENTO DE LOS PUENTES CRUZADOS DE MIOSINA

La rapidez del ciclado de los puentes transversos de miosina en el músculo liso (es decir, su unión a la actina, su posterior liberación de la actina y su nueva unión para el siguiente ciclo)
A pesar de todo, se piensa que la fracción de tiempo que los puentes cruzados permanecen unidos a los filamentos de actina, que es un factor importante que determina la fuerza de la contracción, está muy aumentada en el músculo liso. Una posible razón del ciclado lento es que las cabezas de los puentes cruzados tienen una actividad ATPasa mucho menor que en el músculo esquelético, de modo que la degradación del ATP que aporta energía a los movimientos de las cabezas de los puentes cruzados está muy reducida, con el consiguiente enlentecimiento de la frecuencia de ciclado.

BAJA NECESIDAD DE ENERGIA PARA MANTENER LA CONTRACCION DEL MUSCULO LISO

Para mantener la misma tensión de contracción en el músculo liso que en el músculo esquelético sólo es necesario de 1/10 a 1/300 de energía. La baja utilización de energía por el músculo liso es muy importante para la economía energética global del cuerpo, porque órganos como los intestinos, la vejiga urinaria, la vesícula biliar y otras vísceras con frecuencia mantienen una contracción muscular tónica casi indefinidamente.

LENTITUD DEL INICIO DE LA CONTRACCION Y LA RELAJACION DEL TEJIDO MUSCULAR LISO TOTAL

Un tejido muscular liso típico comienza a contraerse de 50 a 100 ms después de ser excitado, alcanza la contracción completa aproximadamente 0,5 s y después la fuerza contráctil disminuye en 1 a 2 segundos más, dando un tiempo total de contracción de 1 a 3 s. Este tiempo es más prolongado que una contracción única de una fibra muscular esquelética media. Pero como hay tantos tipos de músculo liso, la contracción de algunos tipos puede ser tan corta como 0,2 s o tan larga como 30 s.

El inicio lento de la contracción del músculo liso, así como su contracción prolongada, está producido por la lentitud de la unión y la separación de los puentes cruzados a los filamentos de actina.

LA FUERZA MAXIMA DE CONTRACCION MUSCULAR ES A MENUDO MAYOR EN EL MUSCULO LISO QUE EN EL MUSCULO ESQUELETICO

A pesar de la escasez relativa de filamentos de miosina en el músculo liso, y a pesar del tiempo lento de ciclado de los puentes cruzados, la fuerza máxima de contracción del músculo liso es con frecuencia mayor que la del músculo esquelético, hasta 4 a 6 kg/cm2 de área transversal para el músculo liso, en comparación con 3 a 4 kg para el músculo esquelético. Esta gran fuerza de la contracción del músculo liso se debe al período prolongado de unión de los puentes cruzados de miosina a los filamentos de actina.

EL MECANISMO DE CERROJO FACILITA EL MANTENIMIENTO PROLONGADO DE LAS CONTRACCIONES DEL MUSCULO LISO

Una vez que el músculo liso ha generado la contracción máxima, la magnitud de la excitación continuada habitualmente se puede reducir a mucho menos del nivel inicial.La energía que se consume para mantener la contracción con frecuencia es minúscula, a veces tan sólo 1/300 de la energía necesaria para una contracción sostenida y comparable del músculo esquelético. Esto se denomina mecanismo de «cerrojo». La importancia del mecanismo de cerrojo es que permite mantener una contracción tónica prolongada en el músculo liso durante horas con un bajo consumo de energía. Es necesaria una señal excitadora continua baja procedente de las fibras nerviosas o de fuentes hormonales.

TENSION-RELAJACION DEL MUSCULO LISO

Otra característica importante del músculo liso, especialmente del tipo unitario visceral de músculo liso de muchos órganos huecos, es su capacidad de recuperar casi su fuerza de contracción original segundos a minutos después de que haya sido alargado o acortado. Por el contrario, cuando se produce una reducción súbita de volumen, la presión disminuye drásticamente al principio, aunque después aumenta en un plazo de otros pocos segundos o minutos hasta el nivel original o casi hasta el mismo. Estos fenómenos se denominan tensión-relajación y tensión-relajación inversa. Su importancia es que, excepto durante breves períodos de tiempo, permiten que un órgano hueco mantenga aproximadamente la misma presión en el interior de su luz a pesar de grandes cambios de volumen a largo plazo.

REGULACION DE LA CONTRACCION POR LOS IONES CALCIO

Al igual que en el caso del músculo esquelético, el estímulo que inicia la mayor parte de las contracciones del músculo liso es un aumento de los iones calcio en el medio intracelular. Este aumento puede estar producido en diferentes tipos de músculo liso por la estimulación nerviosa de las fibras de músculo liso, por estimulación hormonal, por distensión de la fibra o incluso por cambios del ambiente químico de la fibra. Sin embargo, el músculo liso no contiene troponina, la proteína reguladora que es activada por los iones calcio para producir la contracción del músculo esquelético. En cambio, la contracción del músculo liso está activada por un mecanismo totalmente distinto.

MECANISMO DE LA CONTRACCION MUSCULAR

LOS IONES CALCIO SE COMBINAN CON LA CALMODULINA PARA PROVOCAR LA ACTIVACION DE LA MIOSINA CINASA Y FOSFORILACION DE LA CABEZA DE MIOSINA

En lugar de la troponina, las células musculares lisas contienen una gran cantidad de otra proteína reguladora denominada calmodulina , Aunque esta proteína es similar a la troponina, es diferente en la manera en la que inicia la contracción. La calmodulina lo hace activando los puentes cruzados de miosina. Esta activación y la posterior contracción se producen según la siguiente secuencia:

1. Los iones calcio se unen a la calmodulina.

2. El complejo calmodulina-calcio se une después a la miosina cinasa de cadena ligera, que es una enzima fosforiladora, y la activa.

3.Una de las cadenas ligeras de cada una de las cabezas de miosina, denominada cabeza reguladora, se fosforila en respuesta a esta miosina cinasa.

CONTROL NERVIOSO Y HORMONAL DE LA CONTRACCION DEL MUSCULO LISO

la contracción del músculo liso puede ser estimulada por múltiples tipos de señales: señales nerviosas, estimulación hormonal, distensión del músculo y otros diversos estímulos. El principal motivo de esta diferencia es que la membrana del músculo liso contiene muchos tipos de proteínas receptoras que pueden iniciar el proceso contráctil. Además, otras proteínas receptoras inhiben la contracción del músculo liso, que es otra diferencia respecto al músculo esquelético.

UNION NEUROMUSCULARES DEL MUSCULO LISO

ANATOMIA FISIOLOGICA DE LAS UNIONES NEUROMUSCULARES DEL MUSCULO LISO

las fibras nerviosas autónomas que inervan el músculo liso generalmente se ramifican de manera difusa encima de una lámina de fibras musculares. En la mayor parte de los casos estas fibras no hacen contacto directo con la membrana de las células de las fibras musculares lisas, sino que forman las denominadas uniones difusas que secretan su sustancia transmisora hacia el recubrimiento de matriz del músculo liso, con frecuencia a una distancia de varios nanómetros a varios micrómetros de las células musculares; después la sustancia transmisora difunde hacia las células. Además, cuando hay muchas capas de células musculares, las fibras nerviosas con frecuencia inervan sólo la capa externa. La excitación muscular viaja desde esta capa externa hacia las capas internas por conducción de los potenciales de acción en la masa muscular o mediante difusión adicional de la sustancia transmisora.

Los axones que inervan las fibras musculares lisas no tienen los extremos terminales ramificados típicos la mayor parte de los axones terminales delgados tiene múltiples varicosidades distribuidas a lo largo de sus ejes. En estos puntos se interrumpen las células de Schwann que rodean a los axones, de modo que se puede secretar la sustancia transmisora a través de las paredes de las varicosidades. En las varicosidades hay vesículas similares a las de la placa terminal del músculo esquelético y que contienen la sustancia transmisora. Pero, al contrario de las vesículas de las uniones del músculo esquelético, que siempre contienen acetilcolina, las vesículas de las terminaciones de las fibras nerviosas autónomas contienen acetilcolina en algunas fibras y noradrenalina en otras.

SUSTANCIAS TRANSMISORAS EXCITADORAS E INHIBIDORAS SECRETADAS EN LA UNION NEUROMUSCULAR DEL MUSCULO LISO

. Las sustancias transmisoras más importantes que secretan los nervios autónomos que inervan el músculo liso son acetilcolina y noradrenalina, aunque nunca son secretadas por las mismas fibras nerviosas. La acetilcolina es una sustancia transmisora excitadora de las fibras musculares lisas en algunos órganos y un transmisor inhibidor en el músculo liso de otros órganos. Cuando la acetilcolina excita una fibra, la noradrenalina habitualmente la inhibe. Por el contrario, cuando la acetilcolina inhibe una fibra, la noradre nalina habitualmente la excita.

POTENCIALES DE MEMBRANA Y POTENCIALES DE ACCION EN EL MUSCULO

El voltaje cuantitativo del potencial de membrana del músculo liso depende de la situación momentánea del músculo. En el estado de reposo normal el potencial intracelular es habitualmente de aproximadamente –50 a –60 mV, que es aproximadamente 30 mV menos negativo que en el músculo esquelético.

POTENCIALES DE ACCION EN EL MUSCULO LISO UNITARIO

Los potenciales de acción del músculo liso visceral se producen en una de dos formas: 1) potenciales en espiga y 2) potenciales de acción con meseta.

POTENCIALES DE ACCION CON MESETA

El inicio de este potencial de acción es similar al del potencial en espiga típico. Sin embargo, en lugar de la repolarización rápida de la membrana de la fibra muscular, la repolarización se retrasa durante varios cientos hasta 1.000 ms (1 s). La importancia de esta meseta es que puede ser responsable de la contracción prolongada que se produce en algunos tipos de músculo liso, como el uréter, el útero en algunas situaciones y ciertos tipos de músculo liso vascular.

Los potenciales de acción del músculo liso visceral se producen en una de dos formas: 1) potenciales en espiga y
2) potenciales de acción con meseta.

POTENCIALES EN ESPIGA

Los potenciales de acción en espiga típicos, aparecen en la mayor parte de los tipos de músculo liso unitario. La duración de este tipo de potencial de acción es de 10 a 50 ms. Estos potenciales de acción se pueden generar de muchas maneras, por ejemplo mediante estimulación eléctrica, por la acción de hormonas sobre el músculo liso, por la acción de sustancias transmisoras procedentes de las fibras nerviosas, por distensión o como consecuencia de su generación espontánea en la propia fibra muscular.

LOS CANALES DE CALCIO SON IMPORTANTES EN LA GENERACION DEL POTENCIAL DE ACCION DEL MUSCULO LISO

La membrana de la célula muscular lisa tiene muchos canales de calcio activados por el voltaje y tiene pocos canales de sodio activados por el voltaje del potencial de acción en la mayor parte del músculo liso. Por el contrario, el flujo de iones calcio hacia el interior de la fibra es el principal responsable del potencial de acción. Esto ocurre de la misma manera autorregenerativa que se produce en los canales de sodio de las fibras nerviosas y de las fibras musculares esqueléticas.

Otra característica importante de la entrada de los iones calcio en las células durante el potencial de acción es que los iones calcio actúan directamente sobre el mecanismo contráctil del músculo liso para producir la contracción. Así, el calcio realiza dos tareas a la vez.

LOS POTENCIALES DE ONDA LENTA EN EL MUSCULO LISO UNITARIO PUEDEN CONDUCIR A LA GENERACION ESPONTANEA DE POTENCIALES DE ACCION

Algunas células musculares lisas son autoexcitadoras. Es decir, los potenciales de acción se originan en las propias células musculares lisas sin ningún estímulo extrínseco. Esto con frecuencia se asocia a un ritmo de ondas lentas básico del potencial de membrana La propia onda lenta no es el potencial de acción. Es decir, no es un proceso autorregenerativo que se propaga progresivamente a lo largo de las membranas de las fibras musculares, sino que es una propiedad local de las fibras musculares lisas que forman la masa muscular.

La importancia de las ondas lentas es que, cuando son lo suficientemente intensas, pueden iniciar potenciales de acción. Las ondas lentas en sí mismas no pueden producir la contracción muscular. No obstante, cuando el máximo del potencial de la onda lenta negativa en el interior de la membrana celular aumenta en dirección positiva desde –60 hasta aproximadamente –35 mV (el umbral aproximado para generar potenciales de acción en la mayor parte del músculo liso visceral), se produce un potencial de acción que se propaga a lo largo de la masa muscular y se produce la contracción.

EXCITACION DEL MUSCULO VISCERAL POR DISTENSION MUSCULAR

Cuando el músculo liso visceral (unitario) es distendido lo suficiente, habitualmente se generan potenciales de acción espontáneos, que se deben a una combinación de: 1) los potenciales de onda lenta normales y 2) la disminución de la negatividad global del potencial de membrana que produce la propia distensión. Esta respuesta a la distensión permite que la pared del tubo digestivo, cuando se distiende excesivamente, se contraiga automática y rítmicamente.

DESPOLARIZACION DEL MUSCULO LISO MULTIUNITARIO SIN POTENCIALES DE ACCION

Las fibras musculares lisas del músculo liso multiunitario (como el músculo del iris del ojo o el músculo erector de cada uno de los cabellos) normalmente se contraen sobre todo en respuesta a estímulos nerviosos. Habitualmente no se producen potenciales de acción; el motivo es que las fibras son demasiado pequeñas para generar un potencial de acción. (Cuando se producen potenciales de acción en el músculo liso unitario visceral, se deben despolarizar simultáneamente de 30 a 40 fibras musculares antes de que se produzca un potencial de acción autopropagado.) Sin embargo, en las células musculares lisas pequeñas, incluso sin potencial de acción, la despolarización local (denominada potencial de la unión) que produce la propia sustancia transmisora nerviosa se propaga «electrotónicamente» en toda la fibra y es lo único necesario para producir la contracción muscular.

LOS EFECTOS DE ,OS FACTORES TISULARES LOCALES Y LASHORMONAS DETERMINAN LA CONRACCION DEL MUCULO LISO SIN POTENCIALES DE ACCION

Probablemente la mitad de las contracciones del músculo liso se inician por factores estimuladores que actúan directamente sobre la maquinaria contráctil del músculo liso y sin potenciales de acción. Dos tipos de factores estimulantes no nerviosos y no relacionados con el potencial de acción que participan con frecuencia son: 1) factores químicos tisulares locales y 2) varias hormonas.

CONTRACCION DEL MUSCULO LISO EN RESPUESTA A FACTORES QUIMICOS TISULARES LOCALES

El músculo liso es muy contráctil y responde rápidamente a los cambios de las condiciones químicas locales del líquido intersticial circundante. En el estado normal de reposo muchos de los vasos sanguíneos pequeños permanecen contraídos, pero cuando es nece- sario un flujo sanguíneo tisular adicional múltiples factores pueden relajar la pared vascular, permitiendo de esta manera el aumento del flujo.

Algunos de los factores de control específicos son los siguientes:

1. La ausencia de oxígeno en los tejidos locales produce relajación del músculo liso y, por tanto, vasodilatación.

2. El exceso de anhídrido carbónico produce vasodilatación.

3. El aumento de la concentración de iones hidrógeno produce vasodilatación.

La adenosina, el ácido láctico, el aumento de los iones potasio, la disminución de la concentración de los iones calcio y el aumento de la temperatura corporal producen vasodilatación local.

EFECTOS DE LAS HORMONAS SOBRE LA CONTRACCION DEL MUSCULO LISO

Muchas de las hormonas circulantes en la sangre afectan en cierto grado a la contracción del músculo liso. Entre las más importantes se encuentran la noradrenalina, la adrenalina, la acetilcolina, la angiotensina, la endotelina, la vasopresina, la oxitocina, la serotonina y la histamina. Una hormona produce contracción del músculo liso cuando la membrana de la célula muscular contiene receptores excitadores activados por hormonas para esa hormona. Por el contrario, la hormona produce inhibición si la membrana contiene receptores inhibidores para ella en lugar de receptores excitadores.

ORIGEN DE LOS IONES CALCIO QUE CAUSAN LA CONTRACCION A TRAVES DE LA MEMBRANA CEULAR Y A PARTIR DEL RETICULO SARCOPLASMICO

Aunque el proceso contráctil del músculo liso, al igual que el del músculo esquelético, es activado por iones calcio, el origen de dichos iones es diferente. Una diferencia importante es que el retículo sarcoplásmico, que aporta prácticamente todos los iones calcio para la contracción del músculo esquelético, está poco desarrollado en la mayor parte del músculo liso. Por el contrario, la mayoría de los iones calcio que producen la contracción entran en la célula muscular desde el líquido extracelular en el momento del potencial de acción o de otro estímulo. Es decir, la concentración de iones calcio en el líquido extracelular es superior a 10–3 molar, en comparación con menos de 10–7 molar en el interior de la célula muscular lisa; esto produce una difusión rápida de los iones calcio hacia el interior de la célula desde el líquido extracelular cuando se abren los canales de calcio. El tiempo necesario para que se produzca esta difusión es en promedio de entre 200 y 300 ms y se denomina período de latencia antes de que comience la contracción.

FUNCION DEL RETICULO SARCOPLASMICO DEL MUSCULO LISO

Pequeñas invaginaciones de la membrana celular, denominadas cavéolas, están junto a las superficies de los túbulos sarcoplásmicos. Las cavéolas serían un análogo rudimentario del sistema de túbulos transversos del músculo esquelético. Se piensa que la transmisión de un potencial de acción hacia las cavéolas excita la liberación de iones calcio desde los túbulos sarcoplásmicos próximos de la misma manera que los potenciales de acción de los túbulos transversos del músculo esquelético producen la liberación de iones calcio desde los túbulos sarcoplásmicos longitudinales del músculo esquelético. En general, cuanto más extenso sea el retículo sarcoplásmico de la fibra muscular lisa, más rápidamente se contraerá.

LA CONTRACCION DEL MUSCULO LISO DEPENDE DE LA CONTRACCION EXTRACELULAR DE LOS IONES CALCIO

Cuando la concentración de iones calcio en el líquido extracelular disminuye a aproximadamente 1/3 a 1/10 de su valor normal, habitualmente se interrumpe la contracción del músculo liso. Por tanto, la fuerza de la contracción del músculo liso depende mucho de la concentración de iones calcio en el líquido extracelular.

ES NECESARIA UNA BOMBA DE CALCIO PARA PRODSUCIR LA RELAJACION DE MUSCULO LISO

Para producir la relajación del músculo liso después de que se haya contraído se deben retirar los iones calcio de los líquidos intracelulares. Esta eliminación se consigue mediante una bomba de calcio que bombea iones calcio hacia el exterior de la fibra muscular lisa de nuevo hacia el líquido extracelular o hacia el retículo sarcoplásmico, si está presente. Esta bomba actúa lentamente en comparación con la bomba de acción rápida del retículo sarcoplásmico del músculo esquelético.

Las fibras del músculo esquelético están inervadas por fibras nerviosas mielinizadas grandes que se originan en las motoneuronas grandes de las astas anteriores de la médula espinal.

todas las fibras nerviosas, después de entrar en el vientre muscular, normalmente se ramifican y estimulan entre tres y varios cientos de fibras musculares esqueléticas. Cada terminación nerviosa forma una unión, denominada unión neuromuscular, con la fibra muscular cerca de su punto medio. El potencial de acción que se inicia en la fibra muscular por la señal nerviosa viaja en ambas direcciones hacia los extremos de la fibra muscular.

ANATOMÍA FISIOLÓGICA DE LA UNION NEUROMUSCULAR: LA PLACA MOTORA TERMINAL

La fibra nerviosa forma un complejo de terminaciones nerviosas ramificadas que se invaginan en la superficie de la fibra muscular, pero que permanecen fuera de la membrana plasmática de la misma. Toda la estructura se denomina placa motora terminal. Esta cubierta por una o más células de Schwann que la aíslan de los líquidos circundantes.

La membrana invaginada se denomina gotiera sináptica o valle sináptico y el espacio que hay entre la terminación y la membrana de la fibra se denomina espacio sináptico o hendidura sináptica. Este espacio mide de 20 a 30 nm de anchura. En el fondo de la gotiera hay numerosos pliegues más pequeños de la membrana de la fibra muscular denominados hendiduras subneurales, que aumentan mucho el área superficial en la que puede actuar el transmisor sináptico. En la terminación axónica hay muchas mitocondrias que proporcionan trifosfato de adenosina (ATP), la fuente de energía que se utiliza para la síntesis del transmisor excitador, acetilcolina.

La acetilcolina se sintetiza en el citoplasma de la terminación, pero se absorbe rápidamente hacia el interior de muchas pequeñas vesículas sinápticas, de las que normalmente hay aproximadamente 300.000 en las terminaciones de una única placa terminal. En el espacio sináptico hay grandes cantidades de la enzima acetilcolinesterasa, que destruye la acetilcolina algunos milisegundos después de que la hayan liberado las vesículas sinápticas.

SECRECION DE ACETILCOLINA POR LAS TERMINACIONES NERVIOSAS

Cuando un impulso nervioso llega a la unión neuromuscular, se liberan aproximadamente 125 vesículas de acetilcolina desde las terminaciones hacia el espacio sináptico.

En la superficie interna de la membrana neural hay barras densas lineales. A ambos lados de cada una de estas barras densas hay partículas proteicas que penetran en la membrana neural; son canales de calcio activados por el voltaje. Cuando un potencial de acción se propaga por la terminación, estos canales se abren y permiten que iones calcio difundan desde el espacio sináptico hacia el interior de la terminación nerviosa. Se piensa que a su vez los iones calcio ejercen una influencia de atracción sobre las vesículas de acetilcolina, desplazándolas hacia la membrana neural adyacente a las barras densas. Las vesículas se fusionan con la membrana neural y vacían su acetilcolina hacia el espacio sináptico mediante el proceso de exocitosis.

EFECTO DE LA ACETILCOLINA SOBRE LA MEMBRANA DE LA FIBRA MUSCULAR POSTSINAPTICA PARA ABRIR CANALES IONICO

en la imagen anterior muestra muchos receptores de acetilcolina pequeños en la membrana de la fibra muscular; son canales iónicos activados por acetilcolina, y están localizados casi total mente cerca de las aberturas de las hendiduras subneurales que están inmediatamente debajo de las zonas de las barras densas, donde se libera la acetilcolina hacia el espacio sináptico.

Cada receptor es un complejo proteico. El complejo está formado por cinco subunidades proteicas, dos proteínas alfa y una proteína beta, una delta y una gamma. Estas moléculas proteicas atraviesan la membrana, y están dispuestas en círculo para formar un canal tubular

El canal permanece cerrado, como se ilustra en la sección A de la figura, hasta que dos moléculas de acetilcolina se unen respectivamente a las dos subunidades proteicas alfa. Esto produce un cambio conformacional que abre el canal, como se puede ver en la sección B de la figura. El canal activado por acetilcolina tiene un diámetro de aproximadamente 0,65 nm, que es lo suficientemente grande como para permitir que los iones positivos importantes (sodio [Na+], potasio [K+] y calcio [Ca++]) se muevan con facilidad a través de la abertura. Por el contrario, los iones negativos, como los iones cloruro, no lo atraviesan debido a las intensas cargas negativas de la abertura del canal que las repelen.

el principal efecto de la apertura de los canales activados por la acetilcolina es permitir que grandes cantidades de iones sodio entren al interior de la fibra, desplazando con ellos grandes números de cargas positivas. Esto genera un cambio de potencial positivo local en la membrana de la fibra muscular, denominado potencial de la placa terminal. A su vez, este potencial de la placa terminal inicia un potencial de acción que se propaga a lo largo de la membrana muscular y de esta manera produce la contracción muscular.

