Eletrofisiologia celular

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Aula 02
ELETROFISIOLOGIA CELULAR
POLARIZAÇÃO DA MEMBRANA 
(POTENCIAL DE REPOUSO DA MEMBRANA)
Disciplina de Fisiologia Humana					 Prof. Marco Nunes
Eletrofisiologia celular
O LEC e o LIC são soluções diferentes quanto a concentração de muitos compostos carregados eletricamente.
No LEC predomina cargas positivas, especialmente devido a elevada concentração de íons Na+ .
No LIC predomina cargas negativas, especialmente devido a elevada concentração de proteínas carregadas negativamente que não conseguem atravessar a membrana.
A predominância de cargas positivas fora das células e negativas no seu interior causa uma polarização da membrana celular.
LIC
LEC
Na+
Na+
Proteínas -
-90 .......- 30.......0......+30
-90
mv
mv
t
A polarização da membrana do ponto de vista físico é chamada de diferença de potencial elétrico da membrana (potencial de membrana).
Quando a membrana celular não está sendo estimulada a diferença de potencial elétrico é constante e chamada de potencial de repouso da membrana.
+
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VOLTÍMETRO
EQUIPAMENTO DE REGISTRO
Cl-
Cl-
K+
K+
 Na+ é o principal cátion no LEC.
 Cl- é o principal ânion no LEC.
 K+ é o principal cátion do LIC.
 Proteínas são os principais cargas negativas no LIC.
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Aula 02
ELETROFISIOLOGIA CELULAR
POTENCIAL DE DIFUSÃO E DE EQUÍLIBRIO DE UM ÍON
Disciplina de Fisiologia Humana					 Prof. Marco Nunes
Potencial de difusão de um íon
Quando um íon atravessa a membrana ele provoca uma alteração do potencial de membrana (voltagem) chamada potencial de difusão de um íon.
O potencial de difusão está condicionado:
A existência de um gradiente e a uma permeabilidade da membrana ao íon (condutância).
Potencial de equilíbrio
Mesmo que exista condições para ocorrer a difusão de um íon ela pode deixa de ocorrer efetivamente quando se atinge um determinado potencial de membrana. Este potencial é chamado potencial de equilíbrio de um íon. 
LIC
LEC
Proteínas -
mv
mv
t
EQUIPAMENTO DE REGISTRO
Cl-
Na+
Na-
K+
K+
+61
+61
Potencial de equilíbrio do Na+
LIC
LEC
Proteínas -
Cl-
Na+
K+
K+
VOLTÍMETRO
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Aula 02
ELETROFISIOLOGIA CELULAR
EXPLICAÇÃO DO POTENCIAL DE EQUILÍBRIO DO ÍON NA+
Disciplina de Fisiologia Humana					 Prof. Marco Nunes
Potencial de equilíbrio do Na+
Uma “célula hipotética” que possuí em seu interior o K+ (cátion) e proteínas (ânion) é mergulhado em uma solução contendo Na+ e Cl-. A membrana é permeável somente para o Na+ . Uma parte do Na+ se difunde para dentro da célula por causa do gradiente de concentração. Com o ganho de Na+ o meio intracelular fica com excesso de cargas positivas e é criado um potencial de membrana positivo. Como compostos de mesma carga se repelem, parte do Na+ intracelular volta para fora da célula repelido pela positividade do LIC. Neste momento a quantidade de Na+ que entra devido ao gradiente de concentração favorável torna-se igual a saída de Na+ provocada pelo gradiente eletroquímico. O potencial de membrana registrado no equilíbrio na entrada e saída de Na+ é chamado potencial de equilíbrio do Na+. 
LIC
LEC
Proteínas -
mv
mv
t
EQUIPAMENTO DE REGISTRO
Cl-
Na+
Na-
K+
K+
+61
Potencial de equilíbrio do Na+
LIC
LEC
Proteínas -
Cl-
Na+
K+
K+
Potencial de equilíbrio do Na+
VOLTÍMETRO
+61
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ELETROFISIOLOGIA CELULAR
EXPLICAÇÃO DO POTENCIAL DE EQUILÍBRIO DO ÍON K+
Disciplina de Fisiologia Humana					 Prof. Marco Nunes
Potencial de equilíbrio do K+
Uma “célula hipotética” que possuí em seu interior o K+ (cátion) e proteínas (ânion) é mergulhado em uma solução contendo Na+ e Cl-. A membrana é permeável somente para o K+ . Uma parte do K+ se difunde para fora da célula por causa do gradiente de concentração. Com a perda de K+ o meio intracelular fica com excesso de cargas negativas e é criado um potencial de membrana negativo. Como compostos de carga opostas se atraem, parte do K+ intracelular volta para dentro da célula atraído pela negatividade do LIC. Neste momento a quantidade de K+ que sai devido ao gradiente de concentração favorável torna-se igual a entrada de K+ provocada pelo gradiente eletroquímico. O potencial de membrana registrado no equilíbrio na entrada e saída de K+ é chamado potencial de equilíbrio do K+. 
