Practica 1 y 2.

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Práctica 1 “Líquidos y electrólitos” Objetivos 1. Identificar la importancia en clínica del proceso de la ósmosis. 2. Definir tonicidad y los efectos de los diferentes tipos de soluciones sobre la distribución de agua en la célula. 3. Analizar el efecto de los cambios en la concentración de soluto y agua en la osmolaridad y distribución de los líquidos corporales.

4. Reconocer la importancia del ion sodio en el establecimiento de la tonicidad extracelular para sí deducir los diferentes trastornos en los cambios de su concentración.

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Marco teórico El ser humano es un sistema abierto, lo que significa que está en constante interacción con el entorno, intercambiando materia, energía e información. Además, los órganos, tejidos y células del cuerpo humano funcionan de manera sistémica, es decir para que funcionen adecuadamente dependen del funcionamiento de los otros y si funcionan mal o no funcionan, afectan el funcionamiento del resto del cuerpo humano. Las células del cuerpo humano viven en un ambiente líquido cuidadosamente regulado. El líquido existente en el interior de las células, o líquido intracelular (LIC), ocupa el denominado compartimento intracelular y el líquido del exterior de las células, o líquido extracelular (LEC), ocupa el compartimento extracelular. Las barreras que separan estos dos compartimentos son las membranas celulares. El agua corporal total supone alrededor del 60% del peso corporal total en un varón adulto joven, alrededor del 50% del peso corporal total en una mujer adulta joven y el 65-75% del peso corporal total en un lactante. El LIC corresponde un 40% (del porcentaje antes mencionado), y para el LEC el 20 % restante. El LIC es toda el agua al interior de las células y que está a merced de los cambios que puedan ocurrir en el compartimiento extracelular. Por su parte el LEC se divide en dos espacios, el primero se denomina espacio intersticial y el espacio vascular o plasmático contenido dentro de aparato vascular. Del 20% del LEC aproximadamente un 15% y 5% corresponde al intersticial (10.5 L) y vascular (3.5L). Todos los líquidos corporales tienen aproximadamente la misma osmolalidad y cada líquido tiene un número igual de cargas positivas y negativas. Osmolalidad; A pesar de las diferencias de la composición de solutos entre los compartimentos intracelular, intersticial y plasmático, los tres tienen aproximadamente la misma osmolalidad. La osmolalidad describe la concentración total de todas las partículas que están libres en una solución. Expresa la actividad osmótica que ejercen las partículas activas por Kilogramo de agua, y depende de su concentración. Su importancia es básica para definir la tonicidad de soluciones. Un soluto osmóticamente activo es aquel que se encuentra en una solución o compartimiento y que puede atraer agua si no es capaz de difundir. La palabra tonicidad (osmolalidad de una solución) se entiende como el efecto que una solución tiene sobre la distribución de agua entre dos compartimientos. Y según sea la concentración de soluto impermeable a través de la membrana plasmática existen soluciones hipertónicas (mayor concentración de soluto respecto al compartimiento celular), isotónicas (igual concentración de soluto respecto al compartimiento celular), e hipertónicas (menor concentración de soluto respecto al compartimiento celular). De acuerdo a la solución que se ocupe la célula expuesta cambiaría morfológicamente; perdería agua, conservaría su forma o se hincharía.

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Las células como eritrocitos, se pueden encontrar en 3 diferentes medios; hipertónico, isotónico e hipotónico. Un medio Hipertónico es aquella que tendrá una mayor osmolaridad en el medio externo, por lo que una célula en dicha solución pierde agua debido a la gran diferencia de presión, hasta llegar a la crenación. Un medio isotónico es aquel donde la concentración de soluto es igual afuera y adentro de la célula, por ende, la célula no sufrirá ningún cambio morfológicamente. En un medio hipotónico hay menor concentración de soluto en el medio exterior, por ende, la célula absorberá más cantidad de agua hasta llegar al edema.

Figura 1; En la primera imagen se observan los eritrocitos crenados, en la segunda imagen se observan con su morfología normal y en la tercera imagen se puede apreciar edema y en los eritrocitos puede ser la causa de hemolisis.

En la práctica médica la cantidad de líquidos administrados es esencial para el pronóstico del paciente, la prescripción de fluidos intravenosos varía considerablemente de acuerdo a las necesidades fisiopatológicas del paciente, de acuerdo a esto, existen 2 diferentes tipos de soluciones; las soluciones cristaloides y los coloides. Las soluciones cristaloides son capaces de expandir el volumen vascular y aportar energía, dentro de sus desventajas están el tiempo de acción, pueden llegar a

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causar edema, pero tiene menos efectos secundarios, existe una mayor accesibilidad y el precio es menor. Los coloides son un grupo de soluciones donde la presión oncótica es similar al plasma, están indicadas en pacientes donde las soluciones cristaloides no funcionaron, cuando hay perdida de proteínas y hemorragias, este tipo de soluciones tiene un mayor tiempo de duración y acción, pero tienen un mayor costo y puede llegar a causar sobrecarga de volumen.

Nombre

Soluciones cristaloides Descripción

Indicaciones

Sol. Salina Fisiológica

Es la solución cristaloide estándar, también llamada cloruro de sodio al 0.9%, respecto al líquido extracelular es levemente hipertónica, tiene un pH acido, muchos estudios han demostrado un mayor riesgo renal.

Indicada en la reposición de líquidos y electrolitos cuando ha perdido una mayor cantidad de iones cloro en el caso del vomito.

Sol. Ringer lactato

Es una solución isotónica, brinda aportes de Nacl, potasio y lactato.

