Bioeletrogenese do nervo

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Bi��le���gêne�� do Ner��
Relembrando a aula passada: as células possuem na sua membrana proteínas integrais
que funcionam como canais iônicos e tem comportas que hora estão abertas e hora
fechadas. Existem dois componentes que fazem isso: Canal iônico do tipo ligante -
dependente -> uma molécula qualquer se liga a própria proteína | Voltagem interna da
célula.
Logo, no seu interior a célula tem uma carga elétrica negativa.
Bioeletrogênese do Nervo
Gênese: origem; Eletrogênese = origem da carga elétrica; Logo, esse termo quer dizer
origem da carga elétrica de um neurônio ou de um nervo.
Potencial de Membrana e Potencial de Ação
Potencial de membrana: célula em repouso | Potencial de ação: quando a célula está
desempenhando a sua função.
Para que o impulso inicie-se é necessário que a membrana esteja em potencial de repouso.
O potencial de repouso é mantido quando a membrana do neurônio está bombeando Na+
para o meio externo e transferindo íons K+ para o meio interno. Isso é feito pela bomba de
sódio e potássio que nunca para completamente.
Os íons com maior concentração intraneural são Mg+ e K+
Potenciais Elétricos
* Existem potenciais elétricos em todas as membranas de todas as células do corpo
* Células musculares e nervosas geram impulsos que se modificam com a grande rapidez
* Alterações de potenciais de membrana ativam funções celulares: glândulas, macrófagos,
células ciliares.
Graças a essas diferenças de íons entre o meio intracelular e extracelular geram diferença
de potenciais elétricos (ddp) entre o meio interior e o meio exterior. E essa diferença de
potencial em algumas células ditas células excitáveis (músculos, neurônios, algumas
glândulas, neurônios adaptados chamados de receptores ou sensores) pode levar a ter o
potencial elétrico alterado.
Potencial de Repouso da Membrana
*Em torno de -90mV
No início do século XX conseguiram medir esse potencial e mediram a diferença entre o
meio intracelular e extracelular de ddp. Com isso, viram que quando uma célula está em
repouso e é uma célula calibrosa, nervosa, um neurônio grande ou mesmo uma célula
muscular esquelética ou cardíaca sempre o interior era em média 90 mV a menos que o
meio exterior. Por isso, determinou-se considerando o meio extracelular como 0mV o meio
intracelular seria de -90mV. O potencial de membrana de um neurônio grande de um
músculo ou de uma fibra intramuscular é de -90mV. Algumas células menores tem um
potencial de repouso de membrana menor. Ex: nodo sinusal do coração é -60mV. Neurônios
muito pequenos é -70mV. Isso quer dizer que o interior da célula é sempre mais negativo
que o exterior da célula.
Aqui temos um axônio de um neurônio, vamos pensar na hipótese de que esse neurônio só
possua na sua membrana só canais de potássio (que fica mais concentrado no meio
intracelular), que tem tendência de sair da célula, mas queremos que ele fique na célula,
porém o gradiente químico quer jogar o potássio para fora. Para impedir isso, devemos
utilizar um potencial elétrico que bloqueie a saída pela força química do gradiente químico e
o potencial elétrico que seguraria o potássio e ele não sairia nem que abrisse o canal seria
de -94 mV. Isso é chamado de Potencial de Nerlish que é o potencial elétrico que impede o
trânsito de um íon de sair e entrar. Esse potencial elétrico no exemplo dado do potássio
equilibra o gradiente de concentração para que o potássio não saia.
Hipoteticamente um neurônio que só tivesse canal de sódio, a tendência dele seria entrar
porque o sódio está mais concentrado no meio extracelular, mas não quero que ele entre
então eu tenho que arrumar um potencial elétrico positivo dentro da célula que impeça/iniba
a entrada de sódio. Logo, para o sódio o potencial de Nerlish é de +61 mV. Esse potencial
impediria a entrada do canal de sódio.
São situações hipotéticas pois não temos neurônio que só tem um canal ou outro. Temos
sempre os dois canais, o de sódio e o de potássio e quando somo o potencial dos dois da
-33mV? mas não é.
