OLFATO

Cuando un objeto, emite un olor y nos llega a la nariz esto quiere decir que moléculas de dicho objeto se han desprendido de él y llegado, por difusión o arrastre, a nuestra nariz. Estas moléculas entran en la nariz debido a la aspiración que realizamos cuando respiramos. En este proceso, el aire que inhalamos arrastra a las moléculas que están en la vecindad de la nariz. La corriente de aire que entra da lugar a una corriente secundaria que pasa por el epitelio sensitivo. La cantidad de aire y por tanto la fracción de moléculas del objeto oloroso que se deposita en el epitelio es muy pequeña.

También llegan corrientes de aire desde la boca. La comida que tenemos en la boca también despide moléculas que son arrastradas hasta el epitelio sensitivo. Este hecho tiene como consecuencia que la sensación predominante al comer provenga no del gusto que se inicia en la lengua sino del olfato.
La sensación de oler se experimenta cuando las moléculas aromáticas llegan a la mucosa nasal, en donde se disuelven. Así, estas moléculas entran en contacto con los cilios.
Hasta hoy en día no se ha podido determinar con certeza el mecanismo por medio del cual se inicia el proceso a través de los receptores nerviosos que nos dan la sensación de oler. Mencionaremos algunas ideas que se han expuesto y que parecen tener algunos elementos que pueden ser verdaderos. }
En primer lugar, en general, somos muy sensibles a una cantidad extraordinariamente grande de olores distintos. A primera vista podríamos pensar que hay un nervio olfatorio sensible a cada olor posible. Sin embargo, hasta hoy en día no se han encontrado estas diferencias en los cilios nasales.

En muchos casos resulta que la presencia de un átomo particular en la molécula de la sustancia olorosa es la que le da su olor peculiar. Por ejemplo, está el caso del agua, cuya molécula tiene un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno, H2O. Si se sustituye el átomo de oxígeno por uno de azufre se obtiene el sulfito de hidrógeno, H2S. Esta última sustancia despide el olor de huevos podridos. Vemos que la sustitución de un átomo de oxígeno por uno de azufre lleva a cambios notablemente desagradables en el olor de las sustancias.
Por otro lado, existen algunas evidencias de que no es nada más la composición química específica de las moléculas olorosas, sino también su forma la que hace que reaccionemos a su olor. En efecto, existen sustancias cuyas moléculas tienen composiciones químicas diferentes pero con formas muy parecidas, y sentimos que tienen olores muy parecidos.
Sin embargo, la explicación desde el punto de vista molecular de cómo olemos sigue sin respuesta definitiva.

La nariz tiene varias funciones primordiales: por una parte constituye el órgano del sentido del olfato, pues el hombre es capaz de discriminar entre dos mil y cuatro mil olores. Además, forma parte de la vía respiratoria filtrando, calentando, humedeciendo el aire y expulsando materiales extraños recogidos por el aire.
Por nariz se entiende la pirámide nasal visible en la cara o nariz propiamente tal y su cavidad, la cavidad nasal, que se extiende desde los orificios nasales externos por delante hasta las coanas u orificios nasales posteriores que comunican la cavidad nasal con la nasofaringe. La cavidad nasal está dividida en dos mitades por el tabique nasal; a cada mitad se le conoce como fosa nasal; de su pared externa ósea se originan dos láminas óseas perpendiculares llamadas cornetes superior y medio, que dividen parcialmente a cada fosa en cavidades más pequeñas llamadas meatos: bajo el cornete superior está el meato superior; bajo el cornete medio está el meato medio; una tercera lámina ósea independiente, llamada cornete inferior, origina el meato inferior, cavidad cuyo techo es el cornete inferior, y cuyo piso es el piso de (a fosa nasal; en el meato inferior termina el conducto lacrimonasal, que comunica el ángulo interno del ojo con la nariz. Cada fosa nasal se une por medio de orificios en su pared ósea externa con los llamados senos paranasales, cavidades que se encuentran en el interior de los huesos maxilares, frontal, esfenoides y etmoides.

La cavidad nasal presenta tres zonas
1- el vestíbulo: es la parte más anterior e inferior de la nariz, y está tapizada por piel;
2- la llamada "región respiratoria": que se continúa con el vestíbulo y se comunica con la nasofaringe, y está tapizada por una membrana mucosa de tipo respiratorio;
3- la región olfatoria: ubicada en el cornete superior y tercio superior del tabique nasal, donde llegan filetes nerviosos que atraviesan los orificios de un hueso llamado etmoides, cuyo conjunto origina el nervio olfatorio, que alcanza el llamado bulbo olfatorio, que se continúa con las llamadas cintillas olfatorias, cuyas fibras llevan los estímulos al cerebro y cerebelo.

Los receptores químicos del olfato son:
La glándula pituitaria roja: Se ubica en la parte inferior de la fosa nasal y está recubierto por numerosos vasos sanguíneos que calientan el aire.
La glándula pituitaria amarilla: Se ubica en la parte superior de las fosas nasales y presenta tres capas:
Células de sostén
Células olfatorias
Células basales

Las células olfatorias son células nerviosas receptoras de estímulos químicos provocados por los vapores. En la pituitaria amarilla se encuentran las glándulas mucosas de Bowman, que liberan un líquido que mantiene húmedo y limpio el epitelio olfatorio.

Para estimular estas es necesario que las sustancias sean volátiles, es decir, han de desprender vapores que puedan penetrar en las fosas nasales, y que sean solubles en agua para que se disuelvan en el moco y lleguen a las células olfatorias. Éstas transmiten un impulso nervioso al bulbo olfatorio y de este a los centros olfatorios de la corteza cerebral, que es donde se aprecia e interpreta la sensación de olor.

Se cree que existen 7 tipos de células olfatorias, cada una de las cuales sólo es capaz de detectar un tipo de moléculas, éstas son:
Alacanforado.
Almizclado.
Floral.
Mentolado.
Etéreo.
Picante.
Pútrido

Transducción olfativa

Las sustancias odorantes son compuestos químicos volátiles transportados por el aire. Los objetos olorosos liberan a la atmósfera pequeñas moléculas que percibimos al inspirar. Estas moléculas alcanzan la mucosa olfativa, que consta de tres tipos característicos de células: las células olfativas sensoriales, las células de sostén y las células basales, que se dividen aproximadamente una vez al mes y reemplazan a las células olfativas moribundas. Los 20 o 30 millones de células olfativas humanas contienen, en su extremo anterior, una pequeña cabeza con cerca de 20 cilios. El moco nasal acuoso transporta las moléculas aromáticas a los cilios con ayuda de proteínas fijadoras; los cilios transforman las señales químicas de los distintos aromas en respuestas eléctricas.

