Transmisión sináptica y músculo esquelético PDF

Preview

Summary

Instituto Politécnico Nacional Escuela Nacional de Ciencias Biológicas Químico Farmacéutico Industrial Laboratorio de Fisiología Celular Práctica 8. Transmisión sináptica y músculo esquelético Grupo: 4FM2 Equipo: 6 Integrantes: Garduño Quintanar Jorge Daniel Luz Martínez Jazmín Monroy Matías Fernand...

Description

Instituto Politécnico Nacional Escuela Nacional de Ciencias Biológicas Químico Farmacéutico Industrial Laboratorio de Fisiología Celular

Práctica 8. Transmisión sináptica y músculo esquelético

Grupo: 4FM2 Equipo: 6 Integrantes: Garduño Quintanar Jorge Daniel Luz Martínez Jazmín Monroy Matías Fernando Aarón

Profesoras: Ana Lilia Gutiérrez Lozano Elizabeth Guarneros Bañuelos Sonia Guzmán Velázquez

Fecha de entrega: 23 de mayo del 2019 INTRODUCCIÓN Transmisión sináptica

La transmisión sináptica se puede definir como la forma de comunicarse o el paso de información a través de 2 células excitables, dichas células pueden ser una neurona, músculo esquelético, músculo liso o músculo cardíaco; anatómicamente se da por medio de la sinapsis (unión funcional entre 2 células excitables), la cual la componen principalmente una célula presináptica, una postsináptica y la hendidura sináptica (Figura 1). Dichas uniones entre células pueden ser del tipo: ● Neurona-Neurona ● Neurona-M. esquelético ● Neurona-M. liso ● Neurona-M. cardíaco ● M. cardíaco-M. cardiaco ● M. liso-M. liso

Figura 1. Partes fundamentales de la sinapsis Por otra parte, la sinapsis se puede clasificar principalmente en 2 tipos: 1. Sinapsis eléctrica: en dicho tipo de sinapsis la comunicación es rápida ya que está dada por PA que viajan de una célula a otra, ya sea de la célula a presináptica a la postsináptica o viceversa, dichos PA viajan a través de canales o uniones de baja resistencia conocidos mejor como GAP junctions, los cuales están compuestos conexinas que se encuentran “ancladas” en las membranas de ambas células. Por su parte este tipo de sinapsis se divide en dos tipos: ● ●

Rectificante No rectificante En donde la de tipo rectificante se le conoce por ser selectiva al paso del estímulo y por otra parte la de tipo no rectificante, permite el paso a cualquier tipo de estímulo.

2. Sinapsis Química: en dicho tipo de sinapsis la comunicación es más lenta debido a que el tamaño de la hendidura es más grande, así como el proceso complejo de la liberación del neurotransmisor encargado de dar la señal, en este tipo de sinapsis se compone de una célula presináptica que posee una zona activa en donde se encuentran canales de calcio encargados de liberar al neurotransmisor (señal) de las vesículas encargadas de su almacén y su liberación hacia la hendidura y la célula postsináptica, que cuenta con receptores afines a dicho neurotransmisor. Permitiendo así el paso de la información (Figura 2).

Figura 2. Clasificación de transmisión sináptica La sinapsis química, dentro del ámbito del estudio es la más estudiada debido a su localización dentro del sistema nervioso central y en la unión neuromuscular; así como a la gran cantidad de neurotransmisores encontrados y estudiados dentro de la actualidad. Un neurotransmisor (NT) es una sustancia química liberada selectivamente de una terminación nerviosa por la acción de un Potencial de Acción (PA), que interacciona con un receptor específico en una estructura adyacente y que, si se recibe en cantidad suficiente, produce una determinada respuesta fisiológica. Dentro de esta respuestas fisiológicas se clasifican de dos tipos, ya sea si la respuesta es excitadora o inhibidora. Dentro de los neurotransmisores más importantes se encuentran: • Glutamato (Glu) principal NT excitatorio. • Acido gamma-aminobutirico (GABA) principal NT inhibitorio • Acetilcolina (Ach) • Noradrenalina. • Dopamina. • Serotonina. • Adrenalina. • Glicina. • Encefalinas. • Endorfinas. Para el caso de ACh (sinapsis colinérgica) se le conoce también por ser una sinapsis química de tipo rápida hallada principalmente en las uniones neuromusculares, es decir sinapsis entre una neurona(α-motoneurona) y una fibra muscular, denominada como sinapsis de placa motora. En este tipo de sinapsis se produce ACh para generar potenciales de placa motora o terminal(PPM o PPT) en las fibras musculares, aumentando las cantidades citosólicas de Ca 2+ y así lograr las contracciones del músculo (Figura 3).

