Aula 03/2010 - Bioeletrognese

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BIOELETROGÊNESEBIOELETROGÊNESE
Dra. Maria Cláudia Gonçalves de Oliveira Fusaro
Roteiro Aula
� Potencial de Membrana
� Potencial de Difusão
� Potencial de Equilíbrio� Potencial de Equilíbrio
� Potencial de Membrana em Repouso e a 
contribuição da difusão dos íons
� Potenciais de Ação (etapas, canais 
participantes, características, propagação e 
velocidade de condução)
Definição de potencial de ação:
São variações rápidas (milissegundos) 
da eletricidade da membrana de células 
nervosas e musculares necessárias para 
que o S.N. seja constantemente 
informado das condições do meio interno informado das condições do meio interno 
e externo e possa dar os devidos 
comandos para músculos e órgãos 
internos.
POTENCIAL DE AÇÃO
Neurônio motor
somático
Neurônio 
sensitivo 
Potencial de Membrana
- - - - -
+ + + + 
+ + 
Diferença de potencial (de cargas elétricas)
que existe entre o lado interno e externo de uma
célula.
- - - - -
- -
- -
- -
- -
- - - - -
+ + 
+ +
+ +
+ +
+ +
+ + + + + +
POTENCIAL DE MEMBRANA EM REPOUSO 
Esquema da separação de cargas
Diferença de voltagem elétrica através da 
membrana plasmática celular
LIC
LEC
TECIDOS EXCITÁVEIS
Gerar e propagar potenciais de ação
Axônio
Potencial de ação
Segmento 
Sinais elétricos para a condução da informação entre 
as células excitáveis
Células musculares
Neurônios
Segmento 
axonal
Potencial de ação
Potencial de ação
Potencial de Ação
Íon Intracelular Extracelular
K+ 150 5
Na+ 2 140
Diferença de concentração através da membrana
Cl- 10 105
Ânions 
Orgânicos
65 0
Potencial de Difusão
É a diferença de potencial gerada pela difusão de íons.
Equilíbrio (Fc = Fe)
Na+
Cl-
Na+
Cl-
- +
- +
- +
- +
Membrana seletiva para o Na+
Fc
Fe
Equilíbrio 
Eletroquímico 
Exemplo: Fibra nervosa de mamífero
K+
4mEq/L
K+
140 mEq/L
+
-
Potencial de Equilíbrio
140 mEq/L
(-94 mV)
Na+
142 mEq/L
Na+
14 mEq/L
(+61 mV)
-
+
Equação de Nernst
Converte a diferença de concentração de um 
íon em voltagem.
Relação do potencial de difusão e a diferença de 
concentração
íon em voltagem.
E(mV) = ±±±±61 log [ Ci ]
[ Ce ]
ENa+ = + 61mV EK+ = - 94mV
Combinação de 
várias constantes 
+ a temperatura
Equação de Goldman
P = permeabilidade
C = concentração
FEM (mv)= -61log CNai+PNai + Cki+Pki + CCle+Pcle
CNae+PNae + Cke+Pke + CCli+Pcli
Ecélula = - 90 mV
Eletrodo de 
registro Para dentro
QUANTIFICAÇÃO DO 
POTENCIAL DE MEMBRANA
QUANTIFICAÇÃO DO 
POTENCIAL DE MEMBRANA
registro Para dentro
Para fora
Eletrodo de 
referência (0mV)
Equipamento de registro
Voltímetro
Célula Solução 
salina
Potencial de Repouso
Fica na faixa entre –70 e –90 mV.
Células Excitáveis:
K+
4mEq/L
K+
140 mEq/L
+
-
Nernst = - 94 mV
Origem do Potencial de 
Repouso
1) Potencial de Difusão do Potássio:
E(mV) = ±±±±61 log [ Ci ]
[ Ce ]
= -61.log 140
4
-61.log 35
-61.1,54 = -94
-
+
Nernst = +61 mV
Origem do Potencial de 
Repouso
2) Potencial de Difusão do Sódio:
Na+
142 mEq/L
Na+
14 mEq/L
E(mV) = ±±±±61 log [ Ci ]
[ Ce ]
= +61.log 14
142
+61.log 0,1
+61.1 = +61
K+
4mEq/L
K+
Na+
142 mEq/L
Na+
Origem do Potencial de 
Repouso
Interação entre os potenciais de difusão 
NaNa KK+ +
K+
140 mEq/L
(-94 mV)
Na+
14 mEq/L
Potencial resultante de - 86 mV
(+61 mV) NaNa KK+ +
Canais de “vazamento”Canais de “vazamento”
de Nade Na++ -- KK++
Canais de ”vazamento” 
K+ - Na+
3) Bomba de Na+ - K+:
Origem do Potencial de 
Repouso
K+
4mEq/L
K+
140 mEq/L
(-94 mV)
- 90 mV
Na+
142 mEq/L
Na+
14 mEq/L
(+61 mV)
Potencial Final
3 Na+
2 K+ (- 86 mV)
(- 4 mV)
Força Força 
propulsorapropulsora
para o Napara o Na
Força Força 