Deshidratación, pacientes con quemaduras, pacientes con acidosis leves o moderadas, shock hipovolémico.

Expande el volumen intravascular al extraer líquido del compartimiento Sol. Salina Pacientes quemados extravascular, y por un efecto Hipertónica Deshidratación severa inotrópico y vasodilatador pulmonar adicional. Sol. Destroxa al Solución de glucosa levemente Pacientes con deshidratación 5% hipotónica, contraindicada en hipertónica (por sudoración y falta de pacientes con diabetes mellitus. ingesta de líquidos), pacientes con energético. Tabla1; Diferentes tipos de soluciones cristaloides conrequerimiento sus respectivas indicaciones.

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Investiga las tablas de información nutrimental de los siguientes productos: Osmolaridad: Es la concentración osmolar expresada en osmoles por litro de solución Osmol: Solución en función del número de partículas de un soluto osmóticamente activas Tonicidad: Efecto que una solución tiene sobre la distribución de agua entre dos compartimientos Soluciones hipertónicas: compartimiento celular.

mayor

concentración

de

soluto

respecto

al

Soluciones isotónicas: igual concentración de soluto respecto al compartimiento celular. Soluciones hipotónicas: compartimiento celular

menor

concentración

de

soluto

respecto

al

Para calcular la osmolalidad plasmática: Osmp = 2 [Na+ (mEq/L)] + K+ (mEq/L)] + [urea mg/dl/6] + [glucosa (mg/dl)/18] Deshidratación: Afección causada por una mayor pérdida de agua en el cuerpo, menor volumen mayor número de osmoles Hiperdeshidratación: Afección dada por mucha agua y los riñones no son capaces de excretar lo necesario, lo que provoca un mayor volumen y menor número de osmoles Normohidratacion: equilibrio de agua (volumen) y osmoles en el cuerpo

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PRODUC TO

a) Agua Bonafont

b) Gatorade

ETIQUETA

TIPO DE TONICIDAD

HIPOTONICO

HIPERTÓNI CO

CAMBIOS DE VOLUMEN Y OSMALIRIDAD Normohidratación: Al ingerir agua como la célula está en un equilibrio tónico aumenta el volumen de compartimento extracelular y disminuye la osmolaridad. Deshidratación: Al ingerir agua como hay un desequilibrio en la tonicidad habiendo poco volumen y mayor osmolaridad fuera de la célula volviéndose hipertónica, el agua va a aumentar el volumen logrando un equilibrio en la tonicidad. Hiperhidratación: Al ingerir agua como hay un desequilibrio en la tonicidad habiendo más volumen y menos osmolaridad fuera de la célula aumentará el volumen y se disminuirá más la osmolaridad Normohidratación: Al ingerir Gatorade como hay un equilibrio en la tonicidad aumentará la osmolaridad, pero el volumen no tendrá cambios Deshidratación: Al ingerir el Gatorade como hay un desequilibrio en la tonicidad habiendo poco volumen y mayor osmolaridad se aumentará la osmolaridad y el volumen seguirá igual Hiperhidratación: Al ingerir el Gatorade al haber un desequilibrio de la tonicidad habiendo más volumen y menos osmolaridad va aumentar la osmolaridad manteniendo al volumen igual

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Normohidratación: : Al ingerir electrolit como hay un equilibrio en la tonicidad aumentará la osmolaridad, pero el volumen no tendrá cambios Deshidratación: Al ingerir el Electrolit como hay un desequilibrio en la tonicidad habiendo poco volumen y mayor osmolaridad se aumentará la osmolaridad y el volumen seguirá igual

c) Electrolit

HIPERTÓNI CO

Hipotónico

D) Monster

Hiperhidratación: Al ingerir el electrolit al haber un desequilibrio de la tonicidad habiendo más volumen y menos osmolaridad va aumentar la osmolaridad manteniendo al volumen igual Normohidratación: Al ingerir Monster como hay un equilibrio en la tonicidad aumentará la osmolaridad dentro de la célula gracias a la gran cantidad de Kcal Deshidratación: Al ingerir el Monster como hay un desequilibrio en la tonicidad habiendo poco volumen y mayor osmolaridad se aumentará la osmolaridad dentro de la célula Hiperhidratación: Al ingerir el Monster al haber un desequilibrio de la tonicidad habiendo más volumen y menos osmolaridad va aumentar la osmolaridad manteniendo al volumen igual

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Explica por qué las soluciones de NaCl de sodio al 0.9% y la de Dextrosa al 5% tienen una concentración de soluto similar a la del plasma. La osmolaridad normal de los líquidos extracelular e intracelular es de aproximadamente 300 mOsmol por kilogramo de agua. Para calcular la osmolalidad plasmática: Osmp = 2 [Na+ (mEq/L)] + K+ (mEq/L)] + [urea mg/dl/6] + [glucosa (mg/dl)/18] Solución Salina Fisiológica (SSF 0,9%). La solución salina fisiológica al 0,9% también conocida como suero fisiológico, es la solución cristaloide estándar, es levemente hipertónica respecto al líquido extracelular y tiene un pH ácido. Está indicada en la reposición de líquido y electrolitos cuando ha ocurrido una pérdida importante de iones cloro. No está indicada en personas hipertensas ni con afección cardiaca. Solución Dextrosa en Agua Destilada al 5% (DAD 5%). Es una solución de glucosa levemente hipotónica respecto del plasma cuyos efectos son hipotónicos sobre las células (excepto por los glóbulos rojos). Está indicada para resolver las deshidrataciones hipertónicas y como solución donadora de energía, es decir se administra cuando se requiere un aporte de energía y agua, pero no de sodio. Contraindicada en las diabetes mellitus o coma hiperosmolar. Como podemos ver en las definiciones anteriores, las 2 soluciones tanto la NaCl de sodio al 0.9% y la de Dextrosa al 5% ayudar a regular la tonicidad de la célula respecto al medio extracelular a 300 mOsmol por kilogramo de agua, y estas, se van a indicar dependiendo la alteración metabólica que el paciente tenga ¿Cuáles son las bases moleculares que explican el éxito de la terapia de rehidratación por vía oral? Las Soluciones de Rehidratación Oral (SRO) y la terapia de rehidratación oral (TRO) propuesta por UNICEF y OMS a finales de los años 70, han permitido manejar con eficacia la diarrea aguda La TRO está indicada para prevenir la deshidratación, rehidratar y mantener el estado de hidratación independientemente de la edad del paciente, del agente etiológico o los valores iniciales de sodio sérico, a través de la administración por vía oral de mezclas estandarizadas de sales y carbohidratos disueltos en agua.    

