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Facultad de Ciencias de la VidaDepartamento de Ciencias BiológicasÁrea de FisiologíaSEMINARIOSFISIOLOGÍA HUMANABIOL 272- I SEMESTRE 2022 -SEMINARIO 1: TRANSPORTE A TRAVES DE MEMBRANA Y EXCITABILIDAD.1.- El infarto de miocardio se produce por la obstrucción de una arteria coronaria, de modo que una r...

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Facultad de Ciencias de la Vida Departamento de Ciencias Biológicas Área de Fisiología

SEMINARIOS FISIOLOGÍA HUMANA BIOL 272

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- I SEMESTRE 2022 SEMINARIO 1: TRANSPORTE A TRAVES DE MEMBRANA Y EXCITABILIDAD. 1.- El infarto de miocardio se produce por la obstrucción de una arteria coronaria, de modo que una región del corazón queda sin suministro sanguíneo. Como consecuencia de esto, las células musculares cardíacas (cardiomiocitos) de esa región no reciben un aporte adecuado de oxígeno y nutrientes, por lo que no producen suficiente ATP. En la membrana de los cardiomiocitos existen, entre otros mecanismos de transporte, canales de Na +, bomba Na +/K+, bomba de Ca2+, contratransportador Na+/Ca2+, y canales de Ca2+ dependientes de potencial de membrana. a) Señale y describa cada uno de los tipos de transporte (transportadores) mencionados. b) ¿Qué alteraciones iónicas se producirán en los cardiomiocitos por la falta de ATP? Explique. c) ¿Qué sucedería si estos cardiomiocitos fueran incubados en una solución con oubaína? ¿Y si se incuban en presencia de cianuro? d) Como consecuencia del infarto, ¿en qué condición quedarán los cardiomiocitos (contraídos, relajados, sin cambio)? Explique. 2.- ¿Cuál de las siguientes figuras representaría la adición de 2 litros de una solución 3% de NaCl al compartimento extracelular? Explique.

3.- En la figura se muestra una neurona que está siendo estimulada con un estímulo a través del electrodo de estimulación. A lo largo del axón se han colocado electrodos de registro (Vo a V4) con la finalidad de monitorear los cambios que se producen en el potencial de membrana de la célula, cada vez que se da un estímulo.

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a) Si la intensidad del estímulo es subumbral ¿qué sucederá con el potencial de membrana desde el primer al último electrodo de registro? b) Si la intensidad del estímulo es umbral y se genera un potencial de acción ¿qué sucederá con el potencial de membrana desde el primer al último electrodo de registro? c) Se aplica un estímulo de intensidad umbral, generando un potencial de acción. Con un intervalo de tiempo de 1 mseg se da un segundo estímulo de intensidad umbral y no se produce potencial de acción. i. ¿Por qué no se generó un potencial de acción con el segundo estímulo? ii. Si el segundo estímulo se aplica entre los milisegundos 2 y 3 ¿qué intensidad debiese tener el segundo estímulo para que genere un potencial de acción? ¿Cómo se denomina este período? iii. Discuta las bases iónicas en las que se fundamentan estos fenómenos; considere los distintos estados conformacionales de los canales de sodio dependientes de potencial de membrana (modulados o dependientes de voltaje) 4.- Sabrina va junto a un grupo de amigos a un restaurante japonés. Todos optan por comer sushi menos ella que decide comer sashimi. Cuando terminaron de comer, mientras conversaban en la sobremesa, Sabrina comienza a sentir insensibilidad ligera de los labios y la lengua. Uno minutos después siente parestesia (sensación de hormigueo) en la cara y en las extremidades. Los amigos se dan cuenta de la situación y deciden llamar una ambulancia. Cuando los paramédicos llegan, Sabrina siente un aumento en su parálisis que le impide moverse. Rápidamente, el médico a cargo pregunta que ha ingerido, y los responsables del restaurante le indican que un plato en base a pez globo. Inmediatamente la trasladan a un centro asistencial. Conociendo que el pez globo puede producir una toxina denominada tetrodotoxina (TTX) que bloquea los canales de sodio dependientes de potencial de membrana, explique los síntomas observados en Sabrina.

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5.- Caso clínico: El Yin y el Yan de la Fisiología de membrana.

