Neurofisiologia
• Células Nervosas
• Princípios da condução nervosa
• Neurotransmissão e Sistemas
Modulatórios
• O Encéfalo, tronco encefálico, medula
espinhal e sistema nervoso periférico
• Sistemas de Reforço e Dependência
Química
Células Nervosas
SENSORIAIS
• Neurônios
MOTORES
EFETORES
MODULADORES
• Glias
CÉLULAS DE SCHWANN
ASTRÓCITOS
OLIGODENTRÓCITOS
MICRÓGLIA
Células Nervosas
Neurônios
Células Nervosas
Células Nervosas
PSEUDOUNIPOLAR:
Axônio como
um “T”
Neurônios
sensoriais
NEURÔNIOS
BIPOLARES :
Possuem 2
processos.
MULTIPOLARES:
Possuem
vários
dendritos e um
axônio
Neurônio
motor.
Células Nervosas
Células Nervosas
TERMINAIS PRÉSINAPTICOS
CORPO CELULAR DO NEURÔNIO
PÓS-SINAPTICO
Figure 4-18b, Sherwood, 2001
Células Nervosas
Neuroglia ou células Glias
• 100 bilhões de Neurônios
Fornece sustentação
física
• 10x mais células gliais!
FUNÇÃO DAS CÉLULAS GLIAS
Dão suporte aos neurônios:
Recobrem os neurônios
com mielina
“Limpam” o ambiente sináptico
Seleciona e
disponibiliza
Nutrientes
Aumenta a velocidade
de condução do impulso
nervoso
Modulam a atividade
elétrica dos Neurônios
Células Nervosas
Oligodendrócitos
Células Nervosas
Astrócitos
Formação da barreira
hemato-encefálica
Células Nervosas
Microglias e Células Ependimais
Células Nervosas
Células de Schwan (SNP)
Células Nervosas
Células de Schwan (SNP)
Princípios da condução
nervosa
• Sinapses
• Potencial Repouso
• Potenciais pós-sinápticos
• Potencial Ação
• Condução do Impulso Nervoso
pelos Nervos Mielinizados
Sinapses
• Tipos de Sinapses
• Tipos de Sinapses
• Seqüência de Eventos na Transmissão Sináptica
Tipos de Sinapses
• Sinapses Elétricas
• Sinapses Químicas
Sinapse Elétrtica
Junções do tipo “Gap”,
formadas por
2 hemicanais
(conexons), cada um
com 6
subunidades(conexinas)
Baixa resistência Alta condutância
Sinapse Elétrica
Fluxo de corrente
Figura 11.1 A, Kandel et al. , 1995
Estimulação na fibra pré-sinaptica
Cél. pré
Pulso de corrente para a fibra
pré
Cél. pós
Transmissão elétrica é virtualmente instantânea
Sinapse Química
Axo-axônica
Axo-dendrítica
Axo-somática
Sinapses
podem ter
mais de uma
zona ativa no
terminal
Seqüência de Eventos na
Transmissão Sináptica
Ricardo Miledi e Bernard Katz anos 60
2.Registro
1.Voltagem-fixada
3
2
3.Registro
1
Aumento do Ca2+ extracelular provoca a
liberação quântica (pacotes de NT), e a sua
redução, diminui até o bloqueio completo.
Vesículas Sinápticas
• Observado nos terminais pré-sinápticos por
microscopia eletrônica .
• Contendo Neurotransmissores,
aproximadamente 5.000 em uma vesícula
(quantum)
• A liberação evocada é Quântica e produz
Potenciais Pós-Sinápticos
ME da Sinapse Química
mitocondria
Terminal
Pré-Sináptico
Terminal
Pós-Sináptico
Zona Ativa
Figura 5.3, Bear, 2001
Vesículas
Outras
vesículas,
filamentos
de actina
Sinaptotagmina
CAMK-II
Proteínas da
MP
Sinapsina I
Sinaptobrevina
ATP
Bomba de
prótons
H+
ADP
+Pi
Sinaptofisina
Lúmen vesicular
rab 3
SV2
Citoplasma
SNARE: Proteínas
Direcionadoras da Fusão
v-SNAREs
t-SNAREs
v-SNAREs se liga com t-SNAREs para acoplar as
membranas e induzir a fusão (exocitose).
