video: práctica sinápsis neuromuscular

VIDEO: PRÁCTICA SINÁPSIS NEUROMUSCULAR
Placa motora de batracio: un modelo paradigmático para el estudio de la
transmisión sináptica de tipo química.
 La enorme mayoría de la información con que en la actualidad contamos acerca
del mecanismo de la transmisión sináptica de tipo química proviene de estudios
electrofisiológicos, estructurales y moleculares realizados en la placa motora de
batracio.
 Criterios para la identificación de la molécula transmisora y del receptor
postsináptico activado fueron delineados en base a estudios realizados en este
preparado.
 Hipótesis vesicular de liberación del neurotransmisor elaborada a partir de estudios
electrofisiológicos y estructurales en esta sinapsis.
Extrapolación al SNC: Es un contacto sináptico peculiar.
 El elemento postsináptico (fibra muscular) recibe una única fibra presináptica. A
nivel del SNC, una neurona típica recibe varias centenas a miles de contactos
sinápticos distribuidos en la membrana somato-dendrítica: convergencia.
 La eficiencia de este contacto es enorme, transmisión de tipo 1 a 1, es decir un
potencial de acción de la célula presináptica en condiciones fisiológicas siempre
desencadena un potencial de acción en la célula postsináptica (esto es
particularmente cierto para vertebrados). En condiciones fisiológicas el potencial
postsináptico (en este caso particular denominado potencial de placa terminal, ppt)
es de amplitud suficientemente como para desplazar el potencial de membrana en
reposo de la fibra muscular (usualmente en el entorno de los -90 mV) por encima
del potencial para la generación de espigas (nivel de disparo, típicamente alrededor
de los -55 mV). Es por lo tanto un potencial postsináptico gigante. Esta
especialización funcional característica de este preparado tiene importantes
correlatos estructurales y fisiológicos: gran cantidad de sitios de liberación del
transmisor, elevado contenido quantal.
 Esta situación es extremadamente inusual en el SNC, donde generalmente para
que la célula postsináptica descargue un potencial de acción se requiere la suma
tanto temporal como espacial de cientos de potenciales postsinápticos excitadores.
A este complejo proceso se lo denomina integración neuronal. Convergencia de
entradas sinápticas.
 Es un contacto sináptico excitador: la actividad de la célula presináptica aumenta la
probabilidad de que la postsináptica descargue un potencial de acción. En el SNC
también existen acciones sinápticas de tipo inhibidoras, que son muy importantes.
Algunas consideraciones acerca del preparado experimental.
 La sinapsis que se empleó para la realización del presente experimento es la placa
motora del músculo gastrocnemio. Las fibras motoras que lo inervan transcurren
por el nervio ciático. Es una sinapsis del Sistema Nervioso Periférico.
 Es una preparación de tipo in vivo, es decir se trabaja con el animal entero en
contraposición a las preparaciones in vitro donde se aísla una porción del tejido
que se desee estudiar y el mismo deberá ser mantenido en condiciones
apropiadas.
 El animal está anestesiado e inmovilizado mediante una destrucción mecánica de
parte de su SNC. Las vías ascendentes sensoriales y las descendentes motoras
están destruidas.
 Aún cuando el animal está inmobilizado, y por lo tanto carece de los movimientos
ventilatorios característicos, el intercambio gaseoso a nivel cutáneo asegura la
sobrevida de los tejidos del animal. Una gran ventaja de este preparado: no se
requiere de ventilación artificial.
Algunas consideraciones acerca del circuito experimental: modalidad de
estimulación y registro.
 Estimulación extracelular mediante el uso de energía eléctrica: dentro de ciertos
rangos de intensidad y duración es una modalidad fisiológica de activación de los
tejidos excitables. Estimulo bipolar: dos electrodos iguales en contacto con el tejido
excitable. Durante la breve duración del estímulo circulará una corriente desde el
electrodo positivo (ánodo) hacia el negativo (cátodo) a través del preparado. En
estas condiciones de estimulación el potencial de acción se iniciará a nivel del
cátodo (condición denominada estimulación catódica). Se podrá estimular tanto el
nervio (presinápsis) como el músculo (postsinápsis). En el nervio, el estímulo se
aplicará a nivel de la gotera interna del nervio ciático. Estimulador, SIU.
 Registro extracelular mediante un par de electrodos iguales en contacto con el
tejido excitable: registro bitópico diferencial. Se registra la caída de potencial
producida por la circulación en el espacio extracelular de las corrientes que
subyacen al potencial de acción. Registro poblacional: suma de la actividad de
muchas células excitables activadas. Amplificadores: señales bioeléctricas suelen
ser de escasa amplitud. Registros se visualizan en un osciloscópio: sistema de ejes
cartesianos donde las abscisas representan el tiempo y las ordenadas potencial.
Esencialmente se trata de un voltímetro con gran resolución temporal.
 Registro de la actividad mecánica del músculo. Mediante el empleo de un
transductor de tensión cuya salida alimenta la entrada de un polígrafo, es posible
registrar la actividad mecánica del músculo como consecuencia de la activación del
las fibras motoras. El músculo es un tejido excitable cuya respuesta tiene dos
componentes: una eléctrica y otra mecánica desencadenada por la eléctrica
(acople excitación-contracción). Durante el curso de la presente práctica se
registrarán ambas componentes.
Estimulación eléctrica del nervio: registro en nervio y músculo.