LIC
LEC
Proteínas -
mv
mv
t
EQUIPAMENTO DE REGISTRO
Cl-
Na+
K+
K+
-94
Potencial de equilíbrio do K+
LIC
LEC
Proteínas -
Cl-
Na+
K+
Potencial de equilíbrio do K+
VOLTÍMETRO
- 94
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ELETROFISIOLOGIA CELULAR
EXPLICAÇÃO DO POTENCIAL DE EQUILÍBRIO DO ÍON Cl-
Disciplina de Fisiologia Humana					 Prof. Marco Nunes
Potencial de equilíbrio do Cl-
Uma “célula hipotética” que possuí em seu interior o K+ (cátion) e proteínas (ânion) é mergulhado em uma solução contendo Na+ e Cl-. A membrana é permeável somente para o Cl- . Uma parte do Cl- se difunde para dentro da célula por causa do gradiente de concentração. Com o ganho de Cl- o meio intracelular fica com excesso de cargas negativas e é criado um potencial de membrana negativo. Como compostos de mesma carga se repelem, parte do Cl- intracelular volta para fora da célula repelido pela negatividade do LIC. Neste momento a quantidade de Cl- que entra devido ao gradiente de concentração favorável torna-se igual a saída de Cl- provocada pelo gradiente eletroquímico. O potencial de membrana registrado no equilíbrio na entrada e saída de Cl- é chamado potencial de equilíbrio do Cl-. 
LIC
LEC
Proteínas -
mv
mv
t
EQUIPAMENTO DE REGISTRO
Cl-
Na+
K+
-85
Potencial de equilíbrio do Cl-
LIC
LEC
Proteínas -
Cl-
Na+
K+
Potencial de equilíbrio do Cl-
Cl-
VOLTÍMETRO
+61
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ELETROFISIOLOGIA CELULAR
PEQUENAS ALTERAÇÕES NO POTENCIAL DE MEMBRANA (POTENCIAIS GRADUADOS) 
Disciplina de Fisiologia Humana					 Prof. Marco Nunes
Potenciais Graduados
Pequenas alterações no potencial de membrana que ocorrem após a ocorrência de um estímulo.
Os potenciais graduados são causados pela difusão de íons pela membrana.
Tipos de Potencial Graduado
 Hiperpolarizante: pequena alteração no potencial de membrana que torna a célula mais polarizada (mais negativa).
 Despolarizante: pequena alteração no potencial de membrana que torna a célula menos polarizada (menos negativa).
Quatro íons são os principais responsáveis por alterações no potencial de membrana nas células
Na+ 	Cl- 	Ca++ 	 K+
Mais concentrados no meio extracelular
Mais concentrados no meio intracelular
Qualquer alteração na permeabilidade destes e outros íons provocará uma alteração no potencial de membrana.
Tipos de Potenciais Graduados
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Aula 02
ELETROFISIOLOGIA CELULAR
EXEMPLO DA IMPORTÂNCIA DE VARIAÇÕES DO POTENCIAL DE MEMBRANA NA ATIVIDADE CELULAR
Disciplina de Fisiologia Humana					 Prof. Marco Nunes
Secreção de insulina pelas células beta do pâncreas ocorre após uma despolarização
Célula beta em repouso 
(não secreta insulina)
Célula beta em processo de despolarização (secreta insulina)
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ELETROFISIOLOGIA CELULAR
EXEMPLO DE VARIAÇÕES DO POTENCIAL DE MEMBRANA INTERFERINDO NA ATIVIDADE CELULAR
Disciplina de Fisiologia Humana					 Prof. Marco Nunes
Secreção de Insulina pelas células beta do pâncreas
Célula beta em repouso 
(não secreta insulina)
Célula beta sendo estimulada a secretar insulina
 Sob glicemia reduzida as célula betas do pâncreas recebem pouca glicose.
 As reações do metabolismo energético da glicose ocorrem de forma lenta.
 Metabolismo da glicose reduzido conduz a uma reduzida produção de ATP nas células beta.
 Na membrana celular canais de K+ dependentes de ATP estão abertos permitindo um fluxo de k+ para fora da célula.
 O fluxo de K+ para fora dacélula mantém o potencial de repouso constante.
 O potencial de repouso da membrana mantém canais de Ca++ voltagem dependentes fechados.