Las prolongaciones nerviosas de las células olfativas alcanzan el bulbo olfatorio a través de micro-orificios del cráneo; el bulbo es una porción anterior del cerebro, que se ocupa de la percepción de los olores. Estas prolongaciones nerviosas terminan en los glomérulos, pequeñas terminaciones de células olfativas de forma esférica donde se procesan las señales aromáticas que luego son conducidas por células receptoras especiales. La información llega primero al sistema límbico y al hipotálamo, regiones cerebrales responsables de las emociones, sentimientos, instintos e impulsos, tales regiones almacenan también los contenidos de la memoria y regulan la liberación de hormonas. Por este motivo, los olores pueden modificar directamente nuestro comportamiento y las funciones corporales. Sólo más tarde parte de la información olorosa alcanza la corteza cerebral y se torna consciente.

Cuando un objeto, emite un olor y nos llega a la nariz esto quiere decir que moléculas de dicho objeto se han desprendido de él y llegado, por difusión o arrastre, a nuestra nariz. Estas moléculas entran en la nariz debido a la aspiración que realizamos cuando respiramos. En este proceso, el aire que inhalamos arrastra a las moléculas que están en la vecindad de la nariz. La corriente de aire que entra da lugar a una corriente secundaria que pasa por el epitelio sensitivo (Figura 56). La cantidad de aire y por tanto la fracción de moléculas del objeto oloroso que se deposita en el epitelio es muy pequeña.

También llegan corrientes de aire desde la boca. La comida que tenemos en la boca también despide moléculas que son arrastradas hasta el epitelio sensitivo. Este hecho tiene como consecuencia que la sensación predominante al comer provenga no del gusto que se inicia en la lengua sino del olfato.

La sensación de oler se experimenta cuando las moléculas aromáticas llegan a la mucosa nasal, en donde se disuelven. Así, estas moléculas entran en contacto con los cilios (Figura 57).

Hasta hoy en día no se ha podido determinar con certeza el mecanismo por medio del cual se inicia el proceso a través de los receptores nerviosos que nos dan la sensación de oler. Mencionaremos algunas ideas que se han expuesto y que parecen tener algunos elementos que pueden ser verdaderos.

En primer lugar, en general, somos muy sensibles a una cantidad extraordinariamente grande de olores distintos. A primera vista podríamos pensar que hay un nervio olfatorio sensible a cada olor posible. Sin embargo, hasta hoy en día no se han encontrado estas diferencias en los cilios nasales.

En muchos casos resulta que la presencia de un átomo particular en la molécula de la sustancia olorosa es la que le da su olor peculiar. Como ilustración podemos mencionar el caso del agua, cuya molécula tiene un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno, H2O. Si se sustituye el átomo de oxígeno por uno de azufre se obtiene el sulfito de hidrógeno, H2S. Esta última sustancia despide el olor de huevos podridos. Otro ejemplo es el del bióxido de carbono que tiene un átomo de carbón y dos de oxígeno. Su fórmula química es CO2. Este gas no tiene olor. Si ahora reemplazamos los oxígenos por átomos de azufre obtenemos el disulfuto de carbono, cuya fórmula química es CS2. Resulta que el olor de este último compuesto nos es repelente. Vemos que la sustitución de un átomo de oxígeno por uno de azufre lleva a cambios notablemente desagradables en el olor de las sustancias.

 

 

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Fox, Stuart Ira. Fisiología humana séptima edición McGraw-Hill interamericana 2003, pp. 254-255
http://www.mancia.org/foro/fisiologia-biofisica/54859-fisiologia-sensorial.html
http://www.hhmi.org/news/zuker4-esp.html

VISIÓN

La luz visible es una de las formas como se desplaza la energía. Las ondas de luz son el resultado de vibraciones de campos eléctricos y magnéticos, y es por esto que son una forma de radiación electromagnética (EM). La luz visible es tan sólo uno de los muchos tipos de radiación EM, y ocupa un pequeño rango de la totalidad del espectro electromagnético . Sin embargo, podemos percibir la luz directamente con nuestros ojos, y por la gran importancia que tiene para nosotros, elevamos la importancia de esta pequeña ventana en el espectro de rayos EM. Las ondas de luz tienen longitudes de onda entre 400 y 700 nanómetros (4 000 y 7 000 Å). A medida que el arcoiris se llena de matices, nuestros ojos perciben diferentes longitudes de ondas de luz. La luz roja tiene longitudes de onda relativamente largas, aproximadamente 700 nm (10-9 metros) de largo. La luz azul y la luz morada tienen ondas cortas, aproximadamente 400 nm. Las ondas más cortas vibran a mayores frecuencias, y tienen energías más elevadas. Las luz roja tiene una frecuencia aproximada de 430 terahertz, mientras que la frecuencia de la luz azul es de aproximadamente 750 terahertz. Los fotones rojos tienen aproximadamente 1.8 electrón-Volt(eV) de energía, mientras que cada fotón azul transmite aproximadamente 3.1 eV. 

Los vecinos de la luz visible en el espectro EM son la radiación infrarroja de un lado, y luz ultravioleta del otro lado. La radiación infrarroja tiene longitudes de ondas más largas que la luz roja, es por esto que oscila a una frecuencia menor y lleva consigo menor energía. La radiación ultravioleta tiene longitudes de ondas más cortas que la luz azul o violeta, por lo que oscila más rápidamente, y porta mayor cantidad de energía por protón que la luz visible. La luz viaja a la increíble velocidad de 299 792 458 kilometros por segundo (aproximadamente 186 282.4 millas por segundo). A esta increíble velocidad, ¡la luz podría girar más de siete veces alrededor de la Tierra en cada segundo!. La letra "c" minúscula se usa en las ecuaciones para representar la velocidad de la luz, como es el caso de la famosa relación entre energía y materia de Einstein: "E = mc2". Todas las formas de ondas electromagnéticas, incluyendo los rayos X y las ondas de radio , y todas las demás frecuencias a lo largo del espectro EM, también viajan a la velocidad de la luz. La luz viaja más rapidamente en el vacío, y se mueve más lentamente en materiales como agua o vídrio.

El ojo en su conjunto, llamado globo ocular, es una estructura esférica de aproximadamente 2,5 cm de diámetro con un marcado abombamiento sobre su superficie delantera. La parte exterior, o la cubierta, se compone de tres capas de tejido: la capa más externa o esclerótica tiene una función protectora, cubre unos cinco sextos de la superficie ocular y se prolonga en la parte anterior con la córnea transparente; la capa media o úvea tiene a su vez tres partes diferenciadas: la coroides —muy vascularizada, reviste las tres quintas partes posteriores del globo ocular— continúa con el cuerpo ciliar, formado por los procesos ciliares, y a continuación el iris, que se extiende por la parte frontal del ojo. La capa más interna es la retina, sensible a la luz.