Es una de las intervenciones de más bajo costo en salud. Es un procedimiento simple y puede ser administrado con facilidad por las madres El empleo temprano de las SRO previene la deshidratación en la fase inicial del episodio de diarrea, permite la alimentación precoz y evita la desnutrición. Puede ser usada en niños de todas las edades y también en adultos con deshidratación causada por diarrea de cualquier etiología.

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

Puede utilizarse como única medida para rehidratar con éxito al 90- 95% de pacientes deshidratados por diarrea.

Bases fisiológicas: La hidratación oral está basada en el transporte acoplado de sodio y nutrientes (glucosa, galactosa, aminoácidos, dipéptidos y tripéptidos) a través de la membrana del borde en cepillo del enterocito, por una proteína co-transportadora Este transportador, que es específico para cada nutriente, tiene además la capacidad de ligar un ion sodio en otro sitio de acople, formando así el complejo transportador nutriente-sodio, en relación 1-1, el cual facilita y hace más eficiente la absorción del sodio, pero también beneficia la absorción del nutriente, debido a los gradientes eléctricos y de concentración que, entre los espacios extra e intracelular, se generan como consecuencia de la acción de la ATPasa sodio-potasio a nivel de la membrana basolateral del enterocito, los cuales agilizan el movimiento del complejo desde el lado luminal de la membrana al citoplasma. El sodio y el nutriente se separan del transportador, el nutriente pasa a través de la membrana basal al espacio intersticial y a la microcirculación para llegar al hígado, el sodio es transportado al espacio intercelular por la ATPasa sodio-potasio y se produce, por ósmosis, movimiento de agua desde la luz intestinal, a través de los orificios en las uniones firmes intercelulares (vía paracelular) o las fenestraciones de la membrana apical (vía transcelular), al intersticio capilar. El movimiento de agua, por arrastre, lleva consigo otros micro y macronutrientes hacia la circulación Investiga el valor de la osmolaridad del agua de mar, para luego predecir cuales serían los acontecimientos que ocurrirían en la distribución del agua corporal. Adicionalmente calcula cuánta agua perderías a partir de la ingesta de 2 litros de agua de mar. La concentración de sal en el mar es aproximadamente del 3% sacando como resultado una osmolaridad de 2000 a 2400 mOsm/litro lo que si tomara un litro de agua de mar mi tonicidad se desequilibraría y mi célula se volvería hipertónico, se produciría una deshidratación severa y se crenaria Finalmente, argumenta porque nuestro medio líquido interno (milieu interieur) o mar interior tiene la composición de SODIO que tiene. Deberás resolver los siguientes ejercicios en tu cuaderno. Solo cuando hayas terminado y tengas listo el resultado procederás a pasar en limpio tu tarea en la sección de resultados del manual de prácticas de laboratorio. Si yo tuviera mucho Na dentro de la célula habría un desequilibrio tónico ya que el Na fuera ayuda a regular la osmosis, si el Na estuviera en mayor cantidad dentro la célula moriría porque explotaría por mucha agua y osmolaridad.

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Discusión de resultados. ¿LOS RESULTADOS OBTENIDOS COINCIDEN CON LO QUE SUPONÍAN SUS ANTECEDENTES TEÓRICOS? SI O NO Y ¿PORQUÉ? Si, en este trabajo nos ayudó a observar los cambios posibles al introducir una solución, dependiendo de está, se reflejará el cambio hidroelectrolítico. El cuerpo humano está compuesto casi en 60% de líquidos, 40% se ubica dentro de las células (liquido intracelular), mientras que el 20% fuera de la célula (liquido extracelular), de ello solo el 15% está en el espacio intersticial y el 5% en el plasma. El cuerpo necesita estar hidratado para poder funcionar a su nivel óptimo. Si el cuerpo no tiene suficiente líquido, las funciones esenciales como la circulación no trabaja tan eficazmente. Los órganos no conseguirán los nutrientes que necesitan, y el cuerpo hará su trabajo con menos eficacia. La deshidratación también puede afectar su estado de ánimo. Si alguien no ha estado tomando suficiente agua, puede sentirse cansado, malhumorado o irritable, hasta se puede imaginar que tiene hambre, cuando en realidad el cuerpo está pidiendo agua. Las alteraciones en la distribución de los líquidos corporales se clasifican tomando en cuenta dos factores: el volumen del líquido extracelular y la osmolaridad del mismo. De acuerdo con la variación de volumen del LEC, estas alteraciones se clasifican en: a) expansión de volumen, cuando aumenta el volumen del LEC, y b) contracción de volumen, cuando éste disminuye. En el caso del agua Bonafont, es una solución hipotónica, mientras que el Gatorade es hipertónico, pero este también es hiperosmotico (la solución que es más concentrada con respecto a otra) y por su parte, el electrolic es igual una solución hipertónica, también es hiperosmotica, ya que el cloruro de sodio que contiene este, se expande más en el compartimiento extracelular con respecto al intracelular. Una solución hipotónica es aquella que tiene menor concentración de las sales en el medio externo en relación al medio citoplasmático de la célula. Una célula en una solución hipotónica tenderá a hincharse de agua, aumentando su volumen, hasta equilibrar su concentración de sales con el medio externo. Las bebidas hipotónicas contienen una concentración de electrolitos menor que nuestras células. Por lo tanto, se consigue hidratar el medio intracelular. Las bebidas hipotónicas sólo se recomiendan antes del entrenamiento o competición para comenzar la prueba bien hidratado.

