FAII Práctica I-2020-2021 Fet PDF

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PRÁCTICA I GRUPO PRÁCTICA: 1

FECHA: 18-11-2020

APELLIDOS Y NOMBRE (Todos los miembros del grupo): Emma Barquinero y Valeria Arenas Pregunta 1. Teniendo en cuenta las concentraciones iónicas internas y externas empleadas en el modelo del simulador, calcula el potencial en equilibrio (PE) asociado a cada ion, asumiendo un estado ideal en el cual cada ion se comporta de forma independiente, y completa la tabla adjunta. PE K+ (mV) = 61,54 * log ([K +]ext/[K+]int) = 61,54 * log (4/120) = -90, 90 mV

PE Na+ (mV) = 61,54 * log ([Na+]ext/[Na+]int) = 61,54 * log (142/10) = 70,91 mV

[extracelular] (mM)

K+ 4

Na+ 142

[intracelular] (mM)

120

10

-90,90

70,92

PE (mV)

a. Considerando que el potencial de membrana en reposo (teórico) de una neurona ronda los -70 mV, ¿a qué potencial en equilibrio de los que has calculado se parece más? Se acerca más al potencial en equilibrio del potasio (PE K+ = -90,90 mV).

b. ¿A qué crees que pueda deberse? Puede deberse a que la membrana es mucho más permeable al potasio que al sodio, y por lo tanto el potencial de membrana en reposo se asimila al que generaría el potasio si sólo hubiera potasio.

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Pregunta 2. Analiza cómo afectan los cambios en la concentración externa de Na+ y K+ al potencial de membrana en reposo (Vm) variando la concentración de cada ión de forma individual y al azar en el programa (modo single pulse). Anota las variaciones observadas en la tabla y responde a las cuestiones. [K+]o

EK

[Na+]o

ENa

Vm

4

-90,91

142

70,92

-64,43

10 50

-66,42 -23,40

142 142

70,92 70,92

-52,64 -20,09

200 4

13,65 -90,91

142 30

70,92 29,37

14,44 -82,80

4

-90,91

5

-18,53

-89,46

4 4

-90,91 -90,91

100 200

61,55 80,08

-69,95 -58,31

a. ¿Qué le ocurre al Vm cuando incrementamos la concentración de iones positivos en el exterior? El Vm aumenta en ambos casos, en incremento tanto de sodio como de potasio en el exterior (con el incremento de sodio de 5 mM a 200 mM, el Vm pasa de -89,46 mV a -58,31 mV; con el incremento de potasio de 4 mM a 200 mM, el Vm pasa de -64,43 mV a 14,44 mV). b. ¿Tienen el Na+ y el K+ efectos de la misma magnitud sobre el Vm? Razónalo No, el potasio tiene un efecto de mayor magnitud, ya que con el mismo incremento de mM en concentración, el Vm aumenta más cuando este incremento es de potasio. c. ¿Qué consecuencias tiene este cambio a nivel de excitabilidad de la membrana? Un incremento de la concentración de potasio en el exterior enseguida impide la excitación de la célula, en cambio en el sodio el aumento de la concentración exterior hace que la célula sea más excitable, aumenta de manera proporcional a [Na+]. d. ¿Qué les ocurre a los PE del K+ y el Na+? También aumentan los dos a medida que la concentración de estos iones en el exterior incrementa.

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Pregunta 3. En el menú

del programa:

a. ¿Por qué no cambian EK y ENa pero sí Em (Vm) cuando se modifica la permeabilidad relativa PNa/PK? Porque el potencial en equilibrio de cada ión es independiente de la permeabilidad relativa, ya que ésta sólo expresa una relación entre dos valores. En cambio, modifica Vm porque estos dos valores se tienen en cuenta al calcular el potencial de membrana, la relación entre la permeabilidad del sodio y el potasio es relevante para conocer Vm (Vm tiene en cuenta todos los iones del sistema). b. Calcula el potencial de membrana en reposo teniendo en cuenta que la permeabilidad (Pk) de la membrana para el K+ es 10000 veces superior que para el Na+ (PNa), utilizando la ecuación de Goldman-Hodgkin-Katz. Em = 61,4 * log (([Na+]ext * PNa+ + [K+]ext * PK+) / ([Na+]int * PNa+ + [K +]int * PK+)) = 61,4 * log ((250*1+4*10000)/(10*1+120*10000) = -90,53 mV

Pregunta 4 (Tabla 2). Umbrales del potencial de acción (PA). Determina experimentalmente la amplitud mínima de estimulación necesaria para generar un PA en condiciones control para cada una de las duraciones especificadas en la tabla 2. A continuación, repite el experimento anterior variando las concentraciones externas de K+ y Na+ tal y como indica la tabla. Recuerda que la amplitud se puede incrementar hasta los 100 A. Amplitud mínima (A)

ESTÍMULO Duración (ms)