* A origem do potencial de repouso normal da membrana
- contribuição do potencial de difusão do potássio e do sódio.
A junção dos dois potenciais de Nerlish deveriam dar -33mV, mas na vida real da -86mV.
Então os cientistas da época concluíram que a equação de Nerlish só serve para as células
que só tem um tipo de canal, para as células que tem mais de um tipo de canal deve-se
usar a equação de Goldman. Porém na equação de Goldman leva-se em consideração a
permeabilidade do íon (capacidade do íon de ultrapassar a membrana). O potássio é 100x
mais permeável que o sódio na membrana de todas as células, por isso o potencial da
célula resultante está muito mais próximo do potencial do potássio do que do potencial do
sódio. - 94mV está muito mais próximo de -86mV que + 61 mV.
Mas ainda não chegou a -90mV. O que falta? Falta -4mV para adicionar a esse -86mV para
chegar a -90mV. De onde vem essa contribuição? vem exatamente da bomba de sódio e
potássio.
* Transporte ativo dos íons Na+ e K+ através da bomba de sódio e potássio. Entra sódio sai
potássio
Por que ela contribui para essa negatividade? Porque está saindo 3 moléculas de Na+ e
entrando 2 moléculas de K+. É uma bomba eletrogênica pois está sempre produzindo ddp
porque ela sempre está tirando mais cargas positivas do que repondo, então está sempre
criando um déficit de cargas positivas. Há uma contribuição para a carga negativa da célula.
Como ela funciona? ela é uma proteína de membrana que capta 3 íons sódio do interior da
célula e deixa lá dentro da sua célula, ela é fosforilada (o ATP é quebrado em ADP) e o
fosfato que vem do ADP se liga na porção alfa da proteína (energização da
proteína/bomba), uma vez que ela é fosforilada altera sua conformação espacial e joga lá
fora os 3 íons de sódio e ao mesmo tempo capta os 2 íons de potássio que estão do lado de
fora da célula e no momento que capta ela é desfosforilada (perde o fosfato, voltando a
proteína para sua conformação inicial) e trás de volta 2 íons de potássio para o meio
intracelular. Ou seja, ela sempre joga 3 íons Na+ para fora e trás 2 íons K+ para dentro. Por
isso cria um déficit de cargas positivas no interior da célula por isso chamamos ela de
bomba eletrogênica.
Junção de tudo:
* Contribuição da bomba de sódio-potássio
A bomba contribuindo com -4mV. Agora chegou aos -90mV.
Por que há essa quantidade exorbitante de potássio dentro da célula (140mEq/L), ele é um
íon positivo e ainda assim tem essa carga elétrica negativa? Apesar dessa quantidade de
potássio, ainda assim sobra cargas negativas no interior da célula. E esse excesso vem da
bomba de sódio e potássio, déficit de íons na parte de dentro, presença de proteínas no
meio intracelular (toda proteína tem carga negativa) e também no interior da célula tem
compostos que tem sulfato e fosfato que tem carga negativa e tudo isso não tem no meio
exterior. Então, apesar de ter uma elevada quantidade de K+ no meio intracelular, ainda
sobra cargas negativas no interior que não tem no exterior.
FEM = força eletromotriz. Já a Equação de Goldman leva em contra a Concentração x
Permeabilidade interna/externa.
A concentração de sódio é maior fora da célula, e um importante componente na
determinação dessa diferença é a bomba de sódio - potássio que o transporta com gasto de
ATP.
Qual dos seguintes eventos resultaria da inibição da Na+K+ - ATPase? Aumento da
concentração intracelular de Na+
Potencial de Ação dos Nervos
* Sinais nervosos - potencial de ação;
* Rápidas alterações do potencial de membrana;
* Alteração súbita do potencial interno para +;
* O sinal se desloca até o final da fibra - condução;
* Estágios:
- Repouso
- Despolarização
- Repolarização
Quando a célula for desempenhar sua função: imagine um músculo que precisa se contrair
(preciso pegar um peso do chão - preciso que o bíceps se contraia) , o músculo vai precisar
fazer sua função principal que é contrair é nesse momento que vamos ter o potencial de
ação.
