BIOELETRICIDADE. INTRODUÇÃO 1 CONCEITO – bioeletricidade é a parte da biofísica que estuda a...

BIOELETRICIDADEProf. Luís Eduardo Maggi

BIOFÍSICA

UFAC

INTRODUÇÃO

• 1 CONCEITO – bioeletricidade é a parte da biofísica que estuda a eletricidade relacionada com a vida.

• 2 – PRINCÍPIOS a) Átomob) Íonsc) Corpo carregadod) Campo Elétrico x Campo Gravitacionale) Volt (ddp)f) Corrente (elétrica x iônica)

BIOELETROGÊNESE

• Membrana Plasmática como Capacitor

MEMBRANA PLASMÁTICA

CAPACITOR

EQUAÇÕES• Os íons sofrem ação de duas forças.

A. Corrente de Difusão: • Difusão é o movimento espacial e aleatório (movimento

Browniano) de átomos, moléculas ou partículas, determinado pela energia térmica da própria partícula.

B. Corrente devido ao Campo Elétrico

A – CORRENTE DE DIFUSÃO

• JD = - q.D. DC/Dx

• D = m. K. T

• JD= - m.K.T. DC/Dx

POTENCIAL DE MEMBRANA

POTENCIAL DE REPOUSO= POTENCIAL DE MEMBRANA EM REPOUSO

PR=-30 a -100 mV

DDP

Explorador

Referencial

Íon Concentração iônica

intracelular [Íon]dentro (mM)

Concentração iônica

extracelular [Íon]fora (mM)

Relação [Íon]fora /[I]dentro

Potencial de

repouso VK (mV)

Ca++ 10-4 2 20.000 124,73Cl- 5 120 24 -80,05K+ 150 4 0,0266. -91,30Na+ 15 145 9,666. 57,15

VK = (58 mV) log ( )[Íon]fora

[Íon]dentro

Composição Iônica da Membrana do Músculo

Cardíaco

EQUAÇÃO POTENCIAL DE NERST

10,53 de -85 a -95 mVQual a razão para a diferença entre o

valor calculado e o esperado?

Composição Iônica da Membrana do Músculo

Esquelético de RãÍon Concentração

iônica intracelular

[Íon]dentro (mM)



Relação [Íon]fora

/[Íon]dentro

Potencial de

repouso EK (mV)

Ca++ 4,9 2,1 0,4286 -10,671

Cl- 1,5 77,5 51,666. 99,366K+ 124 2,25 0,01815 -100,985

Na+ 10,4 109 10,48 59,181

46,891 -70 mV

EQUAÇÃO POTENCIAL DE NERST

Qual a razão para a diferença entre o valor calculado e o esperado?

Íon Concentração iônica

intracelular [Íon]dentro (mM)



Relação [Íon]fora

/[Íon]dentro

Potencial de

repouso VK (mV)

Ca++ 0,4 10 25 40,540

Cl- 40 560 14 - 66,475K+ 400 20 0,05 -75,46

Na+ 50 440 8,8 54,78

86,335 -70 mV

Composição Iônica da Membrana do Axônio de

Sépia

wfdaj.sites.uol.com.br BIOFÍSICA

Qual a razão para a diferença entre o valor calculado e o esperado?

A aplicação da equação de Nernst é inadequada, pois a membrana celular apresenta permeabilidade distinta para cada íon, devido aos diferentes tipos de canais presentes na membrana celular.

A análise da permeabilidade levou a uma equação mais realística, como a desenvolvida por Goldman (1941) e Hodgkin & Katz (1949).

Na equação os termos PNa , PK e PCl são as permeabilidades dos íons de Na, K e Cl respectivamente.

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

Equação de Goldman-Hodgkin-Katz (GHK)

http://www.physiologyweb.com/calculators/ghk_equation_calculator.htmlDiversão: vá para este site e faça alguns exemplos

foraCldentroKdentroNa

dentroClforaKforaNaK clPKPNaP

clPKPNaPZmVV log58

Equação de Goldman-Hodgkin-Katz (GHK)

•T é a temperatura em Kelvin (K = °C + 273.15).

