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BIOELETROGÊNESE Propriedade de certas células (neurônios e células musculares) gerar e alterar a diferença de potencial elétrico através da membrana. Profa Silvia Mitiko Nishida Depto de Fisiologia Afinal que fenômeno elétrico é esse? Como ocorre? Como é desencadeado?? As células excitáveis apresentam estados de repouso e atividade. Quando os eletrodos está do lado de fora. Não há diferença de potencial elétrico (ddp=0mV) Veja animação completa Quando o eletrodo de registro (vermelho) atravessa a membrana, o voltímetro acusa a existência de uma DDP de 60mV sendo que a face interna da membrana citoplasmática é negativa em relação à externa . Se o neurônio for estimulado (com corrente elétrica), o voltímetro registrará respostas de alteração transitória do potencial de membrana, conforme a intensidade do estimulo, na forma de ondas de despolarização de baixa amplitude ou na forma de um potencial de ação. Despolarização Potencial de ação POTENCIAL DE AÇÃO (descrição do evento elétrico) Potencial de repouso Hiperpolarizaçâo POTENCIALDE AÇÃO: alteração transitória na diferença de potencial elétrico da membrana de neurônios (e de células musculares) cuja duração e amplitude são fixas. D e s p o la ri z a ç ã o R e p o la riz a ç ã o Tempo Potencial de Membrana MECANISMOS IONICOS DO POTENCIAL DE REPOUSO A face interna é negativa em relação à externa. POTENCIAL DE REPOUSO Diferença no potencial de membrana das células excitáveis na ausência de estimulo ou seja, quando estão em repouso. DIFERENÇA de concentração do íon e permeabilidade para o íon Fluxo resultante 0 O cátion se move a favor do seu gradiente de concentração O movimento de cargas iônicas vai criando uma diferença de potencial elétrico através da membrana (Em) IGUALDADE de concentração e permeabilidade para o íon Fluxo resultante = 0 Não ocorre geração de potencial elétrico através da membrana O Em se se estabiliza e se opõe ao gradiente de concentração do íon. Fluxo resultante = 0 Em = Potencial de equilíbrio do ion EQUILIBRIO Tensão Peso Diferença de CONCENTRAÇÃO QUÍMICA (mEq/Kg) Diferença de POTENCIAL ELÉTRICO Em (mV) ANALOGIA Apesar da diferença de potenciais químico, há potencial elétrico que se opõe ao movimento passivo do íon. Fluxo resultante = 0 Equilíbrio Eion = RT ln [Ion in ] Zs.F [Ion ext ] Equação de Nernst Toda alteração do potencial elétrico (o fenômeno de excitabilidade) é causada por movimentos de íons através de canais ionicos situados na membrana citoplasmática. Colesterol Glicoproteína Glicolipidio EXTRACELULAR Proteínas de Membrana Canal iônicoFosfolipídio INTRACELULAR Íons Extracelular (mM) Intracelular (mM) Extra:Intra E ion (mV) Na+ 100 5 1 : 20 + 80 K+ 15 150 10 : 1 - 62 Ca++ 2 0,0002 10.000 : 1 + 246 Cl- 150 13 11,5 : 1 - 65 A distribuição e a composição de iôns dos compartimentos intra e extracelular. Apesar da diferença de concentração, não há fluxo resultante de ion e o sistema encontra-se em equilibrio dinâmico. Responsável pela determinação e manutenção Do gradiente químico de Na e de K O K tende a sair para fora e cria dipolo A permeabilidade ao Na é baixa mas ele tende a entrar EXTRA INTRA Na+ K+ Na+ K+ (Ativo) Bomba Na+K+ K+ K+ canal K+ Na+ Na+ canal Na+ ++++++++ - - - - - - - - ++++++++ - - - - - - - - Calculando-se o potencial de equilíbrio do K usando-se as concentrações conhecidas, verifica-se que EK = - 62mV, próxima a observada: Em = - 65mV . O potencial de equilíbrio do íon K é o principal responsável pela geração do potencial de repouso das células nervosas (e demais células). A distribuição diferencial de cargas ocorre somente entre as faces interna e externa da membrana. O fluxo de íons K é ínfima em relação a sua concentração (NÃO HÁ MUDANÇAS NA CONCENTRAÇAO DE K) O íon Na e Ca não contribuem para a geração do potencial de repouso pois, durante a fase de repouso, as respectivas permeabilidades são baixas. Potencial de Repouso Eion = RT ln [Ion in ] Zs.F [Ion ext ] Equação de Nernst MECANISMOS IONICOS DO POTENCIAL DE AÇÃO POTENCIAL DE AÇÃO E1 E2 E3 Estímulo Registro Estimulando o neurônio ( E1, E2 e E3) ocorrerá alterações transitórias no potencial de membrana E3: causou o PA