No quadro:
Imaginemos que temos uma célula excitável (músculo ou neurônio).O gráfico mostra o
potencial elétrico. Já sabemos que no repouso a célula tem -90mV. Como vimos, essas
células excitáveis possuem em sua membrana canais de sódio e de potássio. Os dois são
voltagem dependentes. O sódio se abre em torno de -60mV. O potássio se abre em torno de
-50mV. Como a célula está por enquanto em -90mV ambos canais estão fechados e a
célula está em repouso, mesmo a bomba de sódio-potássio funcionando em pequena
quantidade. Um estímulo externo tem que ser capaz de elevar esse potencial até -60mV
para o canal de sódio se abrir, se ele não conseguir é um estímulo ineficaz (fraco) não vai
fazer nada na célula, é inútil. Agora em -60mV o canal de sódio abre suas duas comportas
rapidamente (em décimos de milésimos de segundo) e logo se fecha mas da tempo de
aumentar o potencial. Vai ficando cada vez mais positivo o meio intracelular até chegar em
+30mV. Ele se fecha e não entra mais sódio naquela célula. A polaridade da célula está
invertida. Essa entrada do sódio - influxo- recebe um nome que chamamos de
Despolarização . Em -50mV, quando a célula passou por esse valor, os canais de potássio
começam a se abrir e saem lentamente e quando se abre efetivamente já deu tempo de
todo sódio entrar e o canal de sódio até se fechar. Quando o canal de sódio se fecha o
canal de potássio se abre complementamente e aí a célula está em +30mV, o potássio está
mais concentrado dentro da célula e ele vai sair (há duas forças expulsando ele da célula -
o gradiente químico e também o gradiente elétrico) em grande quantidade para fora da
célula - efluxo. E a célula que estava positiva perdendo cargas positivas de potássio fica
negativa em seu interior, retornando ao valor de repouso de -90mV. Nesse retorno
chamamos de Repolarização. Todos esses eventos : estímulo, abertura do canal de sódio,
fechamento do canal de sódio, abertura do canal de potássio, saída de potássio e
fechamento do canal de potássio - é o que chamamos de Potencial de Ação. Esse processo
dura em média 1 milisegundo. O do coração é mais lento dura em média 300 milisegundos.
E nesse tempo curto é que a célula está desempenhando a sua função. Então se for um
músculo é o momento em que a célula está se contraindo, para se contrair por mais tempo,
o processo está sendo feito milhares de vezes quantas forem necessárias. Isso ocorre nos
neurônios. Tudo que acontece no nosso organismo envolve uma alteração elétrica.
Imaginamos um neurônio sensitivo e que a pessoa foi picado por um escorpião e está com
dor e a forma de acabar com a dor é colocar um anestésio local na lesão como lidocaína,
xilocaína. Esse neurônio age no neurônio sensitivo e bloqueia o canal de sódio do neurônio
sensitivo de agir, logo, o potencial de ação que transmitia o sinal de dor não vai acontecer.
O que vai acontecer com o sódio que entrou e o potássio que saiu? A bomba de sódio e
potássio vai agir, ela estará no auge da sua ação, repondo suas concentrações normais de
repouso.
O que é um impulso nervoso? Potencial de ação
O que é uma crise convulsiva? neurônios agindo de forma exacerbada/descontroladamente
Estágio de Repouso
*Membrana Polarizada
* É o potencial de repouso das membranas dos nervos = -90mV
Despolarização
*Permeabilidade súbita ao Na+
*Difusão aumentando positividade interna
*Despolarização
Despolarização
*Ultrapassagem: valores internos positivos
Repolarização
* Fechamento dos canais de Na+ e abertura dos canais de K+
**Em muitos neurônios de calibre inferior do SNC não há “ultrapassagem” apenas
alcança-se o valor zero!
Potencial de Ação
Definição: variação do potencial de membrana para valores positivos, retornando aos
valores de repouso.