Adaptación – Traducción: Dra. Silvina Gayol, Depto. De Ciencias Biológicas, Facultad de Ciencias de la Vida, Universidad Andrés Bello (Chile). Eliana ha vuelto de un viaje de seis meses en el Congo, África. Ha estado viajando 8 horas en avión y dos en auto, antes de llegar a su hogar. Luego de saludar a su familia, decide tomar una ducha antes de comenzar a contarle a su madre sobre su experiencia. Pero luego del baño, y cuando su madre la llama para comer algo, Eliana comienza a sentir mareos y nauseas, y mucho frío. Su madre coloca su mano sobre su frente y nota que está muy caliente. Inmediatamente, Eliana comienza a vomitar. Justo en ese momento entra a la casa Nico, el hermano de Eliana, que a su vez es enfermero. Le pregunta a su hermana si ha consumido algo extraño, pero ella solo ha comido una ensalada y la comida del avión. En ese momento, Nico recuerda que en el último llamado desde el Congo, su hermana le había comentado que se había quedado sin su medicación para su problema cardíaco. Eliana había sentido que comenzaba a tener problemas nuevamente con su problema de fibrilación auricular. Por esa razón, fue a visitar a un médico en el Congo, quien le recetó un remedio en base a hierbas locales. Ella había tomado unas gotas cuando salían de África, otras al momento de despegar de su escala de Madrid y luego otras antes de aterrizar en casa. Nico le pidió la botella del remedio. Luego comenzó a temblar sin control. Ahí decidieron llevarla a una clínica. El médico examinó a Eliana, hizo algunas preguntas y luego entró una enfermera para tomar sangre. Los análisis dieron los siguientes resultados SIGNOS VITALES

ELIANA

NORMAL

PRESIÓN SANGUÍNEA PULSO TEMPERATURA

126/84 (Hipertensión) 105 lat/min (Taquicardia) 37.1 °C

90-120/60-80 60-100 lat/min 37°C

MEDIDAS CONTEO GLÓBULOS BLANCOS SODIO (mM)

ELIANA 7.800 células/mm3 142

NORMAL 4.500-10.500 células/mm3 135-145

POTASIO (mM)

6,2

3,5-5,2

a) ¿Observa alguna alteración en los análisis de Eliana? Explique

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b) Utilice la ecuación de Nernst para calcular el potencial de equilibrio para el potasio con valores en el rango normal y en Eliana. Asuma que la concentración intracelular de potasio es de 150 mM en Eliana y en pacientes normales.

c) Si el potencial de membrana en reposo exhibe el mismo cambio que el potencial de equilibrio para el potasio, prediga cómo el desequilibrio de iones de Eliana afectará el potencial de membrana en reposo de una célula. ¿El potencial de membrana en reposo de Eliana sería un potencial hiperpolarizado o despolarizado? d) Haga un gráfico (potencial de membrana en reposo en milivoltios (mV) frente a tiempo). i. Dibuje una línea horizontal para representar el potencial de membrana en reposo de un paciente normal; etiquete esta línea como Erest. ii. Dibuje una segunda línea horizontal unos 15 mV más despolarizados con respecto a Erest para representar el potencial de membrana umbral para la producción potencial de acción; etiquetar esta línea Eumbral. iii. Ahora dibuje una tercera línea horizontal en un color diferente para mostrar el potencial de membrana en reposo de Eliana (pregunta c); etiqueta esta línea EEliana. La ubicación de esta línea es una aproximación, pero debe mostrar si potencial de membrana en reposo de Eliana se hiperpolariza o despolariza con respecto al potencial de reposo normal. e) Et representa el potencial de membrana umbral para la producción de un potencial de acción y es de aproximadamente 15 mV más despolarizado que Erest. Si el valor de Et en Eliana es numéricamente idéntico al de un paciente normal, ¿qué sería el efecto del cambio de Eliana en el potencial de membrana en reposo en la cantidad de despolarización requerida para producir un potencial de acción? f) ¿Puede este cambio (la diferencia entre el potencial de membrana en reposo y el umbral) explicar cualquiera de los síntomas de Eliana? Si es así, indique cuáles y explique por qué. El laboratorio de la clínica testeó la medicina en base a hierbas locales, entregada a Eliana por el médico africano. Descubrieron que el medicamento era Digoxina, el cual es un extracto de plantas tipo Digitalis purpurea. Es un medicamento barato y de mayor disponibilidad en lugares como África. El médico sospecha que Eliana ha tenido una sobredosis. g) Investigue cuál es el efecto de la digoxina en el ser humano. h) Explique como la digoxina ha causado la variación en los niveles de K + plasmático en Eliana. i) En base a la acción de la digoxina sobre las células, explique por qué Eliana sufre de taquicardia e hipertensión.