na zona de gatilho que se propagou ao longo do axônio Propriedades do Potencial de Ação EVENTO TUDO-OU-NADA - Estímulo sublimiar (E1, E2): não causa PA - Estimulo limiar (E3): causa um único PA - Estímulo supra-limiar: causa mais de 1 PA, sem alterar a amplitude. - Uma vez iniciado o PA, é impossível impedi-lo de acontecer. E1 E2 E3 Membrana citoplasmática Meio extracelular Meio extracelular ULTRAESTRUTURA DA MEMBRANA CITOPLASMÁTICA A membrana constitui uma barreira física virtual. Possui diferentes graus de permeabilidade para as diferentes partículas. BICAMADA LIPIDICA PROTEÍNAS Canais iônicos Receptores Sistemas de enzimas Tipos de canais iônicos 1) sem comporta: estão permanentemente abertos 2) Com comporta: abrem-se mediante estímulos específicos Estímulos químicos Estímulos físicos Canais iônicos com comporta: abrem-se de duas maneiras 1) DIRETAMENTE 2) INDIRETAMENTE COMO O IMPULSO NERVOSO É GERADO PROPAGADO? http://www.blackwellpublishing.com/matthews/channel.html Ao longo do axônio há canais iônicos de Na e K com comporta sensíveis a mudança de voltagem. REPOUSO: fechados, mas a alteração de voltagem na membrana causa a sua abertura temporária (abre-fecha) A abertura causa fluxo resultante passivo de determinados íons e, como conseqüência, mudanças no potencial elétrico. Tipos de canais Canais de Na voltagem dependente - Rápidos (abrem-se primeiro) Canais de K voltagem dependentes - Lentos (abrem-se depois) Veja uma animação http://www.blackwellpublishing.com/matthews/channel.html Por que ocorre a hiperpolarização da membrana? Existe alguma vantagem biológica? Veja uma animação Abertura dos canais de Na: influxo (entrada) de Na DESPOLARIZAÇAO -o influxo é favorecido pelos gradiente químico do ion e do gradiente elétrico -o influxo de cations inverte completamente a polaridade da membrana, até o ENa Abertura dos canais de K: efluxo (saída) de K REPOLARIZAÇAO -o efluxo é favorecido pelos gradiente químico do ion e do gradiente elétrico que se inverteu - como o fechamento desses canais é lento, ocorre HIPERPOLARIZAÇAO A ATPase Na/K restaura a diferença de concentração Revendo o conjunto dos eventos... Os neurônios decodificam o aumento ou redução na intensidade do estimulo em função da freqüência dos impulsos elétricos. A amplitude do PA de cada célula excitável é invariável. Estimulo sensorial Receptor sensorial SINAPSE NERVOSA Propriedades do Potencial de Ação CONDUÇÂO DO POTENCIAL DE AÇÂO http://lessons.harveyproject.org/develo pment/nervous_system/cell_neuro/acti on_potential/propagation.html Direção da propagação do PA Chegada da excitação Zona de gatilho Por que o PA não se propaga retrogradamente? Por que a amplitude e a duração do PA são fixas? Potencial de membrana em função do local http://www.blackwellpublishing.com/matthews/actionp.html O PA se propaga ao longo do axônio sem decrementode sinal, i.e., o sinal é fiel do inicio até o final da fibra. O PA é gerado na zona de gatilho do neurônio e sempre se propaga no sentido da despolarização. A propagação bidirecional é evitada devido ao período refratário do PA POTENCIAL DE AÇAO NAS FIBRAS SEM MIELINA POTENCIAL DE AÇAO NAS FIBRAS MIELINIZADAS Nas fibras mielinizadas o PA só se desenvolve nos nodos de Ranvier. Sob a bainha não há canais iônicos. Propriedade: aumento na velocidade de condução do impulso nervoso Doenças que causam a perda de mielina afetam a velocidade de condução do impulso nervoso. A atividade elétrica nervosa pode ser captada e utilizada como sinais clínicos Eletroencefalografia Potencial de ação composto Potencial evocado 1 Potencial evocado 2 Corrente elétrica Variação no potencial de membrana Estimulador Voltímetro REGISTROS INTRACELULARES Estuda-se alterações do potencial de membrana de uma única célula excitável REGISTROS EXTRACELULARES Estuda-se alterações elétricas resultantes uma população de células. Fibras rápidas: a Fibras intermediárias: b Fibras lentas: g Potencial de ação composto O registro indica diferenças na velocidade de propagação de 3 tipos de fibras e a quantidade população de fibras em a tividade Lembre-se: um nervo é composto por varias fibras nervosas ELETROENCEFALOGRAMA
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