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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).