Por otra parte, existen sustancias químicas que inhiben la contracción de los músculos, conocidos como antagonistas neuromusculares, al interferir con el funcionamiento entre la neurona y el músculo mismo. Este bloqueo a nivel de la sinapsis neuromuscular, dos ejemplos de antagonistas neuromusculares son la d-tubocurarina y la fisostigmina. La dtubocurarina es un alcaloide de gran tamaño y peso molecular, conocido como antagonista competitivo de la Ach, encontrado en la planta Chondodendron tomentosum, conocida por los Indígenas del amazonas como una sustancia para cazar. Dentro de la medicina era usado como bloqueador neuromuscular en cirugías a mediados del siglo XX. La fisostigmina es un alcaloide extraído de la planta llamada haba de calabar usado anteriormente para tratar el glaucoma, conocido por inhibir a la enzima acetilcolinesterasa. Músculo El músculo se clasifica desde su punto de vista morfológico como funcional, dividido en músculo liso y músculo estriado; a su vez el músculo estriado puede subdividirse en músculo esquelético y músculo cardíaco, sin embargo, su mecanismo por el cual se contraen es idéntico. Los músculos pueden mover partes del cuerpo debido a que cada músculo está unido a un hueso o alguna otra estructura; a su vez se encuentra anclado a cada extremo por una resistente banda de tejido conjuntivo llamada tendón. Cada músculo está constituido por fibras musculares cilíndricas y multinucleadas, que están organizadas en paralelo unas con respecto a las otras. Cada fibra muscular está constituida por numerosas subunidades paralelas denominadas miofibrillas, las cuales consisten en unidades repetidas longitudinalmente llamadas sarcómeros; que son la unidad funcional y anatómica del músculo estriado. Las fibras musculares se clasifican en 2 grandes tipos de fibras, 1 y 2(a y b), dicha clasificación se debe principalmente a su velocidad de contracción y su resistencia a la fatiga (tabla 1), morfológicamente se distinguen fácilmente por la cantidad de mioglobina que poseen, siendo las de tipo 1 las que poseen un color rojizo, las 2a poseen un color rosado y las 2b poseen un color blanco. Al momento de la contracción, las fibras musculares se empiezan a “reclutar” por el “principio del tamaño”, en donde se inician reclutando a las fibras más pequeñas (tipo 1), después a las fibras medianas (tipo 2a) y por último a las más grandes (tipo 2b) y por el contrario se fatigan primero las tipo 2b y por último las tipo 1; por lo tanto, las de tipo 1 son las que más resisten y con esto necesitan de menor energía, mientras que las 2b se usan principalmente para esfuerzos de corta duración pero se necesite mucha fuerza (energía).

