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Neurofisiología 2006
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ACTIVIDAD N8: Sistema Nervioso Autónomo
CASOS CLÍNICOS: SISTEMA NERVIOSO AUTONOMO
Los siguientes datos clínicos corresponden a tres pacientes diferentes, que presentan alteraciones de
la neurotransmisión autonómica periférica. Sólo se proveen algunos datos clínicos, que deberían
permitirle decidir cuál es el tipo de alteración general.
Paciente 1. Un campesino fue rociado por una avioneta que fumigaba un campo. Llega a la guardia
inconsciente, muy sudoroso, con sialorrea y una severa dificultad respiratoria, bradicardia
e hipotensión arterial.
Paciente 2. Un chico es llevado a la guardia por sus padres. Aparentemente ingirió el contenido de un
frasco de gotas oculares. Está confuso, tiene una temperatura elevada y la piel caliente y
seca. Presenta taquicardia y midriasis.
Paciente 3. Un adulto joven con historia de hipertensión arterial moderada resistente al tratamiento e
hiperglucemia en determinaciones repetidas, consulta la guardia en medio de una crisis
caracterizada por presión arterial muy elevada, taquicardia con alteración del ritmo
cardíaco, sudoración, y gran ansiedad.
Ayudado por un texto de fisiología, investigue las acciones del sistema nervioso autónomo en los
diferentes órganos y tejidos, e intente caracterizar los componentes de cada cuadro clínico como
debidos a una alteración (exceso o déficit de función) del simpático o parasimpático. Haga un esquema
de una sinapsis efectora simpática y una parasimpática, y proponga una alteración de la función
sináptica capaz de explicar esos cambios.
DIAGNÓSTICO
Paciente 1.
Paciente 2.
Paciente 3.
En el cuadro ubicado en la página siguiente, complete los efectos que espera encontrar en los distintos
pacientes en cada órgano o tejido. Identifique el tipo de receptor sináptico involucrado. Después de
hacerlo, estará listo para decidir una estrategia terapéutica para cada paciente .
TRATAMIENTO FARMACOLOGICO
Paciente 1:
Paciente 2:
Paciente 3:
1
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Paciente 1
Paciente 2
Paciente 3
Pupilas
Acomodación
Resistencia
vascular
periférica
Presión arterial
Frecuencia
cardíaca
Secreciones
salival
pancreática
entérica
lagrimal
bronquial
Músculo liso
bronquial
digestivo
esfínteres
pared
vesical
trígono
detrusor
arteriolar
venoso
Genitales
eyaculación
erección
útero
Piel
piloerector
gl. sudoríparas
arteriolas
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CASO CLÍNICO
Recuerda al paciente que sufrió una lesión de la médula espinal en el TP6? Analice con su ayudante los
efectos de la lesión sobre la función vesical durante la etapa de shock. Para ello haga un esquema de la
vía refleja que controla la micción, e incluya los mecanismos supraespinales que la regulan.
Discuta las diferencias entre los efectos de una lesión espinal que destruye el centro integrador del
arco reflejo, y otra que deja el arco intacto pero desconectado de los mecanismos reguladores
supraespinales. ¿Qué pasará en cada situación (destrucción del arco vs desconexión supraespinal) con
la función vesical en la etapa crónica del síndrome espinal?
CASO CLÍNICO
En el examen clínico un paciente muestra miosis, ptosis palpebral, y enrojecimiento de la piel del
rostro. Todos estos signos son unilaterales. La cara muestra una sudoración ligera en la mitad sana,
pero está completamente seca en la mitad afectada. Los reflejos fotomotor y de acomodación son
normales.
Utilice sus conocimientos sobre la organización del Sistema Nervioso Autónomo para interpretar el
cuadro clínico del paciente. Explique la causa de cada uno de los signos observados, y por qué algunos
reflejos autonómicos están conservados.
NEUROTRANSMISION EN GANGLIOS AUTONOMICOS SIMPATICOS
mV
El siguiente gráfico representa la respuesta de una neurona
postganglionar simpática a un estímulo aplicado en el
momento señalado por la flecha sobre las fibras
preganglionares que la inervan.
-30
Identifique
los
componentes
despolarizantes
e
hiperpolarizantes, rápidos y lentos, de la respuesta
postsináptica, y elabore una hipótesis (un circuito neural
ganglionar con neurotransmisores y receptores) que pueda
explicar esa secuencia de eventos.