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Conclusiones. En este trabajo de investigación relacionamos la importancia del equilibrio hidroelectrolítico de la célula, nos dimos cuenta de la importancia de un equilibrio entre la cantidad de osmoles y la cantidad de volumen en un compartimiento, para que la célula pueda subsistir y realizar sus funciones fisiológicas correctamente, ya que si hay un desequilibrio, puede provocar un desbalance en el cuerpo, como lo es una deshidratación, hiperhidratación, una hipertonicidad o hipotonicidad, según sea el caso, si el volumen o los iones estén alterados; si este desequilibrio no se regula puede provocar desbalances en el metabolismo, incluso llegar hasta la muerte. Es cierto que en el día, nuestro cuerpo está en constante cambio, ya sea por las actividades que hagamos o por lo que consumamos, pero tenemos mecanismos que ayudan a regularlo. Por ejemplo, al estudiar la información nutrimental del agua bonafont, gatorade y electrolito, y estudiamos su osmolaridad, nos dimos cuenta de los cambios que van a provocar en la célula, es por eso la importancia de conocer la fisiología, porque dependiendo si el cuerpo esta hidratado, deshidratado, hipertónico o hipotónico, es el tipo de solución que vamos a introducir. Observamos la importancia de que la hidratación sea de forma oral y no de forma parietal o intravenosa, porque además del costo y la accesibilidad, fisiológicamente es mejor porque ayudamos a que en los enterocitos de los intestinos, gracias al intercambio de nutrientes, sería más fácil transportar agua por difusión simple logrando un equilibrio en el volumen extracelular en un menor tiempo. Gracias a todo lo mencionado con anterioridad, podemos concluir que las sustancias que introduzcamos a nuestro cuerpo tienen que ser de una osmolaridad lo más cercano a la de nuestra célula de 300 mOsm, ya que si consumimos una solución con una osmolaridad mayor, por ejemplo agua de mar o una menor como una agua destilada, podremos provocar grandes problemas en nuestro cuerpo, ya que la deshidratación o la hiperhidrtacion, respectivamente, pueden ser fatales.

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Referencias bibliográficas



Aguilar, F. G. (2018). Manejo de fluidos intravenosos: del uso indiscriminado y empírico al manejo racional y científico. Medigraphic.com. Disponible en: https://www.medigraphic.com/pdfs/medcri/ti-2018/ti182g.pdf

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Boron, W. F., & Boulpaep, E. L. (2017). Transporte de solutos y agua. En Fisiología médica (Tercera edición ed., pp. 102-108). Elsevier.

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Smith E.K. (1994). "Líquidos y electrolitos, un enfoque accesible". 2a. edición, México. Edit. El Manual Moderno.

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Práctica 2 “Potencial de membrana y potencial de reposo” OBJETIVOS 1. Aplica la ecuación de Nernst para analizar el potencial de equilibrio de un

ion y la ecuación de Goldman-Hodgkin-Katz para conocer el potencial de membrana. 2. Analiza la participación de las corrientes de sodio, potasio y cloro en el

potencial de reposo y en el potencial de acción. 3. Infiere las modificaciones en el potencial de reposo y de acción como

consecuencia de variaciones en la conductancia o en la permeabilidad de las membranas celulares para cada uno de los iones. 4. Distingue los periodos refractarios y el proceso de acomodación, y relaciona

estas alteraciones con diversas situaciones clínicas.

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MARCO TEÓRICO

En todas las células del cuerpo hay potenciales eléctricos a través de la membrana, en especial algunas células nerviosas y musculares tienen la capacidad de generar su propio impulso electroquímico y estos impulsos se utilizan para transmitir señales a través de las membranas de los nervios y músculos. El estudio de la física tiene que ver con la naturaleza fundamental de la materia y la energía, A pesar de que la física y la medicina tienen perspectivas distintas, ambas ciencias comparten raíces históricas en los primeros trabajos de investigación relativos a la carga y la electricidad. Comencemos por describir que los electrolitos son moléculas que se disocian en el agua a sus equivalentes positivos (catiónicos) y negativos (aniónicos). Existen electrolitos fisiológicamente importantes: Na+, Cl- y K+. Es importante notar que los electrolitos y otros componentes con carga como las proteínas tienen una distribución heterogénea en los líquidos corporales. Estos iones en los líquidos corporales, desempeñan un papel fundamental en el movimiento de carga y, por tanto, en la activación de los tejidos excitables. Estas diferencias desempeñan una función importante en la fisiología. Las proteínas son macromoléculas formadas mediante enlaces peptídicos por aminoácidos, existen dos tipos para el transporte de solutos las proteínas transmembrana o integrales y las proteínas periféricas o asociadas a la membrana, funcionan como canales iónicos dependientes de voltaje, enzimas y transportadores. Modelo eléctrico de la membrana. La ley de las cargas establece que cargas iguales se repelen y cargas opuestas se atraen, debido a que hay un campo de fuerza que los rodea . Charles coulomb físico y matemático francés estableció de manera matemática la ley de atracción entre dos cuerpos cargados eléctricamente (fig. 1), por otro lado, George Simon Ohm físico y matemático alemán postuló la ley de Ohm, que es una ley básica de los circuitos eléctricos, estableció que el voltaje es igual al producto de la corriente por la resistencia, esto implica que la corriente será mayor cuando aumente el voltaje o aumente la resistencia (fig. 2).