 As vesículas contendo insulina não liberam insulina.
 Quando a glicemia aumenta após uma refeição, as célula betas do pâncreas recebem mais glicose.
 As reações do metabolismo energético da glicose ocorrem de forma mais intensa.
 Aumenta a produção de ATP nas células beta.
 Na membrana celular canais de K+ dependentes de ATP utilizam o ATP para mudarem de forma e se fecham. 
 Diminui do fluxo de K+ para fora da célula
 o aumento de K+ na célula provoca uma despolarização 
 A despolarização estimula a abertura de canais de Ca++ voltagem dependente e o cálcio flui para dentro da célula.
 O Ca++ interage com as vesículas que de insulina estimulando a fusão das vesículas com a membrana, secretando a insulina. 
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ELETROFISIOLOGIA CELULAR
POTENCIAL DE AÇÃO
Disciplina de Fisiologia Humana					 Prof. Marco Nunes
Potencial de Ação
Algumas células, ditas excitáveis, quando estimuladas sofrem rápidas (em décimos de milionésimos de segundo) alterações no potencial de membrana que se propagam ao longo da membrana. O conjunto destas alterações e a sua propagação é chamado de potencial de ação.
Exemplos de células excitáveis
 Neurônios
 Fibras musculares
A geração e propagação de um potencial de ação em um neurônio corresponde a um impulsos nervoso. 
Geração de um impulso nervoso, exemplo de geração de um potencial de ação
Axônio de um neurônio
Axônio de um neurônio
+ + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + +
- - - - - - - - - - - 
- - - - - - - - - - - 
+ + + + + + + + + + +
- - - - - - - - - - - 
+ + + + - - + + + + +
- - - - + + - - - - - 
mv
mv
t
-90
VOLTÍMETRO
-90
mv
mv
t
-90
mv
Potencial de Ação
+35
Estímulo
Antes do estímulo
Após o estímulo
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ELETROFISIOLOGIA CELULAR
ESTÁGIOS DE UM POTENCIAL DE AÇÃO NEURAL
Disciplina de Fisiologia Humana					 Prof. Marco Nunes
Estágios de um potencial de ação neural
As variações no potencial de membrana durante um potencial de ação neural são explicadas por alterações na permeabilidade da membrana aos íons Na+ e K+. As alterações na permeabilidade (condutância) aos íons Na+ e K+ são consequências de alterações na estruturas de canais de Na+ e de K+ que são sensíveis a variação de voltagem (canais voltagem dependente). 
Estímulo
Antes de receber um estímulo o potencial de membrana encontra-se no seu estado de repouso, constante, um estado chamado polarizado.
Após um estímulo, pode ocorrer um potencial de ação:
Despolarização (lenta e rápida)
Repolarização
Hiperpolarização*
Polarização
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VARIAÇÕES NA PERMEABILIDADE DA MEMBRANA DURANTE O POTENCIAL DE AÇÃO
Disciplina de Fisiologia Humana					 Prof. Marco Nunes
Estado dos canais de Na+ e de K+ Voltagem dependente durante o potencial de ação neural
-90 mv
-94 mv
-70 mv
+35 mv
Variações da permeabilidade dos íons Na+ e K+ durante o potencial de ação 
+61 mv
= Limiar do potencial de ação
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ELETROFISIOLOGIA CELULAR
ESTÁGIOS DE UM POTENCIAL DE AÇÃO NEURAL
Disciplina de Fisiologia Humana					 Prof. Marco Nunes
parcialmente, ocorrendo lento fluxo de Na+ em direção ao LIC, ocorre a despolarização lenta. Ao atingir o limiar do potencial de ação, as comportas de ativação do canal de Na+ v.d. se abrem totalmente acelerando o fluxo de Na+ para o LIC, ocorre a despolarização rápida. A despolarização do LIC estimula o fechamento da comporta de inativação dos canais de Na+ v.d. interrompendo a entrada de Na+ no LIC.
3. Repolarização: a despolarização também interfere nos canais de K+ v.d, estimulando a abertura de sua comporta, permitindo um fluxo de K+ em direção ao LEC, causando a repolarização da membrana.
4. Hiperpolarização*: conforme a membrana vai repolarizando os canais de K+ vão se fechando, mas isto ocorre de forma lenta, prolongando o fluxo de K+ para o LEC o que provoca um estágio de maior eletronegatividade no LIC, o estágio de hiperpolarização. É durante a hiperpolarização que os canais de K+ v.d. se fecham totalmente.
*Hiperpolarização = pós-potencial positivo
Estado Polarizado: o potencial de membrana permanece constante influenciado principalmente pelo potencial de difusão do K+.
