Sistema Nervoso: Bioeletrogênese e Excitabilidade

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Sistema Nervoso
Bioeletrogênese
&
Bases da excitabilidade
Profa Carmem Adilia
Agosto de 2021
Tópicos principais:
 Transportes transmembrana
 Canais iônicos
 Potencial de Repouso e Ação
 Curvas de Bioeletrogênese
 Períodos refratários absoluto e relativo
Aplicação dos conceitos
CASF
CASF
Referências – Livros textos
• HAINES, Duane E. Neurociência Fundamental para aplicações
básicas e clínicas. 3 ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2006.
•GUYTON & HALL. Tratado de fisiologia médica. 14 ed. Rio de Janeiro:
Elsevier, 2021.
•KOEPPEN, Bruce M.; STANTON, Bruce A. (Ed.). Berne e
Levy: Fisiologia. 7 ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2018.
•AIRES, Margarida de Mello. Fisiologia. 5. ed. Rio de Janeiro: Guanabara
Koogan, 2018
CASF
Célula eucariótica
CASF
Célula - unidade básica dos seres vivos
Membrana plasmática
CASF
• Funções
• Composição
Modelo Mosaico fluido
Mol. de fosfolipídio de 
memb.: fosfatidilcolina
CASF
Proteínas
CASF
Proteínas de Membrana
- Receptores para hormônios e neurotransmissores
- Participam dos complexos juncionais (glicoptns)
- Enzimas (ATPases transportadoras de íons)
- Proteínas de transporte
Classes de ptns de 
transporte de membrana
Mecanismo de transporte
Poros
Ex: aquoporinas
Difusão de substrato através do poro
Carreadores
Ex: de glicose
Ligação de substrato de um lado, alteração 
conformacional da ptn e liberação do 
substrato no outro lado da membrana. 
Acessível apenas de um dos lados da memb.
Canais (*com comportas) Difusão do substrato através do canal aberto
CASF
Poro
A proteína 
consiste em 
um tetrâmero 
de 
subunidades 
idênticas.
A) Tetrâmero 
visto de cima.
Cada 
monômero 
possui um 
poro 
condutor de 
água através 
dele.
B) Vista 
lateral da 
proteína.
Estrutura 
da 
aquaporina
humana 1 
(AQP1), 
uma ptn do 
“canal” de 
água.
CASF
Carreador
Canal (com comporta)
CASF
Transportes CELULARES 
* Endocitose: fagocitose e pinocitose
• Intercelular
• Transcelular /
Transmembranar
CASF
CASF
Transportes CELULARES 
Qual a importância?
Exemplos de aplicação nos 
sistemas orgânicos?
CASF
TRANSPORTES TRANSMEMBRANARES
• Difusão
• Difusão facilitada
• Transporte ativo primário
• Transporte ativo secundário - Cotransporte
- Contratransporte
DIFUSÃO
Não-eletrólitos
Eletrólitos
CASF
DIFUSÃO X OSMOSE
CASF
CASF
DIFUSÃO 
FACILITADA
Transporte da D-
glicose no músc. 
esquelético e nas 
células hepáticas 
– carreador 
GLUT4. 
CASF
CASF
Difusão 
facilitada
&
Glicosúria
CASF
Acima de 200 mg/100mL (carga 
filtrada de 250 mg/min) os 
transportadores saturam e ocorre 
GLICOSÚRIA e diurese osmótica 
(a presença do soluto no líquido tubular acarreta  de 
osmolaridade e  da reabsorção de água).
TRANSPORTE ATIVO 
PRIMÁRIO
Bomba Na+-K+
Bomba Ca++
Bomba H+-K+
CASF
3
2
TRANSPORTE ATIVO SECUNDÁRIO
Cotransporte ou Simporte
Cotransporte de Na+-Glicose 
em cél. epitelial do I. Delgado.