Tabla 1. Clasificación de las fibras musculares Dicho esto, las contracciones se basan principalmente en dos elementos indispensables, la presencia de Ca2+ y ATP, los iones Ca2+ como se sabe se libera gracias a la sinapsis de placa motora; sin embargo el ATP así como es esencial para activar el principio de puentes cruzados se necesita para disminuir la concentración del Ca 2+ y por lo tanto relajarlo, así que se tiene que tener fuentes primordiales de almacén y producción de ATP. En músculo esquelético el glucógeno y la glucosa se encuentran almacenados así como su entrada por torrente sanguíneo, sin embargo si se necesita de más energía para realizar la contracción existen diferentes metabolismos energéticos, los principales son el almacén de creatina fosfato que reacciona con ADP para formar ATP, este se encuentra como reserva en la célula gracias a la acción de la creatina cinasa. Así como existe la contracción de los músculos, estos llegan a fatigarse es decir se llega un punto donde estos no son capaces de generar esos golpes de fuerza para llevar a cabo la contracción; la fatiga se puede llevar a cabo en la α-motoneurona o en el músculo. En el segundo se ha concluido que se lleva a cabo por la salida de K +, acumulación de Pi, acumulación de ácido láctico, etc. OBJETIVOS ● Observar el efecto de la fisostigmina sin estímulo en la transmisión sináptica por medio de la fuerza de contracción. ● Determinar el efecto de la administración de acetilcolina exógena sin estímulo por medio de la fuerza de contracción en gastrocnemio de rana. ● Observar el efecto de la acetilcolina endógena (generada por estímulo) a través de la fuerza de contracción registrada. ● Evaluar el efecto de la d-tubocurarina a diferentes concentraciones en la transmisión sináptica mediante la fuerza de contracción. ● Determinar el efecto de la acetilcolina exógena junto con la d-tubocurarina mediante el registro de la fuerza de contracción.

● Determinar el efecto del aumento en la intensidad del estímulo en preparación ciáticogastrocnemio.

● Observar el efecto en la disminución del tiempo inter estímulo con estímulos subumbrales sobre la fuerza de contracción en preparación ciático.gastrocnemio. ● Determinar el efecto de una suma temporal en músculo gastrocnemio. ● Observar el efecto de la oxigenación sobre la frecuencia de contracción en ME de humano. FUNDAMENTO Transmisión sináptica Para el desarrollo de la práctica, se utilizó la preparación ciático-gastrocnemio de rata toro debido a que, en el nervio ciático viajan las alfa neuronas, a su vez el músculo nos sirve como un indicador muy conveniente del nervio ciático este músculo, lo consideraremos como la célula postsináptica, además señalar que utilizamos solución de Ringer para poder mantener las condiciones fisiológicas. Para evitar cualquier error en los resultados se trató de evitar que el nervio tocará objetos metálicos Posteriormente se obtuvo un registro basal con el objetivo de tener un punto de referencia para poder analizar nuestros datos obtenidos También administramos fisostigmina el cual es un alcaloide obtenido de la semilla de planta conocida como haba de calamar, esta fisostigmina impidió que la acetilcolinesterasa eliminará la acetilcolina incrementando así la vida media de este neurotransmisor en sus receptores por lo que actúa como antagonista Además, la fisostigmina la utilizamos para evidenciar la liberación cuántica de la acetilcolina, es decir que se esperaría que la acetilcolina se libera de manera espontánea sin que la alfa motoneurona pueda generar un potencial de acción y al estar inhibida la acetilcolinesterasa se generaría una suma temporal de los potenciales mínimos por lo que se esperaría ver algunos potenciales sin que hayamos estimulado. Posteriormente administramos acetilcolina exógena, con el objetivo de aumentar el número de contracciones en el músculo, pero esto se analizar a detalle en la discusión en base a los resultados obtenidos. Por último, este se realizó un registro basal de 30 segundos a 2 Hz y después se detuvo la estimulación y se administró de tubocurarina de la más baja concentración con el fin de ver la disminución de la contractibilidad del músculo a diferentes concentraciones de tubocurarina debido a que la tubocurarina tiene actividad agonista porque no tiene efecto despolarizante en la placa motora Entonces la tubocurarina compite con los receptores nicotínicos musculares por la acetilcolina por la zona del receptor en la placa mioneural terminal, pero son incapaces de producir la despolarización característica del neuroefector natural Además, que cuando evaluamos la tubocurarina se tuvo que dar estímulo eléctrico porque para evaluar el efecto del antagonista debe estar presente el agonista