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SEMINARIO 2: TRANSMISIÓN SINÁPTICA Y NEUROMUSCULAR.

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1.- Caso clínico: Todo o nada: un caso de estudio de la contracción muscular.

Adaptación – Traducción: Dra. Silvina Gayol, Depto. De Ciencias Biológicas, Facultad de Ciencias de la Vida, Universidad Andrés Bello (Chile). Usted es un interno que trabaja con el Dr. Wayne, que es un especialista en raros trastornos neuromusculares y musculoesqueléticos. Usted ha estado trabajando con el Dr. Wayne durante el último año y, debido a esto, ha adquirido una gran cantidad de conocimiento sobre el cuerpo humano y la fisiología muscular. La semana pasada tuvo que entregar una tarea comparando y contrastando enfermedades de la unión neuromuscular. Aprendió todo sobre varios problemas, incluida la miastenia gravis, sarín, curare, botulismo y síndrome de Eaton-Lambert. Hoy, un grupo de estudiantes viene de gira y el Dr. Wayne le ha pedido que prepare alguna información sobre músculos. Específicamente, el Dr. Wayne le ha pedido que hable sobre la unión neuromuscular (UNM), contracción del músculo esquelético, y explique algunos de los problemas que pueden ocurrir en el señalamiento entre neuronas y los músculos. a) Use el banco de palabras para hacer coincidir la letra apropiada con las definiciones/ descripciones de los enunciados. a) Sodio i) Vesículas sinápticas b) Receptor nicotínico para acetilcolina (nACh) j) Túbulo T c)Miosina k) Retículo sarcoplasmático d) Actina l) Receptor de dihidropiridina (DHP) e) Acetilcolina (ACh) m) Receptor de rianodina f) Despolarización n) Terminal sináptico g) Placa motora o) Sarcolema h) Acetilcolinesterasa (AChE) p) Sarcómero

1) ACTINA La proteína contráctil implicada en la formación de puente cruzado, viene en formas insoluble (filamentosa) o soluble (globular).

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2)

VESICULAS SINAPTICA Almacena los neurotransmisores, y siguiendo una señal activada por Ca 2+, descarga los neurotransmisores en el espacio sináptico.

3) TERMINAL SINAPTICO La estructura al final del axón que contiene vesículas con neurotransmisores. 4) SARCOMERO La unidad funcional de la fibra muscular que incluye la banda A, la banda I, la zona H y la línea M. 5) SODIO Es el ion que difunde a favor de su gradiente electroquímico utilizando los receptores nicotínicos para producir despolarización en la placa motora 6) RECEPTOR DE RIANODINA Se ubica en la membrana del retículo sarcoplasmático, y una vez abierto, permite el flujo de calcio desde el retículo hacia el sarcoplasma. 7) MIOSINA La proteína contráctil filamentosa gruesa involucrada en la formación de puentes cruzados, compuesta por una cabeza, cuello y cola. 8) ACETILCOLINA Un neurotransmisor derivado de colina; responsable de enviar la señal excitadora en el Unión neuromuscular. 9) TUBULO T Estas invaginaciones permiten que la despolarización de la membrana muscular penetre rápidamente desde el sarcolema hacia las miofibrillas. 10) PLACA MOTORA Formación terminal grande y compleja mediante la cual un axón de una neurona motora establece contacto sináptico con una fibra del músculo esquelético. 11) SARCOLEMA La membrana plasmática de una fibra muscular. 12) ACETILCOLINESTERAZA AChE enzima responsable de detener la señal de ACh. Funciona al metabolizar ACh en colina, que es reciclado, y acetato. 13) RECEPTOR NICOTINICO PARA ACETILCOLINA Es un canal catiónico dependiente de ligando cuya apertura depende de la unión de un ligando específico. 14) RECEPTOR DE DIHIDROPIRIDINA Un canal de calcio tipo L en la membrana de la célula muscular, activado tras la despolarización, acoplando la señal de despolarización a la liberación de calcio desde el retículo sarcoplasmático. 15) DESPOLARIZACION Un cambio eléctrico que hace que la carga relativa del interior de la célula sea más positiva; necesario para transmisión de impulsos eléctricos dentro de una célula, o de una célula a otra.

