Tema 17 Fisiologia Umana I: conseguenze postsinaptiche e trasmissione

Fisiología Humana I: Consecuencias Postsinápticas y Transmisión Sináptica

Grado en Medicina Curso 2024-2025

Tema 17: Excitación e Inhibición Sinápticas

Consecuencias postsinápticas de la liberación de neurotransmisor. Excitación e inhibición sinápticas. Transmisión sináptica en la unión neuromuscular. Corrientes iónicas y potencial de placa motora. La Laguna, 17 de marzo de 2025Temas 15, 16

Proceso de Transmisión Sináptica

Tema 8 Cono axónico Tema 9 Axón Terminal presináptica hendidura sináptica Producción potencial de acción transmisión Liberación de neurotransmisor Difusión a través de la sinapsis Activación receptores posts ináptico - Tema 17 s Potenciales PS 7 (PEPS _PIPS ) Producción de Potencial de acción Tema 18

Estructura Neuronal y Sinapsis

PRE-SYNAPTIC NEURON POST-SYNAPTIC NEURON DENDRITIC SPINES Cono axónico Plasticidad neuronal AXON TERMINALS 20 OLIGODENDROCYTE NUCLEUS SYNAPSE Cono axónico NODE OF RANVIER MYELIN SHEATH SYNAPSE Signals from axons to dendrites Action potential generates out of soma Axon passes signal to dendrites of other neurons Postsinapsis Síntesis /almacena mient o de neurotransmisor DENDRITES SOMA

Transmisión Sináptica y Potenciales Postsinápticos

1. Llega el potencial de acción a la terminación presináptica.
2. Activación de canales de Ca2+ voltaje dependiente.
3. El aumento del Ca2+ citosólico provoca la fusión con la membrana plasmática de las vesículas secretoras conteniendo neurotransmisor (NT)
4. Las vesículas liberan el NT a la hendidura sináptica (exocitosis)
5. Difusión del NT
6. Unión a receptores presinápticos
7. Apertura de canales iónicos, produciendo cambios GRADUALES del potencial de membrana (hiperpolarizante o despolarizante)
8. La integración de las señales da lugar (o no) a un potencial de acción (TEMA 18)

Mecanismo de Liberación de Neurotransmisores

Voltage-gated calcium channel Presynaptic terminal bulb Ca2+ Postsynaptic cell OL Action -potential Axon Neurosecretory vesicle 3 Ca2+ Reserve vesicles 5 Neurotransmitter receptors Neurotransmitter 6 Ca2+(lons- 7 Depolarization or hyperpolarization 8 Action potential Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cumming

Tipos de Receptores de Neurotransmisores Postsinápticos

(A) Canales Iónicos Regulados por Ligando

Ions 1 Neurotransmitter binds Neurotransmitter 2 Channel opens Outside cell Inside cell 3 Ions flow across membrane

(B) Receptores Acoplados a Proteínas G

1 Neurotransmitter binds Receptor Effector protein 5 Ions flow across membrane B G-protein Intracellular messengers 4 Ion channel opens 2 G-protein is activated 3 G-protein subunits or intracellular messengers modulate ion channels Ions NEUROSCIENCE 5e, Figure 5.16 @ 2012 Sinauer Associates, Inc.

Potenciales Postsinápticos: Excitatorios e Inhibitorios

(a) Potencial Postsináptico Excitatorio (PEPS)

+30 Membrane potential (mV) 0 · IPSPs drive the neuron away from AP threshold. Threshold -55 -70 Stimulus 10 20 30 Time (ms) v Potencial excitatorio postsináptico (PEPS): Despolarización transitoria. v aumento de la conductancia del Na+ y/o Ca2+, o por reducción de la conductancia del K+. Ejemplos: ACh y glutamato. ✓ Un PEPS acerca el Vm al umbral del potencial de acción, pero no es suficiente para alcanzarlo.

(b) Potencial Postsináptico Inhibitorio (PIPS)

v Potencial inhibitorio postsináptico (PIPS): Hiperpolarización transitoria. ✓ activación de receptores ionotrópicos selectivos para K+ y/o CI -. V - Ejemplos: GABA y glicina. El PIPS aleja al Vm del potencial umbral del potencial de acción.