Músculo esquelético Para el desarrollo de la práctica, se utilizó la preparación ciático-gastrocnemio de rata toro debido a que, en el nervio ciático viajan las alfa neuronas,además que el nervio ciático lo utilizamos para que inerva al músculo por lo que el músculo nos sirve como un indicador muy conveniente del nervio ciático este músculo, lo consideraremos como la célula postsináptica. También considerar que la rato toro fue decapitada para que la rata toro no sienta ,pero además fue desmedulada para quitar reflejos y observar las respuestas que sólo nosotros estemos estimulando De modo que también utilizamos la preparación in situ para que esta preparación dure más tiempo es decir que la rana tenga mayor circulación de sangre además señalar que utilizamos solución de Ringer para poder mantener las condiciones fisiológicas. Para evitar cualquier error en los resultados se trató de evitar que el nervio tocará objetos metálicos Posteriormente se obtuvo un registro basal con el objetivo de tener un punto de referencia para poder analizar nuestros datos obtenidos También administramos fisostigmina el cual es un alcaloide obtenido de la semilla de planta conocida como haba de calamar, esta fisostigmina impidió que la acetilcolinesterasa eliminará la acetilcolina incrementando así la vida media de este neurotransmisor en sus receptores por lo que actúa como antagonista Además, la fisostigmina la utilizamos para evidenciar la liberación cuántica de la acetilcolina, es decir que se esperaría que la acetilcolina se libera de manera espontánea sin que la alfa motoneurona pueda generar un potencial de acción y al estar inhibida la acetilcolinesterasa se generaría una suma temporal de los potenciales mínimos por lo que se esperaría ver algunos potenciales sin que hayamos estimulado. Posteriormente administramos acetilcolina exógena, con el objetivo de aumentar el número de contracciones en el músculo, pero esto se analizar a detalle en la discusión en base a los resultados obtenidos. Por último, este se realizó un registro basal de 30 segundos a 2 Hz y después se detuvo la estimulación y se administró de tubocurarina de la más baja concentración con el fin de ver la disminución de la contractibilidad del músculo a diferentes concentraciones de tubocurarina debido a que la tubocurarina tiene actividad agonista porque no tiene efecto despolarizante en la placa motora Entonces la tubocurarina compite con los receptores nicotínicos musculares por la acetilcolina por la zona del receptor en la placa mioneural terminal, pero son incapaces de producir la despolarización característica del neuroefector natural

Además, que cuando evaluamos la tubocurarina se tuvo que dar estímulo eléctrico porque para evaluar el efecto del antagonista debe estar presente el agonista Para el desarrollo de la práctica de músculo esquelético al igual que en la práctica de transmisión sináptica determinamos el umbral. Para poder explicar el fundamento de esta práctica podríamos decir que el músculo esquelético es neurogénico y por eso le tenemos que dar estímulo en el nervio ciático Asimismo hicimos variar la intensidad del estímulo para poder efectuar el reclutamiento de unidades motoras que nos sirvió para incrementar la fuerza de contracción es decir que el músculo esquelético es binomio También variamos la intensidad del estímulo para poder efectuar el reclutamiento de unidades motoras que nos sirvió para incrementar la fuerza de contracción Después aplicamos estímulos cuyos valores se encontraban por debajo del valor umbral estos estímulos era una baja frecuencia por lo que posteriormente se fue incrementando gradualmente la frecuencia con el fin de obtener la frecuencia de estimulación para producir una sacudida simple. Seguido de una variación del tiempo inter estímulo esto para poder evidenciar la suma temporal que ocurre en el nervio ciático. Por último hicimos una estimulación continua para darnos a conocer el tipo de fibra de qué está compuesto el músculo gastrocnemio Asimismo durante la tercera parte de la práctica de músculo esquelético un miembro del equipo presionó lo más rápido posible y repetidas veces una perilla de hule con las manos esto fue para ver la importancia de los insumos que permiten producir energía.

METODOLOGÍA Transmisión sináptica

Calibración del programa Biopac para obtener datos de fuerza de contracción

Sacrificio de una rana y disección para la preparación ciáticogastrocnemio de rana

Registro de contracciones con estimulación eléctrica y descanso de 15 minutos al músculo.

Colocación de los electrodos de estimulación en el nervio ciático y conectar al transductor de fuerza

Administración de fisostigmina sin estimulación eléctrica, registrar y administrar ACh exógena, registrar.

