Resumo Fisiologia 01

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Fisiologia
Bioeletrogênese do nervo, neurotransmissão, sinapses e fibras nervosas, junção neuromuscular
Bioeletrogênese 
Bio= vida
Eletro= carga elétrica
Gênese= geração
Conceitua-se bioeletrogênese como o processo celular de formação e condução de impulsos elétricos (potenciais de ação). Ocorre em células que apresentam diferença de voltagem entre um lado e o outro da membrana celular, como os neurônios.
Neurônios 
O neurônio é a unidade funcional do sistema nervoso; essa célula apresenta membrana celular excitável, possuindo a propriedade de gerar e transmitir sucessivos potenciais de ação através da passagem de íons por canais presentes nessa membrana.
Os dendritos são ramificações da soma que recebem informações aferentes de outro neurônio e transmite para o corpo celular.
O axônio é a extensão da soma celular, responsável por trafegar através de seu único e alongado filamento a resposta eferente para outro neurônio ou outro tipo celular.
Os potenciais de ação são gerados na região de intercessão entre a soma e o início do axônio, o cone axônico, onde há inúmeros canais iônicos. Uma membrana com propriedade de isolante elétrico, a bainha de mielina, envolve o filamento axonal e permite que o impulso elétrico seja conduzido com maior velocidade. Substâncias químicas originadas na soma são transportadas até os axônios terminais, essenciais para as sinapses.
Geração e transmissão do impulso nervoso
Os neurônios apresentam estados de repouso e de atividade e essas condições são determinadas pela composição iônica no meio interno e externo e pela permeabilidade dos íons pela membrana celular.
Em condições de homeostase celular, o líquido intracelular é rico em potássio (K+), enquanto o líquido extracelular é abundante em sódio (Na+) e cloreto (Cl-). O gradiente eletroquímico para cada íon vai influenciar no seu transporte através da membrana plasmática.
Na ausência de estímulo, o neurônio apresenta-se em estado de repouso, ou seja, não dispara potenciais de ação. Em repouso, o meio intracelular se caracteriza por maior concentração de íons potássio ([K+]) do que íons sódio ([Na+]) quando comparado ao meio externo. Essa diferença de concentração iônica dentro e fora da célula é resultado da ação de uma proteína transmembrana de transporte ativo chamada bomba Na+ K+ ATPase (Bomba Na+ K+), que realiza transporte ativo destes íons, ou seja, transporta Na+ e K+ contra seus gradientes. Para realizar este transporte, a bomba Na+ K+ utiliza a energia liberada da quebra do ATP. 
A diferença de concentração iônica também leva à diferença de cargas elétricas entre os dois meios celulares. A superfície interna da membrana (no citosol) apresenta, predominantemente, carga negativa em relação à face externa da membrana. A essa diferença de carga elétrica denominamos de potencial de membrana em repouso ou potencial de repouso.
Além de estabelecer o gradiente químico celular, a ação da bomba Na+ K+ contribui para o estabelecimento da voltagem de membrana negativa para a célula (gradiente elétrico). Outro fator determinante para que exista um potencial de membrana em repouso é o transporte passivo destes íons, ou seja, o transporte de Na+ e K+ a favor de seus gradientes e, portanto, sem gasto de energia. Durante o repouso, Na+ e K+ são transportados de forma passiva pelos canais vazantes, um tipo de canal que não apresenta comportas e, por isso, permanecem sempre abertos, permitindo o fluxo constante desses íons.
Proteínas residentes no meio intracelular contribuem para o potencial de repouso negativo, pois essas moléculas são negativamente carregadas.
A membrana do neurônio é aproximadamente cem vezes mais permeável ao K+ do que ao Na+. Isso faz com que o potencial de membrana em repouso do neurônio se aproxime do valor do potencial de equilíbrio para o K+.
Potencial de equilíbrio de um íon 
Consiste em um valor de voltagem através da membrana da célula em que o transporte de um íon, seguindo seu gradiente de concentração, é contrabalançado pelo transporte deste mesmo íon em sentido oposto seguindo o seu gradiente elétrico.
O potencial de ação é simplesmente uma breve reversão da condição de repouso e uma pequena mudança da concentração iônica já é necessária para que ocorra o disparo de potenciais de ação.