Nessa célula o potencial de repouso dela é -70mV. A saidinha de -70mV para -50mV é o
estímulo e depois quando chega em -50mV o potencial de ação acontece de vez, então em
-50mV foi a voltagem onde o canal de sódio se abriu, que podemos chamar de voltagem
limiar ou limiar de excitação. Após a repolarização às vezes em algumas células sai mais
potássio do que deveria em um curto período de tempo, então momentaneamente a célula
fica mais negativa que o seu normal (ex: -75 mV) mas logo volta para o seu potencial de
repouso, esse tempo que ela fica mais negativa chamamos de hiperpolarização . Os
medicamentos convulsivantes hiperpolarizam os neurônios de maneira permanente ex:
gardenal, diazepam.
Durante um impulso nervoso, ocorrem mudanças de potencial na membrana do neurônio.
As alterações sequenciais que ocorrem nessa membrana são chamadas de: potencial de
ação.
Durante a fase ascendente do potencial de ação: existe corrente de influxo efetiva e o
interior da célula torna-se menos negativo
Características do Potencial de Ação:
* Limiar de disparo;
* Mantêm a mesma amplitude;
* Auto-regenerativo;
* Sem sobreposição
* Propaga-se para toda membrana;
Todos têm um limiar de disparo próprio, faixa que o estímulo tem que alcançar para disparar
o potencial de ação, quando o canal de sódio se abre. Ele é sempre da mesma amplitude.
Não existe um estímulo fraco gerando um potencial pequeno ou um estímulo forte gerando
um potencial grande, para cada célula o potencial é sempre da mesma amplitude. É a
característica do tudo ou nada, ou o limiar é atingido e o potencial de ação acontece todo ou
o limiar não é atingido e o potencial de ação não ocorre. Uma vez que ele começa ele vai
até o fim, mesmo que o estímulo acabe, se os canais de sódio já começaram a se abrir ele
vai acontecer de uma forma ou de outra, a partir que o limiar é atingido. Sem sobreposição:
nunca teremos dois potenciais sobrepostos a outro, primeiro um potencial tem que
acontecer, despolarizar, depois repolarizar todo pra só depois um segundo potencial
acontecer, nunca terá dois potenciais ao mesmo tempo numa célula, porque o canal de
sódio fica inativo e o potencial de ação só ocorre quando o canal de sódio voltar a ficar ativo
e para isso a célula deve repolarizar primeiro, motivo: por causa das duas comportas que
ele tem.
Qual a função do potencial de ação? Comunicação e estímulo para as células
desempenharem a sua função.Músculo = contração. Neurônio = transmite impulso nervoso .
Glândula = secreção.
*Canal de Na+
Característica do Canal:
- 2 comportas;
- voltagem - dependente;
- alta condutância de sódio;
Ativação:
- Inicia-se com a despolarização (limiar);
-Comporta de ativação se abre;
-Fase de alta condutância;
Aula 2 - Complemento
Voltagem acima de zero = voltagem de ultrapassagem
Voltagens que os canais se abrem = limiar de excitação
Potencial em platô = continua constante lá em cima e só depois desce (típico do coração).
Polarização = célula em repouso
Despolarização = abertura do canal de sódio
Repolarização = abertura do canal de potássio
Hiperpolarização = momentaneamente mais negativo que o normal/repouso
Voltagem de ultrapassagem = voltagem que ficou acima do 0
Limiar de excitação ou voltagem limiar = voltagem na qual os canais se abrem.
Período Refratário Absoluto = canal de sódio fechado, não existe sobreposição do potencial
de sódio.
Período Refratário Relativo = canal de sódio já está apto , mas para se abrir precisa de um
estimulo maior, por causa da hiperpolarização
Canal de Na+
Situação 1: -90 mV
-célula em repouso (-90mV)
- a comporta externa se abre no limiar (-60mV)
- a comporta interna se abre em -90mV.
Então nesse caso a comporta interna está aberta e a comporta externa está fechada.
Embora fechado, o canal está ativo porque ele está apto a quando receber o estímulo a
comporta abrir
Situação 2: -60mV
- A comporta interna se abre
- A comporta externa se abre
O canal está aberto.
Situação 3: +20mV
- A comporta interna se fecha
- A comporta externa ainda está aberta mas vai se fechar daqui a pouco.
- A célula retorna para -90mV por ajuda do canal de potássio
Quando a comporta interna está fechada está fechada devido a carga interna positiva ela
não se abre de jeito nenhum (está inativo). Só se abre de novo quando a célula se
repolarizar de novo até -90mV e que faz isso é o canal de potássio. Esse tipo de inativaçãodo canal de sódio que vai justificar os períodos refratários.