SGLT1: proteína 1 transportadora
Difusão facilitada = GLUT2
Difusão 
facilitada
CASF
Contratransporte ou Antiporte
TRANSPORTE ATIVO SECUNDÁRIO
Contratransporte
(troca) de Ca++-Na+ em 
célula muscular
CASF
Tipos de 
Transportes
Ativo ou Passivo Mediado por 
carreador
Utiliza energia 
metabólica
Dependente do 
gradiente de Na+
Difusão Simples Passivo; a favor do 
gradiente
Não Não Não
Difusão
Facilitada
Passivo; a favor do 
gradiente
Sim Não Não
Transporte Ativo 
Primário
Ativo; contra o 
gradiente
Sim Sim; direto Não
Cotransporte Ativo secundário; o 
Na+ é transportado a 
favor do seu 
gradiente
Sim Sim; indireto Sim, os solutos se 
movem no mesmo 
sentido do Na+
Contratransporte Ativo secundário; o 
Na+ é transportado a 
favor do seu 
gradiente
Sim Sim; indireto Sim, os solutos se 
movem no sentido 
oposto do Na+
CASF
CASF
 Omeprazol
- Inibidor da ATPase H+-K+ gástrica
 bombeamento de H+ do LIC das céls parietais p/ lúmen estomacal
 secreção de H+ (HCl)
CASF
(Inibidor de um transportador ativo primário)
Inibidores de cotransporte (SGLT2)
Canais 
iônicos sem 
comporta –
“canais de 
escoamento” 
& Bomba 
Na+-K+
• Canais dependentes de 
voltagem
• Canais dependentes de 
ligantes 
(neurotransmissores, 
hormônios, etc)
CANAIS IÔNICOS
CASF
Canais iônicos com comporta
Comportas de ativação e inativação
do canal de Na+
C
a
n
a
l 
d
e 
s
ó
d
i
o
CASF
Correlações Clínicas
Interferência nos canais iônicos
 Bloqueadores dos Canais de Na+
• tetrodotoxina - TTX (peixe baiacu)
• lidocaína = impede a transmissão de PA
 Antagonistas / Bloqueadores dos Canais de K+
• toxinas animais: apamina (abelha), iberiotoxina (escorpião) e 
dendrotoxina (cobra)
 “Agonista” dos Canais de Ca++
• latrotoxina - LTX (aranha)
Tityus
serrulatus
CASF
Canalopatias
Canal iônico defeituoso Doença Genética
Canal de sódio Paralisia periódica hipercalcêmica (Doença 
de Gamstrop); Paramiotonia congênita 
(Doença de Eulenburg); Miotonia atípica
Canal de cloreto Fibrose cística; Miotonia congênita (Doença 
de Thomsen); Miotonia generalizada 
(Doença de Becker)
Canal de potássio Síndrome (cardíaca) do QT longo
Canal de cálcio Paralisia periódica hipocalcêmica; 
Hipertermia maligna
CASF
Fibrose Cística
Muco viscoso
 atividade dos canais de cloro dependentes de AMPc
 efluxo de Cl-
CFTR
Mutação no gene 7q31.2 (gene CF) que codifica a proteína 
CFTR (regulador da condutância transmembrana na FC)
CASF
Fibrose Cística
Mutação no gene 7q31.2 (gene CF) que codifica a proteína 
CFTR (regulador da condutância transmembrana na FC)
CASF
Nanotubo de 
carbono
= 
Canais iônicos 
artificiais de 
membrana
Nanotecnologia
Nanomedicina
CASF
BIOELETROGÊNESE
Potencial de 
Repouso
&
Potencial de 
Ação
Canais Iônicos
CASF
 DDP (voltagem): determinada pela diferença da quantidade de cargas entre dois pontos.
ELETROFISIOLOGIA: Diferença de potencial elétrico (DDP)
(Mourão CA & Abramov D- Biofísica Essencial, 2012)
CASF
Gradiente
Eletroquímico
Distribuição 
diferencial de 
íons 
CASF
Equação 
de
Nernst
CASF
Repouso:
Positivo fora
Negativo dentro
Despolatização:
Negativo fora
Positivo dentro
Equação de Nernst
E = 2,3 (RT / zF) log10 ([Ce] / [Ci])
E = potencial de equilíbrio
R = constante de gases
T = temperatura absoluta
F = constante de Faraday
Z = carga do íon
Ci = concentração intracelular 
Ce = concentração extracelular
ENa+ = +65 mV +60/+70
EK+ = -85 mV -88/-94
O potencial de membrana é 
expresso como potencial 
intracelular em relação ao 
potencial extracelular
CASF
Físico-químico alemão Walther Nernst (1864-1941)
O potencial de ação é uma resposta de “tudo ou nada”, quando a membrana 
celular é despolarizada além do limiar
Curva de Bioeletrogênese
CASF
Potencial de Repouso
• *Alta permeabilidade de membrana ao K+
• Alta condutância ao Cl- (influxo) 
• Nenhuma ou baixa permeabilidade / condutância ao Na+
• -70 mV neurônios ou -90 mV fibra muscular
* Canais de escoamento de K+ (a favor do gradiente)
Canais K+ dependentes de voltagem fechados
CASF
O estímulo deve alcançar o limiar – potencial em que ocorre 
abertura de canais de Na+- dependente de voltagem.
LIMIAR DE EXCITAÇÃO
Despolarização Repolarização
Hiperpolarização
Limiar
Abertura de 
Canais de 
Na+
dependente 
de voltagem
Potencial de ação
CASF
Estímulo supralimiar
O estímulo alcança o limiar – deflagra potencial de ação
 Estímulo sublimiar
O estímulo não alcança o limiar – não deflagra potencial de ação
Lei do “tudo ou nada”.
Ou o potencial de ação 
ocorre e segue até o final 
do axônio do neurônio ou, o 
potencial de ação não 
ocorre.
Potencial de ação
CASF
Potencial de Ação
 Despolarização
• Abertura dos canais rápido de Na+ voltagem : influxo de Na+ e abertura lenta dos 
canais de K+ voltagem → limiar (- 60 mV)
•  abertura dos portões de ativação do canal de Na+: alto influxo de Na+ a favordo seu gradiente de concentração (Polarização Invertida) 
 Repolarização
• Fechamento dos portões de inativação dos canais de Na+
•Abertura total dos canais de K+: efluxo de K+
 Atuação da Bomba Na+ - K+ (saída de 3 Na+ : entrada de 2 K+)
 Hiperpolarização
• Saída do excesso de K+ (-85 mV). (Há perda de carga positiva internamente)
• Fechamento dos canais de K+ voltagem → potencial de repouso
CASF
Curso temporal das variações da voltagem e da condutância 
durante o potencial de ação do nervo
CASF
PROPAGAÇÃO 
UNIDIRECIONAL
CASF
Movimento da comporta de ativação 
(m) e da comporta de inativação (h) 
do canal rápido de Na+. 