Se registrará la actividad bioeléctrica del nervio (presinápsis) y del músculo (postsinápsis)
como consecuencia de la estimulación del nervio ciático. Se registra por tanto la entrada y
la salida del contacto sináptico.
En el barrido superior del osciloscópio se registra la actividad eléctrica del nervio, en
tanto que en el inferior la del músculo.
Criterios para la identificación del artefacto del estímulo y la señal biológica: latencia,
conducta frente a la inversión de la polaridad del estímulo y existencia de umbral.
El potencial de acción compuesto de nervio se registra con una latencia menor que el
potencial de acción del músculo. ¿A que se debe las diferentes latencias de estos dos
fenómenos bioeléctricos?
Retardo sináptico típico de las sinapsis químicas, comparación con las sinapsis eléctricas.
Variación de la intensidad del estímulo: intensidades subumbral para el nervio no se
registra potencial de acción de nervio ni de músculo, solo se registra artefacto del
estímulo. Intensidades máximas y supramáximas.
Estimulación eléctrica del músculo: registro en nervio y músculo.
Se registra actividad únicamente en el músculo: en las sinapsis química el flujo de
información es unidireccional (estructuralmente asimétricas: del lado presináptico
vesículas conteniendo el neurotransmisor y maquinaria de liberación, del lado
postsináptico receptores), comparación con las sinapsis eléctricas que generalmente son
bidireccionales.
Estimulación eléctrica del nervio: registro de la actividad eléctrica y mecánica del
músculo gastrocnemio. En el barrido superior del polígrafo se registra la respuesta
mecánica del músculo en tanto que en el inferior la respuesta eléctrica del mismo. La
respuesta mecánica se registra gracias al empleo de un transductor de tensión cuya
salida alimenta uno de los canales del polígrafo. El transductor de tensión es un
dispositivo que transforma linealmente energía mecánica en eléctrica (esta última forma
de energía es mucho más fácil de cuantificar). La respuesta eléctrica precede a la
mecánica (acoplamiento excitación-contracción), y presenta un curso temporal
considerablemente más rápido que esta última. El aumento de la frecuencia de
estimulación del nervio produce la tetanización del músculo (suma de fuerza generada).
Reclutando la misma cantidad de unidades motoras el sistema es capaz de regular la
fuerza generada variando la frecuencia con que las activa: código de frecuencia. Tetanos
incompleto y tetanos completo.
Identificación del neurotransmisor liberado y del receptor postsináptico activado.
Hipótesis: la terminal presináptica libera acetilcolina, la cual actúa en receptores
colinérgicos de tipo nicotínicos. De acuerdo a la hipótesis se estudiarán los efectos de la
aplicación de d-tubocurarina (600 mg/g). Este fármaco es un bloqueador específico de
tipo competitivo de los receptores colinérgicos nicotínicos. El mismo se aplicará en el
torrente sanguíneo mediante una cateterización de la arteria aorta a nivel de la cavidad
peritoneal. A los efectos de obtener un control de las acciones de la droga a ser aplicada,
se ligará una de las extremidades posteriores del animal con el objetivo de disminuir el
flujo sanguíneo a dicha extremidad y por lo tanto la llegada de la droga. La extremidad
ligada oficiará de control, en tanto que la no ligada de tratamiento. En estas condiciones
se aplicará el mismo estímulo eléctrico a ambos nervios ciáticos en forma simultánea. En
estas condiciones, asumiendo que la ligadura no tiene efectos significativos, es posible
comparar los efectos de la d-tubocurarina en un mismo animal. ¿De que otra forma es
posible realizar controles?
Tras la aplicación de d-tubocurarina se estimula el nervio y se registra la actividad tanto
del nervio como del músculo. Se observa que el potencial de acción del nervio es normal
en tanto el potencial de acción del músculo de la extremidad tratada está bloqueado. La
actividad eléctrica del nervio y músculo es normal en la extremidad control (ligada). A los
efectos de verificar que la acción de la d-tubocurarina es a nivel de la placa motora, se
estimula en forma directa el músculo gastrocnemio de la extremidad tratada. Dicha
maniobra experimental permite apreciar que es posible activar el músculo en forma
directa, pero no estimulando el nervio. De esta forma se concluye que la acción de la dtubocurarina es a nivel de la sinapsis, y que esta acción sináptica es mediada por la
liberación del neurotransmisor acetilcolina por parte de las fibras motoras presinápticas y
la activación de receptores colinérgicos nicotínicos en la postsinapsis.
¿Que maniobras experimentales realizaría a los efectos de obtener evidencias
complementarias acerca de la identidad del neurotransmisor y del receptor postsináptico
involucrado?
Fatiga sináptica. La estimulación en forma repetitiva a alta frecuencia y durante algunos
minutos produce una depresión de la transmisión sináptica en forma progresiva. A este
fenómeno se lo conoce como fatiga sináptica, y es una característica de las sinapsis
químicas. Dicho fenómeno se debe a un agotamiento del neurotransmisor a nivel del
terminal presináptico. Comparar con las sinapsis eléctricas.
Video elaborado por:
Dr. Michel Borde, Prof. Agdo. Departamento de Fisiología, Facultad de Medicina.
Dra. Ana Celia Silva, Asistente Sección Fisiología Animal, Facultad de Ciencias.
Dr. Atilio Falconi, Prof. Adj. Departamento de Fsiología, Facultad de Medicina.
Material de apoyo elaborado por:
Mag. Sebastián Curti, Prof. Adj. Departamento de Fisiología, Facultad de Medicina.