Profa Silvia Mitiko Nishida
Depto de Fisiologia
BIOELETROGÊNESE
Propriedade de certas células (neurônios e
células musculares) gerar e alterar a diferença
de potencial elétrico através da membrana.
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.
Potencial
de ação
Despolarização
POTENCIAL DE AÇÃO
(descrição do evento elétrico)
Repolarização
Despolarização
Potencial
de Membrana
Tempo
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.
MECANISMOS IONICOS DO
POTENCIAL DE REPOUSO
POTENCIAL DE REPOUSO
Diferença no potencial de membrana das células
excitáveis na ausência de estimulo ou seja,
quando estão em repouso.
A face interna é negativa em relação à
externa.
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
ANALOGIA
Diferença de
POTENCIAL ELÉTRICO
Em (mV)
Apesar da diferença de
potenciais químico, há
potencial elétrico que se
opõe ao movimento
passivo do íon.
Fluxo resultante = 0
Equilíbrio
Tensão
EQUILIBRIO
Peso
Diferença de
CONCENTRAÇÃO QUÍMICA
(mEq/Kg)
Equação de Nernst
Eion = RT ln [Ion in ]
Zs.F
[Ion ext ]
Toda alteração do potencial elétrico (o fenômeno de excitabilidade) é causada por
movimentos de íons através de canais ionicos situados na membrana citoplasmática.
Glicoproteína
EXTRACELULAR
Glicolipidio
Colesterol
Fosfolipídio
Canal
iônico
Proteínas de
Membrana
INTRACELULAR
A distribuição e a composição de iôns dos
compartimentos intra e extracelular.
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
Apesar da diferença de concentração, não há fluxo resultante de
ion e o sistema encontra-se em equilibrio dinâmico.
A permeabilidade ao Na é
baixa mas ele tende a entrar
O K tende a sair para
fora e cria dipolo
Responsável pela
determinação e manutenção
Do gradiente químico de Na e de K
EXTRA
Na+
K+
++++++++
++++++++
--------
--------
canal
Na+
INTRA
Na+
canal
K+
Bomba
Na+K+
Na+
K+
(Ativo)
K+
Na+
K+
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)
Potencial de
Repouso
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.
Equação de Nernst
Eion = RT ln [Ion in ]
Zs.F
[Ion ext ]
MECANISMOS IONICOS DO
POTENCIAL DE AÇÃO
POTENCIAL DE AÇÃO
Estímulo
Registro
E3
E1
E2
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
E3
E1
E2
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.
ULTRAESTRUTURA DA MEMBRANA CITOPLASMÁTICA
Meio
extracelular
Meio
extracelular
Membrana
citoplasmática
BICAMADA LIPIDICA
PROTEÍNAS
Canais iônicos
Receptores
Sistemas de enzimas
A membrana constitui uma barreira
física virtual.
Possui diferentes graus de
permeabilidade para as diferentes
partículas.
Estímulos químicos
Tipos de canais iônicos
1) sem comporta: estão
permanentemente abertos
Estímulos físicos
2) Com comporta: abrem-se
mediante estímulos específicos
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
Veja uma animação
Por que ocorre a hiperpolarização da membrana?
Existe alguma vantagem biológica?
Revendo o conjunto dos eventos...
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
Propriedades do Potencial de Ação
Receptor sensorial
Estimulo
sensorial
SINAPSE
NERVOSA
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.
CONDUÇÂO DO POTENCIAL DE AÇÂO
http://lessons.harveyproject.org/develo
pment/nervous_system/cell_neuro/acti
on_potential/propagation.html
Zona de gatilho
Chegada da
excitação
Direção da propagação do PA
Potencial de membrana em
função do local
Por que o PA não se
propaga retrogradamente?
Por que a amplitude e a
duração do PA são fixas?
http://www.blackwellpublishing.com/matthews/actionp.html
POTENCIAL DE AÇAO NAS FIBRAS SEM MIELINA
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 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
Estimulador
Corrente
elétrica
Voltímetro
Variação no
potencial de
membrana
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.
Lembre-se: um nervo é
composto por varias fibras
nervosas
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
Fibras rápidas: a
Fibras intermediárias: b
Fibras lentas: g
ELETROENCEFALOGRAMA