É necessário gerar potencial de ação para que EXEMPLO: a dor ocasionada pela queimadura fosse transformada rapidamente em impulso sensorial e reflexo motor. Em apenas um instante, o potencial de ação foi desencadeado, ou seja, o interior da membrana se tornou positivamente carregado em relação ao exterior.
Inversão de cargas entre os dois meios celulares 
Canais ligante dependentes: funciona no modelo chave-fechadura. A fechadura é o canal e a chave pode ser um hormônio ou neurotransmissor, que é uma molécula sinalizadora.
Canais voltagem dependentes: permitem a passagem de íons quando há uma mudança no gradiente elétrico. 
Canal iônico ativo: Comportas abertas permitindo a livre passagem de íons.
Canal iônico fechado (repouso): Comportas fechadas. Um sinal excitatório é capaz de abrir suas comportas.
Canal iônico inativo: Comportas fechadas. Um sinal excitatório não é capaz de abrir suas comportas. 
Canais iônicos ligantes dependentes.
Potencial de ação neuronal.
Fase de Despolarização: entrada de Sódio – canais voltagem dependentes abertos. Potássio – canais voltagem fechado – Potássio permanece no interior da célula – Entrada de carga positiva. Deflagração do potencial de ação.
Fase de Repolarização: saída de Potássio, canais voltagem dependentes de potássio abertos. Canais voltagens dependentes de sódio: fechados – Saída de carga positiva.
Limiar de ação: voltagem da membrana necessária para deflagrar o PA. Uma vez atingido esse valor (cerca de -50 mV), o PA ocorrerá obrigatoriamente. Em contrapartida, se não for atingido, não haverá PA.
Hiperpolarização: quando a voltagem da membrana fica abaixo do fica abaixo do potencial de equilíbrio (menor que -70mV). Causado pelo fechamento tardio dos canais de Potássio voltagem dependentes.
Quando o interior da membrana tem um potencial elétrico negativo, há uma grande força eletroquímica nos íons Na+, sendo esse responsável pela inversão de cargas entre as membranas. 
Em decorrência de um estímulo neuronal, o potencial de ação começa quando o potencial de membrana sai de -70 mV e chega à fase Limiar (cerca de -50 mV), no qual centenas de canais de sódio dependentes de voltagem se abrem, promovendo o influxo abrupto de Na+ e a despolarização da membrana (fase de despolarização). 
A rápida entrada de Na+ no citosol deflagra a despolarização explosiva. Agora, o meio interno está carregado mais positivamente com relação ao meio externo (polaridade é invertida).  
Como a permeabilidade relativa da membrana favorece grandemente o sódio, o potencial de membrana alcança um valor próximo do ENa, que é maior que 0 mV. 
O comportamento de dois tipos de canais contribuem para a fase repolarização do potencial de ação. A forte positividade do meio interno inativa os canais de Na+ dependentes de voltagem. 
Além disso, há uma grande força motriz nos íons K+ quando a membrana é fortemente despolarizada. Ou seja, como o íon K+ está mais concentrado dentro, e o meio está fortemente positivo, canais de K+ dependente de voltagem se abrem ocorrendo a saída de K+ da célula. 
O potencial de membrana torna-se negativo novamente; denominamos essa fase de repolarização. O potencial de membrana retorna à fase de repouso (-70 mV), porém os canais de K+ dependentes de voltagem apresentam um fechamento tardio, causando uma hiperpolarização em relação ao potencial da membrana em repouso até que esses canais se fechem novamente.
A bomba de  Na+ K+ irá garantir o reequilíbrio dos íons que foram trocados entre a membrana. Ela vai jogar todo o Na+ que entrou para fora da célula e o K+ que saiu para dentro dela novamente, restabelecendo as concentrações ideais no repouso.
Período refratário: absoluto e relativo
Três estados dos canais de sódio voltagem dependentes.
Repouso ativável:o canal de sódio está fechado, mas quando a voltagem atingir o limiar (em torno de -50mV), ele se abrirá.
Estado ativo: o canal de sódio está aberto. Período em que ocorre o influxo do íon e a célula está despolarizando.
Estado inativo: os canais estão com a comporta interna fechada. Nenhum estimulo, nesse momento, é capaz de abri-la. Quando todas os canais estão nessa configuração, a célula está no período refratário absoluto.