DESTRUCCION POR LA ACETILCOLINESTERASA DE LA ACETILCOLINA LIBERADA

Una vez que se ha liberado hacia el espacio sináptico, la acetilcolina sigue activando los receptores de acetilcolina mientras persista en el espacio. Sin embargo, se elimina rápidamente por dos medios:

1) La mayor parte de la acetilcolina es destruida por la enzima acetilcolinesterasa, que está unida principalmente a la capa esponjosa de tejido conjuntivo fino que llena el espacio sináptico entre la terminación nerviosa presináptica y la membrana muscular postsináptica.

2) Una pequeña cantidad de acetilcolina difunde hacia el exterior del espacio sináptico y ya no está disponible para actuar sobre la membrana de la fibra muscular. El breve espacio de tiempo que permanece la acetilcolina en el espacio sináptico (algunos milisegundos como mucho) normalmente es suficiente para excitar la fibra muscular.

Después, la rápida eliminación de la acetilcolina impide la reexcitación muscular continuada después de que la fibra muscular se haya recuperado de su potencial de acción inicial.

POTENCIAL DE LA PLACA TERMINAL Y EXCITACION DE LA FIBRA MUSCULAR ESQUELETICA

La rápida entrada de iones sodio en la fibra muscular cuando se abren los canales activados por acetilcolina hace que el potencial eléctrico en el interior de la fibra en la zona local de la placa terminal aumente en dirección positiva hasta 50 a 75 mV, generando un potencial local denominado potencial de la placa terminal. Normalmente es suficiente un aumento súbito del potencial de la membrana nerviosa de más de 20 a 30 mV para iniciar la apertura de cada vez más canales de sodio, iniciando de esta manera un potencial de acción en la membrana de la fibra muscular.

CURARE :fármaco que bloquea la acción activadora de la acetilcolina sobre los canales de acetilcolina compitiendo con los puntos del receptor de acetilcolina.

TOXINA BOTULINICA: veneno bacteriano que reduce la magnitud de la liberación de acetilcolina por las terminaciones nerviosas.

FACTOR DE SEGURIDAD PARA LA TRANSMISION EN LA UNION NEUROMUSCULAR;FATIGA DE LA UNION

Cada impulso que llega a la unión neuromuscular produce un potencial de la placa terminal aproximadamente tres veces mayor que el necesario para estimular la fibra nerviosa. Por tanto, se dice que la unión neuromuscular normal tiene un elevado factor de seguridad. Sin embargo, la estimulación de la fibra nerviosa a frecuencias mayores de 100 veces por segundo durante varios minutos con frecuencia disminuye tanto el número de vesículas de acetilcolina que los impulsos no pueden pasar hacia la fibra nerviosa. Esto se denomina fatiga de la unión neuromuscular.

BIOLOGIA MOLECULAR DE LA FORMACION Y LIBERACION DE ACETILCOLINA

La formación y liberación de acetilcolina en esta unión se producen en las siguientes fases:

1. Se forman vesículas pequeñas, de aproximadamente 40 nm de tamaño, en el aparato de Golgi del cuerpo celular de la motoneurona de la médula espinal. Estas vesículas son transportadas después por el axoplasma que «fluye» a través del núcleo del axón desde el cuerpo celular central en la médula espinal hasta la unión neuromuscular en las terminaciones de las fibras nerviosas periféricas.

2. La acetilcolina se sintetiza en el citosol de la terminación de la fibra nerviosa, aunque se transporta inmediatamente a través de la membrana de las vesículas hasta su interior, donde se almacena en una forma muy concentrada, aproximadamente 10.000 moléculas de acetilcolina en cada vesícula.

3. Cuando un potencial de acción llega a la terminación nerviosa, abre muchos canales de calcio en la membrana de la terminación nerviosa porque esta terminación tiene muchos canales de calcio activados por el voltaje.

4. El número de vesículas disponibles en la terminación nerviosa es suficiente para permitir la transmisión de sólo algunos miles de impulsos desde el nervio hacia el músculo. Por tanto, para la función continuada de la unión neuromuscular se deben volver a formar rápidamente nuevas vesículas.. En un plazo de algunos segundos, después de que haya terminado cada uno de los potenciales de acción aparecen «hendiduras revestidas» en la membrana de la terminación nerviosa, producidas por las proteínas contráctiles de la terminación nerviosa, especialmente la proteína clatrina, que está unida a la membrana en las zonas de las vesículas originales.

En un plazo de algunos segundos la acetilcolina es transportada hacia el interior de estas vesículas y ya están dispuestas para un nuevo ciclo de liberación de acetilcolina.

FARMACOS QUE POTENCIAN O BLOQUEAN LA TRANSMISION EN LA UNION NEUROMUSCULAR

Compuestos como metacolina, carbacol y nicotina, tienen el mismo efecto sobre la fibra muscular que la acetilcolina. La diferencia entre estos fármacos y la acetilcolina consiste en que los fármacos no son destruidos por la colinesterasa, o son destruidos tan lentamente que su acción con frecuencia persiste durante muchos minutos a varias horas. Estos fármacos actúan produciendo zonas localizadas de despolarización de la membrana de la fibra muscular en la placa motora terminal donde están localizados los receptores de acetilcolina. Después, cada vez que la fibra muscular se recupera de una contracción previa, estas zonas polarizadas, por la fuga de iones, inician un nuevo potencial de acción, produciendo de esta manera un estado de espasmo muscular.

FARMACOS QUE ESTIMULAN LA UNION NEUROMUSCULAR MEDIANTE LA INACTIVACION DE LA ACETILCOLINESTERASA

Tres fármacos particularmente bien conocidos, neostigmina, fisostigmina y fluorofosfato de diisopropilo, inactivan la acetilcolinesterasa de las sinapsis de modo que ya no pueda hidrolizar la acetilcolina. Por tanto, con cada impulso nervioso sucesivo se acumula una cantidad adicional de acetilcolina, que estimula repetitivamente la fibra muscular. Esto produce espasmo muscular incluso cuando llegan al músculo sólo unos pocos impulsos nerviosos. Lamentablemente, también puede producir la muerte por espasmo laríngeo, que produce la asfixia del paciente.

Neostigmina y fisostigmina se combinan con la acetilcolinesterasa para inactivar la acetilcolinesterasa durante hasta varias horas, después de lo cual estos fármacos son desplazados de la acetilcolinesterasa, de modo que la esterasa es activa de nuevo.

el fluorofosfato de diisopropilo, que es un potente tóxico gaseoso «nervioso», inactiva la acetilcolinesterasa durante semanas, lo que hace que sea un tóxico particularmente letal.

FARMACOS QUE BLOQUEAN LA TRANSMISION EN LA UNION NEUROMUSCULAR

Los fármacos curariformes puede impedir el paso de los impulsos desde la terminación nerviosa hacia el músculo. Por ejemplo, la d-tubocurarina bloquea la acción de la acetilcolina sobre los receptores de acetilcolina de la fibra muscular, impidiendo de esta manera el aumento suficiente de la permeabilidad de los canales de la membrana muscular para iniciar un potencial de acción.

MIASTENIA GRAVE QUE CAUSA PARALISIS MUSCULAR

La miastenia grave produce parálisis muscular debido a que las uniones neuromusculares no pueden transmitir suficientes señales desde las fibras nerviosas a las fibras musculares. En cuanto a su patogenia, en la sangre de la mayor parte de los pacientes que tienen miastenia grave se han detectado anticuer pos dirigidos frente a los receptores de acetilcolina. Por tanto, se piensa que la miastenia grave es una enfermedad autoinmunitaria en la que los pacientes han desarrollado anticuerpos que bloquean o destruyen sus propios receptores de acetilcolina en la unión neuromuscular postsináptica.

Si la enfermedad es lo suficientemente intensa el paciente muere por parálisis, en particular parálisis de los músculos respiratorios.

POTENCIAL DE ACCION MUSCULAR

Algunos de los aspectos cuantitativos de los potenciales musculares son los siguientes:

1. Potencial de membrana en reposo: aproximadamente –80 a –90 mV en las fibras esqueléticas, el mismo que en las fibras nerviosas mielinizadas grandes.

2._Duración del potencial de acción: 1 a 5 ms en el músculo esquelético, aproximadamente cinco veces mayor que en los nervios mielinizados grandes.
3. Velocidad de conducción: 3 a 5 m/s, aproximadamente 1/13 de la velocidad de conducción de las fibras nerviosas mielinizadas grandes que excitan al músculo esquelético.

PROPAGACION DEL POTENCIAL DE ACCION AL INTERIOR DE LA FIBRA MUSCULAR A TRAVES DE LOS TUBULOS TRANSVERSOS

para producir una contracción muscular máxima la corriente debe penetrar en las zonas profundas de la fibra muscular hasta la vecindad de las miofibrillas individuales. Esto se consigue mediante la transmisión de los potenciales de acción a lo largo de los túbulos transversos (túbulos T), que penetran a lo largo de toda la fibra muscular desde un extremo de la fibra hasta el otro. Los potenciales de acción de los túbulos T producen liberación de iones calcio en el interior de la fibra muscular en la vecindad inmediata

de las miofibrillas, y estos iones calcio a su vez producen la contracción. Este proceso global se denomina acoplamiento excitación­contracción.

ACOPLAMIENTO EXCITACION-CONTRACCION

SISTEMA DE TUBULOS TRANSVERSOS-RETICULO SARCOPLASMICO

Los túbulos T son pequeños y siguen un trayecto transversal a las miofibrillas. Comienzan en la membrana celular y penetran en todo el espesor desde un lado de la fibra muscular hasta el lado opuesto. Estos túbulos se ramifican entre ellos y forman planos completos de túbulos T que se entrelazan entre todas las miofibrillas individuales. Además, donde los túbulos T se originan en la membrana celular, están abiertos hacia el exterior de la fibra muscular. Por tanto, se comunican con el líquido extracelular que rodea la fibra muscular, y ellos mismos contienen líquido extracelular en su luz.,cuando un potencial de acción se propaga por la membrana de una fibra muscular, también se propaga un cambio de potencial a lo largo de los túbulos T hacia las zonas profundas del interior de la fibra muscular. De esta manera las corrientes eléctricas que rodean a estos túbulos T producen la contracción muscular

LIBERACION DE IONES CALCIO POR EL RETICULO SARCOPLASMICO

Una de las características especiales del retículo sarcoplásmico es que en el interior de sus túbulos vesiculares hay un exceso de iones calcio a una concentración elevada, y que muchos de estos iones son liberados desde cada una de las vesículas cuando se produce un potencial de acción en el túbulo T adyacente.

Cuando el potencial de acción alcanza al túbulo T, el cambio de voltaje es detectado por receptores de dihidropiridina que están ligados a canales de liberación de calcio, también denominados canales receptores de rianodina, en las cisternas reticulares sarcoplásmicas adyacentes .

La activación de los receptores de dihidropiridina provoca la apertura de los canales de liberación de calcio en las cisternas, así como en sus túbulos longitudinales anexos. Estos canales permanecen abiertos durante unos milisegundos, con lo que liberan iones calcio hacia el sarcoplasma que rodea las miofibrillas y producen la contracción

BOMBA DE CALCIO PARA RETIRAR LOS IONES CALCIO DEL LIQUIDO MIOFIBRILAR DESPUES DE QUE SE HAYA PRODUCIDO LA CONTRACCION

Una vez que se han liberado los iones calcio desde los túbulos sarcoplásmicos y que han difundido entre las miofibrillas, la contracción muscular continúa mientras los iones calcio permanezcan a una concentración elevada

Sin embargo, una bomba de calcio que actúa continuamente y que está localizada en las paredes del retículo sarcoplásmico bombea iones calcio desde las miofibrillas de nuevo hacia los túbulos sarcoplásmicos Además, en el interior del retículo hay una proteína denominada calsecuestrina, que puede unirse a hasta 40 veces más calcio.

Aproximadamente el 40% del cuerpo es músculo esquelético, 10% es músculo liso y cardíaco.

ANATOMIA FISIOLÓGICA DEL MUSCULO ESQUELÉTICO

los músculos esqueléticos están formados por numerosas fibras cuyo diámetro varía entre 10 y 80 mm. Cada una de estas fibras está formada por subunidades cada vez más pequeñas.

En la mayor parte de los músculos esqueléticos las fibras se extienden a lo largo de toda la longitud del músculo. Excepto aproximadamente el 2% de las fibras, todas las fibras habitualmente están inervadas sólo por una terminación nerviosa, que está localizada cerca del punto medio de la misma.

EL SARCOLEMA ES UNA FINA MEMBRANA QUE ENVUELVE A UNA FIBRA MUSCULOESQUELÉTICA

El sarcolema está formado por una membrana celular verdadera, denominada membrana plasmática, y una cubierta externa formada por una capa delgada de material polisacárido que contiene numerosas fibrillas delgadas de colágeno. En cada uno de los dos extremos de la fibra muscular la capa superficial del sarcolema se fusiona con una fibra tendinosa. Las fibras tendinosas a su vez se agrupan en haces para formar los tendones musculares, que después se insertan en los huesos.

LAS MIOFIBRILLAS ESTÁN FORMADAS POR FILAMENTOS DE ACTINA Y MIOSINA

Cada fibra muscular contiene miles de miofibrillas, Cada miofibrilla está formada por aproximadamente 1.500 filamentos de miosina y 3.000 filamentos de actina adyacentes entre sí, que son grandes moléculas proteicas polimerizadas responsables de la contracción muscular real. Los filamentos gruesos de los diagramas son miosina y los filamentos delgados son actina.

los filamentos de miosina y de actina se interdigitan parcialmente y de esta manera hacen que las miofibrillas tengan bandas claras y oscuras alternas. Las bandas claras contienen sólo filamentos de actina y se denominan bandas I porque son isótropas a la luz polarizada. Las bandas oscuras contienen filamentos de miosina, así como los extremos de los filamentos de actina en el punto en el que se superponen con la miosina, y se denominan bandas A porque son anisótropas a la luz polarizada. Existen proyecciones que se originan en los lados de los filamentos de miosina estos se llaman puentes cruzados. La interacción entre estos puentes cruzados y los filamentos de actina produce la contracción.

los extremos de los filamentos de actina están unidos al denominado disco Z. Desde este disco estos filamentos se extienden en ambas direcciones para interdigitarse con los filamentos de miosina. El disco Z, que en sí mismo está formado por proteínas filamentosas distintas de los filamentos de actina y miosina, atraviesa las miofibrillas y también pasa desde unas miofibrillas a otras, uniéndolas entre sí a lo largo de toda la longitud de la fibra muscular. Por tanto, toda la fibra muscular tiene
bandas claras y oscuras, al igual que las miofibrillas individuales. Estas bandas dan al músculo esquelético y cardíaco su aspecto estriado.

La porción de la miofibrilla (o de la fibra muscular entera) que está entre dos discos Z sucesivos se denomina sarcómero. Cuando la fibra muscular está contraída, la longitud del sarcómero es de aproximadamente 2 mm. Cuando el sarcómero tiene esta longitud, los filamentos de actina se superponen completamente con los filamentos de miosina y las puntas de los filamentos de actina están comenzando ya a superponerse entre sí.

LAS MOLÉCULAS FILAMENTOSAS DE TITINA MANTIENEN EN SU LUGAR LOS FILAMENTOS DE MIOSINA Y ACTINA

La rela ción de yuxtaposición entre los filamentos de miosina y de actina es difícil de mantener. Esto se consigue con un gran número de moléculas filamentosas de una proteína denominada titina . Es de las mayores moléculas proteicas del cuerpo. Además, como es filamentosa, es muy elástica. Estas moléculas elásticas de titina actúan como armazón que mantiene en su posición los filamentos de miosina y de actina, de modo que funcione la maquinaria contráctil del sarcómero. Un extremo de la molécula de titina es elástico y está unido al disco Z; para actuar a modo de muelle y con una longitud que cambia según el sarcómero se contrae y se relaja. La otra parte de la molécula de titina la une al grueso filamento de miosina.

EL SARCOPLASMA ES EL FLUIDO INTRACELULAR ENTRE LAS MIOFIBRILLAS

Las miofibrillas de cada fibra muscular están yuxtapuestas suspendidas en la fibra muscular. Los espacios entre las miofibrillas están llenos de un líquido intracelular denominado sarcoplasma, contiene cantidades de potasio, magnesio y fosfato, además de múltiples enzimas proteicas. Las mitocondrias proporcionan a las miofibrillas en contracción grandes cantidades de energía en forma de trifosfato de adenosina (ATP), que es formado por las mitocondrias.

EL RETÍCULO SARCOPLÁSMICO ES UN RETÍCULO ENDOPLÁSMICO ESPECIALIZADO DE MÚSCULO ESQUELÉTICO

En el sarcoplasma que rodea a las miofibrillas de todas las fibras musculares también hay un extenso retículo denominado retículo sarcoplásmico, es muy importante para controlar la contracción muscular.

MECANISMO GENERAL DE LA CONTRACCIÓN MUSCULAR

1._Un potencial de acción viaja a lo largo de una fibra motora hasta sus terminales sobre las fibras musculares.

2._En cada terminal, el nervio secreta una pequeña cantidad de la sustancia neurotransmisora acetilcolina.

3._La acetilcolina actúa en una zona local de la membrana de la fibra muscular para abrir múltiples canales de cationes «activados por acetilcolina» a través de moléculas proteicas que flotan en la membrana.

4._La apertura de los canales activados por acetilcolina permite que grandes cantidades de iones sodio difundan hacia el interior de la membrana de la fibra muscular. Se produce un potencial de acción

5._El potencial de acción viaja a lo largo de la membrana de la fibra muscular de la misma manera que los potenciales de acción viajan a lo largo de las membranas de las fibras nerviosas.

6._El potencial de acción despolariza la membrana muscular, y buena parte de la electricidad del potencial de acción fluye a través del centro de la fibra muscular, donde hace que el retículo sarcoplásmico libere grandes cantidades de iones calcio que se han almacenado en el interior de este retículo.

7._Los iones calcio inician fuerzas de atracción entre los fila mentos de actina y miosina, haciendo que se deslicen unos sobre otros en sentido longitudinal, lo que constituye el proceso contráctil.

8._Después de una fracción de segundo los iones calcio son bombeados de nuevo hacia el retículo sarcoplásmico por una bomba de Ca++ de la membrana y permanecen almacenados en el retículo hasta que llega un nuevo potencial de acción muscular.

MECANISMO MOLECULAR DE LA CONTRACCION MUSCULAR

MECANISMO DE DESLIZAMIENTO DE LOS FILAMENTOS DE LA CONTRACCIÓN MUSCULAR

En el estado relajado, los extremos de los
filamentos de actina que se extienden entre dos discos Z sucesivos apenas comienzan a superponerse entre sí. Por el contrario, en el estado contraído estos filamentos de actina han sido traccionados hacia dentro entre los filamentos de miosina, los discos Z han sido traccionados por los filamentos de actina hasta los extremos de los filamentos de miosina. Así, la contracción muscular se produce por un mecanismo de deslizamiento de los filamentos.

cuando un potencial de acción viaja a lo largo de la fibra muscular, esto hace que el retículo sarcoplásmico libere grandes cantidades de iones calcio que rodean rápidamente a las miofibrillas. A su vez, los iones calcio activan las fuerzas de atracción entre los filamentos de miosina y de actina y comienza la contracción, es necesaria energía para que se realice el proceso contráctil. Esta energía procede de los enlaces de alta energía de la molécula de ATP, que es degradada a difosfato de adenosina (ADP) para liberarla.

CARACTERISTRICVAS MOLECULARES DE LOS FILAMENTOS CONTRÁCTILES

LOS FILAMENTOS DE MIOSINA ESTÁN COMPUESTOS POR MÚLTIPLES MOLÉCULAS DE MIOSINA

La molécula de miosina está formada por seis cadenas polipeptídicas, dos cadenas pesadas, cada una tiene un peso molecular de aproximadamente 200.000, y cuatro cadenas ligeras, que tienen un peso molecular de aproximadamente 20.000 cada una. Las dos cadenas pesadas se enrollan entre sí en espiral para formar una hélice doble, que se denomina cola de la molécula de miosina. Un extremo de cada una de estas cadenas se pliega bilateralmente para formar una estructura polipeptídica globular denominada cabeza de la miosina. Las cuatro cadenas ligeras también forman parte de la cabeza de la miosina, dos en cada cabeza. Estas cadenas ligeras ayudan a controlar la función de la cabeza durante la contracción muscular.

El filamento de miosina está formado por 200 o más moléculas individuales de miosina, parte del cuerpo de cada una de las moléculas de miosina se prolonga hacia la región lateral junto a la cabeza, formando de esta mane ra un brazo que separa la cabeza del cuerpo, Los brazos y las cabezas que protruyen se denominan en conjunto puentes cruzados. Cada puente cruzado es flexible en dos puntos denominados bisagras, una en el punto en el que el brazo sale del cuerpo del filamento de miosina y la otra en el punto en el que la cabeza se une al brazo.

La longitud total de los filamentos de miosina es uniforme, casi exactamente 1,6 mm, no hay cabezas de puentes cruzados en el centro del filamento de miosina en una distancia de aproximadamente 0,2 mm, porque los brazos articulados se separan desde el centro.

ACTIVIDAD ATPasa DE LA CABEZA DE LA MIOSINA

característica de la cabeza de la miosina que es esencial para la contracción muscular es que actúa como una enzima ATPasa, esta propiedad permite que la cabeza escinda el ATP y que utilice la energía procedente del enlace fosfato de alta energía del ATP para aportar energía al proceso de la contracción.

LOS FILAMENTOS DE ACTINA ESTAN FORMADOS ACTINA,TROPOMIOSINA Y TROPONINA

El esqueleto del filamento de actina es una molécula de la proteína F-actina bicatenaria , se representa con dos hebras. Cada una de las hebras de la doble hélice de F-actina está formada por moléculas de G-actina polimerizadas. A cada una de estas moléculas de G-actina se le une una molécula de ADP. Se piensa que estas moléculas de ADP son los puntos activos de los filamentos de actina con los que interactúan los puentes cruzados de los filamentos de miosina para producir la contracción muscular.

Las bases de los filamentos de actina se anclan fuertemente en los discos Z; los extremos de los filamentos protruyen en ambas direcciones para situarse en los espacios que hay entre las moléculas de miosina.