Célula Glial
Transportador de
membrana
Precursores para
síntese de
sinalizadores
AutoReceptores
Neurônio pré-sináptico
Neurônio pós-sináptico
Receptores pós-sinápticos
Transportador
vesicular
Transportador de
membrana
Enzima de metabolização
6.1
Entrada de Ca2+ e a CAMKII:
Fosforila a actina:
mobilização das vesículas do
compartimento de estocagem
para o compartimento de
liberação.
Atracamento
Rab: previne o
ancoramento ao
poro de fusão.
Necessita de
atividade
GTPásica
Potenciais da membrana
• Potencial de Repouso
• Potenciais Graduados ou Potenciais
pós-sinápticos
• Potenciais de Ação
MEMBRANA PLASMÁTICA
PROTEÍNAS DE MEMBRANA!
CANAIS IÔNICOS
Canais de Na, K, Ca, Cl
BOMBAS IÔNICAS
Bomba de Na/K
Bomba de Ca2+
MOVIMENTOS DE ÍONS
PELA MEMBRANA
PLASMÁTICA
DIFUSÃO
(Gradiente Químico)
ELETRICIDADE
(Gradiente/Corrente Elétrica)
CORRENTE ELÉTRICA = I (ampéres)
É o movimento de elétrons ou íons (partículas carregadas) induzido por um campo
elétrico: “cargas opostas se atraem e cargas iguais de repelem”
Corrente iônica ou fluxo iônico: movimento de íons por
canais iônicos
POTENCIAL ELÉTRICO OU VOLTAGEM = V (volts)
É a força ou impulso exercido sobre a partícula carregada e reflete a diferença de carga entre o
ânodo e o cátodo.
Quanto Maior a diferença de potencial/ Maior é o fluxo/corrente iônica
Essa diferença de potencial ocorre os dois compartimentos
(interno e externo) separados pela Membrana Plásmatica
CONDUTÂNCIA ELÉTRICA = g (siemens)
É a capacidade relativa que uma partícula elétrica (íon) pode
migrar (fluir) de um ponto ao outro
A condutância da membrana plasmática é dada pelos
CANAIS IÔNICOS
RESISTENCIA ELÉTRICA = R (ohms)
A resistência da membrana
plasmática é dada pelos
Fosfolipídeos (gordura)
POTENCIAL DE AÇÃO NA TEORIA
Movimento dos íons é gerado:
Condutância do íon = está associada a permeabilidade
Corrente
Iônica = passa
pelos canais
I=gV
Voltagem = voltagem real da membrana menos voltagem
do potencial de equilíbrio do ìon
Expressão de Ohm
I=gV
• Movimento de líquido de íon gera uma corrente iônica
• Aqui temos a força impulsora
do íon. Quanto maior essa
diferença maior é a força
impulsora!
• O Número de canais para o íon abertos é proporcional a condutância
elétrica deste íon = g
DIFUSÃO
Membrana sem canais
tem condutância zero
FACILITADA PELOS
CANAIS IÔNICOS
Para forçar os íons a cruzar
a membrana é preciso:
(1) Existência de
Canais permeáveis
aos íons
(2) Existência de uma
diferença de potencial
elétrico
através
da
membrana
POTENCIAL DE EQUILÍBRIO DE
UM NEURÔNIO
A
FACE
INTERNA
DA
MEMBRANA DE UM DADO
NEURÔNIO TENDE A SER 65X
(VEZES) MAIS NEGATIVA QUE
A FACE EXTERNA = -65 mV
EQUILÍBRIO ELETROQUÍMICO DO
POTÁSSIO EM UMA MEMBRANA
SELETIVAMENTE PERMEÁVEL (K)
EQUILÍBRIO ELETROQUÍMICO DO
SÓDIO
EM
UMA
MEMBRANA
SELETIVAMENTE PERMEÁVEL (Na)
QUAL A CONCENTRAÇÃO
DOS ÍONS ENTRE OS
COMPARTIMENTOS
SEPARADOS PELA
MEMBRANA?