La córnea es una membrana resistente, compuesta por cinco capas, a través de la cual la luz penetra en el interior del ojo. Por detrás, hay una cámara llena de un fluido claro y húmedo (el humor acuoso) que separa la córnea de la lente del cristalino. En sí misma, la lente es una esfera aplanada constituida por un gran número de fibras transparentes dispuestas en capas. Está conectada con el músculo ciliar, que tiene forma de anillo y la rodea mediante unos ligamentos. El músculo ciliar y los tejidos circundantes forman el cuerpo ciliar y esta estructura aplana o redondea la lente, cambiando su longitud focal. El iris es una estructura pigmentada suspendida entre la córnea y el cristalino y tiene una abertura circular en el centro, la pupila. El tamaño de la pupila depende de un músculo que rodea sus bordes, aumentando o disminuyendo cuando se contrae o se relaja, controlando la cantidad de luz que entra en el ojo.

Por detrás de la lente, el cuerpo principal del ojo está lleno de una sustancia transparente y gelatinosa (el humor vítreo) encerrado en un saco delgado que recibe el nombre de membrana hialoidea. La presión del humor vítreo mantiene distendido el globo ocular. La retina es una capa compleja compuesta sobre todo por células nerviosas. Las células receptoras sensibles a la luz se encuentran en su superficie exterior detrás de una capa de tejido pigmentado. Estas células tienen la forma de conos y bastones y están ordenadas como los fósforos de una caja. Situada detrás de la pupila, la retina tiene una pequeña mancha de color amarillo, llamada mácula lútea; en su centro se encuentra la fóvea central, la zona del ojo con mayor agudeza visual. La capa sensorial de la fóvea se compone sólo de células con forma de conos, mientras que en torno a ella también se encuentran células con forma de bastones. Según nos alejamos del área sensible, las células con forma de cono se vuelven más escasas y en los bordes exteriores de la retina sólo existen las células con forma de bastones. El nervio óptico entra en el globo ocular por debajo y algo inclinado hacia el lado interno de la fóvea central, originando en la retina una pequeña mancha redondeada llamada disco óptico. Esta estructura forma el punto ciego del ojo, ya que carece de células sensibles a la luz. El ojo humano es receptivo a la radiación electromagnética que denominamos luz visible y que notaremos como distribución espectral por L ( ), siendo la longitud de onda. Al intervalo de valores de que va de 350nm (nanometros) a 780nm lo llamaremos luz visible. La distribución de la sensibilidad del ojo a las distintas longitudes de onda tiene forma de campana con un valor máximo para los conos en torno a los 600 nm y un máximo para los bastones en torno a los 500 nm.

Los conos son células sensibles a la luz que se encuentran situadas en la retina de los vertebrados, en la llamada capa de conos y bastones. Reciben este nombre por su forma conoidea. Estas células son las responsables de la visión en colores. En la zona central de la retina (fóvea), la cantidad de conos es mayor, su número desciende a medida que nos acercamos a la perifería. En la especie humana y en muchos otros primates, existen tres tipos diferentes de conos, cada uno de ellos es sensible de forma selectiva a la luz de una longitud de onda determinada, verde, roja y azul. Esta sensibilidad especifica se debe a la presencia de unas sustancias llamadas opsinas. La eritropsina tiene mayor sensibilidad para las longitudes de onda largas de alrededor de 560 nanómetros (luz roja), la cloropsina para longitudes de onda medias de unos 530 nanómetros (luz verde) y por último la cianopsina con mayor sensibilidad para las longitudes de onda pequeñas de unos 430 nanómetros (luz azul). El cerebro interpreta los colores a partir de la razón de estimulación de los tres tipos de conos.

Existen mamíferos nocturnos que poseen solamente uno de estos pigmentos, mientras que algunas aves y reptiles tienen cuatro y son capaces de detectar la luz ultravioleta no visible para los humanos. Las señales generadas en los conos se transmiten en la retina a las células bipolares que conectan con las células ganglionares de donde parte el nervio óptico que envia la informacion al cerebro.Los bastones son células fotorreceptoras de la retina responsables de la visión en condiciones de baja luminosidad. Presentan una elevada sensibilidad a la luz aunque se saturan en condiciones de mucha luz y no detectan los colores. Se ubican en casi toda la retina exceptuando la fóvea. Contienen rodopsina, que es una proteína que presenta una mayor sensibilidad a las longitudes de onda cercanas a 500 nanómetros, es decir, a la luz verde azulada.

Los bastones se conectan en grupo y responden a los estímulos que alcanzan un área general, pero no tienen capacidad para separar los pequeños detalles de la imagen visual. La diferente localización y estructura de estas células conduce a la división del campo visual del ojo en una pequeña región central de gran agudeza y una zona periférica de menor agudeza, pero con gran sensibilidad a la luz. Así, durante la noche, los objetos se pueden ver por la parte periférica de la retina cuando son invisibles para la fóvea central. Los bastones son más delgados que los conos, el diámetro de sus segmentos internos es de aproximadamente 2 micras. Los segmentos externos de los bastones están formados por discos membranosos aislados de la membrana plasmática, donde se encuentra la rodopsina. Estos discos están continuamente renovándose. Los discos antiguos se van desplazando hacia la zona del epitelio pigmentario, donde son fagocitados y convertidos en fagosomas durante el ciclo diurno, sobre todo al amanecer. Estas células son muy sensibles, capaces de detectar la energía de un sólo fotón y las responsables por tanto de que sea posible la visión nocturna. 

En los fotorreceptores se produce una transducción foto-quimio-eléctrica que da lugar a que en la terminal sináptica se libere mayor o menor cantidad de NT en relación con la magnitud del potencial receptor. La estimulación de los fotorreceptores se inicia por la absorción de la luz por el pigmento visual y el efecto fotoquímico correspondiente; ello lleva consigo cambios de permeabilidad iónica y génesis de potencial receptor que, desde el segmento externo, pasa al segmento interno y se transmite a la región sináptica donde, mediada por un transmisor, la señal alcanza otras neuronas retinianas (bipolares y horizontales). Los fotorreceptores son distintos al resto de receptores sensoriales pues no detectan impulsos nerviosos típicos; sin embargo, en los bastones y conos, al ser alcanzados por la luz, se establecen unas ciertas condiciones físico-químicas que van a desencadenar el impulso de otras células nerviosas. Donde si se detectan los impulsos nerviosos es en el nervio óptico, por fibras nerviosas de las células ganglionares. Sin lugar a equivocarnos, la fotoquímica de la visión es el mecanismo más complicado y preciso de los sentidos. Este complejo mecanismo lo estudiamos en tres apartados: ciclo del pigmento visual, generación del potencial receptor y adaptación a la luz y oscuridad.Las teorías sobre la visión de los colores deben de explicar los hechos señalados. La más aceptada es la siguiente: Teoría de Young-Helmholtz. En los conos existirían tres sustancias químicas sensibles, una a la luz roja, otra a la verde y la tercera a la violeta. Esta sustancia se descompone y estimula ciertas fibras nerviosas que llevan sus impulsos a la corteza visual. La sensación de rojo, verde o violeta se debería a la estimulación de la sustancia correspondiente por la luz; la de los otros colores del espectro y la del blanco, por la estimulación de los tres receptores en grado variable; la del negro, por la falta de estimulación. Esta teoría explica bien algunos hechos: a) la ceguera a un color, que se debería a la falta de la sustancia correspondiente; b) la mezcla de colores, que se relacionaría con la estimulación de varias de ellas; c) las posimágenes positivas, que se explicarían por la continuación de la descomposición de la sustancia al cesar el estímulo, o las negativas, que derivarían de la disminución de una sustancia y de la persistencia de las otras dos, que se excitarían con los colores restantes al mirar la superficie blanca. Esta teoría tiene también algunas objeciones serias. Por ejemplo, no explica la visión del blanco y el gris en la periferia de la retina ni explica la visión del amarillo más allá de la zona del rojo y el verde, que son sus colores formadores. Finalmente no se comprende la ceguera total al color cuando hay visión conservada de los objetos.