MOLÉCULAS DE TROPOMIOSINA

El filamento de actina también contiene otra proteína, la tropomiosina. Cada molécula de tropomiosina tiene un peso molecular de 70.000 y una longitud de 40 nm. Estas moléculas están enrolladas en espiral alrededor de los lados de la hélice de F-actina. En estado de reposo las moléculas de tropomiosina recubren los puntos activos de las hebras de actina, de modo que no se puede producir atracción entre los filamentos de actina y de miosina para producir la contracción.

TROPONINA Y SU FUNCIÓN EN LA CONTRACCION MUSCULAR

Unidas a lo largo de los lados de las moléculas de tropomiosina hay otras moléculas proteicas denominadas troponina. Se trata de complejos de tres subunidades proteicas unidas entre sí de manera laxa, cada una de las cuales tiene una función específica en el control de la contracción muscular. Una de las subunidades (troponina I) tiene una gran afinidad por la actina, otra (troponina T) por la tropomiosina y la tercera (troponina C) por los iones calcio. Se piensa que este complejo une la tropomiosina a la actina. Se piensa que la intensa afinidad de la troponina por los iones calcio inicia el proceso de la contracción.

INTERACCION DE UN FILAMENTO DE MIOSINA,DOS FILAMENTOS DE ACTINA Y LOS IONES CALCIO PARA PRODUCIR UNA CONTRACCIÓN

INHIBICION DEL FILAMENTO DE ACTINA POR EL COMPLEJO TROPONINA-TROPOMIOSINA; ACTIVACION POR LOS IONES DE CALCIO

Un filamento de actina puro sin la presencia del complejo troponina-tropomiosina (pero en presencia de iones magnesio y ATP) se une instantánea e intensamente a las cabezas de las moléculas de miosina. Después, si se añade el complejo troponina-tropomiosina al filamento de actina, no se produce la unión entre la miosina y la actina . Los puntos activos del filamento de actina normal del músculo relajado son inhibidos o cubiertos físicamente por el complejo troponina-tropomiosina en consecuencia estos puntos no se pueden unir a las cabezas de los filamentos de miosina para producir la contracción.

Cuando hay grandes cantidades de iones calcio, se inhibe el propio efecto inhibidor del complejo troponina-tropomiosina sobre los filamentos de actina.

HIPOTESIS: cuando los iones calcio se combinan con la troponina C, de la que una molécula se puede unir intensamente con hasta cuatro iones calcio, el complejo de troponina probablemente experimenta un cambio conformacional que en cierto modo tira de la molécula de tropomiosina y la desplaza hacia zonas más profundas del surco que hay entre las dos hebras de actina. Esto «descubre» los puntos activos de la actina, permitiendo de esta manera que atraigan a las cabezas del puente cruzado de miosina y que produzcan la contracción.

INTERACCION ENTRE EL FILAMENTO DE ACTINA ACTIVADO Y LOS PUESTES CRUZADOS DE MIOSINA: TEORÍA DE LA CREMALLERA DE LA CONTRACCIÓN

Tan pronto como el filamento de actina es activado por los iones calcio, las cabezas de los puentes cruzados de los filamentos de miosina son atraídos hacia los puntos activos del filamento de actina y de algún modo esto hace que se produzca la contracción.

En la imagen anterior se muestra las cabezas de los puentes cruzados uniéndose y liberándose de los puntos activos de un filamento de miosina. Se ha propuesto que cuando una cabeza se une a un punto activo, esta unión produce simultáneamente cambios profundos en las fuerzas intramoleculares entre la cabeza y el brazo de este puente cruzado. La nueva alineación de las fuerzas hace que la cabeza se desplace hacia el brazo y que arrastre con ella al filamento de actina. Este desplazamiento de la cabeza se denomina golpe activo. Inmediatamente después del desplazamiento, la cabeza se separa automáticamente del punto activo. A continuación la cabeza recupera su dirección extendida. En esta posición se combina con un nuevo punto activo que está más abajo a lo largo del filamento de actina; después la cabeza se desplaza una vez más para producir un nuevo golpe activo, y el filamento de actina avanza otro paso.

ATP COMO FUENTE DE ENERGIA PARA LA CONTRACCION: FENÓMENOS QUÍMICOS EN EL MOVIMIENTO DE LAS CABEZAS DE MIOSINA

Cuando se contrae el músculo es necesaria energía. Durante el proceso de contracción se escinden grandes cantidades de ATP para formar ADP; cuanto mayor sea la magnitud del trabajo que realiza el músculo, mayor será la cantidad de ATP que se escinde, lo que se denomina efecto Fenn. esto se produce por medio de la siguiente secuencia de acontecimientos:

1. Antes de que comience la contracción, las cabezas de los puentes cruzados se unen al ATP. La actividad ATPasa de la cabeza de miosina escinde inmediatamente el ATP, aunque deja los productos de la escisión, el ADP y el ion fosfato, unidos a la cabeza. En este estado la conformación de la cabeza es tal que se extiende perpendicularmente hacia el filamento de actina, pero todavía no está unida a ella.

2. Cuando el complejo troponina-tropomiosina se une a los iones calcio quedan al descubierto los puntos activos del filamento de actina, y entonces las cabezas de miosina se unen a ellos

3. El enlace entre la cabeza del puente cruzado y el punto activo del filamento de actina produce un cambio conformacional de la cabeza, lo que hace que la cabeza se desplace hacia el brazo del puente cruzado. Esto proporciona el golpe activo para tirar del filamento de actina.

4. Una vez que se desplaza la cabeza del puente cruzado, esto permite la liberación del ADP y el ion fosfato que previamente estaban unidos a la cabeza. En el punto de liberación del ADP se une una nueva molécula de ATP. Esta unión de una nueva molécula de ATP hace que la cabeza se separe de la actina.

5. Después de que la cabeza se haya separado de la actina, se escinde la nueva molécula de ATP para comenzar el ciclo siguiente, dando lugar a un nuevo golpe activo.

6. Cuando la cabeza comprimida (con su energía almacenada procedente del ATP escindido) se une a un nuevo punto activo del filamento de actina, se estira y una vez más proporciona un nuevo golpe activo.

RELACION DE LA VELOCIDAD DE CONTRACCION CON LA CARGA

Un músculo esquelético se contrae rápidamente cuando lo hace frente a una carga nula, hasta un estado de contracción completa en aproximadamente 0,1 s para un músculo medio. Cuando se aplican cargas, la velocidad de la contracción se hace cada vez más lenta a medida que aumenta la carga,cuando la carga ha aumentado hasta la fuerza máxima que puede ejercer el músculo, la velocidad de contracción se hace cero y no se produce ninguna contracción, a pesar de la activación de la fibra muscular. La disminución de la velocidad de contracción al aumentar la carga está producida por el hecho de que una carga sobre un músculo en contracción es una fuerza inversa que se opone a la fuerza contráctil que produce la contracción muscular. Por tanto, la fuerza neta de que se dispone para producir la velocidad de acortamiento está reducida de manera proporcional.

ENERGETICA DE LA CONTRACCION MUSCULAR

GENERACION DE TRABAJO DURANTE LA CONTRACCION MUSCULAR

Cuando un músculo se contrae contra una carga realiza un trabajo. Esto significa que se transfiere energía desde el músculo hasta la carga externa para levantar un objeto hasta una mayor altura o para superar la resistencia al movimiento.

En términos matemáticos el trabajo se define mediante la siguiente ecuación:

T = C × D

donde T es el trabajo generado, C es la carga y D es la distancia del movimiento que se opone a la carga.

FUENTES DE ENERGIA PARA LA CONTRACCION MUSCUL

La contracción muscular depende de la energía que aporta el ATP. La mayor parte de esta energía es necesaria para activar el mecanismo de cremallera mediante el cual los puentes cruzados tiran de los filamentos de actina

Son necesarias cantidades pequeñas de energía para:

1) bombear iones calcio desde el sarcoplasma hacia el interior del retículo sarcoplásmico después de que haya finalizado la contracción .

2) para bombear iones sodio y potasio a través de la membrana de la fibra muscular para mantener un entorno iónico adecuado para la propagación de los potenciales de acción de la fibra muscular.

La contracción de ATP en la fibra muscular, de aproximadamente 4 milimolar, es suficiente para mantener la contracción completa durante sólo 1 a 2 s como máximo. El ATP se escinde para formar ADP, que transfiere la energía de la molécula de ATP a la maquinaria contráctil de la fibra muscular. Después el ADP se vuelve a fosforilar para formar nuevo ATP en otra fracción de segundo, lo que permite que el músculo mantenga su contracción.

Hay varias fuentes de energía para esta nueva fosforilación.

La primera fuente de energía que se utiliza para reconstituir el ATP es la sustancia fosfocreatina, que contiene un enlace fosfato de alta energía similar a los enlaces del ATP.

La segunda fuente importante de energía, que se utiliza para reconstituir tanto el ATP como la fosfocreatina, es la «glucólisis» del glucógeno que se ha almacenado previamente en las células musculares. La escisión enzimática rápida del glucógeno en ácido pirúvico y ácido láctico libera energía que se utiliza para convertir el ADP en ATP.

EFICIENCIA DE LA CONTRACCION MUSCULAR

La tercera y última fuente de energía es el metabolismo oxidativo. Esto supone combinar oxígeno con los productos finales de la glucólisis y con otros diversos nutrientes celulares para liberar ATP. Más del 95% de toda la energía que utilizan los músculos para la contracción sostenida a largo plazo procede de esta fuente. Los nutrientes que se consumen son carbohidratos, grasas y proteínas. Para una actividad muscular máxima a muy largo plazo (durante un período de muchas horas) la mayor parte de la energía procede con mucho de las grasas.

EFICIENCIA DE LA CONTRACCION MUSCULAR

La eficiencia de una máquina o de un motor se calcula como el porcentaje del aporte de energía que se convierte en trabajo en lugar de en calor. El porcentaje de aporte energético al músculo (la energía química de los nutrientes) que se puede convertir en trabajo es menor del 25%, y el resto se convierte en calor. La razón de esta baja eficiencia es la mitad de la energía de los nutrientes se pierde durante la formación del ATP, y que incluso en este caso sólo el 40-45% de la energía del propio ATP se puede convertir posteriormente en trabajo. Sólo se puede conseguir la eficiencia máxima cuando el músculo se contrae a una velocidad moderada. Si el músculo se contrae lentamente o sin ningún movimiento, se liberan pequeñas cantidades de calor de mantenimiento durante la contracción, incluso si se realiza un trabajo pequeño o nulo, reduciendo de esta manera la eficiencia de la conversión a un valor tan pequeño como cero.

CARACTERISTICAS DE LA CONTRACCION DE TODO EL MUNDO

Espasmos musculares:esto se puede conseguir con la excitación eléctrica instantánea del nervio que inerva un músculo o haciendo pasar un estímulo eléctrico breve a través del propio músculo, dando lugar a una única contracción súbita que dura una fracción de segundo.

Contracción isométrica: la contracción muscular es isométrica cuando el músculo no se acorta durante la contracción pero la tensión del músculo permanece constante durante toda la contracción.

En el sistema isotónico el músculo se acorta contra una carga fija; Las características de la contracción isotónica dependen de la carga contra la que se contrae el músculo, así como de la inercia de la carga.

CARACTERISTICAS DE LOS ESPASNOS ISOMETRICOS QUE SE REGISTRAN EN DIFERENTES MUSCULOS

El cuerpo humano tiene múscu- los esqueléticos de muchos tamaños, desde el pequeño músculo estapedio del oído medio, hasta el gran músculo cuádriceps, que tiene un tamaño medio millón de veces mayor que el estapedio. Las fibras pueden ser tan pequeñas como de 10 mm de diámetro o tan grandes como de 80 mm. Finalmente, la energética de la contracción muscular varía considerablemente de un músculo a otro.Las características mecánicas de la contracción muscular difieran de unos músculos a otros.

los registros de las contracciones isométricas de tres tipos de músculo esquelético:

un músculo ocular, que tiene una contracción isométrica de menos de 1/50 s de duración; el músculo gastrocnemio, que tiene una duración de contracción de aproximadamente 1/15 s, y el músculo sóleo, que tiene una duración de contracción de aproximadamente 1/5 s. Los movimientos oculares deben ser muy rápidos para mantener la fijación de los ojos sobre objetos específicos para proporcionar la exactitud de la visión. El músculo gastrocnemio se debe contraer con una rapidez moderada para proporcionar una velocidad suficiente de movimiento de la extremidad para correr y saltar, y el músculo sóleo participa principalmente en la contracción lenta para el soporte continuo a largo plazo del cuerpo contra la gravedad.

FIBRAS MUSCULARES RAPIDAS FRENTE A LENTAS

Todos los músculos del cuerpo están formados por una mezcla de las denominadas fibras musculares rápidas y lentas, con otras fibras intermedias entre estos dos extremos. Los músculos que reaccionan rápidamente, entre ellos el tibial anterior, están formados principalmente por fibras «rápidas», y sólo tienen pequeñas cantidades de la variedad lenta. Por el contrario, los músculos que, como el sóleo, responden lentamente pero con una contracción prolongada están formados por fibras lentas.

Las diferencias entre estos dos tipos de fibras son las siguientes.

Fibras lentas (tipo I, músculo rojo).

1) Fibras más pequeñas.

2) también están inervadas por fibras nerviosas más pequeñas.

3) vascularización y capilares más extensos para aportar cantidades adicionales de oxígeno.

4) números muy elevados de mitocondrias, también para mantener niveles elevados de metabolismo oxidativo.

5) las fibras contienen grandes cantidades de mioglobina, una proteína que contiene hierro y que es similar a la hemoglobina de los eritrocitos. La mioglobina se combina con el oxígeno y lo almacena hasta que sea necesario; esto también acelera mucho el transporte de oxígeno hacia las mitocondrias. La mioglobina da al músculo lento un aspecto rojizo y el nombre de músculo rojo.

Fibras rápidas (tipo II, músculo blanco).

1) Fibras grandes para obtener una gran fuerza de contracción.

2) retículo sarcoplásmico extenso para una liberación rápida de iones calcio para iniciar la contracción.

3) grandes cantidades de enzimas glucolíticas para la liberación rápida de energía por el proceso glucolítico.

4) vascularización menos extensa porque el metabolismo oxidativo tiene una importancia secundaria.

5) menos mitocondrias.

Un déficit de mioglobina roja en el músculo rápido le da el nombre de músculo blanco.

MECANICA DE LA CONTRACCION DEL MUSCULO ESQUELETICO

Todas las fibras musculares que son inervadas por una única fibra nerviosa se denominan unidad motora. Los músculos pequeños que reaccionan rápidamente y cuyo control debe ser exacto tienen más fibras nerviosas para menos fibras musculares (p. ej., tan sólo dos o tres fibras musculares por cada unidad motora en algunos de los músculos laríngeos). Por el contrario, los músculos grandes que no precisan un control fino, como el músculo sóleo, pueden tener varios centenares de fibras musculares en una unidad motora.

Una cifra promedio para todos los músculos del cuerpo es 80 a 100 fibras musculares por unidad motora. Las fibras musculares de todas las unidades motoras no están agrupadas entre sí en el músculo, sino que se superponen a otras unidades motoras en microfasciculos de 3-15 fibras.

Contracciones musculares de diferente fuerza:

sumación de fuerzas. Sumación significa la adición de los espasmos individuales para aumentar la intensidad de la contracción muscular global.

La sumación se produce de dos maneras:

1) aumentando el número de unidades motoras que se contraen de manera simultánea, lo que se denomina sumación de fibras múltiples.
2) aumentando la frecuencia de la contracción, lo que se denomina sumación de frecuencia y que puede producir tetanización.

SUMACION DE FIBRAS MULTIPLES

Cuando el sistema nervioso central envía una señal débil para contraer un músculo, las unidades motoras más pequeñas del músculo se pueden estimular con preferencia a las unidades motoras de mayor tamaño. Después, a medida que aumenta la intensidad de la señal, también se empiezan a excitar unidades motoras cada vez mayores, de modo que las unidades motoras de mayor tamaño con frecuencia tienen una fuerza contráctil mayor que la pequeña. Esto se denomina principio de tamaño. Es importante porque permite que se produzcan gradaciones de la fuerza muscular durante la contracción débil en escalones pequeños, mientras que los escalones se hacen cada vez mayores cuando son necesarias grandes cantidades de fuerza.

SUMACION DE FRECUENCIA Y TETANIZACION

espasmos individuales que se producen de manera secuencial a una frecuencia de estimulación baja. Después, a medida que aumenta la frecuencia, se llega a un punto en el que cada nueva contracción se produce antes de que haya finalizado la anterior. En consecuencia, la segunda contracción se suma parcialmente a la primera, de modo que la fuerza total de la contracción aumenta progresivamente al aumentar la frecuencia. Cuando la frecuencia alcanza un nivel crítico, las contracciones sucesivas finalmente se hacen tan rápidas que se fusionan entre sí, y la contracción del músculo entero parece ser completamente suave y continua. Esto se denomina tetanización.

CAMBIOS DE LA FUERZA MUSCULAR AL INICIO DE LA CONTRACCION: EL EFECTO DE LA ESCALERA (TREPPE)

Cuando un músculo comienza a contraerse después de un período de reposo prolongado, su fuerza de contracción inicial puede ser tan pequeña como la mitad de su fuerza entre 10 a 50 contracciones musculares después . Es decir, la fuerza de la contracción aumenta hasta una meseta, un fenómeno que se denomina efecto de la escalera o Trepped.

está producido principalmente por el aumento de los iones calcio en el citosol debido a la liberación de cada vez más iones desde el retículo sarcoplásmico con cada potencial de acción muscular sucesivo y la incapacidad del sarcoplasma de recapturar inmediatamente los iones.

TONO DEL MUSCULO ESQUELETICO

Incluso cuando los músculos están en reposo habitualmente hay una cierta cantidad de tensión, que se denomina tono muscular. Como las fibras normales del músculo esquelético no se contraen sin que ningún potencial de acción estimule las fibras, el tono del músculo esquelético se debe totalmente a impulsos nerviosos de baja frecuencia que proceden de la médula espinal.

FATIGA MUSCULAR

La contracción prolongada e intensa de un músculo da lugar al conocido estado de fatiga muscular. Estudios en atletas han mostrado que la fatiga muscular aumenta en una proporción casi directa a la velocidad de depleción del glucógeno del músculo. Por tanto, la fatiga se debe principalmente a la incapacidad de los procesos contráctiles y metabólicos de las fibras musculares de continuar generando el mismo trabajo.

SISTEMAS DE PALANCA DEL CUERPO

Los músculos actúan aplicando una tensión a sus puntos de inserción en los huesos, y los huesos a su vez forman varios tipos de sistemas de palanca.

el análisis de los sistemas de palanca del cuerpo depende del conocimiento de: 1) el punto de la inserción muscular; 2) su distancia desde el fulcro de la palanca; 3) la longitud del brazo de la palanca, y 4) la posición de la palanca. En el cuerpo son necasarios muchos tipos de movimiento, algunos de los cuales precisan una intensidad grande, y otros precisan grandes distancias de movimiento. Por este motivo hay muchos tipos diferentes de músculo; algunos son largos y se contraen una distancia larga, y algunos son cortos pero tienen áreas transversales grandes y pueden proporcionar una fuerza de contracción extrema en distancias pequeñas.

El estudio de los diferentes tipos de músculos, de los sistemas de palanca y de sus movimientos se denomina cinesiología y es un componente científico importante de la fisioanatomía humana.

COLOCACION DE UNA PARTE DEL CUERPO POR LA CONTRACCION DE LOS MUSCULOS AGONISTAS Y ANTAGONIASTAS DE LADOS OPUESTOS DE UNA ARTICULACION(COACTIVACION) DE LOS MUSCULOS ANTAGONISTAS

Los movimientos del cuerpo están producidos por la contracción simultánea de músculos agonistas y antagonistas de lados opuestos de las articulaciones. Esto se denomina coactivación de los músculos agonistas; y antagonistas y está controlada por los centros de control motor del encéfalo y de la médula espinal.

EJEMPLO : El músculo alargado de un lado de una articulación se puede contraer con una fuerza mucho mayor que el músculo más corto del lado opuesto. A medida que un brazo o una pierna se mueve hacia su posición media disminuye la fuerza del músculo más largo, mientras que la fuerza del músculo más corto aumenta hasta que las dos fuerzas se igualan entre sí. En este punto se detiene el movimiento del brazo o de la pierna.

REMODELADO DEL MUSCULO PARA ADAPTARSE A LA FUNCION

Todos los músculos del cuerpo se modelan continuamente para adaptarse a las funciones que deben realizar. Se altera su diámetro, su longitud, su fuerza y su vascularización, e incluso se alteran, al menos ligeramente, los tipos de fibras musculares. Este proceso de remodelado con frecuencia es bastante rápido.

HIPERTROFIA Y ATROFIA MUSCULAR

Cuando se produce un aumento de la masa total de un músculo se denomina hipertrofia muscular. Cuando disminuye, el proceso se denomina atrofia muscular.

la hipertrofia muscular se debe a un aumento del número de filamentos de actina y miosina en cada fibra muscular, dando lugar a aumento de tamaño de las fibras musculares individuales; esto se denomina hipertrofia de las fibras.

Se desconoce el mecanismo por el cual una contracción intensa produce hipertrofia. Sin embargo, se sabe que la velocidad de síntesis de las proteínas contráctiles del músculo es mucho mayor cuando se está produciendo la hipertrofia, A su vez, se ha observado que algunas de las miofibrillas se dividen en el interior del músculo que se está hipertrofiando para formar nuevas miofibrillas.

La ruta que parece importar en buena parte para la degradación proteica en un músculo que experimenta atrofia es la ruta de ubicuitina-proteasoma dependiente del ATP. Los proteasomas son grandes complejos proteicos que degradan las proteínas dañadas o innecesarias por proteólisis, una reacción química que rompe los enlaces peptídicos. La ubicuitina es una proteína reguladora que básicamente marca las células que serán diana para una degradación proteasómica.

AJUSTE DE LA LONGITUD MUSCULAR

Otro tipo de hipertrofia se produce cuando los músculos son distendidos hasta una longitud mayor de lo normal. Esto hace que se añadan nuevos sarcómeros en los extremos de las fibras musculares, donde se unen a los tendones.

Por el contrario, cuando un músculo permanece acortado a una longitud menor que su longitud normal de manera continua, los sarcómeros de los extremos de las fibras musculares pueden llegar realmente a desaparecer. En virtud de estos procesos los músculos se remodelan de manera continua para tener la longitud adecuada para una contracción muscular eficiente.

HIPERPLASIA DE LAS FIBRAS MUSCULARES

La generación extrema de fuerza muscular genera un aumento real del número de fibras musculares (aunque sólo en algunos puntos porcentuales), además del proceso de hipertrofia de las fibras. Este aumento del número de fibras se denomina hiperplasia de las fibras. Cuando aparece, el mecanismo es la división lineal de fibras que estaban previamente aumentadas de tamaño.

