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
Despolarização Potencial de Membrana POTENCIAL DE AÇÃO (descrição do evento elétrico) Repolarização Potencial de repouso Hiperpolarizaçâo Tempo 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) Tensão Apesar da diferença de potenciais químico, há potencial elétrico que se opõe ao movimento passivo do íon. Fluxo resultante = 0 Equilíbrio EQUILIBRIO Peso Diferença de CONCENTRAÇÃO QUÍMICA (meq/kg) Equação de Nernst E ion = 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 Glicolipidio EXTRACELULAR 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.
EXTRA 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 Na + K + Bomba Na + K + Na + K+ ++++++++ ++++++++ - - - - - - - - canal Na + Na + - - - - - - - - canal K + K + (Ativo) Na + K + INTRA
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 E ion = RT ln [Ion in ] Zs.F [Ion ext ]
MECANISMOS IONICOS DO POTENCIAL DE AÇÃO
Estímulo Registro POTENCIAL DE AÇÃO 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 EVENTO TUDO-OU-NADA E1 E2 - 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.
Tipos de canais iônicos Estímulos químicos 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 E Na 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