•R é a constante universal dos gases (8.314 J.K-1.mol-1).

•F é a constante de Farady (96485 C.mol-1). • Permebailidades dos íons, pK : pNa : pCl = 1 : 0.05 : 0.45

Aplicando-se a equação GHK temos: VK = -69,5 mV, bem próximo ao valor determinado experimentalmente (de -70 mV).

POTENCIAL DE REPOUSO FORMAÇÃO

A K Cl-Na+ -+- +

++-

-+

+-

-

A K

Cl-Na+ -+

- +

++-

-+

+-

-

--- +

++

A K

Cl-Na+ -+

- +

++-

-+

+-

-

---+

++

Na/K-ATPase---+

++

---+

++

PR=-70 mv

K+

Na+

PK+ > PNa+

∆K+ > ∆Na+

EFLUXO K+ = INFLUXO Na+

POTENCIAL ESTABILIZA

MB IMPERMEÁVEL A ÍONS MB PERMEÁVEL A ÍONS

TODAS AS CÉLULAS

[Eletroneutralidade]

Canais passivos (Vazamento)

K+

Na+

Por que estudar Potencial de Ação???É por meio do impulsos nervosos (P

Ação) que o SNA participa da regulação de Funções Biológicas.

Mecanismos neurais (via PA) regulam as Funções Biológicas dos sistemas:

Digestório, Endócrino, Cardiovascular, Respiratório, etc.

HOMEOSTASE

P Ação nas células musculares (evento elétrico) promove contração muscular

(evento mecânico) que produz movimentos como os de: Inspiração e

Expiração (músculos da respiração)Sístole e Diástole (músculos cardíaca) Vasoconstrição e Vasodilatação (músc.

dos vasos)

P. AÇÃO MOVIMENTO

BASES IÔNICAS DO POTENCIAL DE AÇÃO

+ + + + + + + + + -70 mv

Na+K+

Na+

K+

+ + + + + + + + +

Na+

K+Na+

K+

+ + + + + + + + +

Na+ K+

Na+

K++ + + + + + + + +

Na+K+

Na+

K+

REPOUSO 1.DESPOLARIZAÇÃO

2.INATIVAÇÃO 3.REPOLARIZAÇÃO

CANAIS PASSIVOS (VAZAMENTO)

CANAIS ATIVOS (VOLTAGEM DEPENDENTES)Na+: FechadoK+: Fechado

CANAIS ATIVOS (VOLTAGEM DEPENDENTES)Na+: Aberto; K+:Início-Fechado

Durante- Se abrindo

CANAIS ATIVOS (VOLTAGEM DEPENDENTES)Na+: Inativado

K+: > no canais abertos

CANAIS ATIVOS (VOLTAGEM DEPENDENTES)Na+: Início-inativado Final-Fechado (-70mv) K+: Início-Aberto Final-Fechado (-70 mv)

ESTÍMULO

+ +

Na+

+30 mv

MB

INTRACELULAR

CANAIS SENSÍVEIS AO ESTÍMULO

X

NT

1-ASCENDENTE/ DESPOLARIZAÇÃO 3-DESCENDENTE/

REPOLARIZAÇÃO

2-INATIVAÇÃO

PNa+

PK+

PNa+

POTENCIAL REPOUSO

FASES DO POTENCIAL DE AÇÃO

Ociloscópio

ESTÍMULO

FLUXO DE ÍONS DURANTE O PA É PEQUENO∆C É MANTIDO PELA Na+-k+-ATPase

ALTERAÇÕES NA CONDUTÂNCIA DA MEMBRANA DURANTE O PA

CANAL DO SÓDIO SENSÍVEL A VOLTAGEM

--

-----

REPOUSO

FECHADO

GATE DE

INATIVAÇÃO

GATE DE

ATIVAÇÃO

FILTRO DE

SELETIVIDADE

-

-

-

-- --

INÍCIO DESPOLARIZAÇÃO

ABERTO

GATE DE

INATIVAÇÃO

GATE DE

ATIVAÇÃO

- - - - + + + +

-

-

-

-- --

FINAL DESPOLARIZAÇÃO

INATIVADO

GATE DE

INATIVAÇÃO

GATE DE

ATIVAÇÃO

+ + + + + +(+30 mv)