EFECTO DE LA DENERVACION MUSCULAR

Cuando un músculo pierde su inervación, ya no recibe las señales contráctiles que son necesarias para mantener el tamaño muscular normal. Por tanto, la atrofia comienza casi inmediatamente. En la fase final de la atrofia por denervación, la mayor parte de las fibras musculares son destruidas y sustituidas por tejido fibroso y adiposo. El tejido fibroso que sustituye a las fibras musculares durante la atrofia por denervación también tiende a seguir acortándose durante muchos meses, lo que se denomina contractura. Por tanto, uno de los problemas más importantes en la práctica de la fisioterapia es evitar que los músculos que se están atrofiando presenten contracturas debilitantes y desfigurantes. Esto se consigue mediante la distensión diaria de los músculos o la utilización de dispositivos para mantener los músculos distendidos durante el proceso de atrofia.

RECUPERACION DE LA CONTRACCION MUSCULAR EN LA POLIOMIELITIS: APARICION DE MACROUNIDADES MOTORAS

Cuando se destruyen algunas fibras nerviosas que inervan un músculo, pero no todas, como ocurre con frecuencia en la poliomielitis, las fibras nerviosas residuales se ramifican para formar nuevos axones que inervan posteriormente muchas de las fibras musculares paralizadas. Esto da lugar a unidades motoras de gran tamaño denominadas macrounidades motoras, que pueden contener hasta cinco veces el número normal de fibras musculares para cada neurona que procede de la médula espinal.

RIGIDEZ CADAVERICA

Varias horas después de la muerte, todos los músculos del cuerpo entran en un estado de contractura denominado «rigidez cadavérica»; es decir, los músculos se contraen y se hacen rígidos, incluso sin potenciales de acción. Esta rigidez se debe a la pérdida de todo el ATP, que es necesario para producir la separación de los puentes cruzados que se originan en los filamentos de actina durante el proceso de relajación.

Existen potenciales eléctricos a través de las membranas de todas las células del cuerpo , por ejemplo: células musculares y nerviosas que son capaces de generar impulsos electroquímicos cambiantes en sus membranas, y estos impulsos se utilizan para transmitir señales a través de las membranas de los nervios y músculos.

FISICA BASICA DE LOS POTENCIALES DE MEMBRANA

POTENCIALES DE MEMBRANA PROVOCADOS POR DIFUSION : Potencial de difusión producido por una diferencia de concentración iónica a los dos lados de la membrana . Tomemos en cuenta que la concentración de potasio es grande dentro de la membrana de una fibra nerviosa , pero muy baja fuera de la misma ,la membrana solo es permeable a los iones potasio. Debido al gran gradiente de concentración de potasio desde el interior hacia el exterior hay una tendencia a que cantidades adicionales de este ion difundan hacia fuera a través de la membrana ,de esta forma transportan carga positiva hacia el exterior ,generando de esta manera electropositividad fuera de la membrana y electronegatividad dentro de esta(los aniones negativos no se difunden hacia afuera con el potasio).En un plazo de 1 ms la diferencia de potencial entre el interior y el exterior , denominada potencial de difusión ,incrementa de tal forma que bloquea la difusión adicional neta de potasio hacia el exterior.

Presentando otro ejemplo del lado derecho de la imagen anterior en comparación con la del lado izquierdo ,la concentración elevada de iones sodio se encuentra en el exterior y la baja en el interior .Estos iones también tienen carga positiva .Esta vez la membrana es muy permeable a los iones sodio e impermeable a los demás iones. La difusión de los iones sodio de carga positiva hacia el interior crea un potencial de membrana de polaridad contraria a la imagen del lado izquierdo.

CONCLUSION: Una diferencia de concentración de iones a través de una membrana puede, en condiciones adecuadas , crear un potencial de membrana .

RELACION DEL POTENCIAL DE DIFUSION CON LA DIFERENCIA DE CONCENTRACION: POTENCIAL DE NERNST

El nivel del potencial de difusión a través de una membrana que se opone exactamente a la difusión neta de un ion particular a través de la membrana se denomina potencial de nernst .

La magnitud de este potencial de Nernst viene determinada por el cociente de las concentraciones de un ion especifico en los dos lados de la membrana .Cuanto mayor es este cociente, mayor es la tendencia del ion a difundir en una dirección y, por tanto, mayor será el potencial de Nernst necesario para impedir la difusión neta adicional.

Haremos uso de una ecuación denominada ecuación de Nernst ,para calcular el potencial de Nernst para cualquier ion univalente a la temperatura normal (37º C)

Cuando se utiliza esta formula habitualmente se asume que e potencial del liquido extracelular que esta fuera de la membrana se mantiene a un nivel de potencial 0, y que el potencial de Nerst es el potencial que esta en el interior de la membrana.

CALCULO DEL POTENCIAL DE DIFUSION CUANDO LA MEMBRANA ES PERMEABLE A VARIOS IONES DIFERENTES

Existen 3 factores de los que depende el potencial de acción cuando una membrana es permeable a varios iones diferentes

1)La polaridad de la carga eléctrica de cada uno de los iones.

2) La permeabilidad de la membrana (p) a cada uno de los iones en el interior.

3) Las concentraciones (c) de los respectivos iones en el interior (i) y el exterior (e) de la membrana

La ecuación de GOLDMAN-HODGKIN-KATZ, da el potencial de membrana calculado en el interior de la membrana cuando participan dos iones positivos univalentes , sodio (Na) y potasio (K), y un ion negativo univalente, cloro (Cl).

MEDICION DEL POTENCIAL DE MEMBRANA

El método para medir el potencial de membrana es simple , se utiliza una pipeta para que sea insertada en la membrana celular hasta el interior de la fibra .Después se coloca otro electrodo , denominado electrodo indiferente , en el liquido extracelular , y se mide la diferencia de potencial entre el interior y exterior de la fibra utilizando un voltímetro adecuado.

VOLTIMETRO: Aparato electrónico sofisticado que puede medir voltajes pequeños a pesar de la resistencia muy elevada al flujo eléctrico a través de la punta de la micropipeta , que tiene un diámetro luminal habitualmente menor a 1 micrómetro y una resistencia mayor de un millón de ohmios.

POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO DE 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 es de 90 mV mas negativo que el potencial del liquido extracelular que esta en el exterior de la misma.

TRANSPORTE ACTIVO DE LOS IONES SODIO Y POTASIO A TRAVES DE LA MEMBRANA : LA BOMBA SODIO-POTASIO

Todas las membranas celulares del cuerpo tienen una potente bomba sodio-potasio que transporta continuamente iones sodio hacia el exterior de la célula e iones potasio hacia el interior. Se trata de una bomba electrógena por que se bombean mas cargas positivas hacia el exterior que hacia el interior ( tres iones Na hacia el exterior por cada dos iones de K hacia el interior)

La bomba de sodio-potasio también genera grandes gradientes de concentración para el sodio y el potasio a través de la membrana nerviosa en reposo.

FUGA DE POTASIO Y SODIO A TRAVES DE LA MEMBRANA NERVIOSA

El canal proteico, a veces denominado canal de potasio de dominios de poro en tándem, o canal de <<fuga>> de potasio (K), en la membrana nerviosa a través de las que pueden escapar iones potasio incluso en una célula en reposo. Estos canales de fuga de K también pueden dejar que se pierdan algunos iones sodio pero los canales son mucho más permeables al potasio que al sodio, en general aproximadamente 100 veces mas permeables.

CONTRIBUCION DEL POTENCIAL DE DIFUSION DE POTASIO

Si partimos del supuesto de que el único movimiento de iones a través de la membrana es la difusión de iones potasio , como se muestra por los canales abiertos entre los símbolos del potasio (K) en el interior y el exterior de la membrana. Debido al elevado cociente de los iones potasio entre el interior y el exterior, 35:1,  el potencial de Nernst que corresponde a este cociente es de -94 mV porque el logaritmo 35 es 1.54, y 1.54 multiplicado por -61 mV es -94 Mv. Por tan to, si los iones potasio fueran el único factor que genera el potencial en reposo, el potencial en reposo en el interior de la fibra sería igual a -94 mV.

CONTRIBUCION DE LA BOMBA SODIO-POTASIO

La bomba Na-K proporciona una contribución adicional al potencial en reposo. Podemos distinguir que se produce un bombeo continuo de tres iones sodio hacia el exterior por cada dos iones potasio que se bombean hacia el interior de la membrana. El bombeo de más iones sodio hacia el exterior que el de iones potasio hacia el interior da lugar a una pérdida continua  de cargas positivas desde el interior de la membrana para generar un grado adicional de negatividad (aproximadamente -4 ,mV más) en el interior además del que se puede explicar por la difusión  de manera aislada. En resumen, los potenciales de difusión aislados que produce la difusión aislados que produce la difusión del sodio y del potasio darían un potencial de membrana de aproximadamente -86 mV, casi todo determinado por la difusión de potasio

POTENCIAL DE ACCION NERVIOSO

Las señales nerviosas se transmiten mediante potenciales de acción que son cambios 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 negativo. Para conducir una señal nerviosa el potencial de acción se desplaza a lo largo de la fibra nerviosa .

FASE DE REPOSO

Es el potencial de membrana en reposo antes del comienzo del potencial de acción . Se dice que la membrana esta polarizada durante esta fase debido al potencial de membrana negativo de -90 mV que esta presente.

FASE DE DESPOLARIZACION

En este momento la membrana se hace súbitamente muy permeable a los iones sodio , lo que permite que un gran numero de iones sodio con carga positiva difunda hacia el interior del axón. El estado polarizado normal de 90 mV se neutraliza por la entrada de iones sodio cargados positivamente , y el potencial aumenta rápidamente en dirección positiva .

FASE DE REPOLARIZACION

En un plazo de algunas diez milésimas de segundo después de que la membrana se haya hecho muy permeable a los iones sodio , los canales de sodio comienzan a cerrarse y los canales de potasio se abren mas de lo normal. De esta manera , la rápida difusión de los iones potasio hacia el exterior restablece el potencial de membrana en reposo negativo normal.

CANALES DE SODIO Y POTASIO

El actor necesario en la producción tanto de la despolarización como de la repolarización de la membrana nerviosa durante el potencial de acción es el canal de sodio activado por voltaje. Un canal de potasio activado por el voltaje también tiene una función importante en el aumento de la rapidez de la repolarización de la membrana .

CANAL DE SODIO ACTIVADO POR EL VOLTAJE: ACTIVACION E INACTIVACION DEL CANAL

El canal de sodio activado por voltaje tiene dos compuertas, una cerca del exterior del cana, denominada compuerta de activación, y potra cerca del interior, denominada compuerta de inactivación . En reposo normal cuando el potencial de membrana es de -90 mV. La compuerta de activación esta cerrada, lo que impide la entrada de iones sodio hacia el interior de la fibra a través de estos canales de sodio.

ACTIVACION DEL CANAL DE SODIO

Cuando el potencial de membrana se hace menos negativo que durante el estado de reposo, aumentando desde -90 mV hacia cero , finalmente alcanza un voltaje (habitualmente algún punto entre -70 y -50 mV) que produce un cambio conformacional súbito en la activación de la compuerta , que bascula totalmente hasta la posición abierta . Durante este estado activado , los iones sodio pueden atravesar el canal, aumentando la permeabilidad de la membrana al sodio de 500 a 5000 veces.

INACTIVACION DEL CANAL DE SODIO

También tenemos un tercer estado del canal de sodio . El mismo aumento de voltaje que abre la compuerta de activación también cierra la compuerta de inactivación. Sin embargo, la compuerta de inactivación se cierra algunas diezmilésimas de segundo después de que se abre la compuerta de activación. Es decir, el cambio conformacional que hace bascular la compuerta de inactivación hacia el estado es un proceso algo mas lento que el cambio conformacional que abre la compuerta de activación.

CANAL DE POTASIO ACTIVADO POR EL VOLTAJE Y SU ACTIVACION

El canal de potasio puede ser activado por el voltaje en dos estados: durante el estado de reposo y hacia el final del potencial de acción.

Durante el estado de reposo la compuerta del canal de potasio esta cerrada, lo que impide que los iones potasio pasen a través de este canal hacia el exterior . Cuando el potencial de membrana aumenta desde -90 mV hacia cero , este voltaje produce una abertura conformacional de la compuerta y permite el aumento de la difusión de potasio hacia fuera a través del canal. Los canales de potasio se abren al mismo tiempo que están comenzando a cerrarse los canales de sodio debido a su inactivación. La disminución de la entrada de sodio hacia la célula y el aumento de la salida de potasio desde la célula se combinan para acelerar el proceso de repolarización.

RESUMEN DE LOS FENOMENOS QUE CAUSAN EL POTENCIAL DE ACCION

Durante el estado en reposo, la conductancia a los iones potasio es de 50 a 100 veces mayor que la conductancia a los iones sodio Esto se debe a una mayor fuga de potasio que de sodio. Al inicio del potencial de acción se activan los canales de sodio y dan lugar a un aumento en la conductancia del sodio de 5.000 veces . Después el proceso de inactivación cierra los canales de sodio en otra fracción de milisegundos . El inicio del potencial de acción también produce activación por el voltaje de los canales de potasio, haciendo que empiecen a abrirse mas lentamente una fracción de milisegundos después que se abran los canales de sodio. Al final del potencial del acción, el retorno de potencial de membrana al estado negativo hace que se cierren de nuevo los canales de potasio hasta su estado original.

FUNCIONES DE OTROS IONES DURANTE EL POTENCIAL DE ACCION

IONES CON CARGA NEGATIVA (ANIONES) NO DIFUSIBLES EN EL INTERIOR DEL AXON NERVIOSO

En el interior del axón hay iones de carga negativa que no pueden atravesar los canales de la membrana. Aniones de las moléculas proteicas, compuestos de fosfato orgánico , compuesto de sulfato y similares, Estos iones no pueden salir del interior del axón. Los iones negativos no difusibles son los responsables de la cargan negativa en el interior de la fibra cuando hay un déficit neto de iones potasio de carga positiva y de otros iones positivos.

IONES CALCIO

Las membranas de casi todas las células del cuerpo tiene una bomba de calcio similar a la bomba de sodio, y el calcio coopera con el sodio (o actúa en su lugar) en algunas células para producir la mayor parte del potencial de acción. Además hay canales de calcio activados por voltaje. Dado que la concentración de iones calcio es mas de 10000 veces mayor en el fluido extracelular que en el intracelular, existe un enorme gradiente de difusión para el flujo pasivo de iones calcio a las células. 

UNA FUNCION IMPORTANTE DE LOS CANALES DE IONES CALCIO ACTIVADOS POR VOLTAJE CONSISTE EN SU CONTRIBUCION A LA FASE DE DESPOLARIZACION EN EL POTENCIAL DE ACCION EN ALGUNAS CELULAS. SE LES DENOMINA CANALES LENTOS EN CONTRAPOSICION A LOS CANALES DE SODIO, QUE SE DENOMINAN CANALES RAPIDOS .

INICIO DEL POTENCIAL DE ACCION

UN CICLO DE RETROALIMENTACION POSITIVA ABRE LOS CANALES DE SODIO

Siempre que no haya alteraciones en la membrana de la fibra nerviosa, no se produce ningún potencial de acción en el nervio normal. sin embargo , si algún episodio produce una elevacion suficiente del potencial de membrana desde -90 mV hacia el nivel cero, el propio aumento de voltaje hace que empiecen a abrirse varios canales de sodio activados por voltaje. Esto permite la entrada de iones sodio, lo que produce una elevacion adicional del potencial de membrana y abre aun mas canales de sodio activados por el voltaje y permite que se produzca una mayor entrada de iones sodio hacia el interior de la fibra.

UMBRAL PARA EL INICIO DEL POTENCIAL DE ACCION

No se producirá un potencial de acción hasta que el aumento inicial del potencial de membrana sea lo suficientemente grande como para dar origen al ciclo de retroalimentación positiva. Esto se produce cuando el numero de iones sodio que entran en la fibra supera al numero de iones potasio que salen. Habitualmente es necesario un aumento súbito del potencial de membrana de 15 a 30 mV. Por tanto, un aumento súbito del potencial de membrana en una fibra nerviosa grande desde -90 mV hasta aproximadamente -65 mV suele dar lugar a la aparición explosiva de un potencial de acción. Se dice que este nivel de -65 mV es el umbral  para la estimulación

PROPAGACION DEL POTENCIAL DE ACCION

Un potencial de acción que se desencadena en cualquier punto de una membrana excitable habitualmente excita porciones adyacentes de la membrana , dando lugar a la propagación del potencial de acción a lo largo de la membrana.

Se muestra un <<circuito local>> de flujo de corriente desde las zonas despolarizadas de la membrana hacia las zonas adyacentes de la membrana en reposo. Es decir, las cargas eléctricas positivas son desplazadas por la difusión hacia dentro de iones sodio a través de la membrana despolarizada y posteriormente a lo largo del núcleo del axón. Estas cargas positivas aumentan el voltaje a lo largo de una distancia de 1 a 3 mm a lo largo de la gran fibra mielinizada hasta un valor superior al umbral del voltaje para iniciar el potencial de acción. Las zonas recién despolarizadas producen a su vez más circuitos locales de flujo de corriente en zonas mas lejanas de la membrana, produciendo una despolarización progresivamente creciente. De esta manera el proceso de despolarización viaja a lo largo de toda la longitud de la fibra. Esta transmisión del proceso de despolarización a lo largo de una fibra nerviosa muscular se denomina impulso nervioso muscular

DIRECCION DE LA PROPAGACION

Una membrana excitable no tiene una dirección de propagación única , sino que el potencial de acción viaja en todas las direcciones alejándose del estimulo (incluso a lo largo de todas las ramas de una fibra nerviosa) hasta que se ha despolarizado toda la membrana.

PRINCIPIO DEL TODO O NADA

Una vez que se ha originado un potencial de acción en cualquier punto de la membrana de una fibra normal, el proceso de despolarización viaja por toda la membrana si las condiciones son las adecuadas, o no viaja en absoluto si no lo son.  Este principio denomina principio del todo o nada y se aplica a todos los tejidos excitables normales.

De manera ocasional, el potencial de acción alcanza un punto de la membrana en el que no genera un voltaje suficiente como para estimular la siguiente zona de la membrana. Cuando se produce esta situación se interrumpe la diseminación de la despolarización. Por tanto, para que se produzca la propagación continuada de un impulso, el cociente del potencial de acción respecto al umbral de excitación debe ser mayor de 1 en todo momento. Este requisito de <<mayor de 1>> se denomina factor de seguridadpara la propagación.

RESTABLECIMIENTO DE LOS GRADIENTES IONICOS DE SODIO Y POTASIO TRAS COMPLETARSE LOS POTENCIALES DE ACCION : LA IMPORTANCIA DEL METABOLISMO DE LA ENERGIA

La propagación de cada potencial de acción a lo largo de una fibra nerviosa reduce ligeramente las diferencias de concentración de sodio y de potasio en el interior exterior de la membrana , por que los iones sodio difunden hacia el interior durante la despolarización y los iones potasio difunden hacia el exterior durante la repolarización, con el tiempo se hace necesario restablecer las diferencias de las concentraciones de membrana de sodio y potasio . Esto se consigue por la acción de la bomba sodio-potasio.

La bomba de sodio-potasio precisa energía para la operación de recarga de la fibra nerviosa, proceso metabólico activo que utiliza la energía que procede de sistema energético del trifosfato de adenosina( ATP) de la célula. La fibra nerviosa produce un exceso de calor durante la recarga, que es una medida de gasto energético cuando aumenta la frecuencia de los impulsos nerviosos.

Una característica especial de la bomba Na – K adenosina trifosfatasa es que su grado de actividad se estimula mucho cuando se acumula un exceso de iones sodio en el interior de la membrana celular. De hecho la actividad de bombeo aumenta aproximadamente en proporción a la tercera potencia de esta concentración celular de sodio. Cuando la concentración interna de sodio aumenta desde 10 hasta 20 mEq/l, la actividad de la bomba no solo aumenta sino que lo hace aproximadamente ocho veces.

MESETA EN ALGUNOS POTENCIALES DE ACCION

En algunos casos la membrana excitada no se repolariza inmediatamente después de la despolarización; por el contrario, el potencial permanece en una meseta cerca del máximo del potencial de espiga durante muchos milisegundos, y solo después comienza la repolarización , la meseta generalmente prolonga el periodo de despolarización.

RITMICIDAD DE ALGUNOS TEJIDOS EXCITABLES: DESCARGA REPETITIVA

Las descargas repetitivas autoinducidas aparecen normalmente en el corazón, en la mayor parte del musculo liso y en muchas neuronas del sistema nervioso central. Estas descargas rítmicas producen:

1- el latido rítmico del corazón.

2- el peristaltismo rítmico de los intestinos.

3- fenómenos neuronales, como el control rítmico de la respiración. 

CARACTERISTICAS ESPECIALES DE LA TRANSMISION DE SEÑALES EN LOS TRONCOS NERVIOSOS

FIBRAS NERVIOSAS MIUELINIZADAS Y NO MIELINIZADAS: Hay fibras pequeñas entre las fibras grandes en una fibra nerviosa, las grandes son mielinizadas y las pequeñas no mielinizadas , un tronco nervioso contiene aproximadamente el doble de fibras no mielinizadas que mielinizadas.

El núcleo central de la fibra es el axón , y la membrana del axón es la membrana que realmente conduce el potencial de acción. El axón contiene en su centro el axoplasma, que es un liquido intracelular viscoso. Alrededor del axón hay una vaina de mielina , aproximadamente una vez cada 1 a 3 mm a lo largo de la vaina de mielina hay un nódulo de Ranvie, las células de Schwann depositan la vaina de mielina alrededor del axón , este contiene la sustancias lipídica esfingomielina . Esta sustancia es un excelente aislante eléctrico que disminuye el flujo iónico a través dela membrana .

EXCITACION : PROCESO DE GENERACION DEL POTENCIAL DE ACCION

Básicamente, cualquier factor que haga que los iones sodio comiencen a difundir hacia el interior a través de la membrana en un número suficiente puede desencadenar la apertura regenerativa automática de los canales de sodio. Esta apertura regenerativa automática se puede deber a un trastorno mecánico de la membrana, a los efectos químicos sobre la membrana o al paso de electricidad a través de la membrana. Todos ellos se utilizan en diferentes puntos del cuerpo para generar potenciales de acción nerviosos o musculares.

UMBRAL DE EXCITACION Y POTENCIALES LOCALES AGUDOS

Un estímulo eléctrico negativo débil puede no ser capaz de excitar una fibra. Sin embargo, cuando aumenta el voltaje del estímulo se llega a un punto en el que se produce la excitación. Un estímulo muy débil en un punto A hace que el potencial de la membrana cambie desde -90 a -85 mV, aunque este cambio no es suficiente para que se produzcan los procesos regenerativos automáticos del potencial de acción. En el punto B el estímulo es mayor pero su intensidad tampoco es suficiente.

PERIODO REFRACTARIO TRAS UN POTENCIAL DE ACCION, DURANTE EL CUAL NO SE PUEDE GENERAR UN NUEVO ESTIMULO

No se puede producir un nuevo potencial de acción en una fibra excitable mientras la membrana siga despolarizada por el potencial de acción procedente. El motivo de esta restricción es que poco después del inicio del potencial de acción se inactivan los canales de sodio (o los canales de potasio, o ambos), y ninguna magnitud de la señal excitadora que se aplique a estos canales en este momento abrirá las compuertas de inactivación.

