Práctica Cadena Ganglionar de Acocil

LA LUZ COMO UN MECANISMO INDUCTIVO DE ACTIVIDAD ELÉCTRICA ESPONTÁNEA EN LA CADENA GANGLIONAR DEL ACOCIL. Autores: Nogueira Islas Silvia Monserrat, Oble Tsubaki Sayuri Estephania, Sánchez Pineda Laura y Sánchez Ponce Jose de Jesus Práctica 4 Fecha de elaboración 05 de Marzo del 2015 Fecha de entrega: 10 de Marzo del 2015

Introducción Los acociles son crustáceos bentónicos omnívoros que viven en medios lóticos en agua con cierta turbidez a no más de 5 m de profundidad. Son de hábitos nocturnos permaneciendo en sus madrigueras durante el día. El término acocil en México se le da a algunos miembros de la familia Cambaridae en particular a los géneros Cambarellus, Orconectes y Procambarus, son considerados organismos cosmopolitas y habitan en cuerpos de agua dulce desde climas templados hasta subtropicales además de ser parte esencial de las cadenas tróficas en las que participan (Rodríguez-Serna 2002 y Álvarez 2007). Procambarus clarkii que es el acocil más ampliamente distribuido pues se encuentra en todos los continentes a excepción de Oceanía, por sus características anatómicas, su facilidad de manejo y el amplio conocimiento que se ha obtenido de esta especie la han convertido en un modelo ampliamente extendido en neurofisiología, el acocil en México toma importancia gracias al Dr. Hugo Aréchiga (BarreraMera 2013). Como en los platelmintos, moluscos, anélidos y artrópodos su sistema nervioso es relativamente sencillo, conocido como cadena ganglionar y se localiza en la parte ventral del cuerpo. Este sistema está formado por ganglios en donde se encuentran los cuerpos celulares, nervios conectivos que conectan a un ganglio con otro y raíces nerviosas a través de las que viajan axones que comunican a los ganglios con la periferia (Fanjul e Hiriart, 1998). Es decir, se compone por el cordón nervioso ventral longitudinal y un ganglio cerebroide ubicados debajo del tracto digestivo. Estará compuesto neuronas motoras y sensoriales, el soma de estas neuronas lo encontraremos en los órganos de los sentidos o en los ganglios, estos se componen de un neuropilo central, que incluye axones y dendritas, así como de grupos de somas periféricos (Correa 2014). Cada ganglio está compuesto por pocas neuronas, lo que facilita su estudio y el trazo de los circuitos neuronales (Fanjul e Hiriart, 1998). Del ganglio cerebroide se originan cinco nervios pareados y dos nervios no pareados, los primeros incluyen los nervios óptico, oculomotor, antenular, antenar y tegumentario, los segundos unen al ganglio con la red nerviosa del esofago, el ganglio cerebroide esta dividido en tres partes protocerebro, deuterocerebro y tritocerebro, el protocerebro es el que procesa la información visual prácticamente en su

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totalidad. este se divide en tres partes en el ganglio óptico que se encarga del procesamiento de la información que es recibida por los fotorreceptores de la retina, el protocerebro lateral que se localiza en los tallos ópticos y el medial (Vizcarra, 2006 y Nelson, 2014). En 1934 se describió para Cambarus sp. el fotoreceptor caudal, es decir la presencia de receptores extra-retinianos, que se encuentran en el sexto ganglio abdominal, se sabe que la región del espectro donde se obtiene la máxima respuesta está cercana a los 500 nm, la respuesta se da por neuronas fotosensibles que tienen al ser iluminadas un patrón de descarga tónico, que tiene un prolongado periodo de latencia y un largo periodo de sumación de periodos subumbrales (Gómez, 1999). A pesar de no contar con axones recubiertos de mielina, el sistema nervioso del acocil puede manifestar un alto potencial de acción gracias a que los axones de sus neuronas son más gruesos en comparación con aquellos mielínicos . Sin embargo, los mecanismos básicos para su funcionamiento son semejantes a los de los mamíferos, lo que permite generar modelos aplicables a sistemas nerviosos más complejos (Barrera-Mera 2013).