No período refratário absoluto, a célula não consegue iniciar um novo potencial de ação, pois os canais de Na+ estão inativados devido ao fato de a membrana estar fortemente despolarizada. Eles não podem ser ativados novamente e outro potencial de ação não pode ser gerado, até que o potencial de membrana seja suficientemente negativo para abri-los novamente (quando o canal retornará para seu estado repouso ativável). No período refratário relativo, o potencial de membrana permanece hiperpolarizado e, por isso, mais abertura de canais e corrente despolarizante é necessária do que numa situação de repouso para trazer o potencial de membrana ao limiar.
Qual a importância fisiológica dos períodos refratários? Evitar que um novo potencial de ação seja gerado antes que a célula retorne ao repouso. Isso evita, por exemplo, hiperatividade neuronal, que pode trazer muitos prejuízos para uma pessoa e, em muitos casos, poderá ser fatal.
O potencial de ação é considerado uma resposta do tipo “tudo ou nada”. Uma vez que um estímulo é iniciado, é impossível impedi-lo de acontecer.
Neurotransmissão, sinapses e fibras nervosas
O impulso nervoso, ou seja, a informação contida no neurônio, não irá se restringir a apenas esse neurônio, mas será transmitida de um neurônio para outro neurônio ou de um neurônio para um órgão efetor (músculo ou glândula). A região de comunicação onde os neurônios transmitem sinais para outros neurônios ou células é chamada de sinapse. Ao processo de transmissão de sinais, denominamos de transmissão sináptica.
A informação pode ser transmitida:
· Sinapse elétrica
· Sinapse química
As sinapses elétricas são menos abundantes no nosso organismo. A transmissão elétrica entre neurônios é mediada por junções comunicantes (junções gap) que permitem que os neurônios estejam muito próximos (cerca de dois nanômetros). A membrana de cada neurônio apresenta canais, os conéxons, que são formados por seis proteínas chamadas conexinas. As junções gap permitem a comunicação do meio intracelular de cada neurônio pela união dos conéxons de cada célula. O potencial de ação deflagrado na célula pré-sináptica passa pelas junções comunicantes, levando a uma despolarização e, portanto, um potencial de ação, na célula pós-sináptica. O caminho do impulso elétrico e de pequenas moléculas (ex.: íons Ca2+, AMP cíclico) é bidirecional e de velocidade rápida em relação às sinapses químicas.
A maior parte da sinalização entre neurônios e todas as sinalizações conhecidas de neurônio com placa motora e glândula dependem de sinapses químicas.
O impulso nervoso é passado pelo neurônio pré-sináptico que está localizado antes da sinapse e recebido pelo neurônio pós-sináptico situado após a sinapse. As terminações axonais do neurônio pré-sináptico são chamadas de botões terminais.
As sinapses químicas podem ser classificadas quanto à região do neurônio pós-sináptico que irá fazer comunicação com a terminação pré-sináptica: 
Na sinapse química, os neurônios se aproximam um do outro, mas não entram diretamente em contato; a região entre o neurônio pré-sináptico e pós-sináptico é denominada de fenda sináptica. O tamanho da fenda sináptica é de 10 a 20 nanômetros, cerca de dez vezes maior que as junções comunicantes e ela é preenchida por líquido extracelular com proteínas fibrosas mantenedoras de adesão entre as membranas dos dois neurônios. As sinapses químicas são sempre unidirecionais, ou seja, fluem do neurônio pré-sináptico para o neurônio pós-sináptico. 
A sinapse química acontece através da ação de substâncias químicas, os neurotransmissores. Os neurotransmissores são sintetizados no citosol dos terminais axônicos do neurônio pré-sináptico e armazenados em pequenas organelas esféricas delimitadas por membrana, as vesículas sinápticas. Na membrana do terminal pré-sináptico, existem os sítios de liberação de neurotransmissores, região chamada zona ativa. No terminal pós-sináptico, uma camada espessa proteica é chamada densidade pós-sináptica, que contém receptores de neurotransmissores que convertem os sinais químicos em resposta pós-sináptica.