Fig 1. Ley de Coulomb

Fig 2. Ley de Ohm y sus respectivos despejes

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Los potenciales de difusión de la membrana son producidos por una diferencia de concentración iónica a los dos lados de la membrana. Cuando se tienen dos soluciones con diferentes concentraciones de un ion separadas por una membrana permeable a ese ion, éste tenderá a moverse siguiendo su gradiente de concentración. Sin embargo, el movimiento de iones establecerá una diferencia eléctrica entre ambas soluciones, así el voltaje instalado afectará también el movimiento del ion. El potencial de equilibrio es la diferencia de potencial a través de la membrana necesaria para contrarrestar la tendencia del ion a moverse siguiendo su gradiente de concentración. W. Hermann Nernst fue un físicoquímico alemán que estableció en 1888 una ecuación para calcular el potencial de equilibrio para cada uno de ion, de acuerdo con esta ecuación el potencial de equilibrio varía linealmente con la temperatura y logarítmica con la relación de concentraciones iónicas, es decir, cuando el potencial de membrana alcanza el valor dado por la ecuación de Nernst (fig. 3) para determinado ion, el flujo neto de este a través de la membrana será igual a 0.

Fig. 3 Ecuación de Nernst

Si la membrana es permeable a mas de un ion su potencial de reposo será determinado por la permeabilidad de la membrana para cada ion y por las concentraciones de los iones en solución. La ecuación de Goldman-HodgkinKatz (fig. 4), establece que entre mayor sea la concentración o la permeabilidad de un ion (catión o anión) tendrá mayor influencia en determinar el voltaje de membrana y con esto el potencial de membrana en reposo. Las membranas celulares son mayormente permeables al K+, medianamente al Cl- y en menor proporción al Na+, por ende, al calcular el potencial de membrana en reposo con la ecuación de Goldman Hodgkin y Katz el Vm suele tener un valor parecido al potencial de equilibrio del K+ y menos parecido o muy alejando del potencial de equilibrio del Na+.

Fig. 4 Ecuación de Goldman Hodgkin y Katz 18

Todas las células tienen un potencial de membrana, solo los tejidos excitables generan potenciales de acción siendo estos: las neuronas, las glándulas y los diferentes tipos de músculos (esquelético, cardiaco y liso). Los dos primeros constituyen el sistema nervioso y el sistema endocrino necesarios para mantener la homeostasis de nuestro organismo y los músculos que responden a sus señales dando una respuesta efectora que se puede traducir en movimiento o cambios conductuales en el ser humano. Para la generación del potencial de acción en las células excitables son importantes los canales iónicos dependientes de voltaje principalmente para Na+, K+, Ca++, es decir estos canales se abren o se cierran a determinado voltaje. Estas células excitables reciben estímulos que pueden ser de 3 tipos: Subumbrales; son respuestas graduadas cuya magnitud de despolarización depende de la intensidad y duración del estímulo; son locales pues no se propagan por el axón y son respuestas donde la repolarización amortigua rápidamente la despolarización inicial. Umbrales; son provocados por un estímulo mínimo capaz de generar un potencial de acción. Supraumbrales; generan potenciales de acción. El cambio brusco del voltaje de membrana que se despolariza llegando a una meseta o sobretiro y con el consecuente regreso al Vm se le conoce como el potencial de acción (fig. 5). 1. Despolarización: Se abren los canales de Na+, permitiendo el paso del Na+ al interior de la célula lo que provoca la fase ascendiente, llegando al Ena+

Fig. 5 potencial de acción

2. Repolarización: Se inactivan los canales de Na+ y se abren lentamente los canales de K+ para que se libere y esto permite la fase descendente que llega al Ek+, por lo que representa una hiperpolarización con su retorno al Vm. 3. Hiperpolarización: Tiene una amplitud de -90 mV en 3ms:  

Periodo refractario absoluto: Al aplicar estímulos supraumbrales no se generarán PA (inicia desde el umbral al inicio de la repolarización. Periodo refractario relativo: al aplicar un estímulo supraumbral si se generará PA (Inicia pasando la primera parte de la repolarización hasta antes de regresar a su Vm).