Fig 1.0 Estructura ganglionar del sistema nervioso del acocil (Procambarus clarkii).(Fanjul e Hiriart, 1998)

Hipótesis 1. Si la cadena ganglionar de los acociles presenta neuronas fotosensibles, entonces ésta va a generar un potencial de acción ante la aplicación de un estímulo luminoso. 1. Si el KCl es una solución hipertónica, entonces al aplicarlo a la cadena ganglionar se van a generar potenciales de acción más fuertes.

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Objetivo general 1. Observar la respuesta de la cadena ganglionar ante un estímulo luminoso.

Objetivos particulares 1. Visualizar la diferencia en el potencial de acción de la cadena ganglionar ante la aplicación de un estímulo luminoso de baja intensidad y uno de alta intensidad. 2. Observar el efecto que tiene el KCl en el potencial de acción de la cadena ganglionar.

Método Preparación del equipo y obtención del ejemplar El acocil (Procabarus clarkii) se obtuvo del acuario de la Facultad de Ciencias, UNAM, era un ejemplar vivo y tenía un tamaño de aproximadamente 10 cm. Antes de sacrificarlo se colocó en una charola con hielo y posteriormente se metió al refrigerador por aproximadamente 5 minutos para disminuir su actividad. El dispositivo para la obtención de la actividad eléctrica se armó dentro de la jaula de Faraday, en un soporte se colocó una cámara de acrílico con electrodos de plata clorurada y solución Van Harreveld, los electrodos se conectaron a la sonda de alta impedancia mediante dos caimanes, la sonda de alta impedancia se conectó al amplificador IsoDAM8A. Por otro lado, se conectó un transductor de luz a un amplificador Bridge8, para calibrarlo se usó una fibra óptica y un tubo de cartulina negra, como se hizo en la práctica de uso de Acqknowledge. El software de computadora que se utilizó fue Acqknowledge 3.8.1 Montaje del arreglo experimental Para la obtención de la preparación, primero se decapitó el ejemplar, es decir, con unas tijeras se separó el cefalotórax del resto del cuerpo. Para extraer la cadena ganglionar, se cortó el borde de la cutícula en la región ventral del abdomen y se removieron los músculos, para dejar expuesta la cadena ganglionar y poderla retirar. Una vez que se obtuvo la cadena ganglionar y en especial el sexto ganglio que se ubica en el extremo posterior del abdomen, se colocó en la cámara de acrílico, humectando la preparación constantemente con la solución Van Harreveld para mantener hidratado el tejido. Registro de la actividad nerviosa espontánea y su respuesta a la luz Con el programa Acqknowledge se registró la actividad eléctrica de la cadena ganglionar primero en un estado basal sin estímulo lumínico, posteriormente se añadió un estímulo lumínico de baja intensidad y observó la respuesta de la cadena al inicio y al final del mismo. Se dejó

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reposar la cadena durante 3 minutos en oscuridad y se repitió el procedimiento pero ahora con la máxima intensidad de luz. Respuesta de la cadena ganglionar ante una solución saturada de KCl Por último, se agregó a la preparacion 3 gotas de una solución de KCL 3M y se registró su actividad.

Resultados El análisis de los datos se hizo mediante la obtención de histogramas de segmentos de 5 segundos, para poder observar si existen cambios significativos en la amplitud y en la frecuencia de los potenciales de acción. En los histogramas siguientes, se observa en el eje de las abscisas: la amplitud del intervalo, y por altura (eje Y), la frecuencia absoluta de cada intervalo.

Fig A. Potencial de reposo,sin ningún estímulo. Ejercicio 1. Actividad espontánea y respuesta a la luz(intensidad baja).

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Fig. 2.0 Registro de actividad eléctrica de la cadena ganglionar aplicando un estímulo luminoso de baja intensidad.

Fig 2.1 Histograma de amplitud a una respuesta de baja intensidad de luz.(20 bins).La amplitud de la onda está muy marcada cuando hay un primer estímulo, pero después no hay una respuesta.

Ejercicio 2. Actividad espontánea y respuesta a la luz(intensidad alta).

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Fig. 2.2 Registro de la actividad eléctrica de la cadena ganglionar ante el aumento de la intensidad luminosa.

Fig 2.3 Histograma de amplitud a una respuesta de intensidad de luz alta (20 bins). La respuesta a una luz intensa fue inmediata y conforme se aumentó la intensidad de alta a muy alta se observa una cresta muy marcada.

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Ejercicio 3. Respuesta de la cadena ganglionar ante una solución saturada de KCl 3M.