-50
-70
ms
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REGULACIÓN DE LA TEMPERATURA CORPORAL
1. Construya un diagrama interpretando el mecanismo de regulación de la temperatura corporal
como un sistema de retroalimentación negativa. Incluya: termostato, controlador neural, efectores,
variable controlada y los sensores centrales y periféricos. Especifique el rol de cada uno de esos
elementos en el mecanismo de retroalimentación que controla la temperatura corporal.
2. ¿Dónde se encuentran los principales mecanismos sensores de la temperatura corporal? ¿Qué
receptores de temperatura tienen mayor influencia sobre los mecanismos hipotalámicos que
regulan la temperatura corporal? Existen receptores cutáneos de temperatura? Dibuje las curvas
que muestran el efecto de la temperatura sobre la actividad (potenciales de acción por segundo)
de los termoreceptores cutáneos.
3. ¿Cuáles son las fuentes endógenas de generación de calor? ¿Están sometidas a regulación? ¿Qué es
la termogénesis adaptativa?
4. ¿Cuáles son los mecanismos efectores que permiten disipar o evitar la pérdida de calor? ¿Están
sometidos a regulación? Complete el siguiente cuadro:
mecanismos que
promueven la disipación de
calor
mecanismos que
promueven la conservación
de calor
que involucran al sistema
nervioso autónomo
que involucran al sistema
endocrino
que involucran al sistema
nervioso somático
5. ¿Qué rol juega la sudoración en la regulación de la temperatura corporal? ¿Cómo controla el
sistema nervioso autónomo a las glándulas sudoríparas?
6. ¿Qué mecanismos median la transferencia de calor entre la región corporal central (core) y la
superficie cutánea? ¿Está este proceso sometido a regulación? ¿Cómo?
7. ¿Qué hormonas tienen un rol importante en la regulación del gasto energético y generación de
calor? ¿Cómo actúan?
8. En el esquema que interpreta la regulación de la temperatura corporal como un mecanismo de
retroalimentación negativa, ¿cómo definiría la alteración primaria que provoca la fiebre? ¿Qué
moléculas intervienen en la aparición de fiebre asociada a procesos inflamatorios periféricos?
Bibliografía
Rhoades RA, Taner GA. Medical Physiology. Lippincott Williams and Wilkins, 1995
Lowell BB, Spiegelman BM. Towards a molecular understanding of adaptive termogénesis. Nature
404:652-660, 2000
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ACTIVIDAD N9: Sueño y Vigilia
El electroencefalograma (EEG) se
registra habitualmente a través
de 20 electrodos ubicados sobre
la calota craneana (sistema
internacional
10-20).
Cada
electrodo lleva un nombre, que
hace referencia a su posición y
estructura cortical de la cuál
recoge información. La señal
puede registrarse en modo
bipolar (ej., entre C3 y T3) o
respecto a una referencia, que
podrían ser electrodos ubicados
en el vertex o las apófisis
mastoides (en ese caso se señala
el registro como C3-ref).
La señal registrada se origina
fundamentalmente
en
la
corteza cerebral. El registro no
corresponde a células únicas,
sino a la influencia de grandes
poblaciones de neuronas sobre
el potencial en el entorno del
electrodo. Por lo tanto no
reconocemos en el trazado
potenciales
de
acción
o
potenciales sinápticos.
Existen distintos patrones de
actividad
electroencefalográfica,
en
algunos casos típicos de
estados particulares del ciclo
sueño – vigilia.
En un trazado electroencefalográfico pueden reconocerse
ondas de distinta amplitud y
frecuencia (ver gráfico). En
términos generales, cuando la
actividad de las neuronas
corticales está fuertemente
sincronizada,
se
registran
ondas de gran amplitud, y
cuando la actividad de cada
neurona cortical difiere de las
neuronas en su entorno, las
ondas electroencefalográficas
son de poca amplitud y alta
frecuencia.
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1. El siguiente trazado EEG corresponde a una persona sana, despierta, que tiene los ojos cerrados. La
barra gris vertical indica el momento en que se abren los ojos. Las líneas verticales punteadas
indican la escala de tiempo: entre líneas pasan 2 segundos. Cuente la cantidad de ondas por
segundo en los canales occipitales (O1-ref, O2-ref) antes de que el sujeto abra los ojos. ¿Cómo se
llama este ritmo EEG? ¿Qué ocurre con él cuando el sujeto abre los ojos? Cuente ahora el número
de ondas por segundo en los canales frontales (F3-ref, F4-ref) inmediatamente después de que el
sujeto abre los ojos. ¿Cómo es la amplitud de estas ondas respecto a las alfa? ¿Cómo se llama este
ritmo EEG?