1) CICLO DEL PIGMENTO VISUAL. Los pigmentos visuales son proteínas complejas; pero se ha visto que la parte del pigmento que absorbe la luz (porción cromatófora) es una sustancia muy parecida a la vitamina A, se trata del aldehído de la vitamina A (retinal) en sus formas cis y trans. Los pigmentos visuales de la membrana fotosensible de bastones y conos son diferentes. En los bastones se encuentra la rodopsina y en los conos hay yodopsina. Para explicar los mecanismos fotoquímicos de la visión nos referiremos a los bastones por estar mejor estudiados.
La rodopsina, proteína de la membrana de los discos de los bastones, tiene dos componentes, una proteína llamada opsina y un pigmento llamado retinal (11-cis-retinal). En presencia de luz, la rodopsina, en una billonésima de segundo, comienza a descomponerse, a través de varias formas intermedias hacia el 11-trans-retinal, más estable, con escisión de la parte proteica, lo que provoca pérdida de color de la molécula (blanqueamiento) y esto significa que no genera potencial receptor.

La rodopsina se sintetiza en ausencia relativa de luz y su síntesis implica la actuación de una enzima con aporte de energía metabólica para la reducción de todo el trans-retinal a cis-retinal. Después, este cis-retinal se recombina con la opsina para formar de nuevo rodopsina.

2) GENERACIÓN DEL POTENCIAL RECEPTOR. En los conos y bastones no existe potencial de acción, sólo un potencial receptor que se transmite al resto de las células nerviosas, siendo las células ganglionares las encargadas de transmitir los potenciales de acción a través del nervio óptico.

El mecanismo de producción del potencial receptor es el siguiente: la bomba Na+/K+ está restringida a la membrana que rodea el núcleo y el segmento interno impulsa continuamente iones Na+ desde el interior al exterior y, por tanto, crea un potencial negativo dentro de la célula. Sin embargo, en oscuridad, la membrana del segmento externo se hace permeable y deja pasar fácilmente el Na+ y así neutraliza en gran parte la negatividad del interior de toda la célula, dando un potencial receptor a los bastones de -25 a -30 mV. Este potencial receptor es proporcional al logaritmo de la intensidad de la luz, y así el ojo puede distinguir entre intensidades luminosas muy variadas. Cuando la rodopsina se expone a la luz, se descompone y esto hace disminuir la conductancia de los iones Na+ hacia el interior del bastón, aunque sigan impulsándose iones desde el segmento interno hacia el exterior. De esta forma, resulta que hay salida de iones positivos sin la correspondiente entrada de los mismos por el segmento externo; lo que produce aumento de la negatividad intracelular (estado de hiperpolarización), alcanzándose valores de -90 mV.

Puesto que la membrana plasmática del bastón está separada de la de los discos que contienen el pigmento fotosensible, el efecto de la disminución de la permeabilidad para el Na+ debe depende de un mediador químico como es el GMPc. Al parecer, el GMPc se encarga de mantener los canales de Na+ en configuración abierta; la luz activa una proteína, llamada transducina, en la membrana del fotorreceptor que promueve la acción de una fosfodiesterasa que hidroliza el GMPc, lo que hace que los canales de Na+ se cierren y la membrana se hiperpolarize.

*Fototransducción

Los ojos son capaces de adaptarse a niveles altos y bajos de intensidad luminosa. Cuando la retina está en condiciones de oscuridad, se encuentran abiertos una serie de canales iónicos a nivel de los segmentos externos de los fotorreceptores que permiten la entrada fundamentalmente de iones Sodio. Esta entrada de Sodio, despolariza parcialmente a los fotorreceptores, permitiendo la liberación de neurotransmisor a nivel de sus terminales sinápticos.

El transmisor liberado se supone que es Glutamato. Cuando la luz estimula a la molécula de rodopsina, se producen una sería de cambios que se presentan esquemáticamente en la imagen siguiente, que van a producir el cierre de los canales iónicos permeables al sodio.

Por tanto cesa la entrada de sodio y el fotorreceptor se hiperpolariza, con lo que deja de liberar el neurotransmisor.

La corriente que se produce durante las condiciones de oscuridad es debida en un 80% a la entrada de iones sodio, sin embargo el canal es también permeable a los iones calcio y magnesio. Además en oscuridad debe existir un mecanismo para eliminar tanto el calcio como el exceso de sodio. Este mecanismo parece ser que consiste en un intercambiador sodio/calcio a nivel de la membrana de los segmentos externo. El calcio, además tiene un importante papel en todo el proceso de la Fototransducción, ya que aunque no participa directamente en la cascada de la Fototransducción, mejora la capacidad de los bastones para recuperarse después de la iluminación, teniendo un importante papel regulador en los fenómenos de adaptación a las condiciones de luz/oscuridad.

La adaptación a la luz ocurre cuando el animal es expuesto a la luz brillante. Esto provoca que las sustancias fotoquímicas de los bastones y conos se reduzcan a opsinas y retinal, lo que hace disminuir la sensibilidad del ojo a la luz. Al mismo tiempo, el diámetro de la pupila se reduce por constricción refleja parasimpática del músculo constrictor pupilar, disminuyendo la cantidad de luz que entra al ojo.
 

 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

 http://www.biofisica.com/index.php/pg/64
 http://biblioteca.uns.edu.pe/saladocentes/archivoz/curzoz/001_Clase_1.pdf
http://www.mancia.org/foro/archive/index.php/f-22-p-2.html

La exposición del etanol disminuye la permeabilidad de la membrana externa mitocondrial en hepatocitos de rata en cultivo

Las respuestas agudas del hígado al etanol incluyen generación de ATP, el aumento de formación de especies reactivas de oxígeno (ROS),  la peroxidación lipídica y la supresión de la oxidación de ácidos grasos. El etanol también produce un estado hipermetabólico caracterizado por un rápido incremento en el metabolismo del alcohol (SIAM), una cerca duplicación de la respiración mitocondrial y un desacoplamiento aparente de la fosforilación oxidativa mitocondrial. El metabolismo mitocondrial requiere el continuo intercambio de sustratos entre el citosol y la matriz mitocondrial. Este intercambio es catalizado por intercambiadores específicos localizados en la membrana interna, incluyendo el transportador de nucleótidos de adenina, el transportador de fosfato, el transportador de ácido dicarboxílico, la carnitina-acetilcarnitina transporte y otros.

