Slide 1 - SlideBoom

Aula 02
01
Disciplina de Fisiologia Humana
Prof. Marco Nunes
ELETROFISIOLOGIA CELULAR
POLARIZAÇÃO DA MEMBRANA
(POTENCIAL DE REPOUSO DA MEMBRANA)
LEC
K+
+ + +
Na+ - - + - Na K+
- +
- +
+ - - LIC
Cl
Cl
- +
+ - Proteínas -- +
+ - - - -+
+ + +
• Na+ é o principal cátion no LEC.
• Cl- é o principal ânion no LEC.
• K+ é o principal cátion do LIC.
• Proteínas são os principais cargas
negativas no LIC.
VOLTÍMETRO
-90 .......- 30.......0......+30
mv
EQUIPAMENTO
DE REGISTRO
mv
-90
A polarização da membrana do ponto
de vista físico é chamada de diferença
de potencial elétrico da membrana
(potencial de membrana).
t
Quando a membrana celular não está
sendo estimulada a diferença de
potencial elétrico é constante e
chamada de potencial de repouso da
membrana.
Eletrofisiologia celular
O LEC e o LIC são soluções
diferentes
quanto
a
concentração de muitos
compostos
carregados
eletricamente.
No LEC predomina cargas
positivas, especialmente
devido
a
elevada
concentração de íons Na+ .
No LIC predomina cargas
negativas, especialmente
devido
a
elevada
concentração de proteínas
carregadas negativamente
que
não
conseguem
atravessar a membrana.
A predominância de cargas
positivas fora das células e
negativas no seu interior
causa uma polarização da
membrana celular.
Aula 02
02
Disciplina de Fisiologia Humana
Prof. Marco Nunes
ELETROFISIOLOGIA CELULAR
POTENCIAL DE DIFUSÃO E DE EQUÍLIBRIO
DE UM ÍON
LEC
Na+
Cl-
Potencial de equilíbrio do Na+
LEC
K+
K+
K+
LIC
Proteínas -
Na+
Na-
Cl-
Potencial de difusão de um íon
Quando um íon atravessa a
membrana ele provoca uma
alteração
do
potencial
de
membrana (voltagem) chamada
potencial de difusão de um íon.
K+
LIC
Proteínas -
O potencial de difusão está
condicionado:
A existência de um gradiente e a
uma permeabilidade da membrana
ao íon (condutância).
VOLTÍMETRO
+61
mv
EQUIPAMENTO
DE REGISTRO
mv
+61
t
Potencial de equilíbrio
Mesmo que exista condições para
ocorrer a difusão de um íon ela
pode deixa de ocorrer efetivamente
quando se atinge um determinado
potencial de membrana. Este
potencial é chamado potencial de
equilíbrio de um íon.
Aula 02
03
Disciplina de Fisiologia Humana
Prof. Marco Nunes
ELETROFISIOLOGIA CELULAR
EXPLICAÇÃO DO POTENCIAL DE EQUILÍBRIO
DO ÍON NA+
LEC
Na+
Cl-
Potencial de equilíbrio do Na+
LEC
K+
K+
K+
LIC
Proteínas -
Na+
Na-
Cl-
Potencial de equilíbrio do Na+
K+
LIC
Proteínas -
VOLTÍMETRO
+61
Potencial de
equilíbrio do Na+
mv
EQUIPAMENTO
DE REGISTRO
mv
+61
t
Uma “célula hipotética” que possuí em
seu interior o K+ (cátion) e proteínas
(ânion) é mergulhado em uma solução
contendo Na+ e Cl-. A membrana é
permeável somente para o Na+ . Uma
parte do Na+ se difunde para dentro da
célula por causa do gradiente de
concentração. Com o ganho de Na+ o
meio intracelular fica com excesso de
cargas positivas e é criado um potencial
de membrana positivo. Como compostos
de mesma carga se repelem, parte do
Na+ intracelular volta para fora da célula
repelido pela positividade do LIC. Neste
momento a quantidade de Na+ que entra
devido ao gradiente de concentração
favorável torna-se igual a saída de Na+
provocada pelo gradiente eletroquímico.
