bioeletrogenese 2018 1

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Princípios da Geração e da Condução do Impulso Nervoso
Prof. Francisco José Rocha de Sousa
E-mail:franciscojrs2003@yahoo.com.br 
Conceitos Básicos
Com 7 semanas o bebê já possui receptores químicos da olfação e gustação funcionantes.
Como detectamos e interpretamos a cerca dos estímulos químicos?
Você sabia que o sabor do alimento não depende tanto dos botões gustativos e mais do sentido da olfação???
Mas como o estimulo químico se transforma em sinal elétrico?
O Potencial de Ação surge em uma zona chamada de gatilho = Segmento inicial, se ali a Despolarização atinge o limiar
dendrites
soma
axon with an axon collateral
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 iônico
Fosfolipídio
INTRACELULAR
Meio extracelular
Meio extracelular
ULTRAESTRUTURA DA MEMBRANA CITOPLASMÁTICA
A membrana constitui uma barreira
física virtual.
Possui diferentes graus de permeabilidade para as diferentes partículas.
Membrana
citoplasmática
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
A distribuição e a composição de iôns dos compartimentos intra e extracelular.
Íons
Extracelular
(mM)
Intracelular
(mM)
Extra:Intra
Eion
(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
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
K+
Na+
Na+
 	K+
(Ativo)
Bomba Na+K+
K+
K
+
Na+
Na+
++++++++
- - - - - - - -
canal K+
++++++++
- - - - - - - -
canal Na+
Transportadores de Membrana
Bomba de Sódio e Potássio - auxilia na manutenção do gradiente de concentração de sódio e potássio
Potencial de Membrana
Membrana do neurônio (axônio) - proteínas:
1 - Bombas Iônicas - mantêm o potencial elétrico basal entre os 
 lados externo e interno da membrana;
2 - Canais Iônicos - que modificam o gradiente eletroquímico nos 
 2 lados, cujos poros alteram sua permeabilidade aos íons,
 em resposta à sinais específicos provenientes de:
 a - canais controlados por ligantes - sinapses;
 b - canais controlados por voltagem - K+, Na+ e Cl- - despolarização
 explosiva leva à alteração dos canais - Potential de Ação
 - canais vazante de K+ mais numerosos
 - canais de Na+ e Cl- - menos numerosos
 c - bomba Na+ / K+ - auxiliam na manutenção do potencial de 
repouso
Neurônio polarizado - sem estímulo 
 - Potencial de Repouso = -70mV
- Interior - é menos positivo - > K+
- Exterior - mais positivo - > Na+ e Cl-
Na+
Na+
K+
K+
+
-
Neurônio em repouso
Gradiente químico
	maior concentração de sódio no meio extracelular e maior concentração de potássio no meio intracelular
Gradiente elétrico
Potencial graduado
acima do limiar
O potencial de ação
é deflagrado
Transmissão do 
potencial de ação
O neurônio recebe os estímulo pelos dendritos ou corpo celular.
Independente do tipo de estímulo, para excitar o neurônio é necessário promover a entrada de cargas positivas.
O impulso nervoso ou potencial de ação só acontece se o estimulo provocar a abertura dos canais dependentes de voltagem presentes no axônio (limiar de disparo)
Variação de Conformação de Canal Iônico,
segundo Potencial de Membrana
Canais iônicos dependentes de voltagem - a entrada de cargas positivas promovem sua abertura
Abertura dos canais de Na+ voltagem dependentes e influxo de Na+
Um potencial graduado acima do limiar chega na zona de estímulo
A inversão da carga elétrica (interior fica positivo) da membrana chama-se
despolarização
O Na+ entra e despolariza a membrana, o que abre canais de Na+ adicionais. 
Cargas positivas fluem para dentro das seções adjacentes do axônio pelo fluxo de corrente local.
Sentido da onda de despolarização
Região 
ativa
Região 
inativa
Região 
refratária
Zona de estímulo - refratária. Canais K+ e Na+ fechados. Efluxo de K+ = repolarização
A saída de potássio promove o retorno ao potencial
elétrico de repouso - repolarização 
Na+
Na+
K+
K+
+
-
Em resumo
Despolarização (ao longo do axônio)
Influxo de sódio
Na+
Na+
K+
K+
-
+
Repolarização (ao longo do axônio)
Efluxo de potássio
Em resumo
Potencial de membrana
de repouso
Hiperpolarização
Potencial de ação
Despolarização
Repolarização
Limiar
Potencial
 Graduado
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EVENTOS ELÉTRICOS NA CÉLULA NERVOSA
POTENCIAL DE REPOUSO
é o potencial de membrana antes que ocorra a excitação da célula nervosa.
é o potencial gerado pela bomba de Na+ e K+ que joga 3 Na+ para fora e 2 K+ para dentro contra os seus gradientes de concentração
=> -75 mV
Imagem: www.octopus.furg.br/ensino/anima/atpase/NaKATPase.html  
33
34
EVENTOS ELÉTRICOS NA CÉLULA NERVOSA
POTENCIAL DE AÇÃO
http://www.clubedoaudio.com.br/fis3.html
DESPOLARIZAÇÃO
REPOLARIZAÇÃO
HIPERPOLARIZAÇÃO
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Observe:
Quando os eletrodos estão do lado de fora, não há diferença de potencial
elétrico entre os dois pontos (ddp=0mV)
Veja animação completa
Mas se o eletrodo vermelho penetra a membrana, o voltímetro acusa a existência de uma DDP de 60mV indicando que a face interna da membrana citoplasmática está negativa em relação à externa .
Se o neurônio for estimulado eletricamente , 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
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EVENTOS ELÉTRICOS NA CÉLULA NERVOSA
POTENCIAL DE AÇÃO
http://www.clubedoaudio.com.br/fis3.html
DESPOLARIZAÇÃO
REPOLARIZAÇÃO
HIPERPOLARIZAÇÃO
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POTENCIAL DE AÇÃO
(descrição do evento elétrico)
POTENCIALDE AÇÃO: alteração transitória na diferença de potencial elétrico da membrana de neurônios (e de células musculares) cuja duração e amplitude são fixas.
Despolarização
Repolarização
Tem
Potencial derepouso
Hiperpolarizaçâo
po
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.
IGUALDADE de concentração e permeabilidade para o íon
Fluxo resultante = 0
Não ocorre geração de potencial
elétrico através da membrana
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)
O Em se se estabiliza e se opõe ao gradiente
de concentração do íon.
Fluxo resultante = 0
Em = Potencial de equilíbrio do ion
Tensão
EQUILIBRIO
Diferença de CONCENTRAÇÃO QUÍMICA
(mEq/Kg)
Peso
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
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 responsávelpela 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
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
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?
Direção da propagação do PA
Potencial de membrana em
função do local
http://www.blackwellpublishing.com/matthews/actionp.html
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
O PA se propaga ao longo do axônio sem decremento
de sinal, i.e., o sinal é fiel do inicio até o final da fibra.
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
Variação no potencial de membrana
Estimulador
Corrente elétrica
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:  Fibras intermediárias:  Fibras lentas: 
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