Otros tipos de canales grandes también se describen en la membrana externa mitocondrial pero estos canales no VDAC permanecen cerrados, excepto cuando se abre por señalización  pro-apoptótica y hacer funciones específicas, como la importación de proteínas. VDAC es el único canal en la membrana mitocondrial externa sin embargo se ha identificado que facilita el intercambio de pequeños metabolitos hidrófilos entre el espacio intermembrana mitocondrial y el citosol. Se ha propuesto el cierre VDAC podría explicar, al menos en parte, la supresión de generación de ATP mitocondrial y la oxidación de ácidos grasos después de etanol.

El mecanismo molecular que se basa la patogénesis inducida por el alcohol sigue siendo la enfermedad hepática no se entienden completamente, pero muchos factores que convergen en la mitocondria puede contribuir a alteraciones metabólicas y daño hepático progresivo. Las alteraciones mitocondriales metabólicas después de la exposición del etanol incluyen el aumento de la respiración y la oxidación de acetaldehído, disminución de oxidación de ácidos grasos y la generación de ATP, la depleción de glutatión y el estrés oxidativo. El metabolismo mitocondrial normal requiere intercambio continuo de metabolitos entre el citosol y la matriz mitocondrial. Mientras que la membrana interna

El estado de la conductancia de VDAC podría ser importante en la regulación global de la fisiología mitocondrial y metabolismo oxidativo.

La consecuencia del cierre VDAC se propuso que la interrupción del movimiento normal de los metabolitos (ADP, ATP, Pi, sustratos respiratorios, acilcarnitina) dentro y fuera de las mitocondrias,

llevan a la supresión global de la función mitocondrial. Aquí para poner a prueba esta hipótesis, se evaluó la permeabilidad de la membrana mitocondrial externa en condiciones normales y etanol-subrayó hepatocitos de rata. Las funciones mitocondriales fueron evaluadas después de la permeabilización del plasma y las membranas externas mitocondriales con diferentes dosis de digitonina. La permeabilización de la membrana plasmática selectiva con digitonina baja (8-20 ml) fue confirmada por la liberación de LDH. Se confirmó que se da el 40% de la supresión de la tasa de respiración después de la exposición del etanol. El aumento de la respiración endógena puede ser un indicio de desacoplamiento parcial.

Aunque el tratamiento de etanol no tuvo efecto sobre la actividad citosólica AK, la actividad mitocondrial AK fue de 43% menos después del tratamiento de etanol.

Bibliografía

Holmuhamedov, L. Lemasters. J. Ethanol exposure decreases mitochondrial outer membrane permeability in cultured rat hepatocytes. Archives of Biochemistry and Biophysics 481 (2009) 226–233. 

INTRODUCCION A LA RADIACION ULTRAVIOLETA (UV) Y OZONO

El sol, principalmente esta compuesto de hidrogeno y de helio, debido a las altas presiones, el hidrogeno que se encuentra en el núcleo se convierte en helio, liberado energía, que pierde intensidad conforme recorre el sol. La temperatura en el centro del sol es de 15 millones de °C y en la superficie 5 mil °C.

La energía que recibe la tierra  proviene del sol, de la fotosfera, que se encuentra a 4000-6000 k  se mantiene esta temperatura gracias a que hay reacciones en el centro del mismo, son transformados 400 millones de toneladas de hidrogeno en helio cada segundo, la radiación que emite el sol, comprende una amplia gama de longitudes de onda que van desde los rayos gamma hasta las ondas de radio. La atmosfera de la tierra absorbe parte de la radiación UV que emite el sol, asi como tiene inconvenientes como el daño a animales se puede decir que también hay bneficios pues una parte de esta radiación interviene en la proceso de fotosíntesis en los vegetales, y también sirve para la síntesis de vitamina D, tiene que haber un equilibrio por que si se llega a romper para cualquier lado, tendría resultados impredecibles. En los últimos años se ha visto que este quilibrio esta siendo roto por industrias.

Este especro se puede subdividir en tres zonas que se comporan diferente ante una dismunucion de la capa de ozono, la UV-A (320-400nm) UV-B(280-320) y UV-C (inferior a 280nm)

De los tres tipos de luz UV la A y la C no son significativas en cuanto a daño en la tierra, pues la mayoría de ellas es absorbida por el ozono, en cambio los rayos UV-B están ligados a lesiones de piel, cáncer, etc. aunque no solo eso esta relacionado, también al too de piel, los cuidados etc. el cáncer de piel disminuye a la latitud pues pues hay mayor inclinación de los rayos solares.

La disminución del ozono,  en un 1% acarraera, problemas, como cáncer de piel, el ADN también se podría ver afectado pues es sensible a ese tipo de luz, la fotosíntesis, los peces, y algas también.

La capa de ozono, muchas veces se piensa equívocamente que es un gas que esta concentrado a una altitud especifica, sin embargo esto no es cierto, la capa de ozono es un gas escaso de tres moléculas de oxigeno, esta esparcido desde el suelo, hasta la estratosfera, en condiciones estándar, tendría un espesor de 3 milimetros, el espesor depende de la latitud y la época del año, pueden haber variaciones de ozono de un dia a otro.

El ozono se forma en la estratosfera por acción de la radiación ultravioleta solar sobre el oxigeno molecular, la vida media del ozono es de segundos a días, es el causante de la distribución de  temperaturas.y moléculas de tejido cutáneo

La radiación solar es capaz de penetrar distintas capas de piel, y se puede originar fotobiología que es un encuntro entre fotones  los cromoforos son las moléculas que absorben los fotones,  puede haber daños moleculares también por que la radiación puede alcanzar el dna de las células cutáneas, y asi se desencadenan alteraciones.

Hay mecanismo que utiliza la piel como defensa como la melanogenesis, que es cuando se fabrica melanina, que esta regulado por radiación UV la eumelanina es un filtro para la radiación UV que se encuentra en personas morenas, en cambio la feomelanina, no es foto protectora, esta se encuentra en personas pelirojas.

Otro mecanismo que utiliza la piel es la hiperqueratosis, que se trata de engrosar el estrato corneo, hay una protección también contra radicales libres, que se regulan mediante mecanismos que están basados en sistemas enzimáticos, sistemas de reparación de DNA, hay vitaminas y oligoelementos que actúan como captadores de radicales libres.

FOTOSINTESIS

La tierra recibe energía que es irradiada por el sol, solo una parte de la luz del sol llega a la tierra, pues otra gran parte se absorbe, o se dispersa antes de llegar a la tierra.