Características de Sinapsis Excitatorias e Inhibitorias

SINAPSIS EXCITATORIA Una misma sinapsis sólo puede ser inhibitoria o excitatoria SINAPSIS INHIBITORIA +30 Membrane potential (mV) 0 . EPSPs bring the neuron closer to AP threshold. Threshold -55 -70 · Neurotransmitter binding opens chemically gated ion channels, allowing Na+ and K+ to pass simultaneously. · Neurotransmitter binding opens chemically gated ion channels permeable to either K+ or CI". Stimulus 10 20 30 Time (ms) An EPSP is a local depolarization of the postsynaptic membrane. An IPSP is a local hyperpolarization of the postsynaptic membrane.

Clasificación de Potenciales Sinápticos

Potenciales Sinápticos Rápidos

• Apertura de canales iónicos operados por ligando (NT)
• Corta duración (<50 ms para PEPS, <150 ms para PIPS)

Potenciales Sinápticos Lentos

• Mediados por activación de receptores acoplados a proteínas G y segundos mensajeros
• Pueden ser debidos a apertura o cierre de canales, o a cambios en la composición de canales de la neurona
• Larga duración (segundos o incluso minutos)

Terminación de los Efectos del Neurotransmisor

Presynaptic neuron Presynaptic neuron Postsynaptic neuron 1 Action potential arrives at axon terminal. 2 Voltage-gated Ca2+ channels open and Ca2+ enters the axon terminal. -Mitochondrion Ca2+ - Ca2+ Ca2 -Ca2+ 3 Ca2+ entry causes synaptic vesicles to release neurotransmitter by exocytosis. Synaptic cleft Axon terminal Synaptic vesicles 4 Neurotransmitter diffuses across the synaptic cleft and binds to specific receptors on the postsynaptic membrane. Postsynaptic neuron lon movement Enzymatic degradation Graded potential Reuptake degradación 1 Diffusion away from synapse T 1 5 Binding of neurotransmitter opens ion channels, resulting in graded potentials. 6 Neurotransmitter effects are terminated by reuptake through transport proteins, enzymatic degradation, or diffusion away from the synapse. La terminación del PEPS o del PIPS está asociada a los mecanismos de control de la cantidad de NT en la hendidura sináptica (TEMA 16) 3 recaptación 1 difusión 1

Tipos de Sinapsis y su Función

Sinapsis Axospinosa y Axodendrítica

1 Axospinous synapse Dendrite Shaft synapse Generalmente excitadoras Soma Axon Generalmente inhibidoras Modulan la secreción de NT Axodendritic synapses

Sinapsis Axosomática y Axoaxónica

Axosomatic synapses Axoaxonic synapses Boron & Boulpaep: Medical Physiology, 2nd Edition. Copyright @ 2009 by Saunders, an imprint of Elsevier, Inc. All rights reserved.

Integración Sináptica y Potencial de Acción

Integración sináptica Si un único PEPS no induce un potencial de acción y un PIPS aleja a la membrana del umbral, ¿Cómo se produce un potencial de acción? Sinapsis neuronal Dendritas Núcleo Botón terminal Vaina de mielina Nucléolo Axón Cuerpo celular 10 Célula de Schwann Base del axón Nódulo de Ranvier .. LO VEREMOS EN EL TEMA 18

Transmisión Sináptica en la Unión Neuromuscular

. Se define a la unión neuromuscular como la sinapsis entre el axón de una motoneurona y una fibra de músculo esquelético. . Las sinapsis de la unión neuromuscular son siempre excitatorias. . El neurotransmisor es siempre acetilcolina (Ach).

Estructura de la Unión Neuromuscular

Imagen de una unión neuromuscular en el microscopio electrónico. T = terminal axónica (véanse las vesículas sinápticas que contienen el neurotransmisor); M = fibra muscular. 1 4 2 3 1 3 4 2 5 O O O 00 1. Axón 2. Ramas colaterales del axón estableciendo sinapsis. 3. Vesículas sinápticas. 4. Receptores de acetilcolina. 5. Mitocondrias.

