Aula 3 _Bioeletricidade 2018

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Membrana Celular Bioeletricidade

Membrana Celular - Bioeletricidade

Célula - Bioeletricidade A diferença de potencial elétrico nas células é causado por uma distribuição de íons desigual entre os dois lados da célula (O interior é sempre mais negativo e o exterior sempre positivo.

Membrana Celular - Bioeletricidade Em equilíbrio a diferença de potencial elétrico (DDP), através da membrana plasmática de células em repouso, é denominada POTENCIAL DE REPOUSO da membrana.

POTENCIAL DE REPOUSO = FIXO.

Membrana Celular - Bioeletricidade LEMBRE-SE: • A maioria da células tem um potencial de repouso inalterado, desde que não haja influência externa. • Este potencial de repouso varia de célula para célula. – Células musculares tem potencial mais negativo cerca de -90 mV,. – Células epiteliais o potencial de repouso pode chegar a -20 mV. – O potencial de repouso no neurônio oscila entre -70 e -80 mV.

Células musculares

Células epiteliais

Neurônios

Como determinar o potencial elétrico das células teoricamente???

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Equação de Goldman-Hodgkin-Katz (GHK)

➢ Para calcular o Potencial de Repouso de uma célula usa a equação desenvolvida por Goldman (1941) e Hodgkin & Katz (1949). ➢ A análise da permeabilidade levou a uma equação mais

realística. ➢Nela considera na equação os termos PNa , PK e PCl que são as permeabilidades dos íons de Na, K e Cl através da membrana.

➢ Como a permeabilidade para os outros íons é desprezível, os termos referentes aos outros íons não são incluídos na equação.

Potencial de Ação - Repouso Equação de Goldman-Hodgkin-Katz (GHK) Correção para a equação de Nernst

58 mV  PNa [ Na] fora  PK [ K ] fora PCl [Cl ]dentro  Vs  log  P [ Na]  Z  P [ K ] P [ Cl ] dentro K dentro Cl fora   Na PNa , PK e PCl são as permeabilidades dos íons de Na, K e Cl respectivamente.

Potencial de Ação - Repouso

Exemplo de aplicação da GHK Íon

Concentração iônica intracelular [Íon]dentro (mM)

Concentração iônica extracelular [Íon]fora (mM)

Permeabilidade iônica (cm/s)

Cl-

5

120

1.10-8

K+

150

4

5.10-7

Na+

15

145

5.10-9

Fonte: Garcia, E. A. C. Biofísica. Editora Savier, 2000 (pg. 10)

 PNa [ Na ] fora  PK [ K ] fora PCl [Cl ]dentro 58 mV Vs  log   PNa [ Na ]dentro  PK [ K ]dentro PCl [Cl ] fora z 

   

Aplicando-se a equação GHK temos: VK  - 83,5 mV, bem próximo ao valor determinado experimentalmente (de -85 a -95 mV). http://www.physiologyweb.com/calculators/ghk_equation_calculator.html

Potencial de Ação

Potencial de Ação • A modificação do Potencial determinaddas células, • Fundamental para funções como:

de

Repouso

em

– CONTRAÇÃO MUSCULAR – DISTRIBUIÇÃO DE INFORMAÇÕES PELOS NEURÔNIOS – TRANSPORTE DE SUBSTÂNCIAS NOS TUBOS RENAIS E NA MUCOSA DO TRATO DIGESTIVO.

• Isso gerado um potencial

de ação….

Potencial de Ação Surge e se instaura entre as superfícies interna e externa da membrana quando ocorre um aumento brusco da permeabilidade da

sódio

membrana ao químico, térmico...).

devido a algum estímulo (pressão,

O potencial de ação é um evento de natureza elétrica que se inicia no ponto em que a célula é estimulada, e se estende por toda a célula, podendo-se propagar também para células vizinhas. Há células especiais, auto-excitáveis, que geram ritmicamente o potencial de ação - exemplos células que compõem tecidos com movimentos biológicos repetitivos : batimentos cardíacos.