Despolarização: o estímulo causa uma perturbação elétrica na superfície da membrana, canais de Na+ v.d. tem sua comporta de ativação aberta 
Estágios de um potencial de ação neural
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PERÍODOS REFRATÁRIOS DO POTENCIAL DE AÇÃO
Disciplina de Fisiologia Humana					 Prof. Marco Nunes
Períodos Refratários
São períodos dentro do potencial de ação que as células excitáveis não podem produzir potenciais de ação normais.
Estágios do Período Refratário
 Período refratário absoluto: a membrana não responde a alterações independente da intensidade do estímulo, ou seja não ocorre alterações no potencial de ação. O período refratário é explicado pelos estados das comportas do canais do Na+ v.d. durante este período, que impede o fluxo de Na+ para o LIC.
 Período refratário relativo: segue-se ao absoluto e corresponde a um período onde um novo estímulo dependendo da sua intensidade pode provocar alterações do potencial de ação. O estímulo tem que favorecer o fluxo de Na+ para o LIC de forma que compense o fluxo de K+ em direção ao LEC.
-90 mv
-94 mv
-70 mv
+35 mv
+61 mv
Variações da permeabilidade dos íons Na+ e K+ durante o potencial de ação 
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CONDUÇÃO DO POTENCIAL DE AÇÃO (PROPAGAÇÃO)
Disciplina de Fisiologia Humana					 Prof. Marco Nunes
Características da condução do potencial de ação
A condução é bidirecional; durante a condução o potencial não altera suas característcas. 
O potencial de ação se propaga do ponto de onde ele foi gerado na membrana em direção as regiões adjacentes.
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ELETROFISIOLOGIA CELULAR
CONDUÇÃO DO POTENCIAL DE AÇÃO (PROPAGAÇÃO)
Disciplina de Fisiologia Humana					 Prof. Marco Nunes
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ELETROFISIOLOGIA CELULAR
VELOCIDADE DE CONDUÇÃO DO POTENCIAL DE AÇÃO
Disciplina de Fisiologia Humana					 Prof. Marco Nunes
A velocidade de condução do potencial de ação varia em função de três fatores:
 O diâmetro da célula
 Quanto maior o diâmetro maior a velocidade.
 Quanto menor o diâmetro menor a velocidade. 	
 A mielinização
 Amielinizadas: menor velocidade
 Mielinizadas: maior velocidade
 Temperatura
 Quanto maior a temperatura maior a velocidade.
 Quanto menor a temperatura menor a velocidade. 
Em neurônios a mielinização é o principal fator que interfere na velocidade de condução do potencial de ação
Em neurônios amielinizados
Em neurônios mielinizados
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Slide 1 a 13
1 – Defina: 
a) Potencial de membrana
b) Potencial de repouso da membrana
c) Potencial de Difusão da membrana
d) Potencial de equilíbrio de um íon
e) Potencial Graduado
e) Potencial de ação 
2 – Em uma “célula hipotética” que possuí em seu interior o K+ (cátion) e proteínas (ânion) é mergulhado em uma solução contendo Na+, Cl- e Ca++. A membrana é permeável somente para o Ca++ . Nesta condição, após um certo período é estabelecido um potencial de membrana constante igual a +120 mv. Explique como se estabeleceu este potencial.
3 – Qual é o valor típico do potencial de repouso de um neurônio e qual íon é o principal responsável por este potencial.
4 – Diferencie o potencial graduado hiperpolarizande do despolarizante.
5 – Quanto ao potencial de ação neural:
Quais suas fases?
Qual o papel do estímulo na geração do potencial de ação?
O que se entende por limiar do potencial de ação?Relacione as variações do potencial de membrana durante um potencial de ação neural com o comportamento dos canais iônicos e a difusão de íons pela membrana.
Slides 14 a 16
6 – Explique como ocorre a condução (propagação) bidirecional do potencial de ação ao longo do axônio de um neurônio. 
7 – A velocidade de condução do potencial de ação sofre influência de vários fatores, explique como os fatores abaixo influenciam neste processo.
Temperatura
Diâmetro do axônio
Mielinização do axônio
8 – Após consulta a bibliografia, esquematize e explique a ocorrência de:
a) Potenciais de ação das fibras musculares estriadas esqueléticas
b) Potenciais de ação do nodo Sino atrial (marca-passo natural do coração)
c) Potenciais de ação das fibras musculares ventriculares do coração. 
Referencias bibliográficas
GUYTON & HALL. Tratado de Fisiologia Médica (capítulo 5)
GUYTON & HALL. Fisiologia Humana e o mecanismo das doenças (capítulo 5).
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Guia de Estudo
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