Aula 2 Potenciais de Membrana e potencial de ação

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Curso de graduação em ODONTOLOGIA Disciplina de Fisiologia

POTENCIAIS DE MEMBRANA E POTENCIAIS DE AÇÃO

Disciplina: Fisiologia dos sistemas de sustentação, endócrino e sensorial Prof. Dr. Giovanni Modesto Vieira

Potenciais de Ação:Neurofisiologia Atividade Elétrica: Células Nervosas, Musculares e Glandulares

Potenciais elétricos

Existem potenciais elétricos através das membranas entre quase todas as células do corpo Algumas Células Nervosas e Musculares geram impulsos eletroquímicos que se modificam e são usados para transmitir sinais por todas a membranas dos nervos e músculos.

Características de Polaridade da Célula: Concentração de íons Normalmente: Predomínio cargas elétricas no meio intracelular: Cargas Negativas Predomínio de Cargas positivas no meio Extracelular + _ +

+

_ _ _

+ _ + _

_ _ +

_

_

+ +

Em uma Célula de Mamífero com Membrana seletiva e permeável apenas ao K+ K+ K+

K+

K+

K+

K+ K+

K+

K+

K+

K+

K+

[ K+] alta na face interna da membrana Devido a diferença do gradiente de concentração K+ sai da célula

Eletropositividade da face externa Membrana Eletronegatividade da face interna Membrana

Potencial de Difusão 94 mv a diferença de potencial

Atinge o Equilíbrio cessa o fluxo pra fora de K+

Em uma Célula de Mamífero com Membrana seletiva e permeável apenas ao NA+ NA+

NA+ NA+ NA+

NA+ NA+

NA+

NA+ NA+

NA+

NA+

NA+

[ NA+] alta na face Externa da membrana Devido a diferença do gradiente de concentração NA+ entra na célula

Potencial de Difusão 61 mv a diferença de potencial

Eletronegatividade da face externa Membrana Eletropositividade da face interna Membrana

Atinge o Equilíbrio cessa o fluxo para dentro de NA+

Medida do Potencial de Membrana Atividade Elétrica: Células Nervosas, Musculares e Glandulares

POTENCIAL DE REPOUSO DAS MEMBRANAS DOS NEURÔNIOS: - 90 mv

MICROLETRÓIDE

Todas as Membranas têm uma Bomba de Sódio e Potássio Atividade Elétrica: Células Nervosas, Musculares e Glandulares

BOMBA ELETROGÊNICA

CAUSA A ELETRONEGATIVIDADE (déficit de íons positivos na parte de dentro da membrana)

3 ÍONS DE SÓDIO PARA O EXTERIOR E UM ÍON POTÁSSIO PARA O INTERIOR 1 ÍON POSITIVO PARA FORA EM CADA CICLO DA BOMBA

Resulta em -4 mv

TAMBÉM CONTRIBUEM PARA A ELETRONEGATIVIDADE: CANAIS DE VAZAMENTO DE POTÁSSIO-POROS

PROPORÇÃO ENTRE ÍONS DE SÓDIO E POTÁSSIO DO MEIO INTERNO E EXTERNO

1 íon NA + interno para cada 10 íons NA +externos

35 íons K+ internos para cada 1 íon K+ externo

EQUAÇÃO DE NERST

Z é a carga elétrica do íon e FEM = forca eletromotriz Log 10 = 1, portanto quando a [K+] for 10 vezes a da parte externa, o potencial de Nerst na membrana é de - 61 mv Porém como a [K+] é de 35 : 1 (35 vezes maior no lado interno que no externo), e o Log de 35 = 1,54 que multiplicado por - 61 mv = - 94 mv Seria este o potencial da membrana se o K+ fosse o único íon permeável

POTENCIAL DE REPOUSO DE MEMBRANA CAUSADO SOMENTE PELA DIFUSÃO DO POTÁSSIO

POTENCIAL DE REPOUSO DE MEMBRANA CAUSADO PELA DIFUSÃO DE AMBOS OS ÍONS - 86 mv

POTENCIAIS DE REPOUSO DA MEMBRANA

OS POTENCIAIS DE DIFUSÃO DOS ÍONS DE SÓDIO E POTÁSSIO SÃO RESPONSÁVEIS POR - 86 mv, QUE ADICIONADOS COM OS -4 mv DA BOMBA DE SÓDIO E POTÁSSIO RESULTAM: - 90 mv.