Trazado 1: sujeto vigil
¿Puede establecer una relación general entre el tipo dominante de onda del EEG y la actividad cognitiva
de un individuo?
2. Este otro trazado fue tomado de un paciente en un laboratorio de sueño. La escala de tiempo es
diferente de la anterior (ver parte inferior del trazado). Se observan algunos canales del EEG, y
además, registros de movimientos oculares (electro-oculograma, eog), de un micrófono (mic), del
electromiograma (emg), del flujo a través de la vía aérea (flu) y del esfuerzo torácico realizado para
ventilar (pne).
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Trazado 2: sueño lento
Analice los primeros 5 segundos del registro. ¿Cómo son las ondas del EEG en los canales frontales
(F3, F4) respecto a las de un sujeto vigil? ¿Cómo se llaman los ritmos lentos del EEG? ¿En qué etapa del
sueño diría que se encuentra el paciente?
Mire ahora la última porción del registro. Compare la curva de flujo entre los primeros segundos del
registro y estos últimos segundos. ¿Qué observa? Haga ahora lo mismo con la curva de esfuerzo
ventilatorio. Parece que el paciente está haciendo un gran esfuerzo para ventilar. ¿Qué patología podría
estar afectándolo?
Mire el registro EEG del paciente, los canales frontales, durante el episodio de apnea. ¿A qué registro se
parece más, al de sueño lento o al del sujeto vigil? ¿Qué cree ha ocurrido?
3. El último trazado corresponde a otro individuo registrado en el laboratorio de sueño. Observe la
relación entre el flujo en la vía aérea y el esfuerzo torácico ventilatorio, que parece normal. Ahora
cuente el número de ondas por segundo en los canales EEG F3-C3 y F4-C4.
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Trazado 3
Compare la frecuencia y amplitud de las ondas con las del individuo vigil (trazado 1) y las del paciente
del trazado 2, que estaba en sueño lento antes de sufrir un episodio de apnea. ¿A cuál de los dos se
parece más el trazado 3? Observe el registro de movimientos oculares. Compárelo con el del trazado 2.
¿Qué está ocurriendo?
1. Analice los siguientes hipnogramas, correspondientes a dos individuos sanos. Establezca qué
porcentajes del total de sueño de cada sujeto corresponden a "sueño rápido", "sueño lento
profundo" y etapa II del sueño lento. ¿Puede hacer alguna inferencia sobre la edad de estos
individuos?
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5. Complete el siguiente cuadro comparativo entre los tipos de sueño:
SUEÑO LENTO
SUEÑO RÁPIDO (MOR)
Características del EEG
Cambios en flujo sanguíneo
cerebral respecto a la vigilia
Actividad motora somática
Funcionamiento autonómico
Control de la temperatura
corporal
Umbral para el despertar
(externo-interno)
Actividad onírica
Parasomnias
Experimento 1:
En un gato se aplica un agonista de receptores colinérgicos muscarínicos en la formación reticular
protuberancial lateral. Segundos después, el animal pierde el tono muscular, cae al piso y deja de
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responder a estímulos sensoriales. Su EEG muestra ondas de escasa amplitud y alta frecuencia, y el
EOG demuestra episodios de movimientos oculares rápidos. ¿Qué está ocurriendo?
Diagrame las principales conexiones a través de las cuales la estimulación colinérgica de la formación
reticular protuberancial produce los fenómenos fisiológicos que caracterizan un episodio de sueño
rápido.
Experimento 2:
En la década de 1940, Moruzzi y Magoun demostraron que la estimulación eléctrica de la formación
reticular mesencefálica caudal podía despertar a un gato que se encontraba dormido. Hoy se conocen
muchos detalles sobre la organización de los circuitos neurales involucrados en la inducción y
mantenimiento de los estados de vigilia y sueño. Esquematice dichos circuitos, incluyendo mecanismos
mesencefálicos e hipotalámicos y los principales neurotransmisores involucrados.
¿Qué consecuencias tienen las lesiones extensas de la formación reticular mesencefálica o del
hipotálamo posterior?
¿Qué mecanismo podría explicar que algunas drogas que bloquean receptores para histamina
produzcan somnolencia?
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ACTIVIDAD N10: Lenguaje, Aprendizaje y Memoria, Motivación
Lenguaje
CASO CLÍNICO I
Una paciente que sufrió un accidente cerebrovascular hemisférico presenta, como secuela, una
alteración de la motilidad distal del miembro superior derecho y un trastorno del lenguaje. La paciente
habla muy poco, realizando un gran esfuerzo para emitir escasas palabras, al punto que le es muy
difícil comunicar lo que piensa. Las frases están formadas básicamente por sustantivos y verbos, la
estructura gramatical está seriamente alterada. No puede repetir una frase que escucha, ni escribir
algo que se le dicta. Sin embargo, puede cumplir órdenes verbales o escritas, siempre y cuando no
requirieran hablar o escribir como respuesta, tales como “tome el cuaderno” o “camine”.