QUAL O POTENCIAL DE
MEMBRANA?
AQUI TEMOS O
ESTADO DE
EQUÍLIBRIO
ONDE AS FORÇAS DE
DIFUSÃO E
ELÉTRICA SÃO
IGUAIS E OPOSTAS
FORÇAS QUE CRIAM OS POTENCIAIS DE MEMBRANA
Temperatura absoluta (Kelvin)
Constante dos gases
Ex =
Concentração externa do íon
RT
zF
Potencial de equilíbrio do íon
OBS : quando o gradiente
químico se equipara com o
gradiente elétrico
Valência do íon
permeante
(carga elétrica)
log
[X] externa
[X] interna
Concentração interna do íon
Constante de Faraday
EQUAÇÃO DE NERNST
OBS : determina o equilíbrio eletroquímico de um dado íon
EQUAÇÃO DE NERNST
Aplicada a concentrações hipotéticas de K,
considerando uma membrana permeável ao K
Constante dos gases
Ek =
Temperatura absoluta (Kelvin)
58
1
log
[1mM] externa
[10mM] interna
Potencial de equilíbrio do íon
OBS : quando o gradiente
químico se equipara com o
gradiente elétrico
Ek = 58 log 1
10
Valência do íon
permeante
(carga elétrica)
Ek = - 58 mV
Constante de Faraday
Este é o valor do potencial de
equilíbrio para o Potássio neste
sistema
COMO ESSA EQUAÇÃO NERNST
FUNCIONA NA PRÁTICA?
VAMOS PEGAR COMO EXEMPLO O ÍON POTÁSSIO!
Potencial de equilíbrio do K+
Equação de Nerst
[1mM K+] ext
Ek = - 58 log ____________
[ 10mM K+]int
EK+= -58mV
Vm neurônio= -65mV
Muito próximo
Potencial de equilíbrio do Na+
Equação de Nerst
[10mM Na+] ext
ENa = - 58 log ____________
[ 1mM Na+] int
ENa+= + 58 mV
Muito longe
Vm neurônio= -65mV
Potencial de Repouso
CONCLUSÃO
A face interna da membrana celular
possui potencial elétrico negativo
ESSE POTENCIAL SE APROXIMA DO
POTENCIAL DE EQUILIBRIO DO ÍON
POTASSIO
(Potencial de Repouso)
COMO CALCULAR O POTENCIAL
DE REPOUSO DA MEMBRANA
LEVANDO EM CONSIDERAÇÃO
“TODOS” OS ÍONS?
É PRECISO LEVAR EM CONTA:
A PERMEABILIDADE RELATIVA DE CADA ÍON A
MEMBRANA PLASMÁTICA NO MOMENTO DO REPOUSO
+
K
Cl-
Mais permeável
+
+
Ca Na
Menos permeável
Membrana plasmática em repouso
Expressão de Ohm
I=gV
POTENCIAL DE AÇÃO NA TEORIA
Movimento dos íons é gerado:
Condutância do íon = está associada a permeabilidade
Corrente
Iônica = passa
pelos canais
I=gV
Voltagem = voltagem real da membrana menos voltagem
do potencial de equilíbrio do ìon
Expressão de Ohm
I=gV
• Movimento de líquido de íon gera uma corrente iônica
• Aqui temos a força impulsora
do íon. Quanto maior essa
diferença maior é a força
impulsora!
