Fenômenos Elétricos das Células
Biofísica Aplicada a BiomedicinaProf. Dr. Marcio F. M. Alves
A Eletricidade Animal
A Eletricidade Animal
• Luigi Galvani
– Observou a contração da pata da rã decapitada, quando a pata tocava um ferro próximo ao balcão
– Ele também aplicou choques em rãs mortas, produzindo contração muscular
– Observou que os músculos também se contraiam com a estimulação dos nervos
A Eletricidade Animal
• Alejandro Volta
– Em 1800, concluiu que os metais podiam conduzir eletricidade e construiu o primeiro gerador químico de eletricidade
– Ele concluiu que os músculos e os nervos são apenas condutores de eletricidade
A Eletricidade Animal
• Galvani e Volta
– As estruturas nervosas são capazes de iniciar e de propagar estímulos elétricos e estes participam decisivamente na promoção da resposta contrátil muscular
A Eletricidade Animal
• Registro do fenômeno elétrico no coração
– Waller (1887, 1899)
• Descobriu que os batimentos cardíacos ocorriam concomitantemente com o aparecimento de correntes elétricas e que elas podiam ser detectadas na superfície do corpo
A Eletricidade Animal
• Registro do fenômeno elétrico no coração
– Einthven (1913)
• Inventou o galvanômetro de mola
• Registrou pela primeira vez as correntes elétricas no corpo corpo humano
– Primeiros eletrocardiogramas
A Eletricidade Animal
• Potencial transmembrana– A membrana das células vivas se encontra
submetida a uma diferença de potencial– Células não excitáveis
• Potencial de membrana constante de -20mV
– Nervos e músculos• Potenciais chegam a -90mV
– Célula quiescente• Potencial de repouso
O Potencial de Repouso
• O campo elétrico no interior das membranas biológicas vivas
– Rigidez dielétrica das membranas
• A membrana celular tem uma rigidez dielétrica suficientemente alta para permitir o desenvolvimento de um campo elétrico
• Aparecimento de força elétrica de grande magnitude
O Potencial de Repouso
• Parâmetros elétricos da membrana celular
– Capacitância das membranas
• Por separa dois meios condutores, as membranas têm propriedades capacitivas
– Resistência das membranas
O Potencial de Repouso
• A assimetria iônica existente nos meios separados pela membrana celular– O potencial de repouso é gerado em virtude de a
membrana apresentar permeabilidade diferente a certos íons
– Pela assimetria na distribuição de iônica entre os lados intra e extracelular
– Bomba de Na/K - eletrogênica
O Potencial de Repouso
• A suspeita de DEAN
– A membrana superficial das células, mesmo em repouso, é permeável a vários íons
– Baixa concentração de sódio e alta concentração do potássio no meio extracelular
– Levantou a suspeita de que esses íons podiam estar sendo bombeados
O Potencial de Repouso
• Transporte ativo– Bomba de sódio e potássio
• Funciona como uma “porta giratória”• Para que o Na+ saia da célula, o K+ tem que ser
transportado para o seu interior (transporte acoplado)• Para cada molécula de ATP gasta, três íons sódio são
removidos da célula e dois íons K são levados para dentro dela
• A cada ciclo uma carga positiva é transferida para o meio extracelular
• Gera um potencial transmembrana
Potencial de Equilíbrio
• Potencial de equilíbrio de um íon
– É a diferença de potencial existente entre as faces de uma membrana permeável ao íon, quando o fluxo desse íon é nulo, isto é quando é nulo o gradiente eletroquímico do íon dos dois lados da membrana
Potencial de Repouso
• Potencial de repouso das fibras nervosas
– Quando não estão transmitindo sinais nervosos
• Potencial = -90 milivoltes
• O potencial dentro da fibra é 90 milevoltes mais negativo que o potencial no lado extracelular da fibra
Potencial de Membrana
Potencial de DifusãoFibra Nervosa Fibra Nervosa
Potencial de Repouso
• Bomba de sódio e potássio
– Está localizada na membrana celular
– Bombeia sódio (Na+) para fora da célula
– Bombeia potássio (K+) para dentro da célula
– Bombeia três Na+ para fora e dois K+ para dentro
– Bomba eletrogênica
Bomba de Sódio e Potássio
Potencial de Repouso
• Gradiente de concentração Na/K
– Na+ (fora) = 142 mEq/L– Na+ (dentro) = 14 mEq/L
– K+ (fora) = 4 mEq/L– K+ (dentro) = 140 mEq/L
Extravasamento de Potássio
Origem do Potencial de Repouso
• Contribuição da difusão do potássio
– Olhando apenas o movimento do potássio
• Difusão de íons K por canais abertos
• Razão entre potássio dentro e fora da célula é de 35 para 1
• Caso o íon potássio fosse o único fator causador do potencial de repouso, o potencial resultante seria -94 mV
Potencial do potássio
Origem do Potencial de Repouso
• Contribuição da difusão do sódio– Olhando apenas o movimento do sódio
• Potencial de membrana para o sódio = +61 mV
• Razão entre sódio dentro e fora da célula é de 0.1
• A permeabilidade da membrana para o sódio é 100 vezes menor do que para o potássio
• Quando combinados, sódio e potássio, o potencial interno da membrana é -86 mV
Potencial do Sódio e de Potássio
Origem do Potencial de Repouso
• Contribuição da bomba sódio/potássio
– Fluxo contínuo de 3 íons sódio para fora para cada 2 íons potássio para dentro
• Causa uma perda contínua de cargas positivas
• Causa uma negatividade no interior da célula em cerca de -4 mV
Origem do Potencial de Repouso
• Resumindo:– Os potenciais de difusão, sozinhos, causados pela
difusão do sódio e do potássio, resultam em um potencial de membrana de cerca de -86 mV
– Quase todo esse potencial se deve a difusão de potássio
– A bomba de sódio/potássio adiciona mais – 4mV
– O potencial da membrana no repouso é de -90mV