CASO CLÍNICO II
Un paciente que sufría fuertes cefaleas y alteraciones transitorias de la conciencia poseía un tumor que
afectaba la porción caudal-lateral del lóbulo temporal derecho. Fue sometido a una cirugía durante la
cual se realizó una resección amplia del tumor. Al despertar de la anestesia manifestaba severos
trastornos del lenguaje, que no remitieron durante los seis meses de seguimiento posterior a la cirugía.
Si bien el habla era fluida, las frases carecían completamente de contenido, principalmente debido a la
errónea selección de palabras, el uso de términos inventados, y la deformación del vocabulario.
Además, el paciente no comprendía órdenes simples verbales o escritas, aún cuando su ejecución no
requiriera hablar ni escribir, ni podía repetir frases escuchadas o leer en voz alta un texto escrito. No
se observaban trastornos motores, aunque si existía un defecto en el campo visual del ojo izquierdo.
Ocho meses después de la cirugía los trastornos de la conciencia se presentaron nuevamente, y un año
después de la aparición de los primeros signos clínicos el paciente presentaba rigidez por
descerebración.
Complete el siguiente cuadro comparativo entre los pacientes y discuta el tipo de afasia que presentan.
PACIENTE No 1
PACIENTE No 2
Fluidez del habla
Capacidad de repetir una
frase escrita o dictada
Comprensión de órdenes
verbales
o
escritas
simples
Signos clínicos asociados
Ubicación de la lesión en
la RMN
Diagnóstico
¿Cuál era el hemisferio dominante en cada paciente? ¿De qué manera pudo haberse determinado cuál
era el hemisferio dominante del paciente No 2 antes de la cirugía? De haberse hecho el diagnóstico de
dominancia hemisférica antes, ¿hubiera esto influido sobre las medidas terapéuticas a tomar? (puede
esperar 5 años para contestar esta última pregunta)
Dibuje la cara lateral de un hemisferio cerebral, e indique en la misma la localización de las áreas
afectadas en cada paciente.
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En otros esquemas, sugiera las rutas que seguiría la información a través de las áreas de Broca y
Wernicke y otras áreas corticales, durante el acto de repetir en forma oral una frase escuchada,
durante la lectura en voz alta, y durante el dictado.
Discuta las posibles consecuencias clínicas de una lesión que afecta los fascículos que conectan las
áreas de Wernicke y Broca.
Memoria
Ejercicio 1:
En un estudio sobre memoria realizado en pacientes depresivos que fueron sujetos a terapia
electroconvulsiva se evaluó la capacidad de recordar eventos que fueron categorizados de acuerdo con
su antigüedad. Los eventos que debían recordar eran nombres de programas de televisión que fueron
emitidos durante sólo un año, entre 1957 y 1972. Los pacientes fueron evaluados cuando ingresaron al
hospital psiquiátrico y después de sufrir el electroshock.
aciertos (%)
80
75
70
65
60
ANTES
55
50
45
40
DESPUES
35
30
<2
2a4
4a6
6a8
8 a 15
años desde la emisión del programa
a) ¿Cuántos tipos de memoria conoce? Defínalas y proponga ejemplos. ¿Qué tipo de memoria se
evaluó en esta prueba?
b) Haga un esquema incluyendo los estadíos en la formación de una memoria y con flechas señale
cómo fluye información entre los "compartimientos" de memoria, y entre ellos y el ambiente.
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c) ¿Qué conclusión puede sacar de la experiencia? ¿Qué implicancias tiene el resultado respecto al
sustrato neural de las memorias analizadas?
Ejercicio 2.
El paciente HM fue sometido a una neurocirugía durante la cual se le extirpó parte de sus polos
temporales, con el propósito de tratar una epilepsia que no había respondido a las otras alternativas
terapéuticas con que se contaba en la década de 1950. Al recuperarse de la cirugía, eran manifiestos
serios problemas mnésicos, de los cuales no se recuperó en los siguientes 50 años. Extraiga del
artículo "What's new with the amnesic patient HM? Nature Reviews Neuroscience, 3:153-159, 2002,
escrito por Suzanne Corkin, los datos necesarios para completar el cuadro.