O potencial de membrana registrado no
equilíbrio na entrada e saída de Na+ é
chamado potencial de equilíbrio do Na+.
Aula 02
04
Disciplina de Fisiologia Humana
Prof. Marco Nunes
ELETROFISIOLOGIA CELULAR
EXPLICAÇÃO DO POTENCIAL DE EQUILÍBRIO
DO ÍON K+
LEC
Potencial de equilíbrio do K+
LEC
K+
Na+
K+
Cl-
LIC
Proteínas -
Na+
Potencial de equilíbrio do K+
K+
Cl-
LIC
Proteínas -
VOLTÍMETRO
-94
Potencial de
equilíbrio do K+
mv
EQUIPAMENTO
DE REGISTRO
mv
- 94
t
Uma “célula hipotética” que possuí em
seu interior o K+ (cátion) e proteínas
(ânion) é mergulhado em uma solução
contendo Na+ e Cl-. A membrana é
permeável somente para o K+ . Uma
parte do K+ se difunde para fora da célula
por causa do gradiente de concentração.
Com a perda de K+ o meio intracelular
fica com excesso de cargas negativas e é
criado um potencial de membrana
negativo. Como compostos de carga
opostas se atraem, parte do K+
intracelular volta para dentro da célula
atraído pela negatividade do LIC. Neste
momento a quantidade de K+ que sai
devido ao gradiente de concentração
favorável torna-se igual a entrada de K+
provocada pelo gradiente eletroquímico.
O potencial de membrana registrado no
equilíbrio na entrada e saída de K+ é
chamado potencial de equilíbrio do K+.
Aula 02
05
Disciplina de Fisiologia Humana
Prof. Marco Nunes
ELETROFISIOLOGIA CELULAR
EXPLICAÇÃO DO POTENCIAL DE EQUILÍBRIO
DO ÍON Cl-
LEC
Potencial de equilíbrio do ClLEC
Na+
K+
Cl-
LIC
Proteínas -
Na+
Potencial de equilíbrio do Cl-
K+
Cl-
Cl-
LIC
Proteínas -
VOLTÍMETRO
-85
Potencial de
equilíbrio do Cl-
mv
EQUIPAMENTO
DE REGISTRO
mv
+61
t
Uma “célula hipotética” que possuí em
seu interior o K+ (cátion) e proteínas
(ânion) é mergulhado em uma solução
contendo Na+ e Cl-. A membrana é
permeável somente para o Cl- . Uma
parte do Cl- se difunde para dentro da
célula por causa do gradiente de
concentração. Com o ganho de Cl- o meio
intracelular fica com excesso de cargas
negativas e é criado um potencial de
membrana negativo. Como compostos
de mesma carga se repelem, parte do Clintracelular volta para fora da célula
repelido pela negatividade do LIC. Neste
momento a quantidade de Cl- que entra
devido ao gradiente de concentração
favorável torna-se igual a saída de Clprovocada pelo gradiente eletroquímico.
O potencial de membrana registrado no
equilíbrio na entrada e saída de Cl- é
chamado potencial de equilíbrio do Cl-.
Aula 02
06
Disciplina de Fisiologia Humana
Prof. Marco Nunes
ELETROFISIOLOGIA CELULAR
PEQUENAS ALTERAÇÕES NO POTENCIAL DE
MEMBRANA (POTENCIAIS GRADUADOS)
Tipos de Potenciais Graduados
Potenciais Graduados
Pequenas alterações no potencial de
membrana que ocorrem após a
ocorrência de um estímulo.
Os potenciais graduados são causados
pela difusão de íons pela membrana.
Tipos de Potencial Graduado
Quatro íons são os principais responsáveis por alterações
no potencial de membrana nas células
Na+
ClMais
concentrados no
meio extracelular
Ca++
K+
Mais
concentrados no
meio intracelular
Qualquer alteração na permeabilidade destes e outros íons
provocará uma alteração no potencial de membrana.