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Potencial de acción en sistema Nervioso Las neuronas son células excitables especializadas en la recepción, conducción y transmisión de un impulso bioeléctrico; el potencial de acción o impulso nervioso. Siendo la unidad estructural y funcional del Sistema Nervioso. Una neurona típica tiene 4 regiones definidas morfológicamente; cuerpo celular, dendritas, axón y las terminales presinápticas. El cuerpo celular es el centro metabólico, contiene al núcleo y diversos orgánulos citoplásmicos; lisosomas, mitocondrias, complejo de Golgi y un retículo endoplásmico rugoso muy desarrollado sustancia tigroide o grumos de Nissl. Habitualmente el cuerpo celular es el origen de dos clases de prolongaciones; unas multiples denominadas dendritas y otra única, el axón. Las dendritas se ramifican, en algunas su tallo es liso y en otras presentan numerosas espinas, son el aparato principal en la recepción de señales procedentes de otras neuronas. El axón es la principal unidad de conducción de señales a otras neuronas, se caracteriza por ser una prolongación única, larga y tubular, su trayecto puede oscilar desde algunas decenas de micras hasta centímetros e incluso metros (0.1mm - 3m), se divide en finas ramas botones terminales o sinápticos, formando el lugar de comunicación con otras neuronas. Las señales eléctricas denominadas potenciales de acción son conducidas a lo largo del axón sin interrupciones (fig.6). Para aumentar la velocidad de conducción de los potenciales de acción los axones grandes están envueltos en una vaina grasienta de mielina aislante. La vaina está interrumpida con intervalos por los anillos o nódulos de Ranvier regenerando el potencial de acción. La mayoría de los contactos sinápticos entre neuronas son axodendríticos o axosomáticos.

Fig. 6 diferencia entre el potencial de acción de una neurona mielínica y amielínica 20

1. ¿Cómo se ioniza el NaCl? La ionización es la energía necesaria para crear uniones entre un elemento M y NM, uno perdiendo electrones y el otro ganándolos, para cumplir la regla del octeto. El cloruro de sodio (NaCl) es la unión de un ion Na+ y de un ion Cl- que se atraen mutuamente bajo el efecto de la atracción electrostática al formarse iones de carga opuesta éstos se atraen por fuerzas eléctricas intensas, quedando fuertemente unidos y dando lugar a un compuesto iónico 2. En condiciones fisiológicas, ¿Cuál es el potencial de equilibrio de los iones de importancia médica? Liquido extracelular: Na-140meq K-4meq Ca-5meq Cl-102meq Liquido intracelular: Na10meq K-140meq Ca- .0001meq Cl-4 meq Potencial de equilibrio o de Nerts Na= +64 K= -96 Cl= -85 Ca= +226

3. Escriba la clasificación de las fibras de Erlanger y Gasser, la clasificación numérica de las fibras sensitivas y en base a su susceptibilidad de las fibras nerviosas A, B, y C.

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4. Hacer un dibujo y describir las diferencias entre axones amielinicos y mielínicos

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POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO 1.-

ENa+ EK+ ECl Vm

Teórico

Practico

[]ex

[]in

PE

145 5 116

12 66.38 155 -91.48 4 -89.70 -74.655

[]e []in x 130 26 2 190 119 2 -90.784

2.- Concentraciones PE

P

42 -121 -108

.04 1 .45

→

PNa+ .04 1 1 .5

[Na+] 5 in

[K+] 5ex

0 Pe: -78 36°

Permeabilidad Vm -90 50 20 -70

T

-91

-72

Temperatura ( °C)

PK+ 1 .04 1 1

PCl.45 .45 1 .5

45

37

20

1

-93

-80

-86

-80

1.- Dependiendo de los valores de los iones fuera y dentro de la célula esto va a modificar el potencial de membrana 2.- Como lo dice la ecuación de Goldman, Hodgkin y Katz el potencial de membrana va a depender de los valores de los iones y de la permeabilidad en la membrana, comprobamos que como el potasio tiene mayor permeabilidad influye más en el potencial de membrana 3.- En este punto podemos relacionar la fuerza impulsora que va a tener relación con el voltaje de membrana y el potencial de equilibrio, dependiendo el voltaje de membrana va a evitar que difundan iones que estén cerca de su potencial de equilibrio y tratar que difundan más iones que estén muy lejos de su potencial de equilibrio 4.- La permeabilidad de la membrana es un factor muy importante en el potencial de membrana, ya que es la facilidad de que un ion pase de un lado a otro, mientras la facilidad sea mayor ese ion influirá más en el potencial de membrana y dependiendo de la permeabilidad de cada ion su fuerza impulsora aumentaría o disminuiría 5. Vemos que la temperatura también influye en el movimiento de los iones, a mayor de temperatura los iones pasaran más rápido y a menor temperatura más lentos

POTENCIAL DE ACCIÓN 2.1. ESTIMULACIÓN ELÉCTRICA a. Fije el voltaje a 1.0 V pulsando el botón (+) al lado del indicador voltaje. b. Pulse estimulación simple.

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¿Qué tipo de respuesta aparece en el osciloscopio? No aparece una respuesta a un voltaje de 1 ¿Cuál fue el voltaje umbral? 3 V c. Pulse guardar datos. d. Aumente el voltaje en 0.5 y pulse estimulación simple. ¿Cómo es este trazado comparado con el que fue generado con el voltaje umbral? Se puede ver que el potencial de acción se sigue generando, pero en este caso como el voltaje es mayor, se abrieron más canales de Na+ y por ende el pico del potencial de acción es un poco mayor y también el tiempo de repolarización. e. Pulse guardar datos. f. Continúe aumentando el voltaje a razón de 0.5 V y pulse estimulación simple. Voltaje máximo: 4.5 V 2.2. ESTIMULACIÓN MECÁNICA a. Pulse el botón borrar del osciloscopio. b. Arrastre la barra de cristal al nervio y colóquela sobre él. Cuando la barra toque el nervio suelte el botón del ratón ¿Cómo es este trazado? Se generó un potencial de acción C. pulse guardar datos. 2.3. ESTIMULACIÓN TÉRMICA a. Pulse sobre la barra de cristal, arrástrela al calentador y suelte el botón del ratón. b. Pulse el botón calentar. c. Cuando la barra se pone al rojo, pulse y arrástrela sobre el nervio, y suelte el botón del ratón. ¿Qué sucede? Se genera un potencial de acción. ¿Cómo es este trazado? El trazado es mayor al anterior por ende el pico es más alto y la repolarización es más tardada ¿Cuál sería la explicación? suponemos que se abrieron más canales de Na+, además que el tipo de fibra que transmite la temperatura y el dolor es más lenta, Tipo A: delta dolor agudo y frio y C: dolor crónico y calor d. Pulse guardar datos y borrar para despejar la pantalla. 2.4. ESTIMULACIÓN QUÍMICA a. Pulse y arrastre el cuentagotas de la botella de cloruro de sodio (NaCl) encima del compartimento para el nervio y suelte el botón del ratón para verter las gotas. ¿Genera esto un potencial de acción? si