Princípios da Neurotransmissão
1. Síntese e empacotamento de neurotransmissores;
2. Liberação do neurotransmissor na fenda sináptica em resposta a um potencial de ação pré-sináptico;
3. Indução de uma resposta pelo neurotransmissor no neurônio pós-sináptico;
4. Remoção do neurotransmissor da fenda sináptica.
A maioria dos neurotransmissores são aminoácidos (ex.: glutamato, GABA) e aminas (ex.: acetilcolina, dopamina), moléculas pequenas que são armazenadas em vesículas e liberadas na fenda sináptica. Os peptídeos também atuam como neurotransmissores; por serem maiores, são armazenados em grânulos secretores. Cada neurônio geralmente produz apenas um tipo de neurotransmissor.
Existem várias vias de produção dos neurotransmissores. Por serem abundantes por todo corpo, os aminoácidos são simplesmente captados e armazenados nas vesículas. Por outro lado, as aminas são produzidas apenas pelos neurônios que as liberam através da ação de enzimas sobre seus precursores no terminal axônico. Os neuropeptídeos serão sintetizados no corpo celular pelo retículo endoplasmático liso e transportados para a terminação pré-sináptica para serem armazenados em vesículas.
Quando o potencial de ação chega ao botão terminal, canais de Cálcio (Ca2+) dependentes de voltagem nas zonas ativas se abrem, causando o influxo de Ca2+ no citosol da terminação pré-sináptica. O aumento de íons Ca2+ intracelular estimula o deslocamento das vesículas do citosol até a membrana pré-sinaptica. Os íons Ca2+ também se ligam às proteínas de ancoragem que conectam a vesícula sináptica com a membrana plasmática (proteínas de ancoragem). Na membrana plasmática, essas vesículas se fundem e ocorre a liberação dos neurotransmissores na fenda sináptica pelo processo de exocitose. As vesículas sinápticas são recicladas localmente após a fusão com a membrana plasmática. Transportadores Ca2+ ATPases transportam os íons Ca2+ rapidamente para fora da célula, preparando o terminal para responder novamente a um potencial de ação. Os grânulos secretores que armazenam neuropeptídeos não se fundem à membrana pré-sináptica, mas são liberados por completo na fenda sináptica.
Função do íon Cálcio na sinapse química.
Uma vez na fenda sináptica, os neurotransmissores se ligam a receptores específicos localizados na membrana do neurônio pós-sináptico, causando uma mudança em sua permeabilidade aos íons. Existem dois tipos de receptores: canais iônicos ativados por neurotransmissores (ionotrópicos) e os acoplados a proteína G (metabotrópicos). A resposta gerada pela ligação ao receptor dependerá se a ação do neurotransmissor tende a promover ou inibir a geração de um potencial de ação na célula pós-sináptica.
Os receptores ionotrópicos são canais iônicos que mudam sua conformação e se abrem após a ligação do neurotransmissor. Se os canais são permeáveis ao Na+ , o efeito resultante será a despolarização do neurônio pós-sináptico, desencadeando um novo potencial de ação, chamado de potencial excitatório pós-sináptico (PEPS). Quanto mais neurotransmissor liberado e mais receptores na membrana pós-sináptica, maior será a geração de potenciais excitatórios. Os principais neurotransmissores excitatórios são a serotonina e glutamato. Por outro lado, se a ligação do neurotransmissor ao receptor gera abertura de canais de íons K+ e Cl-, há hiperpolarização do neurônio pós-sináptico e inibição da sua ação. Os neurotransmissores inibitórios geram potencial inibitório pós-sináptico (PIPS). São exemplos de neurotransmissores inibitórios:GABA e glicina. A acetilcolina é um neurotransmissor que pode provocar resposta inibitória ou excitatória (veremos mais adiante). Receptores metabotrópicos são mais lentos na geração da resposta, mas essa é mais duradoura. O neurotransmissor, ao se ligar a esses receptores, ativa a proteína G que desacopla e liga sua subunidade a um canal iônico, causando a sua abertura por um tempo prolongado. Além disso, segundos mensageiros podem ativar enzimas que regulam canais iônicos.
Após liberação do neurotransmissor, ele deve ser removido da fenda sináptica para cessar a estimulação no neurônio pós-sináptico. Uma das formas de retirada do neurotransmissor da fenda sináptica é a recaptação por receptores localizados na fenda pré-sináptica, chamados de autorreceptores ou receptores de recaptação. Ao serem recaptados, podem ser degradados ou armazenados novamente nas vesículas sinápticas. Alguns neurotransmissores podem ser degradados enzimaticamente na fenda sináptica, como a acetilcolina que é hidrolisada pela acetilcolinesterase.