• Hiperpolarizante: pequena alteração
no potencial de membrana que torna
a célula mais polarizada (mais
negativa).
• Despolarizante: pequena alteração
no potencial de membrana que torna
a célula menos polarizada (menos
negativa).
Aula 02
07
Disciplina de Fisiologia Humana
Prof. Marco Nunes
ELETROFISIOLOGIA CELULAR
EXEMPLO DA IMPORTÂNCIA DE VARIAÇÕES DO
POTENCIAL DE MEMBRANA NA ATIVIDADE CELULAR
Secreção de insulina pelas células beta do pâncreas ocorre após uma despolarização
Célula beta em repouso
(não secreta insulina)
Célula beta em processo de
despolarização (secreta insulina)
Aula 02
08
Disciplina de Fisiologia Humana
Prof. Marco Nunes
ELETROFISIOLOGIA CELULAR
EXEMPLO DE VARIAÇÕES DO POTENCIAL DE
MEMBRANA INTERFERINDO NA ATIVIDADE CELULAR
Secreção de Insulina pelas células beta do pâncreas
Célula beta em repouso
(não secreta insulina)
1. Sob glicemia reduzida as célula betas do
pâncreas recebem pouca glicose.
2. As reações do metabolismo energético da
glicose ocorrem de forma lenta.
3. Metabolismo da glicose reduzido conduz a
uma reduzida produção de ATP nas células
beta.
4. Na membrana celular canais de K+
dependentes de ATP estão abertos permitindo
um fluxo de k+ para fora da célula.
5. O fluxo de K+ para fora da célula mantém o
potencial de repouso constante.
6. O potencial de repouso da membrana
mantém canais de Ca++ voltagem dependentes
fechados.
7. As vesículas contendo insulina não liberam
insulina.
Célula beta sendo estimulada a secretar
insulina
1. Quando a glicemia aumenta após uma
refeição, as célula betas do pâncreas recebem
mais glicose.
2. As reações do metabolismo energético da
glicose ocorrem de forma mais intensa.
3. Aumenta a produção de ATP nas células
beta.
4. Na membrana celular canais de K+
dependentes de ATP utilizam o ATP para
mudarem de forma e se fecham.
5. Diminui do fluxo de K+ para fora da célula
6. o aumento de K+ na célula provoca uma
despolarização
7. A despolarização estimula a abertura de
canais de Ca++ voltagem dependente e o cálcio
flui para dentro da célula.
8. O Ca++ interage com as vesículas que de
insulina estimulando a fusão das vesículas com
a membrana, secretando a insulina.
Disciplina de Fisiologia Humana
Prof. Marco Nunes
ELETROFISIOLOGIA CELULAR
Aula 02
09
POTENCIAL DE AÇÃO
Geração de um impulso nervoso, exemplo de geração de
um potencial de ação
+
+
Antes do estímulo
+ + + + + + + + +
- - - - - - - - Axônio de um neurônio
- - - - - - - - + + + + + + + + +
+
+
+
+
Após o estímulo
+ + + + + + + +
- - - - - - - Axônio de um neurônio
- - - + + - - + + + - - + + +
Estímulo
VOLTÍMETRO
Potencial de
Ação
-90
mv
mv
+35
-90
t
-90
+
+
Algumas
células,
ditas
excitáveis, quando estimuladas
sofrem rápidas (em décimos de
milionésimos de segundo)
alterações no potencial de
membrana que se propagam ao
longo da membrana. O
conjunto destas alterações e a
sua propagação é chamado de
potencial de ação.
Exemplos de células excitáveis
mv
mv
+
+
Potencial de Ação
t
• Neurônios
• Fibras musculares
A geração e propagação de um
potencial de ação em um
neurônio corresponde a um
impulsos nervoso.