Acoplamiento Excitación-Contracción: Unidad Motora

· Unidad motora: formada por una motoneurona de la médula espinal y todas las fibras musculares inervadas por ella. · Cada fibra recibe una sola terminal axónica de una motoneurona. · Un axón puede tener un cierto número de ramas colaterales (bifurcaciones del alón) que inervan el mismo número de fibras. Todas las sinapsis son excitatorias. Motoneurona de la médula espinal A Axón con vaina de mielina Fibras musculares (músculo esquelético)

Potencial de Placa Motora en la Unión Neuromuscular

Postsynaptic I Presynaptic +30- 0 - -70- 1 +30- Endplate potential -15- Reversal potential Threshold 2 -80 Membrane voltage (mV) +30- . Mixed potential 0 -40- a Threshold 3 -80 +30- Muscle action potential 0- 1 Threshold 4 -80 0 2 4 6 8 10 12 Time (msec) R. A. Rhoades & G. A. Tanner, Eds. Medical Physiology, 2ª Ed. Lippincott Williams & Wilkins, 2007 Si se colocan varios electrodos, para medir el voltaje, en distintas zonas de la unión neuromuscular (ver el esquema de la izquierda) encontramos: 1. Llegada de un potencial de acción por el axón de la motoneurona hasta la sinapsis, provocando liberación de Ach. 2. La interacción de Ach con su receptor en la fibra muscular genera un potencial gradual excitatorio (despolarización de la membrana). 3. Si el potencial de la fibra muscular llega al potencial umbral se genera un potencial de acción. 4. El potencial de acción se propaga al resto de la fibra. Motor axon action potential

Modulación de la Unión Neuromuscular por Agentes Externos

Existen toxinas y sustancias químicas que regulan la función de la unión neuromuscular, y éstas pueden ser: 1. Inhibidores de la secreción del neurotransmisor 2. Inhibidores del receptor nicotínico de acetilcolina 3. Inhibidores de la acetilcolina esterasa

Efectos de Toxinas y Sustancias en la Unión Neuromuscular

Toxina/sustancia Diana Parálisis producida Tx. Botulínica Complejo SNARE Fláccida (no hay contracción) Fláccida (no hay contracción) Curare nAChR (Nota: ver y relacionar con diapositiva siguiente - miastenia gravis) Organofosforados AChE Espástica (contracción continuada)

Miastenia Gravis: Enfermedad y Tratamiento

➢ La miastenia gravis es una enfermedad autoinmune caracterizada por debilidad muscular generalizada. ➢ Estos enfermos generan anticuerpos contra el receptor de acetilcolina en la placa motora. Estos anticuerpos bloquean, alteran, o destruyen los receptores de acetilcolina en la unión neuromuscular. Por tanto, la contracción muscular no se produce. ➢ Existen diferentes tipos de miastenia g., que cursa con mayor o menor gravedad. Esto se debe a que no todas las personas generan el mismo tipo de anticuerpo. Los efectos son muy variables y la enfermedad puede ser de muy leve a muy grave. > Uno de los tratamientos de esta enfermedad son los fármacos anticolinesterásicos cuyo mecanismo de acción es la inhibición de la acetilcolinesterasa. El efecto es una disminución de la degradación de acetilcolina. Al haber más acetilcolina circulante, se recupera parte de la respuesta. Obviamente este tratamiento no siempre muestra el mismo grado de eficacia; dependerá del tipo y agresividad de los anticuerpos generados en cada caso.

Resumen del Tema

• Los neurotransmisores ejercen su función biológica uniéndose a receptores químicos situados en la neurona o fibra muscular postsináptica. En la célula postsináptica los neurotransmisores puede hiperpolarizar la membrana (PPSI) o despolarizarla (PPSE). Si el PPSE es de suficiente magnitud se producirán potenciales de acción.
• La unión neuromuscular es un buen modelo para el estudio de la transmisión sináptica.
• El neurotransmisor utilizado es siempre la acetilcolina y el receptor el receptor nicotínico de acetilcolina.
• Existen toxinas y sustancias químicas que actúan sobre la unión neuromuscular, alterando su función. El mecanismo puede ser a través de la inhibición de la liberación de transmisor (inhibición complejo SNARE), la reducción de la hidrólisis del transmisor (inhibición de la acetilcolinesterasa), o la inhibición del receptor de Acetilcolina.
• La enfermedad de miastenia gravis, que cursa con debilidad muscular generalizada, se produce por generación de anticuerpos contra la unión neuromuscular. Uno de los tratamientos consiste en la inhibición de la acetilcolinesterasa, para aumentar la disponibilidad de acetilcolina y mejorar la respuesta neuromuscular.