Aula 2-Bioeletrogênese-5105

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Aula 2: 
Bioeletrogênese
Profa. Dra. Alana de Freitas Pires
Disciplina: Fisiologia Humana
BIOELETROGÊNESE
(Excitabilidade)
Profa. Dra. Alana de Freitas Pires
Capacidade de gerar e alterar a diferença 
de potencial elétrico através da 
membrana
Propriedade exclusiva de algumas 
células
- Neurônios
- Células musculares
esqueléticas
lisas
cardíacas
Entrada sensorial
Saída motora
Integração
Sensorial e motora
Órgãos 
Efetuadores
Musculares
Estriado
Liso
Cardíaco
Glandulares
Órgãos dos 
Sentidos
Gerais e especiais
Viscerais
Como funcionam...
Como funcionam... 
Como o sistema nervoso processa 
as informações sensoriais e gera 
comandos motores?
NEURÔNIOS
Neurônio
Sensorial
Neurônios
associativos
Neurônio
motor
Órgãos 
efetores
Sistema 
Nervoso 
Estímulos Comportamento
e ajustes fisiológicos
Músculos
Glândulas
Células 
nervosas
Os estudos 
sobre a 
eletrofisiologia
dos neurônios 
começaram 
com Hodgkin e 
Huxley 
(axônios 
gigantes de 
lula).
Neurônio Gigante de lula: modelo de estudo
Não há diferença de potencial elétrico (DP=0mv) quando os 
eletrodos estão do lado de fora.
Eletrodo de 
registro
Eletrodo de 
referência
Quando o eletrodo (vermelho) atravessa a membrana, o voltímetro acusa 
a existência de uma DP de - 60mV sendo que a face interna da membrana 
citoplasmática é negativa em relação à externa .
Ao estimular o neurônio (com uma corrente elétrica), o voltímetro acusa alteração 
transitória do potencial de membrana, seja em forma de ondas de despolarização de 
baixa amplitude ou na forma de um potencial de ação, conforme a intensidade do 
estimulo . 
Despolarizaçã
o
Potencia
l 
de ação
POTENCIAL DE AÇÃO
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
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Tempo
Potencial 
de Membrana
COMO O IMPULSO NERVOSO É 
GERADO E PROPAGADO?
http://www.blackwellpublishing.com/matthews/channel.html
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As alterações do potencial de membrana (excitabilidade) são devidos a 
movimentos de íons (cargas elétricas) através da membrana citoplasmática. O 
movimento de íons ocorre através de canais iônicos.
Colesterol
Glicoproteína
Glicolipidio
EXTRACELULAR
Proteínas de
Membrana
Canal
iônicoFosfolipídio INTRACELULAR
MECANISMOS IONICOS DO 
POTENCIAL DE REPOUSO
Excitabilidade: capacidade de gerar e 
propagar bioeletricidade é uma 
propriedade filogeneticamente antiga. 
Está presente nos protozoários 
precedendo às células nervosas dos 
animais que surgem pela primeira vez nos 
cnidários. 
Contratilidade: capacidade de reagir 
a estímulos através da atividade dos 
miofilamentos também já estão 
presentes nos protozoários . 
A excitabilidade é um fenômeno filogeneticamente antigo.
A face interna é negativa em relação à 
externa.
POTENCIAL DE REPOUSO
Diferença no potencial de membrana das células 
excitáveis na ausência de estimulo. 
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
Equilíbrio iônico
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
Composição e concentração iônica intra e 
extracelular e o respectivo potencial de 
equilíbrio teórico.
Composição iônica
Bomba de Na/K (ou ATPase Na/K dependente)
Se ela for bloqueada por uma droga (oabaina), o gradiente se dissipará. 
O gradiente favorece fluxos passivos de íons através da membrana.
No REPOUSO, a permeabilidade da membrana aos íons é diferente 
K+ : altamente permeável
Na+ : praticamente impermeável
Cl- : altamente permeável
Ca++ : praticamente impermeável
Proteínas eletricamente carregadas: impermeantes
Como o gradiente de concentração é criado e mantido?
Extracelular Intracelular
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
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+
++++++++
- - - - - - - -
++++++++
- - - - - - - -
MECANISMOS IÔNICOS DO 
POTENCIAL DE AÇÃO
 Membrana atinge valores
positivos
Canais de Sodio voltagem- dependentes: “dois tempos”
Na+
Portão
Inativação
Portão
Ativação
No potencial de repouso
( –70 mV)
(a)
Fechado mas
capaz de ser aberto
Na+
Do limiar até o pico do PA
(–50 mV a +30 mV)
(b)
Abertura
rápida
Aberto (Ativado)
Na+
Do pico ao potential do PA
(+30 mV a –70 mV)
(c)
Fechado e incapaz de 
ser aberto (inativado)
Fechamento
lento
Canais de Potássio Voltagem-dependentes
K+
Abertura
lenta
No potencial de repouso;
Abre no potencial limiar
(-70mV a +30mV)
(d) (e)
Fechado Aberto
K+
Do pico do PA até a
Hiperpolarização pós-potencial
(-30mV a -80mV)
Extracelular
Intracelular
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 
O estado de repouso é recuperado pela atividade da ATPase Na/K 
- Estímulo sublimiar (E1, E2): não causam PA
- Estimulo limiar (E3): causa um único PA
- Estímulo supra-limiar: causa mais de 1 PA, 
sem alterar a amplitude ou a duração (ou seja, 
ocorre uma aumento linear na freqüência dos 
PA).
A) Para que o PA aconteça é necessário que a 
zona de gatilho seja parcialmente despolarizada 
até um valor limiar. 
B) Uma vez atingido o limiar, é inevitável o seu 
acontecimento: é tudo-ou-nada.
C) O PA de cada célula excitável apresenta 
amplitude e durações fixa.
E1 E2
E3
Estímulo
Registro 
PROPRIEDADES DO POTENCIAL DE AÇÃO
Período Refratário 
Absoluto
Período Refratário 
Relativo
Estímulos limiar
Refratariedade de resposta
Período Refratário Absoluto
os canais de Na estão todos inativos
Período Refratário Relativo
os canais de Na estão parcialmente 
inativos 
PROPRIEDADES DO POTENCIAL DE AÇÃO
Osneurônios 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
Potencial 
Receptor
Potencial pós-
sináptico
Uma vez gerado, o potencial de açâo propaga-se 
em direção ao terminal axônico.
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 
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 
MIELINIZADAS
Nas fibras mielinizadas o PA só se 
desenvolve nos nodos de Ranvier. Sob a 
bainha não há canais de sódio e de potássio 
voltagem dependentes.
Consequência: aumento na velocidade de 
condução do impulso nervoso
POTENCIAL DE AÇAO NAS FIBRAS 
MIELINIZADAS
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 
atividade 
Lembre-se: um nervo é 
composto por varias fibras 
nervosas
Questões 
 1) O que é potencial de repouso da membrana e que mecanismos o
mantém?
 2) O que é potencial de ação? Descreva suas fases baseado na
permeabilidade a íons pela membrana.
 3) Quais as propriedades do potencial de ação?
 4) Qual a importância da mielina na transmissão dos potenciais de
ação?
 5) O diabetes mellitus reduz a mielinização dos neurônios. Um axônio
não mielinizado tem necessidade de ATP muito maior do que um axônio
mielinizado de mesmo diâmetro e comprimento. Você sabe explicar o
porquê?
 6) A maioria dos anestésicos locais age bloqueando os canais de sódio
dos neurônios. Qual é a relação entre o bloqueio desses canais e o
efeito anestésico?
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