A abertura da comporta h ocorre mais 
lentamente.
Canal de 
Sódio
CASF
Potenciais de ação de três tipos de células de vertebrados.
Observem as diferentes escalas de tempo. 
“Diferentes” Curvas de Bioeletrogênese
CASF
Potenciais de Ação cardíacos – fases:
0 = curso ascendente / rápida despolarização
1 = repolarização inicial
2 = platô
3 = repolarização
4 = potencial de repouso da membrana
CASF
Canais de Ca++ do tipo L
Atlas do Netter
CASF
Os números do coração ilustram, em milésimos de segundos, o intervalo de tempo decorrido desde a origem da
despolarização no nodo sinoatrial até o aparecimento da despolarização nas diferentes regiões do coração. O traçado à
direita mostra a relação temporal entre os potenciais de ação miocárdicos e o ECG.
Onda P: despolarização do músculo atrial
Complexo QRS: despolarização ventricular
Onda T: repolarização ventricular
CASF
• Eletrocardiograma
-Onda P = disseminação da 
despolarização pelos átrios
Despolarização ou sístole atrial
-Ondas QRS = despolarização dos 
ventrículos; inicia um pouco antes 
da sístole ventricular
Despolarização ou sístole 
ventricular
-Onda T = repolarização dos 
ventrículos; surge um pouco antes 
do final da sístole ventricular
Repolarização ventricular
ECG derivação II
CASF
Bioeletrogênese & Sistemas Nervoso e Cardiovascular
CASF
Modificado de .A.D.A.M. Interactive Physiology
CASF
Modificado de .A.D.A.M. Interactive Physiology
CASF
Modificado de .A.D.A.M. Interactive Physiology
CASF
Modificado de .A.D.A.M. Interactive Physiology
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Modificado de .A.D.A.M. Interactive Physiology
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Modificado de .A.D.A.M. Interactive Physiology
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Modificado de .A.D.A.M. Interactive Physiology
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Modificado de .A.D.A.M. Interactive Physiology
CASF
Modificado de .A.D.A.M. Interactive Physiology
CASF
Modificado de .A.D.A.M. Interactive Physiology
CASF
CASF
Períodos Refratários Absoluto e Relativo
(ocorre durante o 
potencial de ação; 
canais Na++ fechados)
(ao final do PA; é 
possível gerar um 2o PA 
c/ estímulo mais intenso 
que o normal)
CASF
Sinapse Química
Receptores Nicotínicos – Placa neuromuscular
CASF
Correlações Clínicas
Agentes que afetam a transmissão neuromuscular
 Curare (D-tubocurarina)
- Antagonista nicotínico (compete com ACh pelos receptores nicotínicos)
- Bloqueio neuromuscular não despolarizante 
- Diminui o tamanho do potencial da placa motora
- Acarreta relaxamento da musculatura esquelética
- Produz paralisia flácida
- Pode acarretar paralisia dos músculos respiratórios e morte
 Succinilcolina
- Agonista nicotínico. Efeito de bloqueio despolarizante
- Utilizada para produzir paralisia muscular em cirurgia
CASF
 Toxina botulínica
- Bloqueia a liberação de ACh dos terminais pré-sinápticos
- Relaxamento da musculatura esquelética
- Bloqueio total, paralisia dos músc. respiratórios e morte*
 Organofosforados
- Inibem, irreversivelmente, a acetilcolinesterase
- Fasciculação seguida de paralisia flácida.
-Insuficiência cardiorespiratório
Ex: Malation (Carbofós®, Malatol, Malaton®),
Paration metilico (Folidol®) ...
CASF
MIASTENIA GRAVIS
CASF
Fraqueza muscular
Perguntas Norteadoras
1. Explique a importância das proteínas de membrana.
2. Comente sobre os diversos transportes transmembranares.
3. Em repouso, a membrana plasmática de um neurônio apresentam-
se predominantemente com carga positiva externamente e com carga 
negativa internamente. Justifique esta assertiva. 
4. Comente sobre o comportamento dos canais iônicos de sódio e 
potássio dependentes de voltagem durante as etapas da curva de 
bioeletrogênese: Repouso, Despolarização, Repolarização e 
Hiperpolarização.
5. A lidocaína é um anestésico local antagonista dos canais de sódio. 
Explique a sua ação sobre o comportamento bioeletrogênese de uma 
célula neuronal? 
6. Todas as curvas de bioeletrogênese são plenamente idênticas, 
independente do tipo celular? Justifique e exemplifique a sua 
resposta.
7. Diferencie os períodos refratários absoluto e relativo.
CASF
Nervous
System
Mental maps
CASF