Aula 02
10
Disciplina de Fisiologia Humana
Prof. Marco Nunes
ELETROFISIOLOGIA CELULAR
ESTÁGIOS DE UM POTENCIAL DE AÇÃO
NEURAL
Estágios de um potencial de ação neural
Antes de receber um estímulo o
potencial
de
membrana
encontra-se no seu estado de
repouso, constante, um estado
chamado polarizado.
Após um estímulo,
pode ocorrer um
potencial de ação:
1. Despolarização
(lenta e rápida)
2. Repolarização
3. Hiperpolarização*
4. Polarização
Estímulo
As variações no potencial de membrana durante um potencial de ação neural são explicadas por
alterações na permeabilidade da membrana aos íons Na+ e K+. As alterações na permeabilidade
(condutância) aos íons Na+ e K+ são consequências de alterações na estruturas de canais de Na+ e de K+
que são sensíveis a variação de voltagem (canais voltagem dependente).
Aula 02
11
Disciplina de Fisiologia Humana
Prof. Marco Nunes
ELETROFISIOLOGIA CELULAR
VARIAÇÕES NA PERMEABILIDADE DA
MEMBRANA DURANTE O POTENCIAL DE AÇÃO
Variações da permeabilidade dos íons Na+ e K+
durante o potencial de ação
+61 mv
+35 mv
-70 mv
-90 mv
-94 mv
= Limiar do potencial de ação
Estado dos canais de Na+ e de K+
Voltagem dependente durante o
potencial de ação neural
Aula 02
12
Disciplina de Fisiologia Humana
Prof. Marco Nunes
ELETROFISIOLOGIA CELULAR
ESTÁGIOS DE UM POTENCIAL DE AÇÃO
NEURAL
Estágios de um potencial de ação neural
1.Estado Polarizado: o potencial de membrana
permanece constante influenciado principalmente
pelo potencial de difusão do K+.
2.Despolarização: o estímulo causa uma perturbação
elétrica na superfície da membrana, canais de Na+
v.d. tem sua comporta de ativação aberta
parcialmente, ocorrendo lento fluxo de Na+ em
direção ao LIC, ocorre a despolarização lenta. Ao
atingir o limiar do potencial de ação, as
comportas de ativação do canal de Na+ v.d. se
abrem totalmente acelerando o fluxo de Na+
para o LIC, ocorre a despolarização rápida. A
despolarização do LIC estimula o fechamento da
comporta de inativação dos canais de Na+ v.d.
interrompendo a entrada de Na+ no LIC.
3. Repolarização: a despolarização também
interfere nos canais de K+ v.d, estimulando a
abertura de sua comporta, permitindo um fluxo
de K+ em direção ao LEC, causando a
repolarização da membrana.
4. Hiperpolarização*: conforme a membrana
vai repolarizando os canais de K+ vão se
fechando, mas isto ocorre de forma lenta,
prolongando o fluxo de K+ para o LEC o que
provoca um estágio de maior eletronegatividade
no LIC, o estágio de hiperpolarização. É durante
a hiperpolarização que os canais de K+ v.d. se
fecham totalmente.
*Hiperpolarização = pós-potencial positivo
Aula 02
13
Disciplina de Fisiologia Humana
Prof. Marco Nunes
ELETROFISIOLOGIA CELULAR
PERÍODOS REFRATÁRIOS DO POTENCIAL DE
AÇÃO
Variações da permeabilidade dos íons Na+ e K+
durante o potencial de ação
+61 mv
+35 mv
-70 mv
-90 mv
-94 mv
Períodos Refratários
São períodos dentro do potencial de
ação que as células excitáveis não
podem produzir potenciais de ação
normais.
Estágios do Período Refratário
1. Período refratário absoluto: a
membrana não responde a alterações
independente da intensidade do
estímulo, ou seja não ocorre alterações
no potencial de ação. O período
refratário é explicado pelos estados das
comportas do canais do Na+ v.d. durante
este período, que impede o fluxo de Na+
para o LIC.