Potencial de Ação

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2.INATIVAÇÃO

+30 mv

ESTADO DOS CANAIS (Na+/ K+) DURANTE O POTENCIAL DE AÇÃO

0

1.DESPOLARIZAÇÃO 3.REPOLARIZAÇÃO

* Animação ESTÍMULO PL

-50 REPOUSO -70

REPOUSO

Na+

Na+

A

I

I

K+

A

K+

Na+ I

A

Na+

Na+ A

I A I

K+

K+

K+

A A

A

A

A A

GATE ATIVAÇÃO CANAL Na+: RESPONDE RÁPIDO À DESPOLARIZAÇÃO GATE INATIVAÇÃO CANAL Na+/ GATE ATIVAÇÃO CANAL K+: RESPONDE LENTAMENTE À DESPOLARIZAÇÃO

Tempo (ms)

Fase do Potencial de Ação • Etapas do Potencial de Ação: – Repouso: é o potencial de repouso da membrana que se encontra polarizada. – Despolarização: aumento da permeabilidade da membrana ao íon sódio através da abertura dos canais de sódio e o influxo de sódio para dentro da célula. – Repolarização: diminuição da permeabilidade da membrana ao íon sódio e aumento da permeabilidade ao íon potássio – Hiperpolarização: não ocorre em todas as células, ocorrendo quando os canais de potássio ficam abertos mais tempo que o normal.

Potencial de Ação Animação do funcionamento dos canais durante as fases de despolarização e repolarização.

Voltagem (mV)

Os canais de Na+, dependentes de voltagem abrem-se, permitindo a elevação do potencial, gráfico ao lado. Vemos claramente os íons do Na+ (cargas positivas) entrando na célula, e o potencial de membrana respondendo a essa entrada no gráfico Nessa fase vemos a repolarização, onde as cargas positivas (indicadas em verde), devido aos íons de K+, saem da célula, concomitantemente temos a queda do potencial de membrana no gráfico ao lado. O canal de K+ também é indicado em verde. Esse canal fica aberto durante toda a fase de repolarização.

Potencial de repouso Hiper-polarização

Tempo(ms)

Fonte: http://psych.hanover.edu/Krantz/neurotut.html

Estímulos que podem deflagrar o potencial de ação Para você imaginar como acontece o impulso nervoso. A percepção da dor aguda quando um objeto pontiagudo entra em seu pé é causada pela geração de certos potenciais de ação em certas fibras nervosas na pele. Acredita-se que a membrana destas fibras possui canais de sódio que se abrem quando o terminal nervoso da célula é esticado. A cadeia inicial de eventos é assim: 1. Objeto pontiagudo entra na pele; 2. A membrana das fibras nervosas na pele é esticada; 3. Os canais permeáveis ao sódio (Na+) se abrem. 4. Surge o potencial de ação e ele se propaga.

Potencial de Ação Anestésicos locais: A anestesia local é resultado do bloqueio da transmissão sensitiva de uma área do corpo. Sabemos que a transmissão dessa informação se passa através do potencial de ação das células. Para impedir a formação do potencial de ação alguns anestésicos locais, tais como lidocaína ou benzocaína, bloqueiam os canais de Sódio (Na). Assim esses anestésicos bloqueiam ou reduzem a permeabilidade da membrana aos íons de sódio, suspendendo temporariamente o desenvolvimento dos potenciais de ação.

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Fase Potencial de Ação

https://www.youtube.com/watch?v=sOSdF_xS-2Y https://www.youtube.com/watch?v=iC2AlRZvQnE

Sinapse Nervosa/ Eletrocardiograma

Eletrocardiograma

ELETROCARDIOGRAMA É o registro elétrico cardíaco e é efetuado pelo equipamento chamado de eletrocardiógrafo, que possui um equipamento capaz de registar a diferença de potencial elétrico entre duas regiões onde foram aplicados eletrodos, isso possibilita o registo dos fenômenos elétricos cardíacos.

ELETROCARDIOGRAMA ESTRUTURA DO CORAÇÃO E SEU FUNCIONAMENTO:

1 2 3 4

– – – –

Átrio Direito Átrio Esquerdo Ventrículo Direito Ventrículo Esquerdo

ELETROCARDIOGRAMA PROPAGAÇÃO DO POTENCIAL DE AÇÃO NO MÚSCULO DO CORAÇÃO (MIÓCITOS CARDIÁCOS):

ELETROCARDIOGRAMA PROPAGAÇÃO DO POTENCIAL DE AÇÃO NO MÚSCULO DO CORAÇÃO (MIÓCITOS CARDIÁCOS): Nó sinoatrial (SA) ou marcapasso Fibras de condução atrial Nó atrioventricular(AV) Feixe de His

Ramo direito e esquerdo do Feixe de His

Fibras de Purkinje

Fase do Potencial de Ação – Músculo cardíaco 4 – Potencial de repouso. 0 – Inicio do Potencial de ação Canais de Na+ são abertos (entra Na). 1 – Fechamento dos Canais de Na+ e abertura dos canais de K+(sai K+) . 2 – Canais de K+ são abertos (sai K) e abre os canais de Ca++ (entra Ca++). 3 – Canais de Ca++ se fecham e K+ continuam aberto. 4 – Potencial de repouso.

