Potencial de membrana e potencial de ação Curso de Nutrição Disciplina Fisiologia Humana I Prof. Dr. Leandro Cattelan leandrocattelan@hotmail.com Agosto 2017
Conteúdos a serem abordados O potencial de repouso da membrana de células nervosas (a física básica dos potenciais de membrana) Potencial de ação neural Etapas Participação dos canais de sódio e potássio Propagação do potencial de ação numa célula nervosa Bainha de mielina e condução saltatória
I. POTENCIAL DE MEMBRANA
A física básica dos potenciais de membrana Existem potenciais elétricos através das membranas de todo o corpo Algumas células, como as nervosas e musculares são excitáveis (transmissão de sinais eletroquímicas ao longo das membranas)
Guyton e Hall (2011) A) Saída de íons potássio: Eletropositividade por fora (+) Eletronegatividade por dentro (-) Diferença (-94mV) A) Entrada de íons sódio: Negatividade externa (-) Positividade interna (+) Diferença (+ 61 mv)
A física básica dos potenciais de membrana A diferença de concentração de íons, através de uma membrana seletivamente permeável, pode, em condições adequadas, ser causa de um potencial de membrana. Muitas das alterações rápidas dos potenciais de membrana observados durante o curso da transmissão de impulsos no nervo e no músculo resultam da ocorrência desse tipo de potenciais de difusão, de variação muito rápida.
O potencial de membrana em repouso dos nervos O potencial de membrana de fibras nervosas de grande calibre, quando não estão transmitindo sinais nervosos, é de cerca de -90 mv Ou seja, o potencial no interior da fibra é 90 mv mais negativo que o potencial do líquido intersticial, por fora da fibra
O potencial de membrana em repouso dos nervos Bomba de sódio-potássio (eletrogênica): mais cargas positivas são. bombeadas para fora do que para dentro (3 Na+ p/fora; 2 K+ dentro: déficit efetivo de íons positivos no interior) Guyton e Hall (2011)
Fatores que determinam o valor do Bomba de Na + /K + potencial de membrana Canais de vazamento para Na + e K +
Guyton e Hall (2011) Fig. 5.4 As características funcionais da bomba Na+-K+ e dos canais de "vazamento" para o potássio
A: quando o potencial de membrana é causado apenas pela difusão de potássio -94 mv -86 mv Guyton e Hall (2011) B: quando o potencial de membrana é causado pela difusão de sódio e potássio
Fatores que determinam o valor do potencial de membrana A difusão de íons Na + e K + causa um potencial de membrana de -86mV (principalmente pela difusão de íons K + ; 100 vezes mais permeável) Outros -4mV representam a contribuição da bomba de Na + /K + Guyton e Hall (2011) Fibras nervosas calibrosas e musculares (-90mV) Fibras nervosas delgadas e neurônios do sistema nervoso central (-40 a -60 mv)
Resumindo... Existem potenciais elétricos em todas as células do corpo A difusão de íons através de uma membrana seletivamente permeável cria uma diferença de potencial, o qual é chamado de potencial de membrana (estado de repouso) Fatores que contribuem: difusão de íons sódio e potássio e bomba de sódio/potássio
II. POTENCIAL DE AÇÃO
Potencial de ação neural Potenciais de ação podem ser entendidos como rápidas variações no potencial de membrana (transmissão de sinais neurais) Inicia com uma variação súbita do potencial de membrana (potencial de repouso) Negativo positivo positivo negativo Sinais neurais são conduzidos através do deslocamento do potencial de ação
Etapas do potencial de ação (1) Etapa de repouso: é o potencial de repouso da membrana.a membrana está polarizada (2) Etapa de despolarização: influxo de Na + ; perde-se o estado polarizado e o potencial aumenta em direção a um estado de eletropositividade (membrana despolarizada ) (3) Etapa de repolarização: canais de Na + fecham; canais de K + mais permeáveis (efluxo de K + ); ocorre o reestabelecimento do potencial de repouso (eletronegatividade)
Potencial de ação típico
Importância dos canais de Na+ e K+ voltagem-dependentes Importantes para que ocorra a despolarização e repolarização da membrana neural Envolve ativação e inativação dos canais (sistemas de comportas)
Guyton e Hall (2011) Fig. 5.7 Características dos canais de sódio e potássio voltagem-dependentes: Mostrando a ativação e a inativação dos canais de sódio A ativação dos canais de potássio, que só ocorre quando o potencial de membrana varia de seu valor negativo normal em repouso para um valor positivo.
Inter-relação dos canais de Na+ e K+
Esquema de um potencial de ação
Participação de outros íons para o potencial de ação Íons Cálcio Bombas de cálcio (transporte de cálcio dentro da célula muscular) Fig. 5.13 Potencial de ação de fibra de Purkinje, mostrando o "platô" Guyton e Hall (2011) Canais de Cálcio lentos (células do miocárdio)
Esquema de um potencial de ação (1) Potencial de repouso (2) Despolarização (abertura dos canais de sódio) (3) Limiar excitatório (limite ou nível para que ocorra o potencial de ação) (4) Repolarização (abertura canais de potássio) (5) Hiperpolarização (fechamento lento dos canais de potássio) (6) Período refratário (período no qual um novo potencial de ação não pode ser evocado)
Transmissão de um impulso nervoso Estrutura básica de um neurônio
Transmissão de um impulso nervoso (1) Excitação é o processo de geração do potencial de ação - Qualquer fator que promova grande difusão de íons Mecânicos: Receptores sensoriais cutâneos Químicos: hormônios e neurotransmissores Elétricos: células musculares do coração e intestino (2) Propagação do potencial de ação!!!
Propagação do potencial de ação em células nervosas
Características especiais da transmissão de sinais nervosos Fibras nervosas amielinizadas vs mielinizadas Guyton e Hall (2011) Flg. 5.16 Função da célula de Schwann no isolamento das fibras nervosas. Velocidade de condução Fibras amielínicas delgadas 0,25m/s Fibras mielinizadas mais calibrosas 100m/s
Guyton e Hall (2011)
Nodos de Ranvier e condução saltatória Fig. 5.17 Condução saltatória em axônio mielínico. Guyton e Hall (2011)
Condução "saltatória", de nodo a nodo, nas fibras mielínicas. Guyton e Hall (2011)
Silverthorn (2010)
Em resumo... Potencial de ação: variação transitória nas diferenças de carga através da membrana celular Etapas: (1) Repouso (interior mais negativo) (2) Despolarização (entrada de íons sódio interior +) (3) Repolarização (saída de íons potássio interior -) - Importância do limiar de excitação e dos canais de sódio voltagem-dependentes Deslocamento dos potenciais de ação: impulsos nervosos -Fibras nervosas amielinizadas vs mielinizadas (nodos de Ranvier e condução saltatória)
Questões de estudo 1. Defina potencial de membrana (repouso) e descreva quais são os fatores que contribuem para o seu estabelecimento. 2. Defina potencial de ação e descreva as suas etapas. 3. Qual é a importância dos canais de Na+ e K+ voltagemdependentes? 4. Cite as principais estruturas de um neurônio. Explique suas funções. 5. Qual é o papel da bainha de mielina na condução dos impulsos nervosos? Explique a função dos nodos de Ranvier.
Bibliografia básica Guyton, AC; Hall, JE. Tratado de fisiologia médica. 12ª ed. Editora Elsevier, 2011. Silverthorn, D. Fisiologia Humana, 5ª. Ed., Artmed Editora, 2010. Koeppen, BM; Stanton, BA. Berne & Levy Fisiologia. 6ª. Ed., Editora Elsevier, 2009.