Administración de dtubocurarina en orden creciente de concentración estimulando con una frecuencia de 2Hz en todo momento. Registrar.

Estimular con la misma magnitud y duración, registrar contracciones y medir fuerza de contracción.

Inyectar ACh exógena sin dejar de estimular y registrar, medir fuerza de contracción y graficar % de fuerza contra logaritmo de la d-tubocurarina.

Músculo esquelético

Por medio de estímulos eléctricos buscar el valor umbral para lograr una contracción

Por medio de distintos estímulos supraumbrales encontrar el estímulo que produzca la contracción con mayor

Aplicar estímulos supraumbrales con una frecuencia baja, observar la t t iza ió

Aplicar estímulos subumbrales y modificar el tiempo interestímulo hasta lograr una sacudida

Fatiga muscular en rana Aplicar estímulos supraumbrales a 1 hz por minutos hasta observar una disminución significativa en la fuerza

Fatiga muscular en humano. Un miembro del equipo presionará lo más rápido posible una perilla de hule, contará el número de repeticiones

Dejar descansar 15 minutos y repetir el proceso pero ahora con el brazo ligado.

Repetir el experimento con otro miembro del equipo, pero ahora empezará con el brazo ligado y seguirá 15 minutos después con el brazo sin ligar

RESULTADOS Transmisión sináptica Fisostigmina Figura 4. Registros de la fuerza de contracción con la administración de fisostigmina y acetilcolina exógena, se observa que, al no aplicar estímulo, la fuerza de contracción disminuye considerablemente.

Fuerza:22.97gra mos

Fuerza:3.21gram Fuerza:4.94gram Fuerza:17.69gra mos os os

BASAL Estímulo Voltaje: 0.8V Duración: 0.2ms

Fisostigmina S/E

ACh exógena S/E

D-tubocurarina ACh exógena Figura 5. Fuerza de contracción registrada al administrar d-tubocurarina y acetilcolina endógena donde disminuye gradualmente al aumentar la concentración de d-tubocurarina y un ligero Estímulo aumento en la administración de acetilcolina exógena, con una frecuencia de Voltaje: estímulo de 0.8V 2 Hz.

Duración: 0.2ms

Fuerza:11.99gra Fuerza:16.53gra Fuerza:9.94gram Fuerza:10.61gra mos mos mos os dddFuerza:13.02gra Fuerza:10.69gra Fuerza:8.56gram tubocurarina tubocurarina tubocurarina mos mos os 100µg/mL 20µg/mL 2µg/mL 51.78% 64.67% 78.76%

ACh exógena BASAL d64.18% Estímulo tubocurarina Voltaje: 0.8V 10µg/mL 50µg/mL Duración: 72.53% 60.13% 0.2ms

Figura 6. Relación del porcentaje de fuerza de contracción con respecto al logaritmo de la concentración de d-tubocurarina, ajustando el modelo a una sigmoide. Se observa una disminución del porcentaje de fuerza a medida que aumenta la concentración de dtubocurarina. Músculo esquelético Umbral y relación voltaje del estímulo-fuerza de contracción Figura 7. Sacudidas simples

Figura 8.

Suma de contracciones y tétanos

Fatiga muscular en rana

DISCUSIÓN Transmisión sináptica Primeramente, la comprobación de la transmisión sináptica fue realizada indirectamente a través de la cuantificación de contracciones en gastrocnemio de rana. La transmisión sináptica en la rana es gracias a la sinapsis que ocurre en la unión neuromuscular entre la célula presináptica y las fibras musculares del gastrocnemio. La liberación del neurotransmisor acetilcolina es indispensable para llevarse a cabo el acople excitación-contracción debido a que la acetilcolina se acopla a los receptores Nicotínicos de tipo M, realizando un cambio conformacional que abre los canales y permite la salida de potasio y entrada de sodio en su mayoría (por la fuerza electromotriz), efectuando un Potencial de Placa Terminal que tendrá el voltaje necesario para genera un potencial de acción y llegar a l...