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b. Usando el ajuste de voltaje umbral, estimule el nervio. ¿Es diferente este trazado? no ¿Por qué? Nosotros llegamos a la conclusión de que como el umbral de voltaje tiene que ser mínimo de 3 para que un estímulo eléctrico genere un impulso nervioso, en el caso del NaCl (siendo otro tipo de estímulo) llegará al umbral y genera un potencial de acción con el simple hecho de contacto con el nervio Pulse guardar datos y borrar. 2.4.1. EFECTOS DEL ÉTER a. Pulse y arrastre el cuentagotas de la botella de éter encima del nervio, entre los electrodos que la estimulan y los electrodos que registran. Suelte el botón del ratón para verter las gotas. b. Pulse estimular con los ajustes de voltaje del estímulo umbral que utilizó en las actividades anteriores. ¿Qué tipo de trazado ve? Ningún tipo de impulso, el trazado es lineal en un mseg, si lo cambiamos a un minuto con intervalos de cada mseg, hasta el milisegundo 6 empieza a haber potencial de acción. ¿Qué le ha sucedido al nervio? El eter es un alcohol y lo que hace es estimular a GABA que a su vez ayuda a entrar Cl a la célula y la inhibe evitando el potencial de acción por un tiempo. c. Pulse guardar datos. d. Pulse el botón tiempo (min.) del osciloscopio. La pantalla mostrará la actividad a lo largo de 10 minutos. Debido al cambio en la escala de tiempo, un potencial de acción aparecerá como un punto vertical agudo en la pantalla. e. Pulse el botón (+) bajo intervalo entre estímulos en el estimulador para fijar el intervalo a 2 minutos. Este ajuste estimulará el nervio cada 2 minutos. Pulse estimular. Observe el indicador de tiempo transcurrido. ¿Cuánto tiempo tarda el nervio en volver a la normalidad? 6 mseg f. Pulse el botón detener para devolver el tiempo transcurrido a 0.00. g. Pulse el botón tiempo (mseg) del osciloscopio para volver a la visualización normal en milisegundos. h. Pulse borrar para pasar a la siguiente actividad. i. Pulse el botón (-) bajo intervalo entre estímulos hasta que se ponga a 0.0 j. Pulse el botón limpiar encima del compartimento para limpiarlo y devolverlo a su estado intacto. 2.4.2. EFECTOS DEL CURARE a. Pulse y arrastre el cuentagotas de la botella curare y colóquelo sobre el nervio, entre los electrodos de estimulación y los de registro. Suelte el botón del ratón para verter las gotas. b. Fije el estimulador en el voltaje umbral y estimule el nervio. ¿Qué efectos se observan sobre el potencial de acción? ninguno

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¿A qué se debe este efecto? El curare es un tipo de veneno que va a actuar en la placa motora, en los receptores colinérgicos nicotínicos de la célula postsináptica lo que en este caso no alterará el potencial de acción porque estamos estudiando sólo el bervio ¿Cuál sería el efecto global de curare en el organismo? Gracias a que se alteran los receptores colinérgicos nicotínicos, no se permite que entre a la célula Na y por ende no habrá un impulso nervioso, provocando en el cuerpo una depresión en el cuerpo e incluso puede ser mortal c. Pulse guardar datos, limpiar y borrar. 2.4.3. EFECTOS DE LA LIDOCAÍNA a. Pulse y arrastre el cuentagotas de la botella de lidocaína y colóquelo sobre el nervio, entre los electrodos de estimulación y los de registro. Suelte el botón del ratón para verter las gotas. ¿Generó esto un trazado? No, la línea sigue siendo lineal. b. Estimule el nervio con el voltaje umbral. ¿Qué tipo de trazado se ve? Lineal. ¿Por qué la lidocaína tiene este efecto sobre la transmisión en la fibra nerviosa? La lidocaína no permite ningún impulso nervioso, ya que actúa en los canales de Na, evitando su entrada a la célula, lo que no va a permitir un potencial de acción. c. Pulse guardar datos y limpiar. 2.5. VELOCIDAD DE CONDUCCIÓN NERVIOSA a. Selecciona el menú experimento y velocidad de conducción nerviosa. b. En el estimulador, pulse el botón pulso. c. Encienda el bio-amplificador pulsando sobre su barra horizontal y arrastrándola hacia la posición encendido. d. Usando el ratón, pulse y arrastre el cuentagotas de la botella etanol encima de la lombriz y suelte el botón del ratón para verter las gotas. e. Pulse y arrastre la lombriz al compartimento para el nervio. Asegúrese de que la lombriz esté encima de los electrodos que estimulan y de los tres electrodos de registro. f. Usando el botón (+) al lado del indicador de voltaje, fije el voltaje en 1.0. Entonces pulse estimular. ¿Ve un potencial de acción? No, Si no, aumente el voltaje en incrementos de 1.0 hasta que se obtenga el trazado. ¿A qué voltaje umbral se genera primero un potencial de acción? 5 V. g. Después, pulse el botón medir situado en el estimulador. Verá aparecer una línea amarilla vertical en el botón izquierdo de la pantalla del osciloscopio. Ahora pulse el botón (+) debajo del botón medir. Esto moverá la línea amarilla a la derecha. El punto en que la línea cruza la gráfica indica el tiempo que ha transcurrido. Verá aparecer el tiempo transcurrido en el indicador de Tiempo (mseg) en el estimulador. Mantenga pulsado (+) hasta que la línea amarilla este justo en el punto de la gráfica donde ésta deja de ser una línea plana y comienza a subir.

