bioeletricidade 1 parte
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Biofísica do Sistema Nervoso
Objetivos:
Conceituar eventos físicos em nível celular: bioeletricidade,
biopotenciais, bioeletrogênese. Compreender aspectos da
comunicação celular, sua propagação e integração. Entender
potencial de ação.
Prof. Daniel MartinsFarmacêutico
Microbiologista e ImunologistaMestre em Ciências - UFRJ
Imunogeneticista – CEMO/INCA
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O Campo Eletromagnético
Noções de Eletricidade Aplicada à Biologia:
A matéria de um modo geral é neutra, tem distribuição equivalentede cargas positivas e negativas.
Estado elétrico da matéria:
Neutra: Ex: +-+-+-+-+-+-
Polarizada: Ex: +++++++ ------------
A realização de Trabalho (Força x deslocamento) é capaz de separaras cargas.
Unidade de carga: Coulomb = 6,2 x 1018 (+ ou -).
Partícula (próton ou elétron)=1,6 x 10-19C.Quanto mais massa, mais matéria. Quanto mais coulomb, mais carga elétrica.
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• Movimentação de cargas:
Nos sólidos, apenas os elétrons se movimentam;
Nos líquidos e gases (sistemas biológicos), o movimento é de íons positivos
(cátions) e negativos (ânions).
•Voltagem (Diferença de Potencial-ddp):
É a diferença de energia entre dois pontos, medida em volts (V).
1V corresponde à 1 Joule (1 N · m = 1 kg · m2 / s2) para transportar a carga de 1
coulomb entre dois pontos A e B. Lembrando que (F=m.a) 1N= ML/T2.
Quanto maior a voltagem, maior a energia elétrica.
Amperagem (vazão): movimentação de cargas elétricas em função do
tempo. Ampère = coulomb / segundo.
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• Potência: capacidade de realizar trabalho elétrico em função do tempo.Unidade é watt (W).
1 w = 1 A x 1 V
•Resistência Elétrica (“atrito”) X Condutância (Condutividade)
Exemplos:
Alumínio: baixa resistividade, alta condutividade (bom condutor).
Plástico: alta resistividade, baixa condutividade (mau condutor).
Unidades: Resistência: OHM = Volt / Ampère
Condutância: inverso do OHM (MHO x cm-1)
• Capacitância: fenômeno relacionado ao acúmulo de cargas opostas emcondutores separados por um meio isolante.
1ª Lei de Ohm: a intensidade da corrente elétrica que percorre um resistoré diretamente proporcional à tensão entre os seus terminais.
U(v) = R(Ω) x i(A)
Voltagem = resistência x corrente elétrica
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BIOELETRICIDADE E POTENCIAIS DE AÇÃO
Os seres vivos são verdadeiras usinas elétricas, pois a maioria dos
fenômenos utiliza a eletricidade. As células apresentam diferença de
potencial (ddp) entre os dois lados da membrana. A origem dessa
ddp é uma concentração heterogênea de íons, principalmente Na+,
K+, Cl- e PO4.
A Bioeletricidade ou Bioeletromagnetismo (algumas vezes também
chamado de biomagnetismo) refere-se à voltagem estática de células
biológicas e as correntes elétricas que fluem em tecidos vivos, tal
como nervos e músculos, em consequência de potenciais de ação.
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Em praticamente todas as células, o interior é negativo em relação ao
exterior. O potencial elétrico através da membrana e -70mV.
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Movimento de moléculas pela membrana
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Formas de transporte pela membrana plasmática
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Tipos de transporte nas proteínas carreadoras
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Tipos de Canais Iônicos
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POTENCIAL DE REPOUSO
Entre o líquido no interior de uma célula e o fluido extracelular há uma
diferença de potencial elétrico denominado de potencial de membrana.
Esse potencial pode ser medido ligando-se, por meio de microeletrodos,
os pólos de um medidor de voltagem ao interior de uma célula, e ao
líquido extracelular. Quando as pontas dos dois eletrodos estão no
mesmo meio, a diferença de potencial medida ∆V é nula, indicando que
o potencial elétrico é o mesmo em qualquer ponto desse meio.
O potencial elétrico do fluido extracelular, por convenção, é considerado
nulo e V é o potencial no interior da membrana. Assim, a ddp (∆V) entre
os dois meios e:
∆V = 0-V = -V
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A membrana celular tem elevada resistência elétrica, diferente do
citoplasma e do meio externo, ambos ricos em eletrólitos. A ddp
estabelecida em um meio biológico (sangue, por exemplo), onde se
encontram células, as direções das correntes terão diferentes trajetórias,
de acordo com a resistência da membrana.
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POTENCIAL DE REPOUSO
O potencial de repouso da membrana é uma carga elétrica de aproximadamente -75
milivolts (mV) que existe entre o lado interno e o lado externo da membrana. Esta
pequena carga é a base de todos os fenômenos da bioeletricidade, isto é, a geração e uso
de energia elétrica por células excitáveis (neurônio, músculo) para executar suas
funções de armazenamento e transmissão de informação.
O Potencial de Repouso é o potencial de membrana antes que ocorra a excitação da
célula nervosa, ou o potencial gerado pela bomba de Na e K que joga 3 Na+ para fora e
2 K+ para dentro contra os seus gradientes de concentração, pela permeabilidade
seletiva da membrana ao K+, e não ao Na+, e pelos ânions com carga negativa retidos
no interior da célula pela membrana celular.
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Bomba de Na+/K+ ATPase
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MENSURAÇÃO DO POTENCIAL DE MEMBRANA
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POTENCIAL DE AÇÃO
• Com a excitação da células nervosa, por estímulos que atinjam olimiar de excitabilidade da célula (-65mV), um potencial de ação serádisparado dentro de um princípio denominado de “tudo ou nada”.
•O potencial de ação se caracteriza por três etapas distintas:Despolarização, repolarização e hiperpolarização.
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ETAPA DE DESPOLARIZAÇÃO
É a etapa em que a membrana torna-se extremamente permeável
aos íons Na+, ocorre portanto influxo de Na+ e consequente aumento
de carga positiva no interior da célula. Nesta fase a célula parte de
-75 mV e atinge +35 mV.
ETAPA DE REPOLARIZAÇÃO
É a etapa em que ocorre fechamento dos canais de Na+ e abertura
dos canais de K+. Nesta fase a célula parte de +35 mV e atinge -75
mV.
ETAPA DE HIPERPOLARIZAÇÃO
É um período de alguns milissegundos em que a célula não reage aos
neurotransmissores, pois estão com excesso de negatividade em seu
interior o que impede a ocorrência de um novo potencial de ação.
Nesta fase a célula parte de -75 mv e chega até -90 mV.
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