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Bioeletricidade
Bioeletrogênese
Atividade elétrica na célula animal
Biofísica – Bio 2019 - FCAV/UNESP
Papel fisiológico dos eventos elétricos
Células excitáveis:
❖ neurônios
❖ células musculares
❖ células sensoriais
Importância na área biológica:
ECG
EEC
EM
Importância na área médica
❖ funcionamento dos sistemas biológicos
Sistema nervoso
Características gerais da sinalização
celular
Funções do sistema nervoso:
• receber e processar informações;
• analisá-las;
• gerar respostas coordenadas para controlar
comportamentos complexos.
1. Recepção e codificação das informações
2. Transmissão das informações – via neuronal
3. Processamento das informações – SNC
4. Efetuação de respostas
Fases do funcionamento do sistema nervoso
Receptores
Estímulos externos e
internos
Transmissão
Processamento
Transmissão
Resposta aos
Estímulos
Efetores
SNC
Requisitos para o funcionamento do sistema nervoso
Estruturas especializadas.
Transformação de energia.
Codificação das informações ➔ linguagem
do sistema nervoso ➔ sinais elétricos ➔
código neural.
Alterações eletroquímicas de ponto a
ponto.
SISTEMA NERVOSO CENTRAL (SNC)
• Encéfalo
• Medula
SISTEMA NERVOSO PERIFÉRICO
a) Sensitivo (aferente: periferia para o SNC)
- somático.
- visceral.
b ) Motor (eferente: SNC para periferia)
- somático: musculatura esquelética.
- autônomo: musculatura lisa visceral,
musculatura do coração e glândulas
exócrinas.
O sistema nervoso é dividido anatomicamente em:
O tecido nervoso é formado por dois tipos de células:
- Neurônios
- Células da glia (Gliócitos)
NEURÔNIO
ANATOMIA DE UM NEURÔNIO
REDE DE NEURÔNIOS
SINAPSES
CÉLULAS DA GLIA
Astrócitos
nutrição;
sustentação;
regulação iônica.
Oligodendrócitos
síntese de mielina.
Microgliócitos
Defesa (função fagocitária).
Astrócitos
nutrição;
sustentação;
regulação iônica.
SNC: Oligodendrócitos
Oligodendrócitos
síntese de mielina.
Relação do Sistema Nervoso Central e Periférico
Organização do Sistema Nervoso
Neurônios sensoriais (aferentes)
Neurônios motores somáticos
(eferentes)
Neurônios motores viscerais
(eferentes)
Composição iônica intra e extracelular
O K+ é principal íon intracelular.
O Na+ e o Cl- são os principais íons extracelulares.
Distribuição iônica determina a polaridade da célula
Potenciais biológicos
Importância biológicaAssimetria iônica
Potenciais biológicos através das membranas estabelecem uma
diferença de potencial (d.d.p.) estável nas células animais.
Esta d.d.p. possibilita o estabelecimento de fenômenos
bioelétricos essenciais à vida celular.
Forças que determinam o movimento dos íons
Na+
K+
1
2
Contribuição da bomba de Na+ K+ para a manutenção do
potencial de repouso
Potencial de repouso (Vrep ou Vm)
Movimentos do Na+ e K+ durante o potencial de repouso
Potencial de repouso
Potencial de membrana
OU
Potencial de repouso ➔ potencial medido quando nenhum
evento ativo está ocorrendo (varia de -20 a -100 mV).
Membranas das células excitáveis (neurônios, células
musculares e sensoriais) respondem a estímulos com
alterações na d.d.p. gerando um impulso elétrico (Potencial
de ação).
IMPULSOS ELÉTRICOS - gerados no corpo celular/dendritos - propagados
para o axônio.
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Transmissão de Impulsos Elétricos (P.A.)
Potencial de Ação (PA)
• Alterações rápidas no Vm que se propagam pelo
axônio sem redução da intensidade ➔ evento
“tudo ou nada”.
• Geração do potencial de ação depende:
Presença de CANAIS IÔNICOS VOLTAGEM DEPENDENTES
✓ Permitem a passagem de íon específico.
Originam correntes iônicas que fluem através da
membrana.
Ex.: Canais de Na+ e canais de K+➔ mais
importantes na produção de um PA.
Potencial de ação
A alteração temporária no potencial de membrana mostra que
o neurônio é eletricamente excitável.