La fotobiología comprende desde 300 a 1100 nanómetros, de esta franja depende la visión, la maduración y la fotosíntesis, que en realidad es a comprensión biológica de la energía solar en energía química, los limites energéticos de la fotobiología se sitúan mas o menos entre 100 y 400 KJ/mol de fotones, la longitud de onda, será inferior a 300 nm por que si superan los 400 KJ/mol pueden romper ácidos nucleicos y proteínas.

Las células necesitan convertir energía luminosa en química, las reacciones bioenergéticas se pueden explicar por transferencia de electrones, hay dos tipos de fotosíntesis la oxigenica y la anoxigenica, la primera es la que realizan las plantas, algas y cianobacterias, la segunda se da por bacterias en donde los donadores de electrones, no es la luz, sino compuestos orgánicos e inorgánicos, La fotosíntesis de inicia por la captación de luz por pigmentos fotosintéticos, que se transforma en energía química y es almacenada como eso, después esa energía química se utiliza para la reducción de dióxido de carbono, y después para la síntesis de carbohidratos. La clorofila hace la captación de luz, actúan como pigmentos antena, los pigmentos fotosintéticos están organizados en las membranas biológicas como clorosomas y cromatóforos, en los organismos oxigenicos estos se encuentran en vesículas membranosas llamadas tilacoides, algunos se apilan y forman granas, y se conectan por lamelas,  adentro de los cloroplastos, hay iones que están implicados en el proceso de transporte de electrones, en el mantenimiento de la estructura proteica y en la regulación de fotosistemas como el magnesio, calcio etc.

Hay tres tipos de complejos de la clorofila, el primero es que el complejo colector  está formado de  las antenas de clorofila, y pigmentos, los otros complejos son los fotosistemas I y II que es donde tiene lugar la fotosíntesis, en donde estos últimos están conectados.

La clorofila,  se excita por la luz, absorbe un fotón, y se excita, esta es muy inestable, y puede donar algunos electrones al ambiente en forma de calor, o puede transferirla a otra molécula de pigmento queda la clorofila oxidada y el aceptor reducido, actúa como un potente oxidante que puede aceptar electrones de otra molécula volviendo a su estado estable del principio, asi son transferidos los electrones que son impulsados por la luz.

En plantas superiores actúan dos tipos de fotosistemas que tiene un centro clorofílico  que promueve los saltos de electrones. En general este tipo de fotosíntesis (oxigenica) implica la reducción de ferredoxina con electrones que proceden de agua, el fotosistema II descompone el agua, en la membrana del tilaciode, y la liberación de protones.

En plantas superiores en la primera fase, se produce poder reductor, (NADH) y (ATP) que se utilizan en la segunda para reducir el dióxido de carbono, que su asimilación se da en el estroma de los cloroplastos, en plantas y algas, y en organismos procarioticos, la ruta de asimilación del dióxido de carbóno se da en el ciclo de calvin que tiene 3 fases. Que conducen a una formación de una molécula de gliceraldehido-3-fosfato, a partir de 3 de dióxido de carbono, para lo cual se requieren 6 de NADPH y 9 de ATP.

Hay hay tres variantes del la fotosíntesis C4 que difieren pprincipalmente en la naturaleza del acidode cuatro carbonos transportado a travez de la vaina, y el de tres carbonos que retorna al mesofilo, y en la naturaleza de la enzima que cataliza la descarboxilacion.

En plantas CAM  la dofusion de dióxido de carbono a los tejidos es nocturna,  el primer compuesto que sale  tiene cuatro atomos de carbono y a la luz del dia siguiente ocurre la segunda etapa de las reacciones fotosintéticas que precisa la enzima rubís CO

Bibliografía

Carrillo, L. Fotosíntesis. S.S. Jujuy, 2004 pp: 6-16. 

METABOLISMO DE ENERGIA MITOCONDRIAL Y ENVEJECIMIENTO

Las mitocondria tienen un papel central en el metabolismo energético. Parte de  la energía libre derivada de la oxidación de los alimentos se encuentra dentro
 mitocondrias transformándose en ATP, la moneda energética de la célula. Este proceso depende de oxígeno. Cuando el oxígeno es limitado, los productos se metabolizan directamente en el citosol por tener un efecto menos eficiente.
La producción de ATP mitocondrial se basa en el transporte de electrones integrado por los complejos de la cadena respiratoria I-IV, que transfieren electrones de una manera gradual hasta que se reduce el oxígeno para formar agua. El NADH y FADH2 formados en la glucólisis, oxidación de ácidos grasos y el ciclo del ácido cítrico son moléculas ricas en energía que donan electrones a la CTE.

Los Complejos I, III y IV función como H +  bombas que son impulsadas por la energía libre de oxidación, junto con otras reacciones. Durante la transferencia de electrones, los protones son bombeados siempre desde la matriz mitocondrial al espacio intermembranal

TEORIA DE ENVEJECIMIENTO MITOCONDRIAL

Existe un pequeño porcentaje de los electrones que se fugan de la ETC, en particular de los complejos I y III, durante la respiración normal y antes de tiempo que se reduce el oxígeno, se origina la formación de especies reactivas del oxígeno (ROS).

Se ha demostrado que otras proteínas mitocondriales como el glicerofosfato deshidrogenasa, Cetoglutarato y la piruvato- deshidrogenasa tienen un papel en la producción de ROS. El hecho de que la cadena mitocondrial de transporte de electrones es la mayor productora de ROS se correlaciona con la teoría de los radicales libres. Se ha demostrado que las mitocondrias se hacen más grandes y menos numerosas con la edad, la acumulación de vacuolas, las anomalías en las crestas y las inclusiones intra y paracristalinas mitocondrial hacen que disminuyan las actividades de la cadena, así como el potencial de membrana, en la que depende la producción de ATP, mientras que la cantidad de daño oxidativo a las proteínas y ADN mitocondrial aumentan,

Se ha desarrollado un modelo de ratón que proporcionó pruebas experimentales de un vínculo causal entre las mutaciones del ADNmt  y fenotipos de envejecimiento en los mamíferos. El aumento de las mutaciones somáticas del mtDNA se asocian con una vida útil reducida y el inicio prematuro de los fenotipos relacionados con el envejecimiento tales como pérdida de peso, la reducción de la grasa subcutánea, alopecia, cifosis, osteoporosis, anemia, disminución de la fertilidad y ampliación del corazón
Por otra parte, se ha demostrado que no hay conexión directa entre el aumento de los niveles de las mutaciones del ADNmt y la producción de ROS elevadas.

DESACOPLAR PARA SOBREVIVIR

El consumo de energía limita la longevidad. En otras palabras, la tasa metabólica del organismo determina su vida útil.

Por otro lado, la teoría "desacoplamiento para sobrevivir" propone que el metabolismo de la energía está en una relación positiva con la longevidad.