EXTRA

INTRA

Na+

K+ K+

Na+

K+

-70

0

+30 mv

-50

1.DESPOLARIZAÇÃO

REPOUSO

2.INATIVAÇÃO

3.REPOLARIZAÇÃO

K+ K+

REPOUSO

PL

I

ESTÍMULO

Na+ Na+ Na+

A

III

IA A AA

A A A

AA

A

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

Tempo (ms)

ESTADO DOS CANAIS (Na+/ K+)DURANTE

O POTENCIAL DE AÇÃO

* Animação

Na+

K+ K+

Na+

K+

-70

0

+30 mv

-50

1.DESPOLARIZAÇÃO

REPOUSO

2.INATIVAÇÃO

3.REPOLARIZAÇÃO

K+ K+

REPOUSO

PL

I

ESTÍMULO

Na+ Na+ Na+

A

III

IA A AA

A A A

AA

A

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

Tempo (ms)

TETRODOTOXINA (Na+) TETRAETILAMÔNIO (K+) ANESTÉSICOS LOCAIS (Na+ e K+)

BLOQUEADORES DE CANAIS

DURAÇÃO DO POTENCIAL DE AÇÃOCÉLULA

NERVOSA

CÉLULA MUSCULAR

ESQUELÉTICACÉLULA

MUSCULAR CARDÍACA

POTENCIAL DE AÇAO X PROPAGAÇÃOPOTENCIAL DE AÇÃO

PROPAGAÇAO

+ + +

+ + +

+ + +

Na+

K+Na+

K+

+ + + + + + + + + + + + + + + + +


CANAIS SENSÍVEIS À VOLTAGEMGeração e Propagação do PA

CANAIS DE VAZAMENTOFormação do PR

Na+

+ ++

ESTÍMULOS

PROPAGAÇÃO DO POTENCIAL DE AÇÃO

Na+Na+

+ + + + + +

+ + + + + +

---+ ++

--

+ +- - -

Na+Na+ Na+

ÁREA ATIVA

-- ----- ----- --

CÉLULAS EXCITÁVEIS (NÃO NEURÔNIOS)(CONDUÇÃO PONTO A PONTO)

PROPAGAÇÃO DO POTENCIAL DE AÇÃOFIBRAS AMIELÍNICAS

(CONDUÇÃO PONTO A PONTO)

INÍCIO DO PA

PROPAGAÇÃO DO POTENCIAL DE AÇÃO

+ +++ + - - -

Na+ Na+

FIBRAS MIELÍNICAS(CONDUÇÃO SALTATÓRIA)

- - -

Na+

PROPAGAÇÃO DO POTENCIAL DE AÇÃODIREÇÃO DA CONDUÇÃO

INÍCIO DO PA

NEUROTRANSMISsORESOU

MEDIADORES QUÍMICOS

INÍCIO DO PA


PROPAGAÇÃO DO POTENCIAL DE AÇÃOVELOCIDADE DE CONDUÇÃO

3- POTENCIAL DE REPOUSO

1- MIELINIZAÇÃO 2- DIÂMETRO DO AXÔNIO

<PR < VELOCIDADE CONDUÇÃO PA

K+

PROPAGAÇÃO DO POTENCIAL DE AÇÃOCONDUÇÃO NÃO É DECREMENTAL

CÉLULAS EFETORAS:NEURÔNIO

MUSCULAR ESTRIADA (ESQUELÉTICA, CARDÍACA, MUSCULATURA RESPIRATÓRIA)