Potencial de repouso Hiperpolarização
Despola
rização R
epola
rização
Potencial de ação
Potencial de ação
Despolarização
Repolarização
Hiperpolarização
Potencial de repouso- 70 mV
- 70 mV
- 55 mV
+ 35 mV
- 70 mV
- 85 mV
Movimento de íons
Potencial de ação
REPOUSO
Bomba Na+ / K+
Bomba Na+ / K+
HIPERPOLARIZAÇÃO
REPOUSO
Bomba Na+ / K+
Potencial de ação (fases)
Anestésicos locais bloqueiam a condução do PA nos
axônios sensoriais, por se ligarem a sítios específicos
dentro dos canais de Na sensíveis a voltagem, reduzindo a
capacidade de despolarização da membrana .
Cocaína - primeiro anestésico a ser usado, mas por causa
da toxicidade e potencial para dependência, alternativas
foram desenvolvidas.
O primeiro análogo sintético da cocaína usado para
anestesia local, a procaína, foi produzida em 1905.
Outros anestésicos locais deste tipo incluem a lidocaína e
a tetracaína
POTENCIAL DE AÇÃO DE UMA CÉLULA CARDÍACA
Despolarização
(platô) – abertura dos
canais “rápidos” de
sódio e “lentos” de
cálcio.
Estímulo sublimiar
Estimulo limiar
Estímulo supra-limiar
O que determina o potencial de
ação?
(ESTÍMULO LIMIAR → corrente de estimulação
suficiente para desencadear um PA.
EVENTO TUDO-OU-NADA
Estímulo sublimiar (E1, E2): não causa PA.
Estimulo limiar (E3): causa um único PA.
Estímulo supra-limiar: causa mais de 1 PA, sem alterar a
amplitude.
Uma vez iniciado o PA, é impossível impedi-lo de acontecer.
E1 E2
E3
Limiar de excitabilidade
Lei do tudo ou nada
Estímulo
Potencial local
Potencial graduado
Fluxos iônicos durante
o potencial de ação
Fluxos iônicos
durante o potencial
de ação
Alterações
eletroquímicas ponto- a-
ponto
PA vai sendo propagado
pela célula
Impulso elétrico
Transmissão do impulso elétrico (PA)
SENTIDO ORTODRÔMICO
(corpo celular ➔ axônio)
Transmissão do impulso elétrico (PA)
Mielinização dos axônios
Células de Schwann (periféricos)
Oligodendrócitos (glia)
Célula de Schwann
Nódulo de Ranvier
Bainha de mielina
Bainha de mielina
Potencial de ação nas fibras com mielina
Informação chega rapidamente ao SNC, onde é
processada
Condução saltatória
Potencial de ação nas fibras com mielina
Condução saltatória
Neurônio amielinizado
Sensação de DOR LENTA
Conduzida por neurônios
amielinizados
Informação é transmitida
ponto-a-ponto
Velocidade de
transmissão
Aula prática
Bioeletrogênese em peixes
Tuvira
Nome Popular: Tuvira / Sarapó
Nome Científico: Gymnotus carapo
Família: Gymnotidae
Habitat: América do Sul: da
Amazônia ao Norte da Argentina
Poucos volts
Poraquê (o que faz dormir)
Electrophorus electricus
Gymnotidae
Bacia Amazônica
600 volts
Eletrolocação e eletrorrecepção
• Água turva;
• Visibilidade precária;
• Visão pouco desenvolvida.
Vantagens
• Explorar o meio quando a visão é
inadequada
• Independe do ciclo diurno-noturno
Desvantagens
• Alcance limitado (poucos
metros)
Formação de campo elétrico
Órgão elétrico – tecido muscular
modificado ou neurônios
especializados.
Eletroplacas empilhadas (5000
a 10.000) de cada lado do corpo
Dispara um fluxo continuo de
pulsos, a frequência variável;
Durante cada descarga, a
extremidade da cauda fica
momentaneamente negativa em
relação à cabeça.
Uma corrente elétrica flui em
direção à água ao redor.
Eletrorrecepção Configuração do campo elétrico depende
da condutividade do meio e é distorcida
se um objeto com condutividade superior
ou inferior à água for introduzido no
campo
Objeto Linha de fluxo de corrente
Condutividade mais alta convergem
Condutividade mais baixa divergem
Peixe nariz de elefante