Debido a que la producción de ROS es altamente dependiente del protón, la pérdida de protones podrían ayudar a limitar el daño oxidativo.

Bibliografía

I. Bratic, A. Trifunovic, Mitochondrial energy metabolism and ageing, Biochim. Biophys. Acta (2010)

LA MITOCONDRIA Y EL CORAZON

INTRODUCCION

Las anomalías en la función y estructura de las mitocondrias se han encontrado cada vez con mayores frecuencias asociadas a enfermedades cardiovasculares, como la miocardiopatía dilatada e hipertrófica, defectos en la conducción cardíaca y muerte súbita, miocardiopatía isquémica y alcohólica y miocarditis. Algunas anomalías mitocondriales pueden tener una base genética (p. ej., los cambios en el ADN mitocondrial [ADNmt], que producen una disfunción de la fosforilación oxidativa, o los defectos en la oxidación de los ácidos grasos debidos a mutaciones específicas del ADN nuclear), mientras que otras de estas anomalías parecen ser debidas a agresiones cardiotóxicas más esporádicas o ambientales, o a causas todavía no identificadas.

Aunque las aberraciones en la función bioenergética de las mitocondrias están frecuentemente relacionadas con la disfunción cardíaca, los defectos específicos que causan la disfunción bioenergética a menudo residen en vías metabólicas no bioenergéticas, por ejemplo, en las vías de señalización entre las mitocondrias y el núcleo, o en el conjunto de la biogénesis mitocondrial y/o las vías de degradación. La comprensión de estas vías y el impacto que tienen los defectos mitocondriales en las enfermedades cardíacas es importante para mejorar el diagnóstico y el tratamiento de las afecciones cardíacas de causa mitocondrial.

LAS MITOCONDRIAS Y EL CORAZÓN NORMAL

Bioenergética mitocondrial

La producción energética mitocondrial depende de factores genéticos codificados por el núcleo y por el ADNmt, que modulan la función mitocondrial normal, incluyendo la actividad enzimática y la disponibilidad de cofactores, y de factores ambientales como la disponibilidad de combustibles (p. ej., azúcares, grasas y proteínas) y oxígeno. Diversas vías bioenergéticas interaccionan contribuyendo al metabolismo energético mitocondrial, como la oxidación del piruvato, el ciclo de los ácidos tricarboxílicos, la betaoxidación mitocondrial de los ácidos grasos y la vía final común de la fosforilación oxidativa que genera el 80-90% del ATP celular.

Los ácidos grasos son el principal sustrato energético para la producción de ATP en el músculo cardíaco a partir de la fosforilación oxidativa. Los ácidos grasos deben ser transportados de forma efectiva al interior del cardiomiocito primero, y luego al interior de la mitocondria para poder ser utilizados en la producción bioenergética a través de la betaoxidación mitocondrial, y este proceso de transporte requiere diversas proteínas que forman parte del transportador de carnitina (la aciltransferasa de carnitina y dos palmitoiltransferasas de carnitina, así como la carnitina). La betaoxidación de los ácidos grasos y la oxidación de los hidratos de carbono a través del ciclo de los ácidos tricarboxílicos genera la mayor parte del NADH y FADH intramitocondriales, que son la fuente directa de electrones para la cadena de transporte respiratoria.

El aporte de ATP a partir de otras fuentes es limitado en el tejido cardíaco normal. Además de las vías bioenergéticas y de los intermediarios metabólicos, el corazón contiene también fosfatos de alta energía (p. ej., la fosfocreatina)

producida por la creatincinasa mitocondrial a partir del ATP de la translocasa de nucleótidos de adenina estrechamente relacionada y de la sintasa de ATP mitocondrial.

Cambios mitocondriales cardíacos durante el crecimiento y el desarrollo del corazón

En el corazón fetal, que funciona en un ambiente relativamente hipóxico, la glucosa y el lactato son los principales sustratos energéticos utilizados por la glucólisis y la oxidación del lactato, respectivamente. El gran aporte de glucógeno que existe en el corazón fetal y, en menor medida, en el corazón neonatal, constituye una fuente significativa de glucosa y ATP en el miocardio. La glucogenólisis es particularmente importante en situaciones de deprivación de oxígeno, y puede hacer que el corazón fetal sea más resistente a los efectos de la hipoxia y la isquemia que el corazón adulto.

En el período posnatal se produce un cambio, de manera que los ácidos grasos se convierten en el principal sustrato energético del corazón. La expresión de genes que codifican enzimas de ácidos grasos experimenta un cambio.

Una de las consecuencias derivadas de la producción bioenergética mitocondrial es la generación de radicales libres del oxígeno, como los radicales de superóxido e hidroxilo y el peróxido de hidrógeno (H2O2). El anión superóxido se genera directamente como consecuencia de las reacciones colaterales de la cadena de transporte electrónico con el oxígeno. Los lugares principales de generación de radicales libres del oxígeno en la mitocondria son los complejos I y III de la cadena respiratoria; tanto un exceso como una disminución del flujo de electrones en estos puntos puede estimular la autooxidación de las flavinas y las quinonas (incluida la coenzima Q), produciendo radicales superóxido. Éstos pueden convertirse en H2O2 (en presencia de la superóxido dismutasa) que, a su vez, puede reaccionar para formar radicales de hidroxilo.

Cambios mitocondriales cardíacos durante el envejecimiento y la senescencia

Entre los múltiples cambios metabólicos que tienen lugar en el músculo cardíaco en la edad avanzada se encuentran las modificaciones en la composición de ácidos grasos y lípidos de la membrana como, por ejemplo, un aumento de los valores de ácidos grasos saturados14 y una reducción de las concentraciones de ácidos grasos poliinsaturados15 y de cardiolipina16. La cardiolipina, que es el fosfolípido insaturado celular más abundante, es el principal componente de la membrana mitocondrial interna, y desempeña un papel integral en la función de transporte de la membrana mitocondrial cardíaca, en su fluidez y estabilidad, además de facilitar la función de las enzimas bioenergéticas que se encuentran en la membrana.

Con el envejecimiento también se produce un aumento de la tasa de deleciones a gran escala y de mutaciones  puntuales del ADNmt cardíaco, y una reducción de las actividades enzimáticas mitocondriales.

DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL EN LAS ENFERMEDADES CARDIOVASCULARES

ADNmt y enfermedad cardiovascular

En las miocardiopatías se han documentado defectos discretos de la fosforilación oxidativa mitocondrial o deficiencias en la cadena respiratoria. Tanto la miocardiopatía dilatada como la hipertrófica se encuentran acompañadas frecuentemente por niveles defectuosos de las actividades enzimáticas de la fosforilación oxidativa y la cadena respiratoria. Las miocardiopatías (sobre todo la hipertrófica) se asocian a menudo a mutaciones puntuales patogénicas específicas del ADNmt. Se han identificado mutaciones patogénicas de ADNmt en varios genes de ARNt mitocondriales que están asociadas a miocardiopatías. Algunos genes específicos de ARNt, como el LEU, el ILE y el LYS, parecen ser zonas calientes de mutación en pacientes con miocardiopatías. El lugar donde se producen las mutaciones dentro de la estructura en hoja de trébol del ARNt genérico puede tener un gran impacto sobre la severidad del fenotipo y, posiblemente, sobre su especificidad tisular37. En general, las mutaciones patogénicas de ARNt mitocondrial afectan negativamente a la síntesis proteica de las mitocondrias y la actividad de múltiples enzimas respiratorias.

Defectos en proteínas mitocondriales codificadas por ADN nuclear y enfermedad cardiovascular

Las mutaciones en un amplio grupo de genes nucleares que codifican proteínas mitocondriales pueden causar miocardiopatías. Por ejemplo, una miocardiopatía es a menudo una consecuencia de mutaciones en proteínas transportadoras mitocondriales (p. ej., la translocasa de la carnitina-acilcarnitina) que facilitan el paso de metabolitos críticos a través de la membrana mitocondrial interna59, y también de mutaciones en la frataxina, una proteína de transporte mitocondrial implicada en la acumulación mitocondrial de hierro que causa la ataxia de Friedreich (a menudo se presenta con miocardiopatía hipertrófica). También se han implicado en algunas enfermedades de base mitocondrial, como el síndrome de Leigh, algunas mutaciones de genes nucleares que codifican factores necesarios para el ensamblaje y el funcionamiento de las múltiples subunidades que conforman los complejos enzimáticos respiratorios. En este sentido, las mutaciones en el gen SCO2 que codifica una chaperona de cobre involucrada en el ensamblaje del complejo IV (COX), pueden dar lugar a una miocardiopatía61. Es interesante señalar que el fenotipo clínico en pacientes con mutaciones en SCO2 es distinto del que se ha encontrado en otras mutaciones que afectan a otros factores del  ensamblaje de COX (p. ej., el SURF1), que normalmente se presentan sin afección cardíaca.

Las mutaciones específicas del ADN nuclear que afectan a proteínas estructuales y contráctiles, como la actina, la desmina, el sarcoglicano y la distrofina, han sido identificadas como agentes causales en muchos casos de miocardiopatía dilatada e insuficiencia cardíaca. De la misma forma, algunos casos de miocardiopatía hipertrófica familiar son debidos a mutaciones patogénicas concretas de proteínas cardíacas implicadas en la generación de la fuerza contráctil, como la cadena pesada de la betamiosina, la troponina T, la tropomiosina y la proteína C que se une a la miosina.

Isquemia miocárdica

Cuando el suplemento de oxígeno es limitado, como ocurre durante la isquemia miocárdica, la fosforilación oxidativa y el flujo del transporte electrónico declinan, se produce una depleción rápida de las reservas de creatina fosfato, disminuye la oxidación del piruvato y de los ácidos grasos y se deteriora la producción de ATP.

La hidrólisis del ATP derivado de la glucólisis y la acumulación de lactato conducen a una disminución del pH intracelular y al desarrollo de acidosis intracelular, lo que ejerce un efecto inhibitorio directo sobre la función contráctil. El AMP y otros metabolitos se acumulan, y esto da lugar a la aparición de edema mitocondrial y degeneración progresiva. Además, la isquemia miocárdica produce una disminución de los valores de los complejos respiratorios IV y V y un aumento de las deleciones de ADNmt81. La isquemia sostenida acaba por producir depleción de ATP y muerte celular necrótica.

Existe un mecanismo cardioprotector de autodefensa en el corazón isquémico que implica la apertura de unos canales mitocondriales de K+ sensibles al ATP. Este efecto cardioprotector puede estar mediado por una mejoría de la producción de ATP, por una disminución de la sobrecarga de Ca2+ en la matriz mitocondrial y por un aumento de la generación de radicales libres del oxígeno, que dan lugar a una activación de la proteincinasa C. Se dispone de varios fármacos que funcionan activando específicamente la apertura de los canales de K+ mitocondriales como, por ejemplo, el diazóxido. Existen evidencias en humanos que demuestran que los canales de K+ mitocondriales son los efectores del precondicionamiento.

Apoptosis y muerte celular en la enfermedad cardíaca

En la vía mitocondrial de la apoptosis, la liberación desde la mitocondria al citosol de proteínas proapoptósicas, citocromo C y factor inductor de apoptosis (AIF) es un hecho crucial en la puesta en marcha de la subsiguiente cascada de cambios citoplasmáticos, incluida la activación de las cisteína-aspartato proteasas (caspasas) y las endonucleasas nucleares que desencadenan la muerte celular86,87. La liberación de péptidos mitocondriales se encuentra facilitada por la apertura de un megacanal, el poro de transición de permeabilidad mitocondrial (PTP), un complejo multiproteico dinámico localizado en los puntos de contacto entre la membrana interna y la membrana externa, que se activa por la unión de proteínas proapoptósicas como la Bax (fig. 3). La proteína antiapoptósica Bcl2 (una proteína mitocondrial) previene la asociación de Bax con el PTP e interfiere con la liberación de péptidos proapoptósicos desde la mitocondria (p. ej., el citocromo C y el AIF). Evidencias recientes han establecido que la apertura del PTP es un eslabón temprano crítico de la apoptosis que precede a la cascada de caspasas. La apertura del PTP está promovida por el influjo de Ca2+ hacia la mitocondria y por la producción excesiva de radicales libres del oxígeno en la mitocondria. Existen otros segundos mensajeros proapoptósicos, como los prooxidantes y el óxido nítrico, que también inducen la apertura del PTP. Además de su implicación en la muerte celular apoptósica, la apertura del PTP se ha relacionado con la muerte celular clínica de cardiomiocitos inducida por las excitotoxinas (como el glutamato), así como en la muerte celular necrótica que tiene lugar durante la anoxia y la isquemia.

Es importante señalar que la desenergización mitocondrial completa no favorece el desarrollo de apoptosis, sino más bien el de necrosis. No debería sorprendernos que los acontecimientos iniciales de la apoptosis incluyan la modulación de los valores de ATP, dada la estrecha proximidad que hay entre el PTP y los complejos respiratorios en la membrana mitocondrial interna, así como su implicación en la pérdida de citocromo C, una molécula crítica de la cadena de transporte electrónico. En el lugar del PTP está presente también un gran número de moléculas mitocondriales asociadas a energía, como el intercambiador de nucleótidos de adenina, la enzima glucolítica hexocinasa, el canal de aniones dependiente de voltaje de la membrana externa (VDAC o porina), la creatincinasa mitocondrial y la cardiolipina.


Bibliografía

Marín-García. J, Goldenthal. M. La mitocondria y el corazón. Rev Esp Cardiol 2002;55(12):1293-310