POTENCIAL DE MEMBRANA CAUSADA PELA DIFUSÃO DOS DOIS ÍONS E PELA BOMBA DE SÓDIO E POTÁSSIO

A TRANSMISSÃO DOS IMPULSOS NERVOSOS São devido a rápidas alterações na permeabilidade do sódio e potássio

POTENCIAL DE AÇÃO DOS NEURÔNIOS São Rápidas alterações de membrana do Potencial de Membrana

Se propagam com grande velocidade por toda a Membrana da célula Nervosa

-

+

-

+

-

POTENCIAL DE AÇÃO DOS NEURÔNIOS

GRÁFICO DO POTENCIAL DE AÇÃO Estágio de Repouso Estágio de Despolarização Estágio de Repolarização

NA+ entra

K+ sai

AGENTE RESPONSÁVEL PELA DESPOLARIZAÇÃO E REPOLARIZAÇÃO: CANAIS DE SÓDIO REGULADO PELA VOLTAGEM “Os canais de sódio só voltam a se fechar quando a membrana é totalmente Repolarizada” Início Repolarização Despolarização

AGENTE RESPONSÁVEL PELA DESPOLARIZAÇÃO E REPOLARIZAÇÃO: CANAIS DE POTÁSSIO REGULADO PELA VOLTAGEM

Despolarização

Repolarização

“Os canais de potássio só abrem quando os canais de sódio estão se fechando” “E se mantêm abertos até que o potencial de membrana retorne a valores negativos”

VELOCIDADE DOS CANAIS (POTÁSSIO MAIS LENTO)

RESUMO DOS EVENTOS Antes do início do Potencial de ação: REPOUSO CONDUTÂNCIA DOS ÍONS DE POTÁSSIO é 50 a 100 vezes que a CONDUNTÂNCIA DOS ÍONS DE SÓDIO DEVIDO AOS CANAIS DE VAZAMENTO DE POTÁSSIO Depois do início do Potencial de ação: CONDUNTÂNCIA DOS ÍONS DE SÓDIO aumentam 5000 vezes ABERTURA DOS CANAIS DE SÓDIO (DESPOLARIZAÇÃO) FECHAMENTO DOS CANAIS DE SÓDIO (REPOLARIZAÇÃO) ABERTURA DOS CANAIS DE POTÁSSIO REPOLARIZAÇÃO)

E OS OUTROS ÍONS? “O ÍON CÁLCIO TAMBÉM TEM INFLUÊNCIA”

BOMBA DE CÁLCIO (CANAIS LENTOS) SEMELHANTE A BOMBA DE SÓDIO: BOMBEIA CÁLCIO PARA FORA DAS CÉLULAS “[CA+] é 10.000 vezes maior no meio extracelular “ TENDÊNCIA DO CÁLCIO ENTRAR NA CÉLULA POR DIFUSÃO Também contribuem para a despolarização, mas são mais lentos! “10 a 20 vezes mais lentos que o canal de sódio”

MEIO INTRACELULAR

PERMEABILIDADE AUMENTADA DOS CANAIS DE NA+ QUANDO OCORRE DÉFICIT DOS ÍONS DE CA+ “O ÍON CÁLCIO TAMBÉM TEM INFLUÊNCIA” TETANIA MUSCULAR QUE PODE SER LETAL POR ESPAMOS DO DIAFRAGMA QUANDO HÁ UM DÉFICIT DE CÁLCIO (50% BAIXO DO NORMAL) NO MEIO EXTRACELULAR, OS CANAIS DE SÓDIO SÃO ATIVADOS (ABERTOS). “HÁ UM AUMENTO DO POTENCIAL DE MEMBRANA (AINDA MUITO NEGATIVO) QUE CAUSA DESCARGA REPETIDA DA FIBRA NERVOSA (FICA MUITO EXCITÁVEL)

O INÍCIO DO POTENCIAL DE AÇÃO FEEDBACK POSITIVO: O aumento da voltagem (aumento da positividade) do potencial de membrana em repouso (-90 mv) abre os canais de sódio, e depois fecha estes canais (canais de sódio), com abertura dos canais de potássio!

AUMENTO DA POSITIVIDADE DA MEMBRANA (voltagem crescente)

ABRE OS CANAIS DE NA+ (sódio pra fora) AUMENTA MAIS AINDA A POSITIVIDADE

APÓS ABRIR TODOS CANAIS DE NA+

Feedback positivo

FECHA OS CANAIS DE NA + E ABRE OS CANAIS DE K+

LMIAR DO POTENCIAL DE AÇÃO -65 mv MEMBRANA EM REPOUSO = (- 90 mv) QUANDO O FLUXO DE CÁLCIO QUE ENTRA NA CÉLULA É MAIOR QUE O FLUXO DE POTÁSSIO QUE SAI, OCORRE UM AUMENTO DO POTENCIAL DA MEMBRANA (MAIS POSITIVO), QUE QUANDO ATINGE - 65 mv: DESENCADEIA O INÍCIO DO POTENCIAL DE AÇÃO!