2. Período refratário relativo: seguese ao absoluto e corresponde a um
período onde um novo estímulo
dependendo da sua intensidade pode
provocar alterações do potencial de
ação. O estímulo tem que favorecer o
fluxo de Na+ para o LIC de forma que
compense o fluxo de K+ em direção ao
LEC.
Aula 02
14
Disciplina de Fisiologia Humana
Prof. Marco Nunes
ELETROFISIOLOGIA CELULAR
CONDUÇÃO DO POTENCIAL DE AÇÃO
(PROPAGAÇÃO)
O potencial de ação se propaga do ponto de onde ele foi gerado na membrana em
direção as regiões adjacentes.
Características da condução do potencial de ação
A condução é bidirecional; durante a condução o potencial não altera suas
característcas.
Aula 02
15
Disciplina de Fisiologia Humana
ELETROFISIOLOGIA CELULAR
CONDUÇÃO DO POTENCIAL DE AÇÃO
(PROPAGAÇÃO)
Prof. Marco Nunes
Aula 02
16
Disciplina de Fisiologia Humana
Prof. Marco Nunes
ELETROFISIOLOGIA CELULAR
VELOCIDADE DE CONDUÇÃO DO
POTENCIAL DE AÇÃO
Em neurônios a mielinização é o principal fator que interfere
na velocidade de condução do potencial de ação
Em neurônios amielinizados
Em neurônios mielinizados
A velocidade de condução
do potencial de ação varia
em função de três fatores:
• O diâmetro da célula
• Quanto maior o
diâmetro maior a
velocidade.
• Quanto menor o
diâmetro menor a
velocidade.
• A mielinização
• Amielinizadas:
menor velocidade
• Mielinizadas: maior
velocidade
• Temperatura
• Quanto maior a
temperatura maior a
velocidade.
• Quanto menor a
temperatura menor a
velocidade.
Aula 02
17
Disciplina de Fisiologia Humana
Prof. Marco Nunes
ELETROFISIOLOGIA CELULAR
Guia de Estudo
Slide 1 a 13
1 – Defina:
a) Potencial de membrana
b) Potencial de repouso da membrana
c) Potencial de Difusão da membrana
d) Potencial de equilíbrio de um íon
e) Potencial Graduado
e) Potencial de ação
2 – Em uma “célula hipotética” que possuí em seu interior o K+
(cátion) e proteínas (ânion) é mergulhado em uma solução
contendo Na+, Cl- e Ca++. A membrana é permeável somente
para o Ca++ . Nesta condição, após um certo período é
estabelecido um potencial de membrana constante igual a +120
mv. Explique como se estabeleceu este potencial.
3 – Qual é o valor típico do potencial de repouso de um
neurônio e qual íon é o principal responsável por este potencial.
4 – Diferencie o potencial graduado hiperpolarizande do
despolarizante.
5 – Quanto ao potencial de ação neural:
a) Quais suas fases?
b) Qual o papel do estímulo na geração do potencial de ação?
c) O que se entende por limiar do potencial de ação?
d) Relacione as variações do potencial de membrana durante
um potencial de ação neural com o comportamento dos
canais iônicos e a difusão de íons pela membrana.
Slides 14 a 16
6 – Explique como ocorre a condução (propagação) bidirecional
do potencial de ação ao longo do axônio de um neurônio.
7 – A velocidade de condução do potencial de ação sofre
influência de vários fatores, explique como os fatores abaixo
influenciam neste processo.
a) Temperatura
b) Diâmetro do axônio
c) Mielinização do axônio
8 – Após consulta a bibliografia, esquematize e explique a
ocorrência de:
a) Potenciais de ação das fibras musculares estriadas
esqueléticas
b) Potenciais de ação do nodo Sino atrial (marca-passo natural
do coração)
c) Potenciais de ação das fibras musculares ventriculares do
coração.
Referencias bibliográficas
GUYTON & HALL. Tratado de Fisiologia Médica (capítulo 5)
GUYTON & HALL. Fisiologia Humana e o mecanismo das
doenças (capítulo 5).