Períodos Refratários
Período Refratário Absoluto (PRA): o tempo do próprio potencial de ação. É o período de
tempo onde a célula não consegue ser reexcitada pois o canal de sódio estará inativo. Não
existe sobreposição dos potenciais de ação, ele deve repolarizar até -90mV para iniciar um
novo potencial de ação.
Período da Hiperpolarização/Período Refratário Relativo (PRR): porque nesse período o
canal de sódio já está fechado mas está apto a ser aberto se conseguir um estímulo grande.
Só é um pouco mais difícil conseguir o potencial de ação quando está assim, porque o
estímulo deve ser maior/mais forte e nem sempre a célula vai conseguir isso. Por isso o
tratamento da epilepsia/crise convulsiva é a hiperpolarização pois vai faltar estímulo e vai
desencadear uma dificuldade para acontecer o potencial de ação. O gardenal, clonazepam,
diazepam agem no neurônio, na crise convulsiva, aonde os neurônios ficam muito ativos,
muito exarcebardos, fazem muitos potenciais, frequência muito grande e acabam se
espalhando para aquele hemisfério todo gerando a crise convulsiva, os medicamentos
atuam num receptor de GABA que é um Neurotransmissor e abrem o canal de cloreto
hiperpolarizandonos neurônios, deixando-nos neurônios mais quietos, menos excitaveis, a
anestesia geral também faz isso.
Condução do Potencial de Ação
* Ocorre em todas as direçõs
* Auto regeneração
Propagação do Potencial de Ação
Imagine um axônio com um neurônio e que o potencial de ação vai se originar aqui é como
jogar uma pedra em um lago, ele se espalha em toda a membrana
Desenho:
O potencial de ação começa no cone de implantação do neurônio. O canal de sódio se
abre, o sódio entra e a primeira porção do axônio despolarizada, a despolarização vai
caminhando para frente então os próximos canais de sódio já vão se abrindo em seguida
em uma onda despolarizante e logo em seguida vem uma onda repolarizante pela saída do
potássio. A onda despolarizante vai na frente e a onda repolarizante segue logo atrás. Esse
processo é lento, logo a bainha de mielina reveste o axônio. A bainha de mielina é uma
célula de schawnn ou um oligodendrócito. Ela é um isolante elétrico que faz o impulso ser
mais rápido. O nodo de ranvier é a brecha entre as bainhas de mielina, lá é aonde acontece
o potencial de ação, essa condução é saltatória que vai pulando de nodo em nodo,
permitindo rapidez e menos gastos de energia. Gasta-se muitos ATPs no potencial de ação
porque tem que repor as concentrações de sódio e potássio pela bomba de sódio e
potássio. Os neurônios amielínicos (sistema nervoso simpático, neurônios menores) e os
neurônios mielínicos (neurônio motor, neurônio sensitivo) que tem um impulso muito mais
rápido (400x mais rapido). No terminal axônico é aonde vai ocorrer a sinapse.
ELA = esclerose lateral atrofica - causa destruição da bainha de mielina , então o potencial
de ação não consegue chegar no final (no músculo esquelético) e a pessoa tem paralisia e
não contrai o músculo esquelético. Impulso nervoso = potencial de ação que caminha sobre
o neurônio
* Velocidade da condução:
- Calibre da fibra;
- Presença de bainha de mielina;
* Qual a importância da condução saltatória?
-Menos gastos energéticos...
- Velocidade de transmissão: 0,25 m/s: amielínica e 100m/s: mielínica
Bainha de mielina= pelo snp pelas células de schwann / pelo snc pelos oligodendrócitos
Questões de Fixação
1- Explique as razões da negatividade do meio intracelular.
2 - Caracterize um potencial de ação.
3 - Descreva a função de um potencial de ação.
4 - Explique a lei de “tudo ou nada”.
5 - Defina período refratário absoluto (PRA) e período refratário relativo (PRR).
6 - Cite maneiras de impedir a geração do potencial de ação.
7- Explique o benefício da evolução dos neurônios mielinizados para os mamíferos.