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h. Una vez que tenga la línea amarilla colocada al inicio de la subida de la gráfica, observe el tiempo transcurrido en este punto. Pulse guardar datos. PhysioEx6 calculará automáticamente la velocidad de conducción. Observe que el módulo de registro incluye la columna distancia (mm) y que esta distancia es siempre 43 mm. Esta es la distancia entre los electrodos que estimulan (arriba) y los electrodos que registran (abajo). I. Complete los datos en la tabla: Nervio

Lombriz de tierra (nervio pequeño)

Rana (nervio medio, mielinizado)

Nervio 1 de rata (nervio medio, no mielinizado)

Nervio 2 de rata (nervio grande mielinizado)

Voltaje umbral

5V

3V

2.5 V

3V

5mseg

1.61mseg

2.58mseg

.97mseg

8.60 m/seg

26.71m/seg

16.67m/seg

44.33 m/seg

Tiempo desde la estimulación hasta el potencial de acción Velocidad de conducción

j. Pulse y arrastre la lombriz a su lugar original. Pulse borrar y guardar datos. En base a los resultados obtenidos responda las siguientes preguntas: 1. ¿Qué nervio del grupo tiene la velocidad de conducción más lenta? Lombriz de tierra 2. ¿Cuál era la velocidad del nervio? 8.60 m/seg 3. ¿Qué nervio de los cuatro tiene la velocidad de conducción más rápida? El nervio de la rata 2 4. ¿Cuál era la velocidad del nervio? 44.33 m/seg 5. ¿Cuál es la relación entre el tamaño del nervio y la velocidad de conducción? ¿Cuáles son las razones fisiológicas de esta relación? Entre más grande sea el nervio, la conducción nerviosa será mayor. Esto a que hay menos resistencia en el nervio y el impulso puede viajar más rápido, además, de que hay presencia de mielina 6. De acuerdo con los resultados, ¿Cómo afecta la mielinización en el proceso de conducción? La mielinización va a ayudar como aislante en la neurona, provocando que el impulso nervioso no sea lineal, sino saltatorio, aumentando la velocidad de conducción del nervio 7. ¿Cuáles son las ventajas evolutivas alcanzadas por la mielinización de las neuronas? La mielina es una sustancia proveniente de las células de Shawn en el SNP o los oligodendrocitos en el SNC que contiene esfingomielina que, a diferencia de los nervios

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estudiados en esta práctica, no lo tienen, o lo tienen en menores cantidades, lo que provocará que nst tengamos una mayor velocidad en el impulso nervioso No olvidemos que tenemos 3 tipos de fibras, tipo A alfa, beta, gama y delta, B y C, y dependiendo de la ocasión, el impulso viajará por un tipo de fibra nerviosa, pudiendo ser una más rápida que otra.

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CONCLUSIONES En los últimos años la medicina molecular fue obteniendo enormes avances en los conocimientos en este campo, muchos de los cuales están motivados por el adelanto espectacular en el entendimiento de la composición del genoma humano en lo que respecta a la caracterización de genes ligados a distintos síndromes clínicos. Un buen ejemplo de ello lo constituye el campo de la investigación sobre la fisiopatología de los canales iónicos. Hoy en día están descritas un número considerable de enfermedades hereditarias de los canales iónicos, conocidas en su conjunto como "canalopatías". En general la patología de este sector se relaciona con los canales sensibles al voltaje y/o a los canales sensibles a la excitabilidad celular, siendo la activación y la inactivación de los canales de Na+ y K+ la base del potencial de acción que en definitiva es el responsable de permitir a las células excitables conducir la información, que controla a su vez una gran cantidad de acciones fisiológicas entre las que, solo por citar a las más relevantes están: la propagación del impulso nervioso y la determinación del ritmo cardíaco. Así consecuentemente muchas de estas enfermedades hereditarias por trastornos en la mutación génica se traducen en desórdenes neuromusculares y trastornos del ritmo cardíaco. A nivel de la clínica de urgencia podemos remarcar lo siguiente: numerosas especies de animales han desarrollado toxinas como medio de defensa o para capturar presas, generalmente, estas toxinas actúan a nivel de canales iónicos, como la tetrodotoxina (TTX) de algunas especies de peces que bloquean los canales de Na+ voltajes dependientes, así mismo la saxitoxina (STX) producida por dinoflagelados, presentes en el sushi y en los mariscos respectivamente. Otras toxinas, como las α-toxinas y β-toxinas, producidas por los escorpiones, o la batrotoxina, elaborada por algunas especies de sapos, actúan también sobre el canal de Na+ cambiando sus propiedades electroquímicas y, por consiguiente, transformando el PA. El estudio y la descripción de las alteraciones del funcionamiento de los canales iónicos no solo ayudará a la comprensión de los pacientes sino que también beneficiará a la mejor elucidación de numerosos cuadros de la clínica general.

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