Lea el primer párrafo de la sección "early discoveries". ¿Qué es la memoria episódica? ¿Qué es la
memoria semántica? Defínalas y brinde ejemplos. ¿Cómo se encontraban en HM estas memorias? ¿Qué
pasó con la memoria reciente de HM?
Lea ahora el primer párrafo de la sección "residual learning capacities". ¿En qué tests mnésicos
presentó HM una performance "normal"? ¿Qué tipo de memoria evalúan dichos tests? Defínala y
compárela con las memorias declarativas.
Complete ahora el siguiente cuadro:
ESTRUCTURAS
RESECADAS
MEMORIA
RECIENTE
MEMORIA DE
EPISODIOS
REMOTOS
MEMORIA DE
SEMÁNTICA
MEMORIA DE
PROCEDIMIENTO
INTELIGENCIA
¿Cómo explica la incapacidad del paciente para formar "nuevas memorias episódicas"? ¿Cómo explica
la preservación de algunos tipos de memoria? Discuta los posibles sustratos neurales de los distintos
tipos de memoria.
¿Conoce alguna patología en la que se altere la memoria episódica de hechos remotos? ¿Qué
estructuras están lesionadas en esos pacientes? Escriba una historia clínica hipotética de un paciente
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con enfermedad de Alzheimer, describiendo cronológicamente los trastornos mnésicos que esperaría
encontrar.
Motivación
1.
Se supone en la actualidad que las drogas de abuso modifican sobre el sustrato neural donde
actúan los fenómenos motivacionales naturales. Ese circuito involucra estructuras de la corteza
cerebral, el tronco encefálico y los ganglios de la base. Esquematícelo.
2.
En este experimento se midió con una técnica llamada microdiálisis la concentración extracelular
de dopamina en el núcleo
accumbens
después
de
la
inyección de nicotina por vía
intraperitoneal (rata). La dosis de
nicotina fue ajustada como para
producir la misma concentración
sanguínea que se observaría en
un humano después de fumar un
cigarrillo. Cabe mencionar que las
ratas pueden hacerse adictas a la
nicotina.
¿Qué efecto tiene la nicotina sobre la
concentración de dopamina en el
núcleo accumbens? ¿Cuál es la fuente
de
dopamina
en
el
núcleo
accumbens?
¿Conoce otras drogas de abuso que
puedan modificar la concentración
de dopamina en el espacio sináptico?
¿Cómo lo logran?
3.
A diferencia de la cocaína y la anfetamina, algunas drogas de abuso como la nicotina no tienen
efectos farmacológicos directos sobre proteínas involucradas en la liberación de dopamina o su
transporte fuera del espacio sináptico. Elabore una hipótesis sobre los mecanismos por los cuales
una sustancia que no está directamente implicada en la transmisión dopaminérgica podría
aumentar la concentración extracelular de dopamina en el núcleo accumbens.
El área tegmental ventral recibe una doble inervación desde el núcleo del pedúnculo pontino,
colinérgica y glutamatérgica. Los siguientes experimentos intentaron determinar cómo interacciona
la nicotina con la neurotransmisión glutamatérgica que reciben las neuronas dopaminérgicas del
área tegmental ventral. Para ello se estudiaron, mediante clampeo de voltaje, las corrientes
sinápticas mediadas por glutamato endógeno (EPSCs) que se presentan en las neuronas del área
tegmental ventral y cómo son modificadas por la nicotina. Es sabido que estos EPSCs son
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bloqueados por CNQX, un antagonista de receptores AMPA/KA. Este estudio se realizó en rodajas
de cerebro que contienen al área tegmental ventral y el núcleo del pedúnculo pontina, bañadas con
LCRa y apropiadamente oxigenadas.
En las figuras, la parte superior muestra ejemplos registros de EPSCs, y los gráficos resumen la
información recabada sobre el efecto de aplicar nicotina (la barra negra indica el tiempo durante el
cuál la nicotina fue aplicada).
- ¿Qué efectos tuvo la nicotina sobre los EPSCs inducidos por glutamato?
- ¿Cómo interpreta un cambio de la frecuencia de los EPSCs registrados en la neurona postsináptica?
- ¿A través de qué mecanismos podría la nicotina aumentar la amplitud de los EPSCs?
Dibuje la sinapsis glutamatérgica sobre la neurona dopaminérgica del área tegmental ventral y señale
la posible ubicación de receptores nicotínicos que podrían producir los cambios observados en las
figuras.
Bibliografía
Pidoplichko VI y col.
Nicotinic cholinergic synaptic
mechanisms in the ventral tegmental area contribute to
nicotine addiction. Learning and Memory, 11:60-69, 2004
15