propulsorapropulsora
para o Napara o Na++
5555
4040
2020
00
1010
++
++
++
(E(ENa Na ))(E(ENa Na ))
P
e
r
m
e
a
b
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l
i
d
a
d
e
P
e
r
m
e
a
b
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l
i
d
a
d
e
++
Força Força 
propulsorapropulsora
para o kpara o k++
3030
5050
7070
9090
Potencial dePotencial de
repousorepouso
( E( EK K ))
P
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P
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a
d
e
Na Na KK ++++
++
POTENCIAL DE MEMBRANA EM REPOUSO 
COMO DESCOBRIRAM QUE A MEMBRANA CELULAR É 
MAIS PERMEÁVEL AO K+ DURANTE O REPOUSO?
Alan Hodgkin e Bernanrd Katz (1949) 
O que aconteceria com o potencial de membrana em repouso
se a concentração externa de K+ fosse alterada?se a concentração externa de K+ fosse alterada?
Aumento da concentração externa de potássio alterava o 
potencial de membrana muito mais que o aumento da 
concentração externa de Cl- ou Na+
A MAIOR PERMEABILIDADE DA MEMBRAN AO K+ CONTRIBUI 
SIGNIFICATIVAMENTE COM O POTENCIAL DE MEMBRANA EM 
REPOUSO
Potenciais de Ação
São variações rápidas do potencial 
de membrana que se propagam pelas 
células excitáveis.
São variações rápidas do potencial 
de membrana que se propagam pelas 
células excitáveis.
+ + + + + +
- - - - - -- - - - - -
-
+
- - - - -
+ + + + + 
Etapas de um potencial de 
ação
� Etapa de repouso
� Etapa de despolarização� Etapa de despolarização
� Etapa de repolarização
Etapa de repouso
É o potencial de repouso da 
membrana.
Devido à grande eletronegatividade
da membrana (-70 a -90mv), diz-se 
que está polarizada. 
Etapa de despolarização
Ocorre intensa entrada de íons sódio 
do LEC para o LIC (influxo) e o 
potencial de membrana pode até 
ficar positivo (o interior da ficar positivo (o interior da 
membrana torna-se positiva em 
relação à face externa da membrana).
Etapa de repolarização
Os íons sódio param de se difundir para 
o LIC, ao mesmo tempo, grande 
quantidade de íons potássio saem 
(efluxo) do LIC em direção ao LEC. (efluxo) do LIC em direção ao LEC. 
Ao final dessa etapa, o interior da 
membrana volta a ficar mais 
eletronegativo (-70 a -90mv) que o lado 
externo da membrana celular . Dessa 
maneira, a membrana foi repolarizada.
Etapas do Potencial de Ação
1. Potencial de membrana em repouso.
2. Estímulo para despolarização.
3. A membrana despolariza até o limiar. Os
canais de Na+ voltagem-dependentes se
abrem e o Na+ entra na célula. Os canais
de K+ voltagem-dependentes começam a
Limiar
de K+ voltagem-dependentes começam a
se abrir lentamente.
4. A entrada rápida de Na+ despolariza a
célula.
5. Os canais de Na+ fecham-se e os de K+
mais lentos se abrem.
6. O K+ move-se da célula para o fluido
extracelular, repolarizando-a.
7. Os canais de K+ permanecem abertos e
mais K+ deixa o interior da célula,
hiperpolarizando-a.
8. Os canais de K+ voltagem-dependentes
fecham-se.
9. A célula retorna à permeabilidade iônica de
repouso e ao potencial de membrana de
repouso.
Fora Fora
Despolarização: canais
de Na+ se abrem
2 Repolarização: canais de Na
+
se fecham e de K+ se abrem
3
P
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(
m
V
)
Potencial de Ação
Dentro
Canal 
de Na + 
fecha Canal 
de K + abre
POTENCIAL DE AÇÃO
Dinâmica da abertura e fechamento dos canais voltagem dependentes
Canal 
de Na+Canal 
de K+
Membrana
plasmática
Repouso: canais de Na+ e K+ estão 
fechados
Comporta de 
Inativação 
Comporta 
de 
ativação 
Fora
1
Hiperpolarização: canais de
K+ permanecem abertos e 
de Na+ fechados
4
Tempo (ms)
P
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a
 