16) RETICOLO SARCOPLASMATICO Retículo endoplásmico modificado, almacena y libera calcio.

b) Realice un diagrama/dibujo en el cual pueda incorporar todos los conceptos presentes

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en el recuadro. 1) Onda de despolarización

2) 3) 4) 5) 6)

Entrada de iones de calcio, a través de canales de calcio Liberación de las moléculas de neurotransmisor acetilcolina ACh que se encuentra en las vesículas Unión del neurotransmisor a los receptores de la fibra muscular El receptor cambia su conformación y permite la entrada de Na+ Se abren los canales para la entrada de Na+ , lo que permite la entrada masiva trasmitiéndose la despolarización por el sarcolema 7) La acetilcolina va a ser degradada por la enzima para dar colina y acetato la colina es receptada por el botón presináptico 8) la onda de despolarización que se extiende por el sarcolema, permite la liberación de los iones de calcio desde el retículo sarcoplasmático 9) los iones de calcio inducen la contracción muscular haciendo que las fibras de actina se deslicen sobre la miosina

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c) Teniendo en cuenta la teoría de puentes cruzados, explique el proceso de acortamiento del sarcómero. Comience desde el punto donde el calcio interactuaría con la troponina. Asegúrese de analizar los roles de la actina, la miosina y el ATP. En base a su explicación del proceso, ¿Cómo explicaría usted el rigor mortis que se observa en los cadáveres?

RIGOR MORTIS: las células cuando se mueren no producen mas ATP por lo que ya no funcionan las bombas, entre ellas la de Calcio por lo que esta queda en el citoplasma, por lo que todo el mecanismo de contracción queda activo por parte necesita de ATP para desenganchar la cabeza de la miosina produciendo que los músculos queden contraídos.

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Después de que el grupo de la escuela termina su gira, el Dr. Wayne atiende a dos pacientes. Paciente 1: Jeff es un bioquímico que trabaja para un laboratorio con fines para generar armas biológicas. Actualmente está trabajando en un proyecto para desarrollar una nueva neurotoxina y está usando sarín como sustancia modelo. De repente, mientras trabajaba, las alarmas del laboratorio se disparan y Jeff golpea accidentalmente un frasco de sarín y un poco del líquido salpica su brazo entre sus guantes y bata de laboratorio. De repente comienza a sentirse mareado, su corazón comienza a latir más fuerte que nunca y tiene dificultad para respirar. El siente increíblemente lento e intenta llegar a la salida. Cuando se acerca a la puerta del laboratorio, sus músculos se contraen y cae y golpea su cabeza, dejándolo inconsciente. Su colega del otro lado del pasillo lo ve caer y pide ayuda. Jeff recibe oxígeno y lo llevan al hospital cercano, que tiene un especialista neuromuscular. El sonido de la alarma resultó haber sido solo una prueba de rutina de un nuevo sistema. Jeff ingresa en el hospital y el Dr. Wayne lo examina. Jeff está inconsciente, pero parece estar experimentando algo de parálisis, entonces el Dr. Wayne ordena análisis de sangre. Los resultados se enumeran a continuación.

RESULTADOS JEFF TEST

RESULTADO

RANGO NORMAL

PRESIÓN SANGUÍNEA HEMATOCRITO (%) GLUCOSA (mg/dl) SODIO (mmol/L)

105/65 37.5 88 139

90-120/60-80 36-38 70-110 135-145

POTASIO (mmol/L) TEST DE ACTIVIDAD DE AChE (%) ANTICUERPOS CONTRA RECEPTORES DE ACh

3.8 44 No Presente

3.5-5 100 No Presente

d) ¿Cuál de los resultados de Jeff están anormales? Los datos anormales son el test de actividad de AChE. e) ¿Cuál es el mecanismo de acción del sarín? ¿Qué consecuencias fisiológicas tendría un paciente expuesto a sarín? En mecanismo de acción del sarin es

f) ¿Cuál es el papel de AChE en el UNM? Responsable de detener la señal de acetilcolina g) ¿Cómo se afectarían las cantidades de Na + que entran en la célula muscular ante la exposición al sarín? Explicar por qué.