El periodo durante no se puede generar un segundo potencial de acción, incluso con un estimulo intenso, se denomina periodo refractario absoluto. Para las fibras nerviosas mielinizadas grandes este periodo es de aproximadamente 1/2500 s. Por tanto, se puede calcular fácilmente que una fibra de este tipo puede transmitir un máximo de aproximadamente 2500 impulsos por segundo.El periodo durante no se puede generar un segundo potencial de acción, incluso con un estimulo intenso, se denomina periodo refractario absoluto. Para las fibras nerviosas mielinizadas grandes este periodo es de aproximadamente 1/2500 s. Por tanto, se puede calcular fácilmente que una fibra de este tipo puede transmitir un máximo de aproximadamente 2500 impulsos por segundo.

INHIBICION DE LA EXCITABILIDAD Y ANESTESICOS LOCALES

Al contrario de los factores que aumentan la estabilidad nerviosa, otros factores , denominados factores estabilizadores de la membrana, pueden reducir la excitabilidad. por ejemplo, una concentración elevada de calcio en el liquido extracelular reduce la permeabilidad de la membrana a los iones sodio y reduce simultáneamente la excitabilidad.

ANESTESICOS LOCALES

Entre los estabilizadores mas importantes están las muchas sustancias que se utilizan en clínica como anestésicos locales, como procaína y tetracaína. La mayoría de estas sustancias actúan directamente sobre las compuertas de activación de los canales de sodio, haciendo que sea mucho más difícil abrir estas compuertas, reduciendo de esta manera la excitabilidad que el cociente entre la intensidad del potencial de acción respecto al umbral de excitabilidad(denominado <<factor de seguridad>>) se reduce por debajo de 1, los impulsos nerviosos no pasan a lo largo de los nervios anestesiados.

DIFERENCIAS IMPORTANTES PARA LA VIDA DE LA CELULA: LEC Y LIC

• Contiene una gran cantidad de SODIO y solo una pequeña cantidad de POTASIO , en el liquido intracelular ocurre lo contrario.
• Contiene una gran cantidad de iones cloruro, en el liquido intracelular ocurre lo contrario.
• El liquido extracelular contiene menor concentración de fosfatos y proteínas que el liquido intracelular.

LA BARRERA LIPIDICA Y LAS PROTEINAS DE TRANSPORTE DE LA MEMBRANA CELULAR

La membrana está formada casi totalmente por una bicapa lipídica, aunque también contiene grandes números de moléculas proteicas insertadas en los lípidos que pueden penetrar en todo el grosor de la membrana.

La bicapa lipídica constituye una barrera frente al movimiento de moléculas de agua y de sustancias insolubles entre los compartimientos del líquido extracelular e intracelular. Sin embargo unas pocas sustancias pueden penetrar en esta bicapa lipídica y difunden directamente a través de la propia sustancia lipídica; esto es cierto principalmente para sustancias liposolubles.

Las moléculas proteicas de la membrana tienen propiedades diferentes para transportar sustancias. Sus estructuras moleculares interrumpen la continuidad de la bicapa lipídica y constituyen una ruta alternativa a través de la membrana celular, la mayor parte de estas proteínas penetrantes puede actuar como proteínas transportadoras.

Proteínas diferentes actúan de una manera diferente.

PROTEINAS DE CANALES: Tienen espacios acuosos en todo el trayecto del interior de la molécula y permiten el movimiento libre de agua, así como de iones o moléculas seleccionados.

PROTEINAS TRANSPORTADORAS se unen a las moléculas o iones que se van a transportar; cambios conformacionales de las moléculas de la proteína desplazan después las sustancias a través de los intersticios de la proteína hasta el otro lado de la membrana.

El transporte a través de la membrana celular, ya sea directamente a través de la bicapa lipídica o a través de las proteínas, se produce mediante uno de dos procesos básicos: DIFUSION O TRANSPORTE ACTIVO.

DIFUSION: Se refiere a un movimiento molecular aleatorio de las sustancias molécula a molécula, a través de espacios intermoleculares de la membrana o en combinación con una proteína transportadora. La energía que hace que se produzca la difusión es la energía del movimiento cinético normal de la materia.

TRANSPORTE ACTIVO: Se refiere al movimiento de iones o de otras sustancias a través de la membrana en combinación con una proteína transportadora de tal manera que la proteína transportadora hace que la sustancia se mueva contra un gradiente de energía. Este movimiento precisa una fuente de energía adicional, además de la energía cinética.

DIFUSION : Todas las moléculas e iones de los líquidos corporales se encuentran en movimiento constante, de modo que cada partícula se mueve de manera completamente independiente. El movimiento de estas partículas es lo que los físicos llaman «calor» (cuanto mayor sea el movimiento, mayor es la temperatura). Cuando una molécula en movimiento, A, se acerca a una molécula estacionaria, B, las fuerzas electrostáticas y otras fuerzas nucleares de la molécula A rechazan a la molécula B, transfiriendo parte de la energía del movimiento de la molécula A a la B. En consecuencia, la molécula B adquiere energía cinética del movimiento, mientras que la molécula A se enlentece(pierde su energía cinética).

DIFUSION A TRAVES DE LA MEMBRANA CELULAR: Se divide en dos subtipos denominados DIFUSION SIMPLE Y DIFUSION FACILITADA.

DIFUSION SIMPLE: Significa que el movimiento cinético de las moléculas o de los iones se produce a través de una abertura de la membrana o a través de espacios intermoleculares sin ninguna interacción con las proteínas transportadoras de la membrana. La velocidad de difusión viene determinada por la cantidad de sustancia disponible, la velocidad del movimiento cinético y el número y el tamaño de las aberturas de la membrana a través de las cuales se pueden mover las moléculas o los iones.

DIFUSION FACILITADA: Precisa la interacción de una proteína transportadora. La proteína transportadora ayuda al paso de las moléculas o de los iones a través de la membrana mediante su unión química con los mismos y su desplazamiento a través de la membrana de esta manera.

Se puede producir DIFUSION SIMPLE a través de la membrana celular por dos rutas: 1) a través de los intersticios de la bicapa lipídica si la sustancia que difunde es liposoluble y 2) a través de canales acuosos que penetran en todo el grosor de la bicapa a través de las grandes proteínas transportadoras.

DIFUSION DE SUSTANCIAS LIPOSOLUBLES A TRAVES DE LA BICABA LIPIDICA

Uno de los factores más importantes que determina la rapidez con la que una sustancia difunde a través de la bicapa lipídica es la liposolubilidad de la sustancia. La liposolubilidad del oxígeno, del nitrógeno, del anhídrido carbónico y de los alcoholes es elevada, de modo que todas estas sustancias pueden disolverse directamente en la bicapa lipídica y pueden difundir a través de la membrana celular de la misma manera que se produce difusión de solutos en agua en una solución acuosa. la velocidad es directamente proporcional a su liposolubilidad.

DIFUSION DE AGUA Y OTRAS MOLECULAS INSOLUBLES EN LIPIDOS A TRAVES DE CANALES PROTEICOS

Aunque el agua es muy insoluble en los lípidos de la membrana, pasa rápidamente a través de los canales de las moléculas proteicas que penetran en todo el espesor de la membrana. La rapidez con la que las moléculas de agua se pueden mover a través de la mayor parte de las membranas celulares es sorprendente.

NOTA: Moléculas insolubles en lípidos pueden atravesar los canales de los poros proteicos de la misma manera que las moléculas de agua si son hidrosolubles y de un tamaño lo suficientemente pequeño. Sin embargo, a medida que se hacen mayores su penetración disminuye.

DIFUSION A TRAVES DE POROS Y CANALES PROTEICOS:PERMEABILIDAD SELECTIVA Y ACTIVACION DE CANALES.

POROS Y CANALES PROTEICOS: Son trayectos tubulares que se extienden desde el líquido extracelular hasta el intracelular. Por tanto, las sustancias se pueden mover median te difusión simple directamente a lo largo de estos poros y canales desde un lado de la membrana hasta el otro.

LOS POROS están compuestos por PROTEINAS DE MEMBRANAS CELULARES INTEGRALES que forman tubos abiertos a través de la membrana y que están siempre abiertos. Sin embargo, el diámetro de un poro y sus cargas eléctricas proporcionan una selectividad que permite el paso de sólo ciertas moléculas a su través. Por ejemplo, los poros proteicos denominados acuaporinas o canales de agua permiten el rápido paso de agua a través de las membranas celulares pero impiden el de otras moléculas. El poro es demasiado pequeño para permitir el paso de iones hidratados.

LOS CANALES PROTEICOS se distinguen por dos características importantes: 1) con frecuencia son permeables de manera selectiva a ciertas sustancias y 2) muchos de los canales se pueden abrir o cerrar por compuertas que son reguladas por señales eléctricas (canales activados por voltaje) o sustancias químicas que se unen a las proteínas de canales (canales activados por ligandos).

PERMEABILIDAD SELECTIVA DE LOS CANALES PROTEICOS

Los canales proteicos son muy selectivos para el transporte de uno o más iones o moléculas específicos. Esto se debe a las características del propio canal, como su diámetro, su forma y la naturaleza de las cargas eléctricas y enlaces químicos que están situados a lo largo de sus superficies internas.

Un ejemplo de los canales proteicos más importantes, el denominado canal del sodio, mide sólo 0,3 por 0,5 nm de diámetro, las superficies internas de este canal están revestidas con aminoácidos que tienen una carga intensamente negativa ,estas cargas negativas pueden arrastrar pequeños iones de sodio deshidratados hacia el interior de estos canales,realmente separando los iones de sodio de las moléculas de agua que los hidratan ,una vez en el canal los iones de sodio se difunden.

ACTIVACION DE LOS CANALES PROTEICOS

La activación de los canales proteicos proporciona un medio para controlar la permeabilidad iónica de los canales.

La apertura y el cierre de las compuertas están controlados de dos maneras principales: ACTIVACION POR VOLTAJE Y ACIVACION QUIMICA O LIGANDOS

1. ACTIVACION POR VOLTAJE: En este caso la conformación molecular de la compuerta o de sus enlaces químicos responde al potencial eléctrico que se establece a través de la membrana celular. Este es el mecanismo básico para generar los potenciales de acción nerviosos que son responsables de las señales nerviosas
2. ACTIVACION POR LIGANDO:. Las compuertas de algunos canales proteicos se abren por la unión de una sustancia química (un ligando) a la proteína; esto produce un cambio conformacional o un cambio de los enlaces químicos de la molécula de la proteína que abre o cierra la compuerta.

DIFUSION FACILITADA(TRANSPORTADOR FACILITA LA DIFUSION DE LA SUSTANCIA)

La difusión facilitada también se denomina difusión mediada por un transportador porque una sustancia que se transporta de esta manera difunde a través de la membrana utilizando una proteína transportadora específica para contribuir al transporte.

La difusión facilitada difiere de la difusión simple en la siguiente característica importante: aunque la velocidad de la difusión simple a través de un canal abierto aumenta de manera proporcional a la concentración de la sustancia que difunde, en la difusión facilitada la velocidad de difusión se acerca a un máximo, denominado Vmáx, a medida que aumenta la concentración de la sustancia que difunde .La velocidad de la difusión no puede aumentar por encima del nivel de la Vmáx.

La velocidad a la que se pueden transportar moléculas por este mecanismo nunca puede ser mayor que la velocidad a la que la molécula proteica transportadora puede experimentar el cambio en un sentido y en otro entre sus dos estados,este mecanismo permite que la molécula transportada se mueva en ambas direcciones a través de la membrana. Entre las sustancias más importantes que atraviesan las membranas celulares mediante difusión facilitada están la glucosa y la mayor parte de los aminoácidos.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA VEOCIDAD NETA DE LA DIFUSION

Muchas sustancias pueden difundir a través de la membrana celular. Es importante es la velocidad neta de difusión de una sustancia en la dirección deseada. Esta velocidad neta está determinada por varios factores.

LA VELOCIDAD NETA DE DIFUSION ES PROPORCIONAL A LA DIFERENCIA DE CONCENTRACION A TRAVES DE UNA MEMBRANA

La velocidad a la que la sustancia difunde hacia dentro es proporcional a la concentración de las moléculas en el exterior, porque esta concentración determina cuántas moléculas chocan contra el exterior de la membrana cada segundo. Por el contrario, la velocidad a la que las moléculas difunden hacia afuera es proporcional a su concentración en el interior de la membrana. Por tanto, la velocidad de difusión neta hacia el interior de la célula es proporcional a la concentración en el exterior menos la concentración en el interior.

EFECTO DE POTENCIAL ELECTRICO DE MEMBRANA SOBRE LA DIFUSION DE IONES : EL POTENCIAL DE NERNS

Si se aplica un potencial eléctrico a través de la membranas, las cargas eléctricas de los iones hacen que se muevan a través de la membrana aun cuando no haya ninguna diferencia de concentración que produzca el movimiento., la concentración de iones negativos es la misma a los dos lados de la membrana. La carga positiva atrae los
iones negativos, mientras que la carga negativa los repele. Por tanto, se produce difusión neta desde la izquierda hacia la derecha, se ha producido una diferencia de concentración de los iones en la dirección contraria a la diferencia de potencial eléctrico. La diferencia de concentración ahora tiende a mover los iones hacia la izquierda, mientras que la diferencia eléctrica tiende a moverlos hacia la derecha. Cuando la diferencia de concentración se hace lo suficientemente elevada, los dos efectos se contrarrestan entre sí.

EFECTO DE UNA DIFERENCIA DE PRESION A TRAVES DE LA MEMBRANA

En ocasiones se produce una gran diferencia de presión entre los dos lados de una membrana permeable. Esto se produce, por ejemplo, en la membrana capilar sanguínea de todos los tejidos del cuerpo. La presión es aproximadamente 20 mmHg mayor en el interior del capilar que en el exterior. La presión realmente significa la suma de todas las fuerzas de las diferentes moléculas que chocan contra una unidad de superficie en un momento dado. En la mayor parte de los casos esto se debe a que hay un mayor número de moléculas que choca cada segundo contra la membrana en un lado que contra la del otro lado. La consecuencia es que se dispone de mayores cantidades de energía para producir el movimiento neto de moléculas desde el lado de presión elevada hacia el lado de presión baja.

OSMOSIS A TRAVES DE MEMBRANAS CON PERMEABILIDAD SELECTIVA: DIFUSION NETA DE AGUA

La sustancia más abundante que difunde a través de la membrana celular es el agua. Cada segundo difunde normalmente una cantidad suficiente de agua en ambas direcciones a través de la membrana del eritrocito. Sin embargo, normalmente la cantidad que difunde en ambas direcciones está equilibrada de manera tan precisa que se produce un movimiento neto cero de agua. Por tanto, el volumen celular permanece constante. Sin embargo, en ciertas condiciones se puede producir una diferencia de concentración del agua a través de la membrana. Cuando ocurre esto se produce movimiento neto de agua a través de la membrana celular, haciendo que la célula se hinche o que se contraiga, dependien do de la dirección del movimiento del agua. Este proceso de
movimiento neto del agua que se debe a la producción de una diferencia de la concentración del agua se denomina ósmosis.

PRESION OSMOTICA

La cantidad exacta de presión necesaria para detener la ósmosis se denomina presión osmótica. El principio de una diferencia de presión que se opone a la ósmosis. se muestra una membrana con permeabilidad selectiva que separa dos columnas de líquido, una que contiene agua pura y otra que contiene una solución de agua y de cualquier soluto que no penetra en la membrana. La ósmosis de agua desde la cámara B hacia la cámara A hace que los niveles de las columnas de líquido se separen cada vez más, hasta que finalmente se produzca una diferencia de presión entre los dos lados de la membrana que sea lo suficientemente grande como para oponerse al efecto osmótico. Esta diferencia de presión a través de la membrana en este punto es igual a la presión osmótica de la solución que contiene el soluto no difusible.

IMPORTANCIA DEL NUMERO DE PARTICULAS OSMOTICAS(CONCENTRACION MOLAR)EN LA DETERMINACION DE LA PRESION

La presión osmótica que ejercen las partículas de una solución, ya sean moléculas o iones, está determinada por el número de partículas por unidad de volumen del líquido, no por la masa de las partícula

OSMOLALIDAD:EL OSMOL

Para expresar la concentración de una solución en función del número de partículas se utiliza la unidad denominada osmol en lugar de los gramos. Un osmol es el peso molecular-gramo de un soluto osmóticamente activo.

TERMINO OSMOLARIDAD

Osmolaridad es la concentración osmolar expresada en osmoles por litro de solución en lugar de osmoles por kilogramo de agua. Aunque en sentido estricto son los osmoles por kilogramo de agua (osmolalidad) los que determinan la presión osmótica.

Es mucho más práctico medir la osmolaridad que la osmolalidad.

TRANSPORTE ACTIVO DE SUSTANCIAS A TRAVES DE LAS MEMBRANAS

Cuando una membrana celular transporta moléculas o iones «contra corriente» contra un gradiente de concentración (o «contra corriente» contra un gradiente eléctrico o de presión), el proceso se denomina transporte activo.

TRANSPORTE ACTIVO PRIMARIO Y TRANSPORTE ACTIVO SECUNDARIO

El transporte activo se divide en dos tipos: transporte activo primario y transporte activo secundario.

En el transporte activo primario la energía procede directamente de la escisión del trifosfato de adenosina (ATP) o de algún otro compuesto de fosfato de alta energía.

En el transporte activo secundario la energía procede secundariamente de la energía que se ha almacenado en forma de diferencias de concentración iónica de sustancias moleculares o iónicas secundarias entre los dos lados de una membrana celular, que se generó originalmente mediante transporte activo primario.

TRANSPORTE ACTIVO: BOMBA SODIO-POTASIO

Entre las sustancias que se transportan mediante transporte activo primario están el sodio, el potasio, el calcio, el hidrógeno, el cloruro y algunos otros iones. El mecanismo de transporte activo que se ha estudiado con mayor detalle es la bomba sodio­potasio (Na+­K+), que es el proceso de transporte que bombea iones sodio hacia fuera a través de la membrana celular de todas las células y al mismo tiempo bombea iones potasio desde el exterior hacia el interior. Esta bomba es responsable de mantener las diferencias de concentración de sodio y de potasio a través de la membrana celular, así como de establecer un voltaje eléctrico negativo en el interior de las células. La proteína transportadora es un complejo formado por dos proteínas globulares distintas: una de mayor tamaño denominada subunidad a y una más pequeña denominada subunidad b. se desconoce la función de la proteína de menor tamaño , la proteína de mayor tamaño tiene tres características específicas que son importantes para el funcionamiento de la bomba:

1. Tiene tres puntos receptores para la unión de iones sodio en la porción de la proteína que protruye hacia el interior de la célula.
2. Tiene dos puntos receptores para iones potasio en el exterior.
3. La porción interior de esta proteína cerca de los puntos de unión al sodio tiene actividad ATPasa.

Cuando dos iones potasio se unen al exterior de la proteína transportadora y tres iones sodio se unen al interior se activa la función ATPasa de la proteína. Esta actividad escinde una molécula de ATP, dividiéndola en difosfato de adenosina (ADP) y liberando un enlace de energía de fosfato de alta energía,transportando los tres iones sodio hacia el exterior y los dos iones potasio hacia el interior.

LA BOMBA SODIO-POTASIO ES IMPORTANTE PARA CONTROLAR EL VOLUMEN CELULAR

Una de las funciones más importantes de la bomba Na+-K+ es controlar el volumen de todas las células. Sin la función de esta bomba la mayor parte de las células del cuerpo se hincharía hasta explotar. El mecanismo para controlar el volumen es el siguiente: en el interior de la célula hay grandes cantidades de proteínas y de otras moléculas orgánicas que no pueden escapar de la célula. La mayor parte de ellas tiene carga negativa y, por tanto, atrae grandes cantidades de potasio, sodio y también de otros iones positivos. Todas estas moléculas e iones producen ósmosis de agua hacia el interior de la célula. Salvo que este proceso se detenga, la célula se hinchará indefinidamente hasta que explote. El mecanismo normal para impedirlo es la bomba Na+-K+. Si una célula comienza a hincharse por cualquier motivo, esto automáticamente activa la bomba Na+-K+, moviendo aún más iones hacia el exterior y transportando agua con ellos.

TRANSPORTE ACTIVO PRIMARIO DE IONES CALCIO

Otro mecanismo importante de transporte activo primario es la bomba de calcio. Los iones calcio normalmente se mantienen a una concentración muy baja en el citosol intracelular de prácticamente todas las células del cuerpo. Esto se consigue principalmente mediante dos bombas de calcio que funcionan mediante transporte activo primario. Una está en la membrana celular y bombea calcio hacia el exterior de la célula. La otra bombea iones calcio hacia uno o más de los orgánulos vesiculares intracelulares de la célula, como el retículo sarcoplásmico de las células musculares y las mitocondrias en todas las células. En todos estos casos la proteína transportadora penetra en la membrana y actúa como una enzima ATPasa, que tiene la misma capacidad de escindir el ATP que la ATPasa de la proteína transportadora de sodio.

TRANSPORTE ACTIVO SECUNDARIO:COTRANSPORTE Y CONTRATRANSPORTE

Cuando los iones sodio se transportan hacia el exterior de las células mediante transporte activo primario habitualmente se establece un gran gradiente de concentración de iones sodio a través de la membrana celular, con una concentración elevada fuera de la célula y una concentración baja en su interior. Este gradiente representa un almacén de energía porque el exceso de sodio en el exterior de la membrana celular siempre intenta difundir hacia el interior. En condiciones adecuadas esta energía de difusión del sodio puede arrastrar otras sustancias junto con el sodio a través de la membrana celular. Este fenómeno se denomina cotransporte.

En el contratransporte, los iones sodio intentan una vez más difundir hacia el interior de la célula debido a su gran gradiente de concentración. Sin embargo, esta vez la sustancia que se va a transportar está en el interior de la célula y se debe transportar hacia el exterior.

FISIOLOGIA HUMANA
El cuerpo conste de características y mecanismos específicos que hacen que sea considerado un ser vivo, el hecho de poder mantenerse en ese estado es el resultado de sistemas de control complejos que nos ayudaran a tener un sentido de supervivencia y nos hará estar en busca de aquello que necesitamos en el momento, el ser humano es capaz de percibir, sentir y aprender esto forma parte de la secuencia automática de la vida ,son esos atributos los cuales nos permiten existir en situaciones muy variables.