MUSCULAR LISAGLANDULAR

TRANSMISSÃO DO POTENCIAL DE AÇÃO

Na+


CANAIS SENSÍVEIS ESTÍMULO

ESTÍMULOS

EXTERNOS (AMBIENTAIS):QUÍMICO MECÂNICOTÉRMICO

LUMINOSO

INTERNOS (FISIOLÓGICOS):OSMOLARIDADE

ALTERAÇÃO DA P. ARTERIALO2, CO2, pH, GLICOSE

Terminação nervosa ou célula especializadaOSMORRECEPTORES BARORRECEPTORES

QUIMIORRECEPTORESMECANORRECEPTORESTERMORRECEPTORES

RECEPTORES PARA LUZ

FENÔMENO ELÉTRICO(DESPOLARIZAÇÃO)

ENERGIA DOSESTÍMULOS

SINAL ELÉTRICO

OUTROS ESTÍMULOS QUE PODEM GERAR POTENCIAL DE AÇÃO

(TRANSDUTOR DE SINAL)

RECEPTORES P/ ESTIMULOS

Na+

+ + + + +

POTENCIAL RECEPTOR

K+

X

Fig.15.01

RECEPTORES PARA ESTÍMULOS(TRANSDUTORES DE SINAL)

3- CÉLULAS ESPECIALIZADAS

1- TERMINAÇÕES NERVOSAS LIVRES

4- RECEPTORES DE MEMBRANA PARA NEUROTRANSMISSORES

2- TERMINAÇÕES NERVOSAS ENCAPSULADAS

Na+

CANAL SENSÍVEL AO NT

TERMORRECEPTOR

MECANORRECEPTOR

QUIMIORRECEPTOR

CANAL SENSÍVEL AO ESTIRAMENTO

DA MEMBRANA

Na+

+ + +

+ + +

+ + +

Na+

K+Na+

K+

+ + + + + + + + +

CANAIS SENSÍVEIS AO ESTÍMULO (ESTIRAMENTO MB)

CANAIS SENSÍVEIS À VOLTAGEMGeração do PA


Na+

+ + +

+ ++

ESTÍMULO PRESSÃO

+ + +

CORPÚSCULO DE

PACINI

CANAL SENSÍVEL À VOLTAGEM

Na+

+30 mv

+ + + + + + + + +

CANAIS SENSÍVEIS AO ESTÍMULO GUSTATIVO, SONORO, LUMINOSO

Na+

K+

+ + + X

+ ++ + +

+

ESTÍMULOS GOSTO, SOM, LUZ, ETC

(ALTERAM A PERMEABILIDADE DA MEMBRANA A ÍONS)

CÉLULA

ESPECIALIZADANEURÔNIO SENSORIAL

+ + +

+ + +

+ + +

+ +

Na+

K+

+ + + + + + + + +

CANAIS SENSÍVEIS AO NEUROTRANSMISSOR


Na+

+ + +

+ ++

ESTÍMULOS NEUROTRANSMISSORES

+ + +

Na+

ESTÍMULO LIMIAR

POTENCIAL LIMIAR

A LEI DO TUDO OU NADA

ESTÍMULOS SUBLIMIARES

ESTÍMULOS SUPRALIMIARES

ESTÍMULO LIMIAR

POTENCIAL LIMIAR

DISCRIMANAÇÃO DE INTENSIDADE DOS ESTÍMULOS

1- NÚMERO DE RECEPTORES ATIVADOS

2- FREQUÊNCIA DE PA GERADOS

PERÍODO REFRATÁRIO

PR ABSOLUTO PR RELATIVO

Na+Na+

-70

0

+30 mv

-50

1.DESPOLARIZAÇÃO

2.INATIVAÇÃO

3.REPOLARIZAÇÃO

PL

I

ESTÍMULO

Na+ Na+ Na+

A

III

IA A AA

PR ABSOLUTO

PR RELATIVO

FECHADO FECHADOABERTO INATIVADO INATIVADO

PERÍODO REFRATÁRIO

Tempo (ms)

P AÇÃO = IMPULSO NERVOSO OU MUSCULAR

Neurotransmissor(ach)

Ca2+

Por que estudar Potencial de Ação no Módulo de Funções Biológicas ???