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Paciente 2: Una maestra de preescolar de 25 años, Sandy, no se ha sentido bien últimamente. Ella se ha estado sintiendo bastante cansada y sus compañeros de trabajo han comentado sobre sus párpados caídos. Además, ella está experimentando debilidad en sus brazos y piernas, tiene dificultades para hablar con claridad e incluso a los padres de sus alumnos les preocupa que Sandy no parece muy feliz en el trabajo. Un día en el almuerzo, Sandy comenzó a ahogarse con su comida, causando que uno de sus compañeros de trabajo realizara la maniobra de Heimlich sobre ella. Si bien el susto no causó ningún daño permanente, convenció a Sandy de ir al médico. Cuando finalmente llega a su cita con el Dr. Wayne, le explica lo que ha estado sucediendo, y el médico decide realizar algunos análisis de sangre. Los resultados del análisis de sangre de Sandy se presentan a continuación. RESULTADOS SANDY TEST PRESIÓN SANGUÍNEA

RESULTADO 115/73

RANGO NORMAL 90-120/60-80

HEMATOCRITO (%) GLUCOSA (mg/dl) SODIO (mmol/L)

36.5 94 144

36-38 70-110 135-145

POTASIO (mmol/L) TEST DE ACTIVIDAD DE AChE (%) ANTICUERPOS CONTRA RECEPTORES DE ACh

4.3 100 Presente

3.5-5 100 No Presente

a) ¿Cuál de los resultados de Sandy están anormales? Sandy tiene anormal los anticuerpos contra receptores de ACh b) ¿Cómo afectarían los anticuerpos contra los receptores ACh a la unión neuromuscular? Afectarían a la comunicación entre las fibras nerviosas y músculos, produciendo la fatiga muscular al unirse a los receptores de acetilcolina y evitar su activación. c) ¿Qué trastorno tiene Sandy? ¿Cómo tratamos este diagnóstico?  El trastorno que tiene Sandy es MIASTENIA GRAVIS la cual es una enfermedad autoinmune de carácter neuromuscular que se caracteriza por debilidad de los músculos esqueléticos.  El tratamiento consiste en esteroides, medicamentos y cirugía d) ¿Cómo se vería afectado la corriente de Na+ hacia el interior de la fibra Muscular, frente a la presencia de anticuerpos contra el AChR? Los anticuerpos contra AChR evitan la unión del neurotransmisor ACETILCOLINA con su receptor, impidiendo que este cambie su conformación y permita la entrada de Na+, produciendo que no ocurra de despolarización en el sarcolema.

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e) Usando la tabla a continuación, compare los problemas de contracción muscular que enfrentan Jeff y Sandy con una persona normal. Use normal, aumentado, disminuido para completar la tabla.

Liberación de ACh Persona normal Jeff

Sandy

Actividad de AChE

Activación de nAChR

Influjo de Na+ en la placa motora

Liberación de Ca2+ desde RS

Formación de puentes cruzados

Frecuencia de contracción muscular

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SEMINARIO 3: DOLOR Y FUNCIONES CEREBRALES SUPERIORES. 1.- Un hombre de 57 años va a consultar a su médico pues presenta debilidad desde hace 3 meses en su brazo derecho. El médico decide internarlo pues desde hace 2 días experimentó hemiparesia derecha progresiva, junto con déficit contralateral en sensación de dolor y temperatura por debajo de T2. Él indica no haber tenido algún trauma reciente. Tras un examen físico, demostró movilidad reducida del cuello. El poder muscular fue medido, y la evaluación neurológica reveló debilidad motora en el brazo derecho y miembro inferior. También presenta una reducción en la sensación de dolor y temperatura por debajo a T2 en el lado izquierdo. Según los datos presentados identifique que tipo de lesión tiene el paciente y que vías sensoriales y/o motoras podrían estar dañadas y a qué nivel. 2.- Matías estaba jugando a las escondidas con su hermano menor y decide ocultarse debajo del sillón del...