DIREÇÃO DE PROPAGAÇÃO: AFASTANDO-SE DA REGIÃO ESTIMULADA EM TODAS AS DIREÇÕES

Princípio do Tudo ou Nada POTENCIAL DE AÇÃO GERADO CONDIÇÕES ADEQUADAS PROCESSO DE DESPOLARIZAÇÃO TRAFEGA POR TODA A MEMBRANA

NÃO SE PROPAGA CONDIÇÕES NÃO ADEQUADAS

Reestabelecimento do Gradiente Iônico de NA+ e K+ Após a entrada de NA+ causando a mudança de polaridade e a despolarização Seguida pela repolarização devido a saída para o exterior dos íons K+ “Causando um potencial de ação que pode ser repetido de 100.000 a 50 milhões de vezes (impulso nervoso) “ É ACIONADA A BOMBA DE NA+ e K+ PARA REESTABELECER O GRADIENTE IÔNICO

A BOMBA DE SÓDIO GASTA ENERGIA (ATP) E GERA CALOR DURANTE A RECARGA DO POTENCIAL DE REPOUSO

TRANSMISSÃO DE SINAIS DOS TRONCOS NERVOSOS FIBRAS NERVOSAS MIELINIZADAS (Fibras calibrosas com MIELINA) FIBRAS NERVOSAS AMIELINIZADAS (Fibras delgadas sem MIELINA)

CORTE TRANSVERSAL CONTENDO FIBRAS NERVOSAS COM E SEM MIELINA

FIBRA NERVOSA MIELINIZADA (NÓDULO DE RANVIER)

ESFINGOMIELINA (LIPÍDEO) EXCELENTE ISOLANTE TÉRMICO SEM SUBSTÂNCIA ISOLANTE

CONDICÃO SALTATÓRIA DO NÓDULO DE RANVIER (AUMENTA VELOCIDADE DE TRANSMISSÃO DE 5 A 50 X) FIBRAS AMIELINIZADAS (VELOCIDADE = 0,25 m/s) FIBRAS MIELINIZADAS (VELOCIDADE = 100 m/s)

EXCITAÇÃO: O PROCESSO DE GERAÇÃO DO POTENCIAL DE AÇÃO TUDO QUE IMPLIQUE NO AUMENTO POR DIFUSÃO DO NA+ PRA DENTRO DA CELULA

GERAÇÃO DO POTENCIAL DE AÇÃO 1 - DISTÚRBIOS MECÂNICOS NA MEMBRANA: PRESSÃO MECÂNICA (TERMINAÇÕES NERVOSAS DA PELE) 2- DISTÚRBIOS QUÍMICOS NA MEMBRANA: NEUROTRANSMISSORES (NEURÔNIOS DO CÉREBRO) 3- DISTÚRBIO ELÉTRICO NA MEMBRANA : SINAIS ELÉTRICOS (CÉLULAS MUSCULARES DO CORAÇÃO)

PERÍODO REFRATÁRIO “É NECESSÁRIO ESPERAR O PERÍODO DE REPOLARIZAÇÃO DA MEMBRANA ANTES DE APLICAR UM NOVO POTENCIAL DE AÇÃO” ESTE PERÍODO DE TEMPO PARA AS FIBRAS MIELINIZADAS É DE CERCA 1/2500 SEGUNDOS OU SEJA: AS FIBRAS MIELINIZADAS PODEM TRANSMITIR NO MÁXIMO 25500 IMPULSOS POR SEGUNDO

ESTABILIZADORES DE MEMBRANA SUBSTÂNCIAS QUE DIMINUEM A EXCITABILIDADE: EXEMPLO: “ALTA CONCENTRAÇÃO DE CÁLCIO NO MEIO EXTRACELULAR”

DIMINUEM A PERMEABILIDADE PARA OS ÍONS DE SÓDIO

ESTABILIZADORES DE MEMBRANA SUBSTÂNCIAS QUE DIMINUEM A EXCITABILIDADE: EXEMPLO: ANESTÉSICOS LOCAIS

“AGEM DIFICULTANDO A ABERTURA DOS CANAIS DE SÓDIO”

BLOQUEIO DOS CANAIS DE SÓDIO PLEOS ANESTÉSICOS LOCAIS

Leonardo da Vinci 1452 – 1519.

“Aqueles que estão apaixonados pela prática sem a ciência são iguais ao piloto que navega sem leme ou bússola e nunca tem certeza para onde vai. 
 A prática deve estar sempre baseada em um perfeito conhecimento da teoria.