(
m
V
)
Limiar
Canal 
de Na + 
abre
Canais de Na+ voltagem-dependentes
a. Durante o potencial de membrana em repouso, a 
comporta de ativação fecha o canal
b. O estímulo de despolarização chega ao canal
d. A comporta de inativação se fecha e o Na+ pára de 
entrar na célula
c. Com a comporta de ativação aberta , o Na+ entra na 
célula
e. Durante a repolarização as duas comportas retornam às 
posições originais
Na+
Lidocaína
X
X
Canal K+
Canais de Potássio Voltagem-
Dependentes
3
1
2
Repouso Despolarização
(ativação lenta)
Repolarização
K+
1 2 3
Mas qual seria a importância da 
existência de comportas de 
ativação e inativação?
Fenômeno conhecido como 
período refratário
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e
 
m
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a
 
(
m
V
)
Despolarização
Na + entra
Repolarização
K + sai
Potencial de Ação
Absoluto Relativo
Período refratário
Período no qual a membrana não responde normalmente a estímulos
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(
m
V
)
Hiperpolarização
Limiar
Estímulo Potencial de membrana de repouso
Tempo (ms)
ABSOLUTO
Período em que um novo PA não pode ser iniciad
RELATIVO
Período em que um novo PA só pode 
ser iniciado por um estímulo mais 
intenso
Período Refratário
Período 
refratário 
absoluto
Período refratário relativo
Alça de Retroalimentação 
positiva do Potencial de Ação
Fase de Aumento Pico Fase de queda
Na+ entra 
na célula
Despolarização
Comporta de 
ativação de Na+
se abre 
rapidamente
Mais 
despolarização
Feedback +
Para interromper o 
ciclo, comportas de 
inativação mais lentas 
de Na+ se fecham
Canais lentos 
de K+ se 
abrem
O K+ deixa 
a célula Repolarização
Contribuição da Bomba de Na+-
K+-ATPase no Potencial de Ação
� As pequenas quantidades de íons sódio e potássio
que atravessam a membrana durante o potencialque atravessam a membrana durante o potencial
de ação não modificam os gradientes normais de
concentração
� Alteração ocorrerá após mil ou mais potenciais de
ação
� Os gradientes de concentração para os íons sódio e
potássio serão mantidos pela bomba de Na+-K+-
ATPase
Características dos Potenciais 
de Ação
- Amplitude
- Propagação
- - - - - - -
+ + + + + + + 
+
-
-
+
- Resposta Tudo ou Nada
Potencial de ação Potencial de ação 
P
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m
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a
 
(
m
v
)
ALTERAÇÕES DE POTENCIAL DE MEMBRANAALTERAÇÕES DE POTENCIAL DE MEMBRANA
O potencial graduado pode ou não desencadear um potencial de ação
Conceito de Limiar de excitabilidade
O potencial graduado pode ou não desencadear um potencial de ação
Conceito de Limiar de excitabilidade
Limiar
influxo de Na maior
que efluxo de K+
influxo de Na maior
que efluxo de K+
efluxo de k+ maior 
que influxo de Na+Potencialde repouso70
P
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m
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(
m
v
)
-
Alterações de potencial de membrana que podem ocorrer 
nas células
Potential Graduado Potential de AçãoCaracteristica
Variável Sempre a mesma (tudo ou nada)Amplitude
Variável (depende do 
estímulo)
Alteração rápida de membranaDuração
Químico ou mecânico-
dependente
Voltagem-dependenteCanais
Com decremento Sem decrementoCondução
Nenhum Absoluto (não há novos PA); 
Refratório (PA apenas com estímulos 
mais intensos)
Período refratório
Despolarização ou 
hiperpolarização
Despolarização, seguida por 
repolarização e hiperpolarização
Alteração da 
voltagem da 
membrana
Dendritos, soma Cone de implantação axônico, 
músculo
Localização
Não propagável PropagávelPropagação
Abertura canais de Na+
voltagem-dependentes 
Propagação do Potencial de Ação
Potencial acima do 
limiar chega na 
zona de estímulo
e influxo de Na+
Condução 
do Potencial 
de Ação
N
e
u
r
ô
n
i
o
N
e
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r
ô
n
i
o
Fibra muscular: condução bidirecionalFibra muscular: condução bidirecional
N
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o
N
e
u
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o
Velocidade de Condução
a) Diâmetro do Neurônio
Maior calibre →→→→ + velocidade
b) Mielinização
� + rápida
� economiza energia
DIÂMETRO DO AXÔNIO
Axônio gigante da lula
AXÔNIO GIGANTE DA LULA
Nervo Axônios
AXÔNIO DE MAMÍFERO
Um axônio 
gigante de uma 
lula
0,8 mm de diâmetro
400 axônios mielinizados de 
mamíferos
Seria necessário um nervo com este 
diâmetro de cada axônio de mamíferos 
fosse do tamanho do axônio gigante da lula
PROPAGAÇÃO DO PA EM FIBRAS MIELINIZADASPROPAGAÇÃO DO PA EM FIBRAS MIELINIZADAS
Nódulo de Ranvier
Bainha de 
mielina
Despolarização
Nódulo Nódulo
Corrente se espalha e a 
condução fica lenta
Corrente se espalha e a 
condução fica lenta
Potencial de Ação com platô Potencial de Ação com platô 
0 - canais de Na+ se abrem
1- canais de Na+ se fecham
2- canais de Ca+ (lentos) se abrem
3 - canais de Ca+ se fecham, e canais de K+ se abrem lentamente
4- Potencial de repouso
Importância do potássio EC na excitabilidade neuronal
Estímulo supralimiar, 
normocalemia
Limiar
Estímulo sublimiar, 
normocalemia
Limiar
Estímulo
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a
 
(
m
V
)
Estímulo
Estímulo
Estímulo sublimiar, 
hipercalemia
Estímulo supralimiar, 
hipocalemia
Limiar
Estímulo
Limiar
Estímulo
Tempo