CELULAS COMO UNIDADES VIVAS DEL CUERPO
La célula es considerada como la unidad viva básica, estructural y fisiológica del cuerpo

El órgano es un agregado de muchas células diferentes que se mantienen unidas mediante estructuras de soporte intercelular

Cada tipo de célula existente en nuestro cuerpo realiza una función concreta y única, se dice que el cuerpo cuenta con 100 billones de células en total, donde 25 billones corresponde a los eritrocitos en el cuerpo encargados de transportar oxigeno desde los pulmones a los tejidos, los 75 billones restantes son otro tipo de célula con otras funciones diferentes, con esto podemos afirmar que todas las células del cuerpo son diferentes, pero suelen tener características similares
Ejemplos: en todas las células el oxígeno reacciona con los hidratos de carbono, grasas y proteínas para liberar energía necesaria para mantener las funciones de la célula, los mecanismos químicos que permiten cambiar los nutrientes en energía son los mismos en todas las células, cabe mencionar que todas las células concuerdan en que liberan sus productos finales de sus reacciones químicas en los líquidos circundantes y por último y no menos importante ,todas las células tienen la capacidad de reproducirse

LIQUIDO EXTRACELULAR: EL MEDIO INTERNO
El 60%del cuerpo humano adulto es líquido, esta suele ser principalmente una solución acuosa de iones y otras sustancias, el líquido que se encuentra dentro de la célula es llamado liquido intracelular mientras que el que se ubica fuera de esta recibe el nombre de líquido extracelular, este último se encuentra en constante movimiento por todo el cuerpo, se transporta en la sangre circulante para mezclarse entre la sangre y líquidos tisulares por difusión a través de las paredes capilares ,se dice que todas las células viven en el mismo entorno de líquido extracelular ya que en este se encuentran iones y nutrientes que necesita la célula para mantenerse viva ,el líquido extracelular también se denomina medio interno del organismo o milieu interieur ,termino introducido por el fisiólogo francés del siglo XIX Claude Bernard.
Las células son capaces de vivir, crecer y realizar de más funciones siempre que el medio interno disponga de concentraciones adecuadas de oxígeno, glucosa, distintos iones, aminoácidos, sustancias grasas entre otros

DIFERENCIAS ENTRE LOS LIQUIDOS EXTRACELULARES E INTRACELULARES
El líquido extracelular contiene: grandes cantidades de ion sodio, cloruro y bicarbonato más nutrientes para la célula como oxígeno, glucosa, ácidos grasos y aminoácidos, también contiene dióxido de carbono que es transportado desde las células a los pulmones para ser excretado
El líquido intracelular contiene: grandes cantidades de iones potasio, magnesio y fosfato.
Los mecanismos de transporte de iones a través de la membrana mantienen las diferencias en la concentración de iones entre los líquidos extracelular e intracelular

MECANISMOS HOMEOSTATICOS DE LOS PRINCIPALES SISTEMAS FUNCIONALES
Nos referimos a homeostasis al mantenimiento de unas condiciones casi constantes del medio interno, es no sobrepasarlo, pero tampoco estar por debajo de este, es mantener el equilibrio del medio interno, los órganos y tejidos del organismo realizan funciones que ayudan a mantener las condiciones internas de manera constante manteniéndolo dentro de lo que se considere normal, algunos órganos que realizan esta función regularizadora son los pulmones, riñones y aparato digestivo

TRANSPORTE EN EL LIQUIDO EXTRACELULAR Y SISTEMA DE MEZCLA: EL APARATO CIRCULATORIO

El líquido extracelular se transporta por todo el organismo en dos etapas: 1) consiste en el movimiento de la sangre por el cuerpo dentro de los vasos sanguíneos 2) movimiento del líquido entre los capilares sanguíneos y los espacios intercelulares entre las células tisulares
En la circulación general de la sangre tenemos que tener en cuenta si el cuerpo} se encuentra en reposo o activo ya que dependerá de su estado el numero e veces que atravesara la sangre todo el circuito.

A medida que la sangre atraviesa los capilares sanguíneos se produce un intercambio continuo de líquido extracelular entre la porción del plasma de la sangre y el líquido intersticial que rellena los espacios intercelulares. Las paredes de los capilares son permeables a la mayoría de las moléculas del plasma sanguíneo , con la excepción de las moléculas proteicas plasmáticas ,que son demasiado grandes para pasar con facilidad a través de los capilares ,pocas células se encuentran a más de 50 micrómetros de un capilar, lo que garantiza la difusión de casi cualquier sustancia desde el capilar hacia la celula,por lo tanto se dice que el líquido extracelular de cualquier zona de un organismo tanto en plasma como en liquido intersticial se mezclan de manera continua para mantener la homogeneidad del líquido extracelular

ORIGEN DE LOS NUTRIENTES EN EL LIQUIDO EXTRACELULAR
APARATO RESPIRATORIO: cuando la sangre atraviesa el organismo, fluye por los pulmones y capta el oxígeno at raves de los alveolos, de esta manera adquiere el oxígeno que necesitan las células, tenemos la membrana alveolar que es la que separa los alveolos de la luz de los capilares pulmonares, cuenta con un grosor de 0.4-2 micrómetros, el oxígeno se difunde rápido a través de esta membrana para entrar en la sangre gracias al movimiento molecular

APARATO DIGESTIVO: una gran porción de la sangre que bombea el corazón atraviesa las paredes del aparato digestivo, donde se absorben los distintos nutrientes incluyendo :hidratos de carbono, ácidos grasos y aminoácidos

HIGADO Y OTROS ORGANOS QUE REALIZAN PRINCIPALMENTE FUNCIONES METABOLICAS

El hígado se encarga de cambiar la composición química de las sustancias absorbidas para convertirlas en formas más utilizables, por otra ´parte tejidos corporales como los adipocitos, mucosa digestiva, riñones y glándulas endocrinas, modifican o almacenan las sustancias absorbidas hasta que son necesitadas
El hígado también se encarga de eliminar los residuos producidos por el cuerpo.
APARATO LOCOMOTOR
Permite la movilidad del organismo como protección frente al entorno

ELIMINACION DE LOS PRODUCTOS FINALES METABOLICOS
Al mismo tiempo que la sangre capta el oxígeno por los pulmones ,se libera dióxido de carbono desde la sangre hasta los alveolos ,el dióxido de carbono es expulsado hacia la atmosfera debido al movimiento respiratorio, el dióxido de carbono es el producto final del metabolismo más abundante
RIÑONES: elimina del plasma sustancias aparte del dióxido de carbono que las células ya no necesitan, ejemplo de ellos son: la urea, ácido úrico exceso de iones y agua de los alimentos
La función de los riñones es filtrar una cantidad de plasma a través de los glomérulos hacia los túbulos y reabsorbiendo hacia la sangre aquellas sustancias que necesita el organismo y las que no necesita atraviesan los tubos renales hacia la orina

APARATO DIGESTIVO
El material no digerido que entra en el aparato digestivo y algunos productos residuales del metabolismo se elimina por las heces
HIGADO : realiza la eliminación de fármacos y productos químicos que se ingieren ,a través de la bilis que secreta los elimina.

REGULACION DE LAS FUNCIONES CORPORALES
SISTEMA NERVIOSO: Se compone de tres partes principales que son la porción d aferencia o sensitiva, el sistema nervioso central y la porción eferente motora, los receptores son los encargados de detectar el estado del cuerpo o de su entorno, contamos con receptores como la piel, órganos sensitivos como los ojos y oídos.
SISTEMA NERVIOSO CENTRAL está formado por el cerebro y la medula espinal donde es el cerebro el encargado de almacenar información, generar pensamientos, crear ambición, y lo más importante determinar cómo debe actuar el organismo en determinada situación.

SISTEMA NERVIOSO AUTONOMO O NEUROVEGETATIVO: funciona a escala subconsciente y controla muchas funciones de órganos internos, un claro ejemplo es la función de bomba del corazón .

SISTEMAS HORMONALES: las glándulas endocrinas mayores segregan productos químicos denominados hormonas, estas se transportan en el líquido extracelular para regular las funciones celulares
Hormona tiroidea; aumenta la velocidad de las reacciones químicas de todas las células
Hormona cortico suprarrenal: controla el ion sodio, el ion potasio y el metabolismo proteico
Hormona paratiroidea: controla el calcio y fosfato en los huesos
El sistema nervioso regula actividades musculares y secretoras del organismo y el sistema hormonal regula las funciones metabólicas .

PROTECCION DEL CUERPO

SISTEMA INMUNITARIO: se encuentra formado por glóbulos blancos, células tisulares derivadas de los glóbulos blancos, el timo, nódulos linfáticos y los vasos linfáticos que protegen el cuerpo de patógenos como bacterias, virus, parásitos etc.

SISTEMA TEGUMENTARIIO: lo constituye la piel, pelo, uñas, glándulas, entre otras estructuras. Su función es la de cubrir, amortiguar y proteger los tejidos profundos y los órganos del cuerpo, definen una frontera entre el medio corporal interno y el mundo exterior.

REPRODUCCION: ayuda a mantener la homeostasis generando nuevos seres que ocuparan el lugar de aquellos que mueren.

SISTEMAS DEL CONTROL DEL ORGANISMO
SISTEMA DE CONTROL GENETICO: actúan en las células para mantener el control de la función intracelular y extracelular
Los sistemas de control actúan tanto dentro de los órganos como como a través de los organismos para controlar la interrelación entre los órganos.
APARATO RESPIRATORIO Y SISTEMA NERVIOSO: Regulan la concentración de dióxido de carbono en el líquido extracelular.
HIGADO Y PANCREAS: Regulan la concentración de glucosa en el líquido extracelular.
RIÑONES: Regula las concentraciones de hidrogeno, sodio, potasio, fosfato y otros iones en el líquido extracelular .

.CARACTERISTICAS DE LOS SISTEMAS DE CONTROL
RETROALIMENTACION NEGATIVA; en este tipo de retroalimentación la respuesta tiene que ser negativa para iniciar un estímulo un ejemplo es 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 .

RETROALIIMENTACION POSITIVA A VECES PROVOCA CIRCULOS VICIOSOS Y LA MUERTE: este tipo de retroalimentación no consigue la estabilidad, sino la inestabilidad y en algunos casos hasta la muerte, en este caso el estímulo inicial provoca más reacciones del mismo tipo generando así un círculo vicioso , en algunos casos suele ser útil como en el caso de los partos ,cuando las contracciones uterinas son suficientemente fuertes como para que la cabeza del niño comience a empujar el cuello uterino ,el estiramiento de este envía señales a través del musculo uterino que vuelven hasta el cuerpo del útero ,provocando contracciones más potentes .

Otro uso importante de este tipo de retroalimentación es la generación de señales nerviosas ya que al haber una explosión de sodio da paso a la fibra nerviosa para que esta cree un potencial de acción provocando a su vez una corriente eléctrica que fluye a lo largo de la fibra iniciando nuevos potenciales de acción.

CELULA Y SUS FUNCIONES

El ser humano cuenta con 100 billones de células, estructura viva que puede sobrevivir mucho tiempo siempre y cuando los líquidos de su entorno contengan los nutrientes apropiados .

Las dos partes más importantes de la célula es el núcleo y el citoplasma que están separados entre si por una membrana nuclear, mientras que el citoplasma está separado de los líquidos circundantes por una membrana celular o plasmática
Las diferentes sustancias que componen la célula se conocen como protoplasma que se compone de agua, electrolitos, proteínas, lípidos e hidratos de carbono.
IONES importantes para la célula son potasio, magnesio, fosfato, sulfato, bicarbonato y cantidades más pequeñas de sodio, cloruro y calcio
AGUA a es el principal medio liquido de la célula, está presente en la mayoría de las células excepto en los adipocitos.
PROTEINAS la sustancia más abundante en la célula después del agua, constituyen el 10-20% de la masa celular, son de dos tipos estructurales y proteínas funcionales .

PROTEINAS ESTRUCTURALES: Están presente en las células principalmente en forma de filamentos largos que son polímeros de muchas moléculas proteicas individuales, un uso de este tipo de filamento intracelular es la formación de micro túbulos que proporcionan los cito esqueletos

PROTEINAS FUNCIONALES: Esta compuesto por combinaciones de pocas moléculas de jun formato tubular-globular. Estas proteínas son principalmente las enzimas de la célula.

LIPIDOS: Son varios tipos de sustancias que se agrupan porque tiene una propiedad común de ser solubles en disolventes grasos, los lípidos importantes son los fosfolípidos y el colesterol esto suponen el 2% de la masa total de la célula. Algunas células contienen cantidades grandes de triglicéridos que también se conocen como grasas neutras, en los adipocitos los triglicéridos suponen el 95% de la masa celular, la grasa almacenada en estas células representa el principal almacenamiento del organismo de nutrientes energéticos que después puede proporcionar energía cuando el organismo lo necesite.

HIDRATOS DE CARBONO: forman parte de las moléculas glucoproteicas, pero sí tienen un papel muy importante en la nutrición celular. La mayoría de las células del ser humano no mantienen grandes reservas de hidratos de carbono, con una media que suele suponer el 1% de su masa total, que puede aumentar hasta el 3% en las células musculares e incluso hasta el 6% en los hepatocitos. No obstante, los hidratos de carbono siempre están presentes en forma de glucosa disuelta en el líquido extracelular circundante, de forma que es fácilmente accesible a la célula. Además, se almacena una pequeña cantidad de hidratos de carbono en las células en forma de glucógeno, que es un polímero insoluble de glucosa que se puede despolimerizar y usar rápidamente para aportar la energía que necesitan las células.

ESTRUCTURA FISICA DE LA CELULA

La célula contiene estructuras físicas muy organizadas que se denominan orgánulos intracelulares. El ejemplo de un orgánulo muy importante en la célula es la mitocondria ,sin ella más del 95% de la energía de la célula que se libera de los nutrientes desaparecería inmediatamente.

ESTRUCTURAS MEMBRANOSAS DE LA CELULA

La mayoría de los orgánulos de la célula están cubiertos por membranas compuestas principalmente por lípidos y proteínas. Estas membranas son la membrana celular, la membrana nuclear, la membrana del retículo endoplásmico y las membranas de la mitocondria, los lisosomas y el aparato de Golgi. Los lípidos de las membranas proporcionan una barrera que impide el movimiento de agua y sustancias hidrosolubles desde un compartimiento celular a otro, porque el agua no es soluble en lípidos. No obstante, las moléculas proteicas de la membrana suelen atravesar toda la membrana proporcionando vías especializadas que a menudo se organizan en poros auténticos para el paso de sustancias específicas a través de la membrana.

MEMBRANA CELULAR O MEMBRANA PLASMATICA

es una estructura elástica, fina y flexible que tiene un grosor de tan sólo 7,5 a 10 nm. Está formada casi totalmente por proteínas y lípidos, con una composición aproximada de un 55% de proteínas, un 25% de fosfolípidos, un 13% de colesterol, un 4% de otros lípidos y un 3% de hidratos de carbono.

LA BARRERA LIPIDICA DE LA MEMBRANA CELULAR IMPIDE LA PENENTRACION DE AGUA

Las porciones hidrófilas de fosfato constituyen entonces las dos superficies de la membrana celular completa que están en contacto con el agua intracelular en el interior de la membrana y con el agua extracelular en la superficie externa. La capa lipídica de la zona media de la membrana es impermeable a las sustancias hidrosolubles habituales, como iones, glucosa y urea. Por el contrario, las sustancias hidrosolubles, como oxígeno, dióxido de carbono y alcohol, pueden penetrar en esta porción de la membrana con facilidad.Su estructura básica consiste en una bicapa lipídica, una película fina de doble capa de lípidos, cada una de las cuales contiene una sola molécula de grosor y rodea de forma continua toda la superficie celular. En esta película lipídica se encuentran intercaladas grandes moléculas proteicas globulares. La bicapa lipídica básica está formada por moléculas de fosfolípidos. Un extremo de cada molécula de fosfolípido es soluble en agua, es decir, es hidrófilo, mientras que el otro es soluble sólo en grasas, es decir, es hidrófobo. El extremo fosfato del fosfolípido es hidrófilo y la porción del ácido graso es hidrófoba. Como las porciones hidrófobas de las moléculas de fosfolípidos son repelidas por el agua.

PROTEINAS DE LA MEMBRANA CELULAR:INTEGRALES Y PERIFERICAS

Las masas globulares que se ubican flotando en la bicaba lipídica son en su mayoría proteínas de membrana llamadas glucoproteínas. EXISTEN DOS TIPOS DE PROTEINAS DE MEMBRANA CELULAR:PROTEINAS INTEGRALES(HACEN PROTRUSION POR TODA LA MEMBRANA) Y PROTEINAS PERIFERICAS(QUE SE UNEN SOLO A LA SUPERFICIE DE LA MEMBRANA).

PROTEINAS INTEGRALES

Muchas de las proteínas integrales componen canales estructurales (o poros) a través de los cuales las moléculas de agua y las sustancias hidrosolubles, especialmente los iones, pueden difundir entre los líquidos extracelular e intracelular.

Otras proteínas integrales actúan como proteínas transportadoras de sustancias que, de otro modo, no podrían pe netrar en la bicapa lipídica. En ocasiones, incluso transportan sustancias en dirección contraria a sus gradientes electroquímicos de difusión, lo que se conoce como «transporte activo». Otras proteínas actúan como enzimas.

Las proteínas integrales de la membrana pueden actuar también como receptores de los productos químicos hidrosolubles que no penetran . La interacción de los receptores de la membrana celular con ligandos específicos que se unen al receptor provoca cambios conformacionales de la proteína del receptor, lo que, a su vez, activa enzimáticamente la parte intracelular de la proteína o induce interacciones entre el receptor y las proteínas del citoplasma que actúan como segundos mensajeros, con lo que se transmite la señal desde la parte extracelular del receptor al interior de la célula. De esta forma, las proteínas integrales que ocupan la membrana celular son un medio de transmisión de la información sobre el entorno hacia el interior de la célula.

PROTEINAS PERIFERICAS

se unen con frecuencia a las proteínas integrales, de forma que las proteínas periféricas funcionan casi totalmente como enzimas o como controladores del transporte de sustancias a través de los «poros» de la membrana celular.

HIDRATOS DE CARBONO DE LA MEMBRANA (GLUCOCALIZ) CELULAR

Los hidratos de carbono de la membrana se presentan casi invariablemente combinados con proteínas o lípidos en forma de glucoproteínas o glucolípidos. De hecho, la mayoría de las proteínas integrales son glucoproteínas y aproximadamente la décima parte de las moléculas lipídicas de la membrana son glucolípidos.

Hay muchos otros compuestos de hidratos de carbono, que se denominan proteoglicanos y son principalmente hidratos de carbono unidos a núcleos de proteínas pequeñas, que también se unen laxamente a la superficie externa de la pared celular, es decir, toda la superficie externa de la célula a menudo contiene un recubrimiento débil de hidratos de carbono que se conoce como glucocáliz.

FUNCIONES DE LA GLUCOCALIZ

1)Tienen una carga eléctrica negativa que proporciona a la mayoría de las células una carga negativa a toda la superficie que repele a otros objetos negativos.

2)La glucocaliz se puede unir a otra glucocáliz , con lo que une las células entre sí.

3)Muchos de los hidratos de carbono actúan como componentes del receptor para la unión de hormonas, como la insulina.

4)Algunas estructuras de hidratos de carbono participan en reacciones inmunitarias.

CITOPLASMA Y SUS ORGANULOS

El citoplasma está lleno de partículas diminutas y grandes y orgánulos dispersos. La porción de líquido del citoplasma en el que se dispersan las partículas se denomina citosol y contiene principalmente proteínas, electrólitos y glucosa disueltos.

RETICULO ENDOPLASMATICO

La red de estructuras vesiculares tubulares y planas del citoplasma forman el retículo endoplásmico. Los túbulos y vesículas están conectados entre sí y sus paredes también están formadas por membranas de bicapa lipídica que contienen grandes cantidades de proteínas, similares a la membrana celular.

El espacio que queda dentro de los túbulos y vesículas está lleno de una matriz endoplásmica, un medio acuoso que es distinto del líquido del citosol que hay fuera del retículo endoplásmico.

Las sustancias que se forman en algunas partes de la célula entran en el espacio del retículo endoplásmico y después son conducidas a otras partes de la célula.

RIBOSOMAS Y RETICULO ENDOPLASMATICO RUGOSO

Unida a la superficie exterior de muchas partes del retículo endoplásmico nos encontramos una gran cantidad de partículas granulares diminutas que se conocen como ribosomas. Cuando están presentes, el retículo se denomina retículo endoplásmico rugoso. Los ribosomas están formados por una mezcla de ARN y proteínas y su función consiste en sintetizar nuevas moléculas proteicas en la célula.

RETICULO ENDOPLASMICO AGRANULAR

Cuando el retículo endoplásmico no tiene ribosomas se le conoce como retículo endoplásmico agranular, o liso. Este retículo agranular actúa en la síntesis de sustancias lipídicas y en otros procesos de las células que son promovidos por las enzimas intrarreticulares.

APARATO DE GOLGI

está íntimamente relacionado con el retículo endoplásmico. Tiene unas membranas similares a las del retículo endoplásmico agranular y está formado habitualmente por cuatro o más capas apiladas de vesículas cerradas, finas y planas, que se alinean cerca de uno de los lados del núcleo.

El aparato de Golgi funciona asociado al retículo endoplásmico existen pequeñas «vesículas de transporte» (también denominadas vesículas del retículo endoplásmico o vesículas RE) que continuamente salen del retículo endoplásmico y que poco después se fusionan con el aparato de Golgi. De esta forma, las sustancias atrapadas en las vesículas del RE se transportan desde el retículo endoplásmico hacia el aparato de Golgi. Las sustancias transportadas se procesan después en el aparato de Golgi para formar lisosomas, vesículas secretoras y otros componentes citoplasmáticos .

LISOSOMAS

son orgánulos vesiculares que se forman por la rotura del aparato de Golgi y después se dispersan por todo el citoplasma. Los lisosomas constituyen el aparato digestivo intracelular que permite que la célula digiera: 1) las estructuras celulares dañadas; 2) las partículas de alimento que ha ingerido, y 3) las sustancias no deseadas, como las bacterias. El lisosoma habitualmente tiene un diámetro de 250 a 750 nm. Está rodeado por una membrana bicapa lipídica típica y está llena con grandes cantidades de gránulos pequeños, de 5 a 8 nm de diámetro, que son agregados de proteínas que contienen hasta 40 tipos diferentes de enzimas (digestivas) de tipo hidrolasa. Una enzima hidrolítica es capaz de escindir un compuesto orgánico en dos o más partes al combinar el hidrógeno de una molécula de agua con una parte del compuesto y combinando la porción hidroxilo de la molécula de agua con la otra parte del compuesto. Por ejemplo, una proteína se hidroliza para dar lugar a aminoácidos, el glucógeno se hidroliza para dar lugar a glucosa y los lípidos se hidrolizan para dar lugar a ácidos grasos y glicerol

En algunas situaciones la célula rompe las membranas de algunos lisosomas, permitiendo la liberación de las enzimas digestivas. Estas enzimas escinden a continuación las sustancias orgánicas con las que van entrando en contacto, dando lugar a productos pequeños y de muy fácil difusión, como aminoácidos y glucosa.

PEROXISOMAS

Los peroxisomas son similares físicamente a los lisosomas, pero son distintos en dos aspectos importantes. En primer lugar, se cree que están formados por autorreplicación (o, quizás, haciendo protrusión desde el retículo endoplásmico liso) en lugar de proceder del aparato de Golgi. En segundo lugar, contienen oxidasas en lugar de hidrolasas. Varias de estas oxidasas son capaces de combinar el oxígeno con los iones hidrógeno derivados de distintos productos químicos intracelulares para formar peróxido de hidrógeno (H2O2). El peróxido de hidrógeno es una sustancia muy oxidante que se utiliza junto a una catalasa, otra enzima oxidasa que se encuentra en grandes cantidades en los peroxisomas para oxidar muchas sustancias que, de lo contrario, serían venenosas para la célula.