Eletrocardiograma O eletrocardiograma (ECG) é um exame de saúde empregado na área de cardiologia no qual é feito o registro da variação dos potenciais elétricos gerados pela atividade elétrica do coração em estado de repouso.

Composto por 3 elementos principais: Onda P (traduz a ativação elétrica dos átrios, câmaras menores e superiores do coração), despolarização dos átrios direito e esquerdo. Complexo QRS (traduz a despolarização dos ventrículos, câmaras maiores e inferiores do coração) e despolarização sequencial das fibras do miocárdio ventricular Onda T (traduz a repolarização dos ventrículos). Ocasionalmente, uma onda u poderá ser visualizada num ECG normal. https://www.youtube.com/watch?v=PIyfkR7RNa4

Eletrocardiograma

ELETROCARDIOGRAMA

Normal Intervalo de P-R (3 a 5 quadrado) Intervalo QRS (menos de 3 quadrado) Intervalo de Q-T (8 a 10 quadrado)

Sinapse nervosa

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Sinapse nervosa

https://www.youtube.com/watch?v=fHRC8SlLcH0&t=53s

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Sinapse nervosa

Sinapses nervosas são os pontos onde as extremidades de neurônios vizinhos se encontram e o estímulo passa de um neurônio para o seguinte por meio de mediadores químicos, os neurotransmissores.

As sinapses ocorrem no "contato" das terminações nervosas chamadas axônios, com os dendritos de outro neurônio. Onde ocorre a troca de informações entre duas células e assim os neurônios se comunicam com a célula alvo.

Neurônios – Como funcionam

O neurônio é constituído por: corpo celular (onde se encontra o núcleo celular), Dendrites, Axônio. Célula do sistema nervoso responsável pela condução do impulso nervoso. Há cerca de 86 bilhões de neurônios no sistema nervoso humano.

Sinapses Nervosa- Tipos

Propagação do Potencial de Ação - Sinapse Sequência de abertura de canais de Na+(em vermelho), seu fechamento e abertura dos canais de K+(em verde). O resultado é o aumento da concentração dos íons de Na+ no interior do axônio, o que aumenta o potencial de membrana promovendo a abertura de mais canais de Na+, o potencial de ação irá propagar-se ao longo do axônio, na direção do terminal devido a difusão interna.

Fonte: http://psych.hanover.edu/Krantz/neurotut.html

Propagação do Potencial de Ação - Sinapse Sequência de abertura de canais de Na+(em vermelho), seu fechamento e abertura dos canais de K+(em verde). O resultado é o aumento da concentração dos íons de Na+ no interior do axônio, o que aumenta o potencial de membrana promovendo a abertura de mais canais de Na+, o potencial de ação irá propagar-se ao longo do axônio, na direção do terminal devido a difusão interna.

https://www.youtube.com/watch?v=4p4GBvtl7X0

Potencial de Ação 5

1: Potencial em repouso 2: Estímulo para despolarização

3: A membrana despolariza até o limiar (Os canais de Na+ voltagem dependente se abrem)

4 6

4: A entrada de Na+ despolariza a célula 5: Os canais de Na+ se fecham e abrem os canais de K+ 6: O K+ move-se da célula para o fluido extracelular

3

7: Os canais continuam abertos e mais K+ sai, hiperpolarizando a célula

1 2

9 7

8

8: os canais de K+ voltagem dependente se fecham e um pouco de K+ entra na célula 9: As células retornam a permeabilidade iônica de repouso (PMR)

Referências Garcia, E. A. C. Biofísica. Editora Savier, 2000. Purves, W. K., Sadava, D., Orians, G. H., Heller, H. G. Vida. A Ciência da Biologia. 6a ed. Artmed editora. 2002. Okuno E., Caldas, I.L.; Chow, C. – Física para Ciências Biológicas e Biomédicas – Ed. Habra Guyton e Hall - Fisiologia Médica - 9ª Edição Cap. 1-13