Fig 2.4 Registro de la actividad eléctrica de la cadena ganglionar al aplicar KCl 3M.

Fig 2.5 Histograma de intensidad ante una solución saturada de KCl 3M. Con la presencia de una sustancia despolarizante se marcó una amplitud de onda muy alta y después de 15 segundos, una amplitud menor a comparación del primer estímulo.

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Fig 2.6 Cámara acrilico con electrodos de plata clorurada y la cadena ganglionar sobre los electrodos.

Análisis de resultados Se midió el potencial de acción a través de la membrana plasmática de las células presentes en la cadena ganglionar del acocil, esto fue posible por medio de una cámara de acrilico con electrodos de plata clorurada (Fig 2.6). La cámara se encontraba conectada a un voltímetro capaz de medir pequeñas diferencias de potencial. El potencial a través de la membrana de la superficie de la mayoría de las células animales en general no varía con el tiempo (Lodish et al. 2000). En casi todos los casos el interior de la membrana de la célula es negativo con relación al exterior; los potenciales de membrana típicos son entre -30 y -70 mV. Los mecanismos que son capaces de provocar un potencial de acción varían en las diferentes células excitables (neuronas, células musculares etc), pero el mecanismo general es el mismo, todo estímulo produce un cambio en el potencial de membrana en la célula estimulada, comúnmente este cambio consiste en una despolarización. En la cadena ganglionar existe una respuesta diferencial de las células fotosensibles, dependiendo de la intensidad luminosa, y que además puede actuar o no de manera conjunta con los ojos compuestos del animal. Debido a que el fotorreceptor caudal ubicado en el sexto ganglio tiene un gran umbral y responde lentamente, al aplicarle un estímulo luminoso de baja intensidad (Fig 2.0 y 2.1) se genera un potencial de acción pero este será leve y después ya no se generarán más potenciales de acción. Esto se relaciona con la conducta y los hábitos del acocil, ya que las intensidades luminosas bajas atraen al acocil y es cuando salen de sus madrigueras y realizan sus actividades (Fanjul e Hiriart, 1998). Cuando se le aplica un estímulo de alta intensidad (Fig. 2.2 y 2.3), el fotoreceptor caudal se estimula demasiado y se genera un potencial de acción mayor, seguido de más potenciales de 8

acción, lo que hace que la respuesta se mantenga por más tiempo. Esto se relaciona con la conducta de huida que adquieren los acociles ante una alta intensidad de luz (Fernández, 1991). Con la presencia de una solución electrolítica KCl (cloruro de potasio) 3M se observó que se genera una hiperpolarización de la célula, esto de debe a la entrada masiva de Cl - a través de la membrana, ya que los iones tienden a fluir hacia el interior desde medio extracelular por debajo de su gradiente de concentración, dejando un exceso de iones positivos en la superficie citosólica. Esto es crucial en la respuesta en los músculos del acocil ya que los canales Cl - y los de K+ son los principales determinantes del potencial en reposo negativo en el interior de la célula, por lo tanto, al cerrar los canales de Cl- ó si existe una disminución en su concentración, se favorece la despolarización, lo mismo pasa con los iones de K+. Los iones de K+ tienden a salir de la célula, a favor de su gradiente químico, causando una hiperpolarización en la membrana. (Fig 2.4 y 2.5) (Lodish et al. 2001). Estos gradientes de potasio y cloro tanto como el interior y exterior de la célula son necesarios para la conducción de los impulsos nerviosos en la cadena ganglionar del acocil.

Conclusiones ● El sistema nervioso de los acociles se localiza ventralmente y está formado por ganglios que se unen a través de fibras nerviosas conocidas como conectivos, estos ganglios controlan el movimiento de las patas. ● Intensidades altas de luz provocan potenciales de acción de mayor intensidad, más rápidos y de menor amplitud, mientras que la baja intensidad de luz provocan un potencial de acción de menor intensidad, más lento y con mayor amplitud. ● Las respuestas dadas por el fotorreceptor caudal ante estímulos luminosos, están sumamente relacionadas con las conductas de atracción o huida en el acocil. ● Sustancias químicas como el KCl causan una hiperpolarización en la célula, favoreciendo la generación de potenciales de acción de gran intensidad. ● Las características del sistema nervioso de los acociles lo hacen un buen modelo para el estudio de los circuitos neuronales y otras cuestiones dentro del campo de la neurociencia.

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