Condiciones control

[K+]o = 6 mM [Na+]o= 142 mM

[K+]o = 4 mM [Na+]o= 110 mM

0.1

-

61,9

-

0.3 0.6

34,8 17,9

20,8 10,6

48,2 24,7

0.8

13,7

8,1

18,9

1 1.5

11,2 7,9

6,7 4,7

15,4 10,8

2 2.5

6,4 5,6

3,8 3,3

8,7 7,4

3

5

3

6,6

4 5

4,5 4,3

2,6 2,5

5,7 5,3

3

a. ¿En condiciones control, qué observas que ocurre con la amplitud mínima necesaria para generar un PA a medida que se incrementa la duración del estímulo? En condiciones control a medida que la duración del estímulo aumenta, menor es la amplitud mínima necesaria para generar un potencial de acción. b. Si incrementamos [K+]o ¿cómo cambia la amplitud mínima necesaria para generar un PA? Cuando incrementamos la concentración inicial de potasio a medida que la duración del estímulo aumenta, menor es la amplitud mínima necesaria para generar un potencial de acción. La diferencia está en que la amplitud mínima será menor que en condiciones control. c. Si disminuimos [Na+]o ¿cómo cambia la amplitud mínima necesaria para generar un PA? Cuando disminuye la concentración de sodio en el exterior a medida que la duración del estímulo aumenta, menor es la amplitud mínima necesaria para generar un potencial de acción. La diferencia está en que la amplitud mínima será mayor que en condiciones control. Pregunta 5. A partir de los datos obtenidos en la Tabla 2, representa la curva de excitabilidad de esta neurona [duración (ms) en eje X vs. Intensidad estímulo (µA) en eje Y] en las 3 condiciones testadas experimentalmente.

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Pregunta 6. A partir de las curvas de excitabilidad generadas, determina gráfica (en las curvas de excitabilidad representadas en la pregunta 5) y numéricamente (según Labaxon 5.2) la cronaxia y la reobase, en las distintas condiciones.Toma el tiempo de 5 ms (máximo que permite el sistema) como un tiempo indefinidamente prolongado de estimulación. Condiciones control Cronaxia Reobase

1,4 ms 4,3 A

[K+]e = 6 mM 1,4 ms 2,5 A

[Na+]e= 110 mM 1,6 ms 5,3 A

Ordena estas tres situaciones experimentales de mayor a menor excitabilidad. La más excitable es la situación donde el potasio tiene una concentración externa de 6 mM. La segunda situación más excitable es en condiciones control y finalmente donde el sodio externo presenta una concentración de 110 mM. Eso lo podemos saber ya que cuanto más pequeñas sean la reobase y la cronaxia de una fibra nerviosa más excitable será. Pregunta 7 (Tabla 4). Periodos Refractarios. Prepara el programa de simulación para trabajar con 2 estímulos eléctricos seguidos. Determina para cada uno de los intervalos propuestos en la tabla cuál es la duración o la amplitud mínimas para generar un segundo potencial de acción. En caso que se alcance la duración máxima (10 ms) o la Amplitud máxima (100µA) sin que se genere un segundo potencial de acción hay que poner >10 o >100 respectivamente. Duración (ms)

Amplitud ( A)

Amplitud fija= 15  A

Duración fija= 1ms

15

0,6

9

10

1,4

21

9

1,9

28

8

2,7

38

7

4,1

54

6

3,9

82

5

7,2

>100

4

8,3

>100

3

9,4

>100

2

>10

>100

Intervalo (ms)

a. ¿Sería posible generar un segundo potencial de acción con un intervalo de 2 ms en alguna circunstancia? ¿Cómo debería ser ese estímulo? Razona la respuesta. Conforme aumenta la duración del intervalo, la duración del estímulo necesaria para generar un segundo potencial de acción es menor. Para que se de un segundo potencial de acción el intervalo mínimo es de 3 ms en una amplitud de 15 A. Para generar un segundo potencial con un intervalo

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de 2 ms, el primero tiene que haber sido muy pequeño para que llegue este con una intensidad mucho mayor a la eficaz para que se genere un nuevo potencial. b. ¿Es posible generar un segundo potencial de acción durante el periodo refractario absoluto? Razona la respuesta. No, ya que durante este periodo, que coincide con el tiempo después de iniciarse un potencial de acción, ningún estímulo excitará esa fibra nerviosa y por lo tanto no se creará ningún potencial de acción, ya que en este tiempo hay inactivación de los canales de sodio. Pregunta 8. Simulaciones de canal individual. Accede a través del menú a la simulación de canales individuales. Observa el comportamiento de los canales de K+ y Na+ en la simulación y describe y razona las características de los canales que puedes deducir a partir de las diferentes simulaciones. El canal de K+ se abre muy fácilmente, ya que cuando modificamos el Step To (voltaje de membrana) sigue generándose potencial de acción con una variedad muy amplia de voltaje. Podemos deducir que la membrana es muy permeable para K+. También vemos que en 20 ms muchas veces se dan dos o más potenciales de acción. En el canal de Na+ es diferente. El rango en el que podemos modificar el Step To y obtener potencial de acción es mucho menor. Tenemos menos permeabilidad para Na+. En el caso de este canal, también observamos que en 20 ms no se generan dos potenciales de acción. Cuando se genera, solo se genera uno. Esto significa que este canal requiere más voltaje que el de K+ para generar potencial de acción.

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