P AÇÃO NA CÉLULA MUSCULAR(Evento Elétrico)

CONTRAÇÃOEvento Mecânico

P AÇÃO

P AÇ

ÃOSISTEMA

CARDIOVASCULAR

P AÇÃO

P AÇÃO

SISTEMA RESPIRATÓRIO

Contração e relaxamento da musculuratura respiratória – Inspiração e Expiração

Contração e relaxamento da musculuratura cardíaca – Sístole e Diástole

Contração e relaxamento da musculatura dos vasos – Vasoconstrição e Vasodilatação

Movimento

ESTÍMULOS

CANAIS SENSÍVEIS ESTÍMULO

ALTERAM A PERMEABILIDADE DA MEMBRANA A ÍONS

ALTERAÇÕES NA CONDUTÂNCIA DURANTE O POTENCIAL DE AÇÃO

GNa+

GK+

REPOUSO DESPOLARIZAÇÃO REPOLARIZAÇÃO

+ + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

- - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + ++ + + + + + + + + + + +-70 mv

-70 mv+30 mv

ESTÍMULOS (ALTERAM A PERMEABILIDADE DA MEMBRANA A ÍONS)

ESTÍMULOS

EXTERNOS (AMBIENTAIS):MECÂNICOTÉRMICO

LUMINOSOQUÍMICO

INTERNOS (FISIOLÓGICOS):NEUROTRANSMISSORES

OSMOLARIDADEO2, CO2,pH, Glicose, etc

ALTERAÇÃO DA P. ARTERIAL

RECEPTORES(TRANSDUTOR DE SINAL)

CÉLULAS ESPECIALIZADASTERMINAÇÕES NERVOSAS LIVRES

RECEPTORES DE MEMBRANA

MECANORRECEPTORESTERMORRECEPTORES

RECEPTORES PARA LUZQUIMIORRECEPTORESOSMORRECEPTORES BARORRECEPTORES

FENÔMENO ELÉTRICO(DESPOLARIZAÇÃO)

Na+ Na+

ENERGIA DOSESTÍMULOS SINAL ELÉTRICO

FATORES QUE PODEM GERAR POTENCIAL DE AÇÃO

NT


Fig.15.01

RECEPTORES PARA ESTÍMULOS(TRANSDUTORES DE SINAL)

3- CÉLULAS ESPECIALIZADAS

1- TERMINAÇÕES NERVOSAS LIVRES

4- RECEPTORES DE MEMBRANA PARA NEUROTRANSMISSORES

2- TERMINAÇÕES NERVOSAS ENCAPSULADAS

Na+

CANAL SENSÍVEL AO NT

Na+

CANAL SENSÍVEL AO ESTIRAMENTO CANAL SENSÍVEL À VOLTAGEM

Na+

TERMORRECEPTOR

MECANORRECEPTOR

QUIMIORRECEPTOR

+ + +

+ + +

+ + +

Na+

K+Na+

K+

+30 mv+ + + + + + + + +




Na+

K+

+ + + X

+ ++ + +

+

ESTÍMULOS (ALTERAM A PERMEABILIDADE DA MEMBRANA A ÍONS)

RECEPTORES DE MEMBRANA

TERMINAÇÕES NERVOSAS LIVRES

CÉLULAS ESPECIALIZADAS

RECEPTORES PARA ESTÍMULOS

(TRANSDUTORES DE SINAL)

- - - - - - - - + + + + + + +

ESTÍMULONa+

CANAIS SENSÍVEIS AO NT

GLICOSE AG

GLICOSE AG

NUTRIENTES

NUTRIENTES

O2

ATP

RESPIRATÓRIO DIGESTÓRIO

CARDIOVASCULAR

O2

O2 NUTRIENTES

SANGUE

BIOELETRICIDADE. INTRODUÇÃO 1 CONCEITO – bioeletricidade é a parte da biofísica que estuda a...

Documents

Transcript of BIOELETRICIDADE. INTRODUÇÃO 1 CONCEITO – bioeletricidade é a parte da biofísica que estuda a...