Bioeletricidade e Contração Muscular
As células vivas apresentam uma diferença de potencial elétrico entre os
dois lados da sua membrana: o interior é negativo e o exterior é positivo.
A origem dos potenciais ocorre pela distribuição dos íons dentro e fora
da célula, especialmente Na+, K+, Cl- e HPO42-.
O potencial pode ser de dois tipos:
a) de repouso (estacionário):
b) de ação (variação e propagação brusca do potencial, conduzindo
mensagens entre células).
Experimentalmente os potenciais são medidos por milivoltímetros,
miliamperímetros e osciloscópio.
Potenciais Não-Biológicos
a) Difusão passiva de íons através de membrana permeável:
Ex.: soluções de NaCl ou de NaH2PO4
b) Difusão ativa de íons por aplicação de potencial ativo por trabalho
elétrico de pilha.
Potenciais Biológicos
Quando se aplica o eletrodo ativo do lado de fora da célula e o eletrodo
referencial dentro da célula, observamos a diferença é de +85mV.
Quando se aplica o eletrodo ativo dentro da célular e o eletrodo
referencial fora da célular, observamos a diferença de –85mV.
Essa distribuição indica que a célula tem uma diferença de cargas: o lado
externo é positivo e o interno negativo e ogradiente de voltagem é
85mV.
Por convenção o potencial interno é –85mV e o externo 0mV.
Potencial de Repouso (estacionário)
Baseia-se num mecanismo de alternância entre transporte ativo e passivo
de pequenos íons, especialmente Na, K e Cl1a. fase: Os íons Na+ entram na célula por transporte passivo, através do
gradiente de concentração.
2a. fase: Os íons Na+ são expulsos e os de K+ intorduzidos ativamente
na célula.
3a. fase: Os íons K+ saem da célula passivamente,deixando o lado
externo positivo e o interno negativo (devido ao fosfato e proteínas
aniônicas que permanecem no interior).
Os íons envolvidos representam um parte ínfima da concentração destes
íons. Pode-se dizer que a concentração iônica permanece praticamente
constante durante todo o tempo.
Potencial de Ação
O potencial de repouso pode ser anulado se for aplicado um potencial de
mesma magnitude, porém polaridade inversa. Este potencial pode ser
químico, elétrico, eletromagnético ou mecânico. Algumas células são
auto-excitáveis pois controlam ciclos repetitivos (batimentos cardíacos e
freqüência respiratória).
Nos tecidos excitáveis, quando aplicação ocorre, desenvolvem-se três
fases na célula que duram alguns milissegundos:
1) despolarização: se inicia no local da membrana que recebe a
excitação.
Abertura dos canais de Na+ com penetração diminuta de Na+
suficiente para anular a diferença de potencial transmembrana.
2) Polarização invertida: inversão da polaridade.
Continua a entrada de Na+ e com um pouco mais desses íons a
parte interna fica positiva.
3) Repolarização: volta ao normal da polaridade.
a. Fecham-se os canais de Na e o íon K+ sai passivamente da
célula, repolarizando-a. A bomba de sódio se encarrega de
expulsar a pequena quantidade de Na que restou no interior
da célula.
O potencial de ação se propaga através das células. As fibras nervosas
podem ter metros de comprimentos e são especializadas na propagação
do potencial de ação.
Exemplo de variações no potencial de repouso e de ação.
O aumento do K+ externo diminui o potencial de repouso, pois saimenos
K+ do interior da célula passivamente.
Exemplo: Cloreto de potássio.
Nervos Amielinizados: a membrana do axônio está em contato direto
com o tecido vizinho.
Nervos Mielinizados: a membrana do axônio é envolvida pelas células
de Schwan, cuja membrana é rica em uma lipoproteína chamada
mielina. As partes descobertas são os nódulos de Ranvier.
Nos nervos mielinizados, a troca iônica se faz apenas no nódulo de
Ranvier e a condução é saltatória (mais rápida e eficiente).
Sinapses inibitórias e excitatórias
A transmissão do impulso nervoso entre duas fibras nervosas ou entre
uma fibra e um órgão efetor (músculo, glândula etc.) é feita através da
sinapse. A transmissão da membrana pré-sináptica para a pós-sináptica é
feita por um mediador químico (mais comum, menos rápida) ou contato
elétrico (menos comum, mais rápida).
O mediador químico, chamado neurotransmissor, pode atuar propagando
o potencial de ação entre as membranas pré e pós-sináptica ou atuar
bloqueando a transmissão.
Sinapse excitatória: o PA chega na membrana pré-sináptica e
desencadeia a liberação do neurotransmissor na sinapse. O mediador
atravessa a fenda sináptica, se liga a receptores específicos,
desencadeando a mensagem para os canais de Na+ se abrirem. A
penetração do Na+ despolariza a membrana pós-sináptica e inicia um
potencial de ação que continua no mesmo sentido do anterior.
Sinapse inibitória: o neurotransmissor liberado aumenta a
permeabilidade principalmente do Cl- que penetra na membrana póssináptica hiperpolarizando negativamente o interior. Assim, quando o
PA chega nesta membrana, não consegue despolarizá-la e não se
propaga.
Nas sinapses parassimpáticas, o neurotransmissor é a acetilcolina.
Nas sinapses simpáticas, o neurotransmissor é a noradrenalina.
Exemplo: toxina do Clostridium botulinum impede a liberação de
acetilcolina, gerando paralisia.
Contração Muscular
Músculos são formados por conjuntos de fibras musculares
Fibras lisas: contraem-se mais lentamente, porém a contração pode durar
mais tempo. Encontram-se nas vísceras.
Fibras estriadas: contraem-se mais rapidamente, porém a contração dura
pouco. Encontram-se nos músculos esqueléticos e cardíacos.
Tipos de contração muscular:
a) Isométrica: não há alteração no comprimento do músculo. Não há
alteração no comprimento do músculo.
b) Isotônica: o músculo se contrai e seu comprimento diminui.
Níveis Estruturais do Músculo
O músculo é organizado de modo a obter:
Uma membrana celular capaz de conduzir o potencial de ação do nervo
eferente até as demais fibras mais profundas do músculo;
Estruturas e vias de geração energética que regulam a quantidade de
cálcio e ATP disponível para a contração muscular;
Disposição altamente organizada de proteínas para o encurtamento
celular.
O músculo é composto por várias fibras musculares.
A fibra muscular é composta por várias miofibrilas.
Uma miofibrila é organizada em sarcômeros.
Os sarcômeros vão de uma linha Z a outra e são as unidades funcionais
da contração muscular.
Nos sarcômeros estão as bandas A (escuras) e bandas I (claras).
No centro de cada banda A, encontra-se a banda H, que por sua vez é
atravessada por uma fina linha M.
Cada banda I é dividida pela linha Z.