VESICULAS SECRETORAS

Una de las funciones importantes de muchas células es la secreción de sustancias químicas especiales. Casi todas las sustancias secretoras se forman en el sistema retículo endoplásmico-aparato de Golgi y después de liberan desde el aparato de Golgi hacia el citoplasma en forma de vesículas de almacenamiento que se conocen como vesículas secretoras o gránulos secretores.

MITOCONDRIAS

se conocen como los «centros neurálgicos» de la célula. Sin ellas, las células no serían capaces de extraer energía suficiente de los nutrientes y, en esencia, cesarían todas las funciones celulares. Las mitocondrias se encuentran en todas las zonas del citoplasma de la célula.

las mitocondrias se concentran en aquellas porciones de la célula que son responsables de la mayor parte de su metabolismo energético.

La estructura básica de la mitocondria esta compuesta principalmente por dos membranas de bicapa lipídica-proteínas: una membrana externa y una membrana interna. Los plegamientos múltiples de la membrana interna forman compartimientos en los que se unen las enzimas oxidativas. Además, la cavidad interna de la mitocondria está llena con una matriz que contiene grandes cantidades de enzimas disueltas que son necesarias para extraer la energía de los nutrientes. Estas enzimas actúan asociadas a las enzimas oxidativas de los compartimientos para provocar la oxidación de los nutrientes, formando dióxido de carbono y agua y, al mismo tiempo, liberando la energía. La energía liberada se usa para sintetizar una sustancia de «alta energía» que se denomina trifosfato de adenosina (ATP).

Las mitocondrias se reproducen por sí mismas lo harán siempre que la célula necesite cantidades mayores de ATP .La mitocondria contiene un ADN similar al que se encuentra en el núcleo de la célula. El ADN de la mitocondria tiene una función similar, controlando la replicación de las mitocondrias.

CITOESQUELETO CELULAR:ESTRUCTURAS FILAMENTOSAS Y TUBULARES

Las proteínas fibrilares de la célula se organizan habitualmente en filamentos o túbulos que se originan como moléculas proteicas precursoras sintetizadas por los ribosomas en el citoplasma. Las moléculas precursoras polimerizan después para formar filamentos, es frecuente que haya grandes cantidades de filamentos de actina en la zona exterior del citoplasma, que se conoce como ectoplasma, para formar un soporte elástico para la membrana celular. Además, los filamentos
de actina y miosina se organizan en los miocitos, formando una máquina contráctil especial que es la base de la contracción muscular. Todas las células usan un tipo especial de filamento rígido formado por polímeros de tubulina para construir estructuras tubulares fuertes, los microtúbulos.

Una de las funciones principales de los microtúbulos es actuar como citoesqueleto, proporcionando estructuras físicas rígidas para determinadas partes de las células.

NUCLEO

El núcleo es el centro de control de la célula. Brevemente, contiene grandes cantidades de ADN, es decir, los genes, que son los que determinan las características de las proteínas celulares.

Los genes también controlan y promueven la reproducción de la célula. Los genes se reproducen primero para obtener dos juegos idénticos de genes y después se divide la célula utilizando un proceso especial, que se conoce como mitosis, para formar dos células hijas, cada una de las cuales recibe uno de los dos juegos de genes de ADN.

la cromatina es un material que se tiñe de oscuro, por todo el nucleoplasma. Durante la mitosis esta cromatina se organiza en forma de cromosomas muy estructurados que se identifican fácilmente usando el microscopio óptico.

MEMBRANA NUCLEAR

La membrana nuclear, también conocida como cubierta nuclear, consiste realmente en dos membranas bicapa separadas, una dentro de la otra. La membrana externa es una continuación del retículo endoplásmico del citoplasma celular y el espacio que queda entre las dos membranas nucleares también es una continuación con el espacio del interior del retículo endoplásmico.

Los poros nucleares atraviesan la membrana nuclear. En los bordes de estos poros hay unidos grandes complejos de moléculas proteicas, de forma que la zona central de cada poro mide sólo unos 9 nm en diámetro, tamaño suficientemente grande

NUCLEOLOSY FORMACION DE RIBOSOMAS

Los núcleos de las células contienen estructuras que se tiñen intensamente y se denominan nucléolos. Estos nucléolos no tienen una membrana limitante, sino que consisten en una acumulación simple de grandes cantidades de ARN y proteínas de los tipos encontrados en los ribosomas. El nucléolo aumenta de tamaño considerablemente cuando la célula está sintetizando proteínas La formación de los nucléolos comienza en el núcleo. Los genes específicos de ADN de los cromosomas dan lugar a la síntesis de ARN, parte del cual se almacena en los nucléolos, aunque la mayoría se transporta hacia fuera, a través de los poros nucleares, hacia el citoplasma, donde se usan junto a proteínas específicas para ensamblar los ribosomas (maduro)que tienen un papel esencial en la formación de las proteínas del citoplasma.

SISTEMAS FUNCIONALES DE LA CELULA

INGESTION POR LA CELULA:ENDOCITOSIS

Si una célula va a vivir, crecer y reproducirse, debe obtener nutrientes y otras sustancias de los líquidos circundantes. La mayoría de estas sustancias atraviesan la membrana celular por difusión y transporte activo.

DIFUSION:Implica el movimiento simple a través de la membrana, las sustancias se desplazan a través de los poros de la membrana celular o, en el caso de las sustancias liposolubles, a través de la matriz lipídica de la membrana.

TRANSPORTE ACTIVO :Implica el transporte real de una sustancia a través de la membrana mediante una estructura física de carácter proteico que penetra en todo el espesor de la membrana.

Las partículas muy grandes entran en la célula mediante una función especializada de la membrana celular que se denomina endocitosis. Las formas principales de endocitosis son la pinocitosis y la fagocitosis. La pinocitosis se refiere a la ingestión de partículas diminutas que forman vesículas de líquido extracelular y partículas dentro del citoplasma celular. La fagocitosis se refiere a la ingestión de partículas grandes, como bacterias, células enteras o porciones de tejido degenerado.

PINOCITOSIS

La pinocitosis se produce continuamente en las membranas celulares de la mayoría de las células, es muy rápida en los macrófagos, donde aproximadamente el 3% del total de su membrana es engullido en forma de vesículas cada minuto. Aun así, las vesículas de pinocitosis son tan pequeñas, habitualmente de sólo 100 a 200 nm de diámetro. La pinocitosis es el único medio por el cual las principales macromoléculas grandes, como la mayoría de las moléculas proteicas, pueden entrar en las células. la pinocitosis, con tres moléculas de proteínas unidas a la membrana.

la pinocitosis, con tres moléculas de proteínas unidas a la membrana. Estas moléculas se unen habitualmente a receptores proteicos especializados en la superficie de la membrana que son específicos del tipo de proteína que se va a absorber. En general, los receptores se concentran en orificios pequeños de la superficie externa de la membrana celular, que se conocen como hendiduras revestidas. En el interior de la membrana celular, por debajo de estas hendiduras, hay una red de una proteína fibrilar que se conoce como clatrina, así como otras proteínas, quizás incluso filamentos contráctiles de actina y miosina. Una vez que las moléculas proteicas se han unido a los receptores, las propiedades de superficie de esa zona de la membrana cambian de tal forma que todas las hendiduras se invaginan hacia el interior y las proteínas fibrilares que rodean a la que se invagina hacen que se cierren los bordes sobre las proteínas unidas y sobre una pequeña cantidad de líquido extracelular. Inmediatamente después la porción invaginada de la membrana se rompe separándose de la superficie de la célula, formando una vesícula de pinocitosis dentro del citoplasma de la célula. Este proceso requiere el aporte de energía desde el interior de la célula, que es suministrada por el ATP.

FAGOCITOSIS

La fagocitosis se produce del mismo modo que la pinocitosis, excepto porque implica la participación de partículas grandes y no moléculas. Sólo algunas células tienen la capacidad de realizar la fagocitosis, principalmente los macrófagos tisulares y algunos de los leucocitos sanguíneos. La fagocitosis se inicia cuando una partícula, como una bacteria, una célula muerta o un resto de tejido, se une a los receptores de la superficie de los fagocitos. La fagocitosis se produce en las etapas siguientes:

1. Los receptores de la membrana celular se unen a los ligandos de superficie de la partícula.

2. La zona de la membrana alrededor de los puntos de unión se evagina hacia fuera en una fracción de segundo para rodear a toda la partícula, y después cada vez más receptores de membrana se unen a los ligandos de la partícula. Todo esto ocurre bruscamente, como si fuera una cremallera, para formar una vesícula fagocítica cerrada.

3. La actina y otras fibrillas contráctiles del citoplasma rodean la vesícula fagocítica y se contraen en torno a su borde exterior, empujando la vesícula hacia el interior.

4. Las proteínas contráctiles contraen el eje de la vesícula, de forma tan completa que esta se separa de la membrana celular, dejando la vesícula en el interior de la célula del mismo modo que se forman las vesículas de pinocitosis.

DIGESTION DE LAS SUSTANCIAS EXTRAÑAS INTRODUCIDAS POR PINOCITOSIS Y FAGOCITOSIS DENTRO DE LA CELULA:FUNCION DE LOS LISOSOMAS
Después de que aparezca una vesícula de pinocitosis o fagocitosis dentro de una célula se unen a ella uno o más lisosomas que vacían sus hidrolasas ácidas dentro de ella, es decir, se forma una vesícula digestiva dentro del citoplasma celular en la que las hidrolasas comienzan a hidrolizar las proteínas, los hidratos de carbono, los lípidos y otras sustancias de la vesícula. Los productos de digestión son moléculas pequeñas de aminoácidos, glucosa, fosfatos. Lo que queda en la vesícula digestiva, que se denomina cuerpo residual, representa las sustancias indigestibles. En la mayoría de los casos, se excreta finamente a través de la membrana celular en un proceso que se denomina exocitosis, que es esencialmente lo contrario que la endocitosis. Es decir, las vesículas de pinocitosis y fagocitosis que contienen los lisosomas pueden considerarse los órganos digestivos de las células.

REGRESION DE LOS TEJIDOS Y AUTOLISIS DE LAS CELULAS

Los tejidos del organismo a menudo regresan a un tamaño más pequeño. Los lisosomas son responsables de gran parte de esta regresión. Se desconoce el mecanismo por el que la falta de actividad de un tejido hace que los lisosomas aumenten su actividad. Otro papel especial de los lisosomas es la eliminación de las células o porciones de células dañadas en los tejidos. El daño de una célula causado por el calor, el frío, un traumatismo, productos químicos o cualquier otro factor induce la rotura de los lisosomas. Las hidrolasas liberadas comienzan inmediatamente a digerir las sustancias orgánicas circundantes. Si el daño es pequeño, sólo se eliminará una porción de la célula, que después se repararía. Si el daño es importante se digiere toda la célula, lo que se denomina autólisis.

CARACTERISTICAS DEL ATP

El ATP es un nucleótido compuesto por: 1) la base nitrogenada adenina; 2) el azúcar pentosa ribosa, y 3) tres radicales fosfato. Los dos últimos radicales fosfato están conectados con el resto de la molécula mediante los denominados enlaces de fosfato de alta energía. En las condiciones físicas y químicas del organismo cada uno de esos enlaces de alta energía contiene aproximadamente 12.000 calorías de energía por mol de ATP, el enlace de fosfato de alta energía es muy lábil, por lo que puede dividirse instantáneamente a demanda siempre que se requiera energía para promover otras reacciones intracelulares. Cuando el ATP libera su energía se separa un radical de ácido fosfórico y se forma difosfato de adenosina (ADP). La energía liberada se usa para dar energía muchas de las demás funciones celulares.

LOCOMOCION DE LAS CELULAS

El tipo más importante de movimiento que se produce en el organismo es el de los miocitos en el músculo esquelético, cardíaco y liso, que constituye casi el 50% de toda la masa del organismo En otras células se producen otros tipos de movimiento, el amebiano y el ciliar.

MOVIMIENTO AMEBIANO

El movimiento amebiano es el movimiento de toda la célula en relación con su entorno, como el movimiento de los leucocitos a través de los tejidos. Recibe su nombre por el movimiento de las amebas. El movimiento amebiano comienza con la protrusión de un seudópodo desde un extremo de la célula. Este seudópodo se proyecta a distancia, lejos de la célula, y se asegura parcialmente en una zona nueva. Después, tira del resto de la célula hacia él.

TIPOS DE CELULAS QUE MUESTRAN MOVIMIENTO AMEBIANO

Las células más frecuentes que muestran movimiento amebiano en el cuerpo humano son los leucocitos cuando salen de la sangre hacia los tejidos para formar macrófagos tisulares. Otros tipos de células que realizan este tipo de movimiento son por ejemplo, los fibroblastos se mueven hacia una zona dañada para reparar el daño e incluso las células germinales de la piel que, aunque normalmente son células totalmente sésiles, se desplazan hacia la zona de un corte para reparar el desgarro. Por último, la locomoción celular es especialmente importante en el desarrollo del embrión y el feto después de la fertilización de un óvulo. Por ejemplo, las células embrionarias a menudo deben migrar largas distancias desde sus lugares de origen hacia zonas nuevas durante el desarrollo de estructuras especiales.

Control del movimiento amebiano: quimiotaxia. El iniciador más importante del movimiento amebiano es la quimiotaxia, proceso que se produce como consecuencia de la aparición de determinadas sustancias en el tejido.

CILIOS Y MOVIMIENTOS CILIARES

Un segundo tipo de movimiento celular, el movimiento ciliar, es un movimiento a modo de látigo de los cilios que se encuentran en la superficie de las células. Este movimiento existe sólo en dos lugares del cuerpo humano: en la superficie de las vías respiratorias y en la superficie interna de las trompas uterinas (trompas de Falopio) del aparato reproductor. El movimiento de látigo de los cilios de la cavidad nasal y las vías respiratorias bajas hace que una capa de moco se desplace a una velocidad aproximada de 1 cm/min hacia la faringe, con lo que se está limpiando continuamente el moco y las partículas que han quedado atrapadas en el moco de estos conductos. En las trompas uterinas los cilios provocan un movimiento lento del líquido desde el orificio de la trompa a la cavidad uterina y este movimiento de líquido transporta el óvulo desde el ovario al útero. un cilio tiene el aspecto de un pelo recto o curvo con punta afilada que se proyecta 2-4 mm desde la superficie de la célula. El cilio está cubierto por una protrusión de la membrana celular y se apoya en 11 microtúbulos, 9 túbulos dobles situados en la periferia del cilio y 2 túbulos sencillos hacia el centro.

El flagelo de un espermatozoide es similar a un cilio; de hecho, tiene el mismo tipo de estructura y el mismo tipo de mecanismo contráctil. Sin embargo, este flagelo es mucho más largo y se desplaza con ondas de tipo cuasi-sinusoidal en lugar de movimientos de tipo látigo. Con una frecuencia de 10 a 20 veces por segundo, doblándose bruscamente en el punto en el que se proyecta desde la superficie de la célula. Después, vuelve lentamente hacia atrás a su posición inicial. Este movimiento rápido de tipo látigo de empuje anterógrado desplaza el líquido que se encuentra adyacente a la célula en la dirección en la que se desplaza el cilio; este movimiento lento de arrastre en dirección retrógrada no tiene prácticamente efecto sobre el movimiento del líquido, por lo que el líquido es propulsado continuamente en la dirección del movimiento rápido anterógrado

Los genes que se sitúan en el núcleo de todas las células del organismos son quienes controlar la herencia padre-hijo, también tienen la función de controlar las actividades de todas las células del organismo ,una de ellas es el llevar un control de las sustancias que se sintetizaran en ella, es decir, qué estructuras, qué enzimas y que productos participan.

El gen que corresponde a acido nucleico, el acido desoxirribonucleico(ADN),controla automáticamente la formación de otro acido nucleico al que conocemos como ARN, este se dispersa por toda la célula con el fin de controlar la información de una proteína especifica .

La expresión genética es todo el proceso que va desde la transcripción del código genético en el núcleo hasta la traducción del código del ARN y la formación de proteínas en el citoplasma celular

se tiene conocimiento de la existencia de 30.00 genes diferentes en cada celula .

Las proteínas celulares son PROTEINAS ESTRUCTURALES que al asociarse a lípidos e hidratos de carbono forman las estructuras de los diferentes orgánulos intracelulares ,por otro lado se dice que la mayoría de las proteínas son enzimas ya que catalizan las reacciones químicas que se llevan a cabo en la célula ,en especial las reacciones oxidativas que son aquellas que aportan energía a la célula y aumentan la síntesis de los productos químicos de la célula tales como lípidos, glucógeno y trifosfato de adenosina(ATP)

BLOQUES BASICOS DEL ADN: El acido fosfórico ,el azúcar desoxirribosa y cuatro bases nitrogenadas(purinicas: adenina y guanina, pirimidínicas: timina y citosina).el acido fosfórico y la desoxirribosa forman las dos hebras helicoidales que sirven de soporte para la molécula de ADN, mientras que las bases nitrogenadas se apoyan entre las dos hebras y se conectan entre si

NUCLEOTIDOS: La primera etapa de la formación de ADN consiste en combinar una molécula de acido fosfórico, una molécula de desoxirribosa y una de las cuatro bases para formar un nucleótido acido.Se obtiene como resultado nucleótidos distintos,uno para cada uno de las cuatro bases ,los acidos desoxiadenilico,desoxitimidilico,desoxiguanilico y desoxicitidilico.

ORGANIZACION DE LOS NUCLEOTIDOS PARA FORMAR DOS HEBRAS DE ADN UNIDAS LAXAMENTE ENTRE SI

En esta parte se unen los nucleótidos entre si para formar dos hebras de ADN que al mismo tiempo se unen laxamente entre si mediante enlaces débiles , podemos observar que el esqueleto de cada hebra de ADN esta compuesto por moléculas de acido fosfórico y desoxirribosa que se van alternando. A su vez, las bases de purina y pirimidina se unen a los lados de las moléculas de desoxirribosa ,después ,las dos hebras respectivas de ADN se mantienen unidas mediante puentes de hidrogeno(líneas de puntos)entre las bases nitrogenadas ,tomaremos en cuenta dos cosas

1._ CADA BASE PURINICA DE ADENINA DE UNA HEBRA SIEMPRE SE UNE CON UNA BASE PIRIMIDINICA DE TIMINA DE LA OTRA

2._CADA BASE PURINICA DE GUANINA SIEMPRE SE UNE CON UNA BASE PIRIMIDINICA DE CITOCINA

Cabe mencionar que la secuencia de los pares de bases complementarios es CG,CG,GC,TA,CG,TA,CG,GC,AT,AT. Debido a la laxitud de los enlaces de hidrogeno, las dos hebras se pueden separar con facilidad ,en cada vuelta de la molécula de ADN se encuentran diez pares de nucleótidos

CODIGO GENÉTICO: El ADN es muy importante debido a las funciones que este realiza, uno de ellos es controlar la formación de las proteínas en la célula mediante un CODIGO GENÉTICO, es decir, cuando las dos hebras de la molécula

de ADN se separan quedan expuestas las bases nitrogenadas proyectándose a un lado de cada hebra ,las bases proyectadas son el código genético.

El código genético consta de TRIPLETES sucesivos de las bases(tres bases sucesivas componen una palabra del código genético).Los tripletes sucesivos controlan la secuencia de aminoácidos en una molécula proteica que la célula debe sintetizar

los tripletes GGC,AGA,CTT son los responsables de la colocación sucesiva de tres aminoácidos ,prolina ,serina y acido glutámico ,en una molécula de nueva formación.

El CODIGO DE ADN DEL NUCLEO CELULAR SE TRANSFIERE AL CODIGO DE ARN EN EL CITOPOLASMA CELULAR:PROCESO DE TRANSCRIPCIÓN

Como todos sabemos el ADN se encuentra en el núcleo de la célula pero la mayoría de las funciones de la célula se llevan a cabo en el citoplasma, el ARN es la herramienta que usan los genes de ADN del núcleo para controlar las reacciones químicas del citoplasma ,teniendo en cuenta que la formación de ARN esta controlada por el ADN del núcleo. El código genético se transfiere al ARN en un proceso que se conoce como TRANSCRIPCION ,a la vez, el ARN se difunde desde el núcleo a través de los poros del núcleo al compartimiento citoplasmático, donde controla la síntesis proteica

SINTESIS DE ARN: Durante la síntesis de ARN las dos hebras de la molecula de ADN se separan temporalmente ,una de ellas se usa como plantilla para la síntesis de una molécula de ARN. Los tripletes del código del ADN provocan la formación de tripletes con un código complementario o codones en el ARN que a su vez controlan la secuencia de aminoácidos en una proteína que se va a sintetizar en el citoplasma celular .

BLOQUES BASICOS PARA LA CONSTRUCCION DEL ARN: Son los mismos bloques básicos para la construcción de ADN como para de ARN excepto por dos diferencias

1._para la formación del ARN no se usa el azúcar desoxirribosa y en su lugar se utiliza otra azúcar en este caso será la ribosa ,que contiene un ion hidroxilo extra unido a la estructura anular de la ribosa

2._la timina se reemplaza por otra pirimidina,uracilo

FORMACION DE NUCLEOTIDOS DE ARN: Se usan también cuatro nucleótidos como se ve en la imagen anterior para la formación del ARN ,nucleótidos que contienen las bases adenina,guanina,citosina y uracilo.

ACTIVACION DE LOS NUCLEOTIDOS DE ARN: La activación de los nucleótidos se realiza por una enzima llamada polimerasa de ARN ,lo que se produce añadiendo a cada nucleótido dos radicales fosfato mas para formar trifosfatos ,estos dos últimos fosfatos se combinan con el nucleótido mediante enlaces de fosfato de alta energía derivados del ATP celular. El resultado de este proceso de activación es que cada uno de los nucleótidos puede disponer de grandes cantidades de energía de ATP ,energía que se usa para favorecer las reacciones químicas que van añadiendo cada nuevo nucleótido de ARN al extremo de la cadena de ARN que se esta desarrollando .

MONTAJE DE LA CADENA DE ARN A PARTIR DE LOS NUCLEOTIDOS ACTIVADOS USANDO UNA CADENA DE ADN COMO PLANTILLA:PROCESO DE TRANSCRIPCION: El montaje de la molécula de ARN se puede llevar a cabo gracias a la presencia de una enzima llamada polimerasa de ARN ,se trata de una enzima proteica que tiene muchas propiedades funcionales para la formación de ARN como son:

a. Primero, provoca la formación de un enlace de hidrógeno entre la base del extremo de la cadena de ADN y la base de un nucleótido de ARN en el nucleoplasma.

b. Después, la polimerasa de ARN va rompiendo dos de los tres radicales fosfato, separándolos de cada uno de estos nucleótidos de ARN y liberando grandes cantidades de energía de los enlaces de fosfato de alta energía que va rompiendo; esta energía se usa para crear el enlace covalente del fosfato que queda en el nucleótido con la ribosa en el extremo de la cadena de ARN en crecimiento.

c. Cuando la polimerasa de ARN alcanza el extremo del gen de ADN se encuentra con una secuencia nueva de nucleótidos de ADN que se conoce como secuencia terminadora de la cadena, que hace que la polimerasa y la cadena de ARN recién formada se separen de la cadena de ADN. Después, la polimerasa puede usarse una y otra vez para formar más cadenas de ARN.

d. A medida que se va formando una cadena de ARN nueva se rompen sus enlaces débiles de hidrógeno que la unen a la plantilla de ADN, porque el ADN tiene una afinidad alta para volver a unirse con su propia cadena complementaria de ADN, es decir, la cadena de ARN se separa del ADN y se libera en el nucleoplasma.