• O Número de canais para o íon abertos é proporcional a condutância
elétrica deste íon = g
EQUAÇÃO DE
GOLDMAN
OBS : determina o equilíbrio eletroquímico da
membrana levando em consideração a permeabilidade
relativa dos íons
Constante dos gases
Temperatura
absoluta (Kelvin)
Permeabilidade do íon a membrana
Ex =
RT log
zF
Pk [K] externa Pcl [Cl] externa
PNa [Na] externa
Pk [K] interna Pcl [Cl] interna
PNa [Na] interna
Valência do íon
permeante
(carga elétrica) Constante de Faraday
Potencial de equilíbrio do íon
OBS : quando o gradiente
químico se equipara com o
gradiente elétrico
Dá o valor real do
Potencial de
membrana
Na membrana em repouso a permeabilidade
da membrana para os outros íons é baixa,
nesse estado a permeabilidade da
membrana só é alta para o íon POTÁSSIO
Ek = - 58 mV
V = -58 mV
COMO SE COMPORTARÁ A
VOLTAGEM DA MEMBRANA
CASO OCORRA VARIAÇÕES NAS
CONCENTRAÇÕES DE
POTÁSSIO?
voltímetro
voltímetro
- 58 mV
-
voltímetro
- 50 mV
+
-
- 20 mV
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
interno
10 mM K
externo
1 mM K
Não há fluxo líquido
do íon K
interno
10 mM K
externo
20 mM K
efluxo líquido do íon
K
interno
10 mM K
externo
200 mM K
efluxo líquido do íon
K
(despolarização da membrana)
COMO SE COMPORTARÁ AS
CONCENTRAÇÕES DE POTASSIO
CASO OCORRA VARIAÇÕES NAS
NA VOLTAGEM DA MEMBRANA?
Bateria desligada
0 mV
- +
interno
10 mM K
externo
1 mM K
Há efluxo do íon K
(de dentro para fora)
Bateria ligada
- 58 mV
- +
-
+
-
+
-
+
interno
10 mM K
externo
1 mM K
Não há fluxo líquido
do íon K
Bateria ligada
- 116 mV
- +
-
+
-
+
-
+
interno
10 mM K
externo
1 mM K
Há influxo do íon K
(de fora para dentro)
1- PEQUENAS VARIAÇÕES NA
CONCENTRAÇÃO GERAM
GRANDES VARIAÇÕES NA
VOLTAGEM
2 - GRANDES VARIAÇÕES NA
VOLTAGEM GERAM
PEQUENAS VARIAÇÕES NA
VOLTAGEM
POR QUE APENAS AS VARIAÇÕES NA
CONCENTRAÇÃO DE POTÁSSIO
ACARRETAM ALTERAÇÕES NOS
POTENCIAIS DE MEMBRANA DAS
CÉLULAS EXCITAVEIS?
OBS: Variações na concentração externa ou interna de
Sódio, Cálcio, Cloro e outros íons (exceto o potássio) não
modificam os potenciais de repouso.
DEPENDÊNCIA DO POTENCIAL DE MEMBRANA À
CONCENTRAÇÃO EXTRACELULAR DE POTÁSSIO
DESPOLARIZAÇÃO
[K]0 concentração
externa
voltímetro
voltímetro
- 58 mV
-
voltímetro
- 50 mV
+
-
- 20 mV
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
interno
10 mM K
externo
1 mM K
Não há fluxo líquido
do íon K
interno
10 mM K
externo
20 mM K
efluxo líquido do íon
K
interno
10 mM K
externo
200 mM K
efluxo líquido do íon
K
(despolarização da membrana)
CANAIS DE POTÁSSIO “VAZANTES”
POTENCIAL DE REPOUSO
DEPENDE DIRETAMENTE DAS VARIAÇÕES
DE CONCENTRAÇÃO DE ÍONS POTÁSSIO
ENTRE OS COMPARTIMENTOS SEPARADOS
PELA MEMBRANA
SEMPRE ELETRONEGATIVO - 80 mV
(PRÓXIMO AO POTENCIAL DE
EQUILÍBRIO DO POTÁSSIO)
- 65 mV
POTENCIAL LIMIAR
(DESPOLARIZAÇÃO DA
MEMBRANA)
- 40 mV
POTENCIAL DE AÇÃO
(DESPOLARIZAÇÃO DA
MEMBRANA)
+ 40 mV