Neurotransmissor acetilcolina na junção neuromuscular:
Sequência de Eventos da figura acima:
· Propagação do P.A.;
· Abertura dos canais de cálcio
· Influxo de cálcio
· Fusão das vesículas e liberação da acetilcolina
· Ligação ACh + receptores nicotínicos
· Abertura dos canais iônicos
· Influxo de Sódio
· Efluxo de Potássio
· Atinge o Potencial da Placa motora: 0 mV
· Degradação da acetilcolina em colina + acetato, pela acetilcolinesterase.
Terapias como fármacos antidepressivos apresentam como mecanismo de ação a inibição da captação de neurotransmissores na fenda sináptica, ou seja, o período de resposta pós-sináptica dessas substâncias será prolongado.
Na condução do impulso nervoso, o potencial de ação ocorre sucessivamente após a corrente de despolarização que se propaga pelo axônio.
A bainha de mielina é formada pela membrana plasmática de células neuronais especializadas, as células gliais oligodendroglias, do sistema nervoso central, e as células de Schwann no sistema nervoso periférico. As células de Schwann envolvem de forma espiral as fibras nervosas motoras e sensoriais de maior calibre. Lembrando: os axônios de maior calibre atingem mais rapidamente o limiar para despolarização de geração do potencial, pois a quantidade de influxo de íons Na+ é maior do que em axônios mais finos. Entre espaços sucessivos periódicos de células de Schwann, há um espaço sem mielinização. Essa região é denominada de nós de Ranvier, a qual apresenta alta concentração de canais de Na+ dependentes de voltagem, disparando potenciais de ação. Portanto, a despolarização da membrana e deflagração do ptencial de ação só ocorrerá nos nós de Ranvier.
Bainha de mielina e condução saltatória do potencial de ação. 
Ele é protegido por uma capa que fornece isolamento elétrico, não permitindo que a eletricidade passe para fora do fio condutor. Levamos esse princípio para a fibra axonal que conduz potenciais elétricos; a membrana de mielina atua como um isolante elétrico. A mielina é rica em lipídios e pode, portanto, promover alta resistência transversal e baixa capacitância elétrica ao longo dos segmentos internodais. Quando é deflagrado o potencial de ação no nó, o circuito local gerado não pode fluir através da bainha de alta resistência e, portanto, atravessa e despolariza a membrana no próximo nó de Ranvier. O potencial de ação “salta” de um nó para outro, gerando a condução saltatória. A baixa capacitância da bainha reduz a energia necessária para despolarizar a membrana entre os nós. Além disso, a presença da bainha poupa a atividade metabólica e gasto de energia das fibras nervosas, pois apenas os nós de Ranvier são excitados durante a condução tornando o fluxo de Na+ no neurônio, muito menor do que nas fibras não mielinizadas. Portanto, os fatores abordados acima são determinantes para que, nas fibras nervosas calibrosas e mielinizadas, a velocidade de condução de potencial elétrico seja mais rápida em relação aos axônios de espessura mais delgada e que não apresentam bainha de mielina.
Fatores determinantes da velocidade de condução do potencial de ação
1. Diâmetro da fibra axonal;
2. Resistência da membrana axonal;
3. Presença de bainha de mielina;
4. Quantidades de canais dependentes de voltagem;
5. Distância da propagação da corrente elétrica ao longo do axônio.
Em várias regiões do neurônio, podem ocorrer estímulos para gerar potencial de ação (sinapses axodendríticas, axosomáticas, entre outras) e diversas sinapses estão acontecendo no neurônio ao mesmo tempo. Os estímulos que o neurônio recebe podem ser tanto de natureza excitatória ou inibitória. Denominamos de somação o resultado de todos os estímulos que o neurônio está recebendo. Se a soma desses estímulos consegue atingir o limiar, há o disparo de potencial de ação; se não atingirem o limiar, o potencial de ação não é deflagrado. Somação temporal ocorre quando a uma mesma sinapse dispara diversas vezes e em sequência PEPS; a soma desses estímulos pode chegar ao limiar de disparo do potencial de ação. Entretanto, a somação espacial ocorre quando sinapses diferentes, excitatórias e inibitórias se somam. Se a soma de PEPS e PIPS atingir o limiar, ocorre disparo do potencial de ação.
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