El código presente en la cadena de ADN se transmite finalmente de forma complementaria a la cadena de ARN

TIPOS DE ARN: Cada tipo de ARN tienen un papel distinto para la formación de proteínas ,todos en conjunto son importantes.

1._ARN mensajero o ARNm— es el encargado de transportar el código genético al citoplasma para controlar el tipo de proteína que se forma.

2._ARN de transferencia o ARNt—este se encargara de transportar los aminoácidos activados a los ribosomas para usarlos en el montaje d la molécula proteica

3._ARN ribosómico—junto con 75 proteínas distintas, forma ribosomas, las estructuras físicas y químicas en las que se montan realmente las moléculas proteicas.

4._MicroARN o ARNmi—son moléculas de ARN monocatenario de 21 a 23 nucleótidos capaces de regular la transcripción y la traducción génicas.

ARN MENSAJERO:LOS CODONES

Las moléculas de ARNm son cadenas largas y sencillas que se encuentran en suspensión en el citoplasma. Estas moléculas están compuestas por varios cientos a miles de nucleótidos de ARN en cadenas no pareadas y contienen codones que son exactamente complementarios a los tripletes del código de los genes de ADN.Sus codones son CCG, UCU y GAA, que son los codones de los aminoácidos prolina, serina y ácido glutámico.

ARN DE TRANSFERENCIA:LOS ANTICODONES So

son aquellos que transfieren las moléculas de aminoácidos a las moléculas proteicas a medida que se va sintetizando la proteína. Cada tipo de ARNt se combina específicamente con 1 de los 20 aminoácidos que se van a incorporar en las proteínas. El ARNt actúa como vehículo para transportar su tipo específico de aminoácido a los ribosomas, donde se van formando las moléculas proteicas. En los ribosomas, cada tipo específico de ARN de transferencia reconoce un codón en particular en el ARNm y libera el aminoácido apropiado en el lugar apropiado de la cadena de la molecula proteica que se esta formando .El ARNt contiene solo 80 nucleótidos ,es una cadena plegada de nucleótidos con un aspecto de cruce de carreteras ,en uno de los extremos de la molécula siempre hay un acido adenilico,en cuyo grupo hidroxilo de la ribosa del acido adenilico se une el aminoácido transportado .Como la función del ARNt consiste en unir un aminoácido específico a una cadena de proteína en formación, es esencial que cada tipo de ARNt también sea específico de un codón en particular del ARNm. El código específico del ARNt que le permite reconocer un codón específico es, de nuevo, un triplete de bases de nucleótidos que se denomina anticodón y se sitúa aproximadamente en la zona media de la molécula del
ARN. Durante la formación de la molécula proteica las bases del anticodón se combinan mediante enlaces hidrogeno con las bases del codón del ARNm ,de esta forma los aminoácidos se alinean a lo largo de la cadena del ARNm, con lo que se establece una secuencia apropiada de aminoácidos de la molécula proteica que se esta formando .

ARN RIBOSOMICO

El tercer tipo de ARN de la célula es el ARN ribosómico, que constituye el 60% del ribosoma. El ribosoma es la estructura física del citoplasma en el que se sintetizan realmente las moléculas proteicas. No obstante, siempre funciona asociado a otros tipos de ARN: el ARNt transporta los aminoácidos al ribosoma para su incorporación en la molécula proteica en desarrollo, mientras que el ARNm proporciona la información necesaria para el secuenciado de aminoácidos en el orden adecuado para cada tipo especifico de proteína que se va fabricar

FORMACION DE RIBOSOMAS EN EL NUCLÉOLO

El ARN ribosómico se procesa especialmente en el nucléolo, donde se une a las «proteínas ribosómicas» para formar productos de condensación granulares que son las subunidades primordiales de los ribosomas. Estas subunidades se liberan entonces desde el nucléolo y se transportan a través de los poros grandes de la cubierta nuclear hasta prácticamente todas las partes del citoplasma. Cuando estas subunidades entran en el citoplasma se reúnen para formar los ribosomas maduros y funcionantes. Por tanto, las proteínas se forman en el citoplasma de la célula, pero no en el núcleo celular, porque el núcleo no contiene los ribosomas maduros.

MICROARN

Son fragmentos cortos de ARN monocatenario(21-23 nucleótidos) que regulan la expresión genética. Los ARNmi se codifican a partir del ADN transcrito de genes, pero no se traducen a proteínas y, por tanto, a menudo reciben el nombre de ARN no codificante. Los ARNmi son procesados por las células en moléculas que son complementarias al ARNm y que actúan para reducir la expresión génica. La generación de ARNmi supone un procesamiento especial de ARN precursores primarios más largos llamados ARNmi­pri, que son los transcriptos primarios del gen . Los ARNmi-pri se procesan en el núcleo por parte del complejo de microprocesadores en pre-ARNmi.

Otro tipo de microARN es el ARN de interferencia pequeño (ARNsi), también denominado ARN de silenciamiento o ARN de interferencia corto. Los ARNsi son moléculas cortas de ARN bicatenario, de 20 a 25 nucleótidos de longitud, que interfieren con la expresión de genes específicos. Los ARNsi se refieren en general a ARNmi sintéticos y pueden administrarse para silenciar la expresión de genes específicos. Están diseñados para evitar el procesamiento nuclear por parte del complejo de microprocesador, y después de que el ARNsi entra en el citoplasma, activa el complejo de silenciamiento inducido por ARN (RISC), para bloquear la traducción del ARNm ,es posible usarlos para bloquear la traducción de cualquier ARNm y, por tanto, la expresión por cualquier gen para el cual se conozca la secuencia de nucleótidos

FORMACION DE PROTEINAS EN LOS RIBOSOMAS:PROCESO DE TRADUCCION

traducción. Es decir, el ribosoma lee los codones del ARN mensajero igual que una cinta se «lee» cuando va pasando por el cabezal de un magnetófono. Después, se marca el final de una molécula proteica cuando un codón de parada (el codón «terminador de la cadena») atraviesa el ribosoma y la molécula proteica se libera en el citoplasma.

POLIRRIBOSOMA Las moléculas proteicas se encuentran en distintas fases de desarrollo en cada ribosoma. Como consecuencia de este proceso es frecuente encontrar agrupaciones de ribosomas, uniéndose entre 3 y 10 ribosomas a una única molécula de ARN mensajero al mismo tiempo. Estos grupos se conocen como polirribosomas.

es importante mencionar que el ARN mensajero da lugar a la formación de una molécula proteica en cualquier ribosoma, es decir, no hay una especificidad de los ribosomas por un tipo dado de proteína, el ribosoma es simplemente la planta de fabricación física en la que tienen lugar las reacciones químicas.

MUCHOS RIBOSOMAS SE UNEN AL RETICULO ENDOPLASMICO

sucede
porque los extremos iniciales de muchas moléculas proteicas en formación tienen secuencias de aminoácidos que se unen inmediatamente a los locus de receptores específicos en el retículo endoplásmico; en consecuencia, estas moléculas penetran en la pared del retículo hasta la matriz del retículo endoplásmico, dando un aspecto granular a estas porciones del retículo en las que se están formando las proteínas y entran en la matriz.

la mayoría de las proteínas que se sintetizan en los ribosomas se liberan directamente al citosol en lugar de al retículo endoplásmico. Estas proteínas son enzimas y proteínas estructurales internas de la célula.

CONTROL DE LA FUNCION GENETICA Y ACTIVIDAD BIOQUIMICA DE LAS CELULAS

los genes controlan tanto las funciones físicas como las químicas de las células, aunque también debe controlarse el grado de activación de los genes respectivos. De lo contrario, algunas partes de la célula podrían crecer en exceso o algunas reacciones químicas podrían actuar hasta matar a la célula.

hay dos métodos de control de las actividades químicas de la célula

1) regulación genética, en la que se controla el grado de activación de los genes y la formación de productos génicos

2) regulación enzimática, en la que se
controlan los niveles de actividad de las enzimas ya formadas en la célula.

REGULACION GENETICA

La regulación genética, o regulación de la expresión génica, cubre todo el proceso, desde la transcripción del código genético en el núcleo hasta la formación de proteínas en el citoplasma. La regulación de la expresión génica dota a todos los organismos vivos de la capacidad para responder a los cambios en su medio.

La medida definitiva de la «expresión» génica es si (y en qué medida) se forman productos génicos (proteínas), ya que las proteínas se encargan de las funciones celulares especificadas por los genes. La regulación de la expresión génica puede tener lugar en cualquier punto de las rutas de transcripción, procesamiento de ARN y traducción.

Hay dos métodos principales por los cuales las células controlan las proporciones y cantidades adecuadas de los distintos componentes celulares: 1) el mecanismo de regulación genética, y 2) el mecanismo de regulación enzimática. Los genes pueden activarse o inhibirse, al igual que los sistemas enzimáticos pueden activarse o inhibirse. Estos mecanis mos reguladores actúan especialmente como sistemas de control de retroalimentación que vigilan continuamente la composición bioquímica de la célula y hacen las correcciones que se van necesitando.

EL SISTEMA GENETICO DE ADN TAMBIEN CONTROLA LA REPRODUCCION CELULAR

Los genes y sus mecanismos reguladores determinan las características de crecimiento de las células y también si
se dividen para formar nuevas células y cuándo. De esta manera, el sistema genético, tan importante, controla cada etapa del desarrollo del ser humano, desde el óvulo unicelular fertilizado hasta todo un organismo funcionante

CICLO VITAL DE LA CELULA

El ciclo vital de una célula es el período que transcurre desde el inicio de la reproducción celular hasta el inicio de la siguiente reproducción celular. Cuando las células de los mamíferos no están inhibidas, se reproducen tan rápidamente como pueden y su ciclo vital puede ser tan sólo de 10 a 30 h y termina por una serie de sucesos físicos diferenciados que se denominan mitosis y que tienen como finalidad lograr la división de la célula en dos células hijas nuevas. La mitosis en sí misma dura sólo unos 30 min, por lo que más del 95% del ciclo vital de las células está representado por el intervalo entre las mitosis, o interfase

LA RERODUCCION CELULAR COMIENZA CON LA REPLICACION DEL ADN

la reproducción comienza en el núcleo. El primer paso consiste en la replicación (duplicación) de todo el ADN de los cromosomas y sólo después puede tener lugar la mitosis. El ADN comienza a duplicarse entre 5 y 10 h antes de la mitosis y se completa en 4-8 h. El resultado neto es que se producen dos réplicas exactas de todo el ADN. Estas réplicas se convierten en el ADN de las dos células hijas nuevas que se formarán en la mitosis. Después de esta replicación hay otro periodo de 1-2 h antes de que comience bruscamente la mitosis

FENOMENOS QUIMICOS Y FISICOS DE LA REPLICACION DE ADN

1._Se replican las dos cadenas de ADN de cada cromosoma, y no sólo una de ellas.

2._Las dos cadenas completas de la hélice de ADN se replican de extremo a extremo.

3._Las principales enzimas que participan en la replicación del ADN componen un complejo de muchas enzimas, denominado polimerasa del ADN, que es comparable a la polimerasa del ARN. Se une a la plantilla de una de las cadenas del ADN y la recorre en toda su longitud, mientras que otra enzima, la ADN ligasa, provoca la unión de los nucleótidos sucesivos de ADN entre sí, usando enlaces fosfato de alta energía como fuente de energía para estas uniones.

4._La formación de cada nueva cadena de ADN se produce simultáneamente en cientos de segmentos a lo largo de cada una de las dos cadenas de la hélice hasta que se re plica toda la cadena. Después, la ADN ligasa une los extremos de estas subunidades.

5._Cada cadena de ADN recién formada se mantiene unida mediante un enlace débil de hidrógeno a la cadena original de ADN que se usó como plantilla

6._Como las hélices de ADN de cada cromosoma miden aproximadamente 6 cm de longitud y tienen millones de giros helicoidales, sería imposible que las dos hélices de ADN recién formadas se desenrollaran si no hubiera algún mecanismo especial, la presencia de enzimas que periódicamente cortan cada hélice a lo largo de toda su longitud, rotan cada segmento lo suficiente como para provocar la separación y después vuelven a separar la hélice.

REPARACION DEL ADN (CORRECION DE LECTURA) Y MUTACIONES DEL ADN

Durante la hora que transcurre entre la replicación del ADN y el comienzo de la mitosis hay un período de reparación «corrección de lectura» de las cadenas de ADN; es decir, siempre que se hayan emparejado nucleótidos de ADN incorrectos con la cadena original que sirve de plantilla actúan unas enzimas especiales que cortan las zonas defectuosas y las reemplazan con los nucleótidos complementarios apropiados. Para ello se utilizan las mismas polimerasas del ADN y ADN ligasas que se usan en la replicación. Este proceso de reparación del ADN se conoce como CORRECION DE LECTURA. Debido a los procesos de reparación y corrección de lectura, el proceso de transcripción comete errores , cuando lo hace, el error se denomina mutación. La mutación provoca la formación de alguna proteína anormal en la célula en lugar de la proteína necesaria, lo que conduce a funciones celulares anormales

CROMOSOMAS Y SU REPLICACION

Las hélices de ADN del núcleo se enrollan en cromosomas. La célula humana contiene 46 cromosomas dispuestos en 23 pares. Los genes de los dos cromosomas de cada par son idénticos o casi idénticos entre sí en su mayor parte, Además del ADN en el cromosoma hay una gran cantidad de proteínas en el cromosoma, principalmente muchas moléculas pequeñas de histonas cargadas positivamente. Estas histonas se organizan en un número inmenso de pequeños núcleos, a modo de carretes, alrededor de los cuales se enrollan secuencialmente pequeños segmentos de cada hélice de ADN.

Los núcleos de histonas tienen un papel importante en la regulación de la actividad del ADN porque este no puede funcionar como plantilla para la formación de ARN ni para la replicación de ADN nuevo mientras esté enrollado aunque se ha demostrado que algunas de las proteínas reguladoras son capaces de disminuir la densidad del enrollamiento del ADN en las histonas y permitir que pequeños segmentos cada vez permitan la formación del ARN

La replicación de todos los cromosomas se produce en los minutos siguientes a la finalización de la replicación de las hélices de ADN y las hélices nuevas recogen las moléculas proteicas nuevas a medida que las van necesitando. Los dos cromosomas recién formados se mantienen unidos entre sí (hasta el momento de la mitosis) en un punto que se denomina centrómero, situado cerca del centro. Estos cromosomas duplicados, pero aún unidos entre sí, se conocen como cromátidas

MITOSIS CELULAR

El proceso real por el que la célula se divide en dos células nuevas es la mitosis. Una vez que cada cromosoma se ha re plicado para formar las dos cromátidas, en muchas células la mitosis se produce automáticamente en 1 o 2 h.

APARATO MITOTICO

Uno de los primeros pasos de la mitosis tiene lugar en el citoplasma, al final de la interfase, en torno o en unas pequeñas estructuras denominadas centríolos. Cada centríolo es un pequeño organismo cilíndrico en torno a 0,4 mm de largo y 0,15 mm de diámetro y está formado principalmente por nueve estructuras tubulares paralelas dispuestas en forma de un cilindro. Los dos centríolos de cada par se disponen en ángulos rectos entre sí y cada par de centríolos, junto al material pericentriolar unido a él, compone el centrosoma. Poco antes de que tenga lugar la mitosis, los dos pares de centríolos comienzan a separarse uno de otro, Al mismo tiempo, crecen radialmente otros microtúbulos que alejan los pares de centríolos, formando una estrella a modo de soporte, que se conoce como áster, en cada extremo de la célula.

El complejo de microtúbulos que se extiende entre los dos nuevos pares
de centríolos es el huso, y todo el conjunto de microtúbulos más los dos pares de centríolos se denomina aparato mitótico.

PROFASE

La primera etapa de la mitosis, denominada profase, Mientras se forma el haz, los cromosomas del núcleo (que en la interfase corresponden a hebras laxamente enrolladas) se condensan en cromosomas bien definidos.

PROMETAFASE

Durante esta etapa las puntas de los microtúbulos en crecimiento del áster se fragmentan en la cubierta nuclear. Al mismo tiempo, los múltiples microtúbulos del áster se unen a las cromátidas en los centrómeros, donde las cromátidas pareadas aún están unidas entre sí; a continuación, los túbulos tiran de una cromátida de cada par, alejando cada una hacia el polo celular correspondiente

METAFASE

Durante la metafase los dos ásteres del aparato mitótico se separan, lo que parece suceder porque las puntas de los microtúbulos de ambos, donde se imbrican entre sí para formar el huso mitótico, realmente se empujan mutuamente. Por este motivo, parece que hay unas moléculas proteicas contráctiles diminutas, o motores moleculares, que tal vez estén formadas por la proteína muscular actina que se extienden entre las puntas respectivas para, utilizando una acción paulatina como en el músculo, deslicen activamente las puntas en dirección opuesta una de otra. Simultáneamente, los microtúbulos insertados en las cromátidas tiran fuertemente de ellas hasta el centro de la célula, alineándolas para formar el plano ecuatorial del huso mitótico.

ANAFASE

Durante esta fase las dos cromátidas de cada cromosoma son separadas en el centrómero. Se separan los 46 pares de cromátidas y se forman dos juegos independientes de 46 cromosomas hijos. Cada uno de ellos es empujado hacia cada uno de los ásteres de la mitosis, a medida que los dos polos respectivos de la célula en división se van separando entre sí.

TELOFASE

En la telofase los dos juegos de cromosomas hijos se separan completamente. A continuación, el aparato mitótico se disuelve y se desarrolla una nueva membrana nuclear que rodea cada grupo de cromosomas. Esta membrana se forma a partir de porciones del retículo endoplásmico que ya están presentes en el citoplasma. Poco después, la célula se divide en dos, en la zona media entre los dos núcleos, como consecuencia de la formación de un anillo contráctil de microfilamentos compuestos por actina y, probablemente, miosina (las dos proteínas contráctiles del músculo) en la unión de las células nuevas que se están desarrollando, anillo que las termina separando.

DIFERENCIACION CELULAR

se refiere a los cambios de las propiedades físicas y funcionales de las células a medida que proliferan en el embrión para formar las distintas estructuras y órganos corporales

APOTOSIS:MUERTE CELULAR PROGRAMADA

Cuando las células ya no se necesitan, o cuando se convierten en una amenaza para el organismo, sufren una muerte celular programada suicida, o apoptosis. Este proceso implica una cascada proteolítica específica que hace que la célula se encoja y condense para desmontar su citoesqueleto y alterar su superficie de tal forma que una célula fagocítica cercana, como un macrófa go, se puede unir a la membrana celular y digerir la célula. Al contrario de la muerte programada, las células que mueren como consecuencia de una lesión aguda se hinchan y estallan debido a la pérdida de la integridad de la membrana celular, un proceso que se denomina necrosis celular. Las células necróticas vierten su contenido haciendo que la inflamación y la lesión se extiendan a las células vecinas.

La apoptosis se inicia mediante la activación de una familia de proteasas que se conocen como caspasas. Se trata de unas enzimas que se sintetizan y almacenan en la célula en forma de procaspasas inactivas. Los mecanismos de activación de las caspasas son complejos pero, una vez activadas, las enzimas se escinden y activan otras procaspasas, activando una cascada que rompe rápidamente las proteínas del interior de la célula. De esta forma, la célula se desmantela a sí misma y sus restos se digieren rápidamente en las células fagocíticas vecinas.

CANCER

El cáncer se debe en todos o casi todos los casos a la mutación o a alguna otra activación anormal de los genes celulares que controlan el crecimiento y la mitosis celular. Los genes anormales se denominan oncogenes.

En todas las células también hay antioncogenes, que suprimen la activación de los oncogenes específicos, es decir, la pérdida o inactivación de los antioncogenes permite la activación de los oncogenes que conduce al cáncer. Sólo una fracción diminuta de las células que mutan en el organismo producirá un cáncer alguna vez,, la mayoría de las células mutadas tiene una capacidad de supervivencia menor que las células normales y, simplemente, mueren,sólo algunas de las células mutadas que sobreviven son cancerosas, porque incluso la mayoría de las células mutadas tiene controles de retroalimentación normales que impiden su crecimiento excesivo. las células que son potencialmente cancerosas se destruyen, a menudo en el sistema inmunitario del organismo antes de que crezcan y desarrollen un cáncer.

la mayoría de las células mutadas forma proteínas anormales en el interior de los cuerpos celulares como consecuencia de su alteración genética. Estas proteínas activan el sistema inmunitario del organismo, lo que hace que generen anticuerpos o linfocitos sensibilizados que reaccionan contra las células cancerosas y las destruyen, se necesita simultáneamente la presencia de varios oncogenes activados para provocar el cáncer.

FACTORES QUE AUMENTAN LA PROBABILIDAD DE MUTACION

1._radiación ionizante, como los rayos X, los rayos gamma y la radiación de partículas procedentes de sustancias radiactivas, e incluso la luz ultravioleta, predispone al cáncer

2._sustancias químicas también tienen una mayor propensión a provocar mutaciones. Hace tiempo se descubrió que hay varios derivados del colorante anilina que pueden provocar cáncer, por lo que los trabajadores de plantas químicas que producen este tipo de sustancias tienen una predisposición especial a desarrollar un cáncer si no usan protección. Las sustancias químicas que provocan la mutación se denominan carcinógenos. Los carcinógenos que actualmente provocan el mayor número de muertes son los contenidos en el humo de los cigarrillos, que provocan aproximadamente la cuarta parte de todas las muertes por cáncer.

3._irritantes físicos también provocan cáncer, como sucede durante la abrasión continuada del revestimiento del aparato digestivo por algunos alimentos

4._tendencia hereditaria al cáncer, lo que es consecuencia de que la mayoría de los cánceres requieren no sólo una mutación, sino dos o más antes de que aparezca el cáncer.En esas familias particularmente predispuestas al cáncer se supone que ya han mutado uno o más genes cancerosos en el genoma heredad

CARACTERISTICAS INVASIVAS DE LA CELULA CANCEROSA

Las principales diferencias entre la célula cancerosa y la célula normal son las siguientes: 1) la célula cancerosa no respeta los límites habituales del crecimiento celular, ya que, presumiblemente, no requieren los mismos factores de crecimiento que son necesarios para el crecimiento de las células normales

2) las células cancerosas son bastante menos adhesivas entre sí que las células normales, por lo que tienden a dispersarse por los tejidos, entrar al torrente sanguíneo y transportarse por el organismo, donde forman nidos para crecimientos cancerosos nuevos

3) algunos cánceres también producen factores angiogénicos que provocan el crecimiento de muchos vasos sanguíneos nuevos dentro del cáncer, por lo que aportan los nutrientes necesarios para el crecimiento celular.