excitabilidade-2010.ppt [modo de compatibilidade] · célula artificial a a membrana é...

1

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EXCITABILIDADE I1 - Introdução

1.1 – Objetivo da aula:Estudar os mecanismos fisiológicos responsáveis pelos potenciaiselétricos através das membranas celulares

1.2 – Roteiro da aula:1.2.1- Estudar o potencial de membrana em repouso

O que é? ImportânciaQuais são os fatores determinantes?

POTENCIAL DE MEMBRANA EM REPOUSO

Esquema da separação de cargas

O que é?

Diferença de voltagem elétrica através da membrana plasmática celular

LIC

LEC

TECIDOS EXCITÁVEIS

Gerar e propagar potenciais de açãoAxônio

Potencial de ação

POTENCIAL DE MEMBRANA EM REPOUSO Importância

Variações no potencial de repouso de membrana podem desencadear potenciais de ação (respostas propagáveis ) nos tecidos excitáveis

Células musculares

Neurônios

Segmento axonal

Potencial de ação

Potencial de ação

Potencial de Ação

TRANSPORTADORES IÔNICOS

- Transportam ions ativamente contra gradiente de concentração

- Criam gradiente de concentração

- Permitem que os íons se difundam a favor do gradiente de concentração

- Apresentam permeabilidade seletiva a determinados íons

CANAIS IÔNICOS

POTENCIAL DE MEMBRANA EM REPOUSO Quais são os fatores determinantes?

1 - Gradiente de concentração iônico através da membrana

2 - Permeabilidade seletiva da membrana a determinados íons

- Criam gradiente de concentração

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POTENCIAL DE MEMBRANA EM REPOUSO Fatores determinantes: 1 - Gradiente de concentração iônico através da membrana

Distribuição de íons nos compartimentos intracelular e extracelular (mmol/L)

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2

K+


Distribuição de íons nos compartimentos intracelular e extracelular (mmol/L)

K+ K+

Na+ Na+

Cl-Cl-


Como o gradiente de concentração iônico através da membrana contribui com a determinação do potencial de membrana em repouso?

Célula artificialA membrana é impermeávelA A membrana é permeável

somente ao K+

Difusão a favor do

B

Difusão a favor do gradiente de concentração

C

Gradiente elétrico do K+

Gradiente de concentraçãodo K+

O lado interno da célula desenvolve

um potencial de membrana negativoEquilíbrio eletroquímico

Potencial de equilíbrio

Força de concentração = Força elétrica


Eíon = 60z

[íon] elog10

EQUAÇÃO DE NERST

Cálculo matemático do potencial de equilíbrio

Gradiente de concentração iônico entre o LIC e o LEC

Eíon = z [íon] i10

Onde:

60 é uma combinação de várias constantes

mais a temperatura;

Z é a carga elétrica do íon (+1 para K+)

[íon] é a concentração de íons dentro e fora da célula

Dentromais K+, proteína (anion)

Fora:mais Na+, Cl-

Membrana somente permeável ao K+


EK+ = 60

+1[5mM][150mM]

log10


EK+ = - 90mV

Gradiente de concentração do K+

Gradiente elétrico do K+

Membrana somente permeável ao Na+


ENa+ = 60+1

[140mM][2mM]

log10


ENa+ = +60mV

Gradiente de concentração do Na+Gradiente elétrico do Na+


EQUAÇÃO DE NERST

Gradiente de concentração iônico entre o LIC e o LEC

Fatores determinantes: 1 - Gradiente de concentração iônico através da membrana


EK+ = - 90mVENa+ = + 60mVECl- = - 70mV

Dentromais K+, proteína (anion)

Fora:mais Na+, Cl-

3

POTENCIAL DE MEMBRANA EM REPOUSO Fatores determinantes: 2. Permeabilidade seletiva da membrana a determinados íons

Equação de Goldman

Considera ambos os gradientes de concentração e a permeabilidade

V = 58PK[K]e + PNa[Na]e + PCl[Cl]ilog10PK[K]i + PNa[Na]i + PCl[Cl]e

concentração e a permeabilidade relativa da célula a cada íon.

Voltagem através da membrana


V = -70mV

Potencial de equilíbrioEK+ = - 90mVENa+ = + 60mV

EK+ = -90mV

As células são ≈ 40 vezes mais permeáveis ao K+

Potencial de membrana em repouso das células

é mais próximo ao


COMO DESCOBRIRAM QUE A MEMBRANA CELULAR É MAIS PERMEÁVEL AO K+ DURANTE O REPOUSO?

Alan Hodgkin e Bernanrd Katz (1949) O que aconteceria com o potencial de membrana em repousose a concentração externa de K+, Na+ ou Cl- fosse alterada?

POTENCIAL DE MEMBRANA EM REPOUSO COMO DESCOBRIRAM QUE A MEMBRANA CELULAR É MAIS PERMEÁVEL AO K+ DURANTE O REPOUSO?

Alan Hodgkin e Bernanrd Katz (1949) O que aconteceria com o potencial de membrana em repousose a concentração externa de K+ fosse alterada?

Eletrodo de registro Para dentroregistro Para dentro

Eletrodo de referência (0mV)

Equipamento de registro

Voltímetro

Célula Solução salina

K+K+ K+ K+

K+

K+

K+ K+ K+K+ K+ K+

K+K+ K+

K+


Alan Hodgkin e Bernanrd Katz (1949) O que aconteceria com o potencial de membrana em repousose a concentração externa de Na+ fosse alterada?




Voltímetro


Na+Na+Na+ Na+

Na+

Na+

Na+Na+Na+Na+Na+Na+

Na+Na+ Na+

Na+


Alan Hodgkin e Bernanrd Katz (1949) O que aconteceria com o potencial de membrana em repousose a concentração externa de Cl- fosse alterada?




Voltímetro


Cl-Cl- Cl- Cl-

Cl-

Cl-

Cl- Cl- Cl-Cl- Cl- Cl-

Cl-Cl- Cl-

Cl-

4


COMO DESCOBRIRAM QUE A MEMBRANA CELULAR É MAIS PERMEÁVEL AO K+ DURANTE O REPOUSO?

Alan Hodgkin e Bernanrd Katz (1949) O que aconteceria com o potencial de membrana em repousoO que aconteceria com o potencial de membrana em repousose a concentração externa de K+, Na+ ou Cl- fosse alterada?

Aumento da concentração externa de K+ alterava o potencial de membrana muito mais que o aumento da concentração externa de Cl- ou Na+


Eletrodo de registro Para dentro

Eletrodo de

Voltímetro

K+ K+

Que tipo de alteração o aumento da concentração externa de potássio promove no potencial de membrana?




K+K+ K+ K+

K+

K+

K+ K+ K+K+ K+ K+

K+K+ K+

K+

A MAIOR PERMEABILIDADE DA MEMBRANA AO K+

CONTRIBUI SIGNIFICATIVAMENTE COM O POTENCIAL DE MEMBRANA EM REPOUSO

Torna o potencial de membrana menos negativo

Bomba de Na+/ K+ : bomba eletrogênica

POTENCIAL DE MEMBRANA EM REPOUSO Fatores determinantes: 1 - Gradiente de concentração iônico através da membrana 2 - Permeabilidade seletiva da membrana a determinados íons

Fluido extracelular 0 mV

Fluido intracelular -70 mV

A bomba de Na+ K+ contribuipara o potencial de membranapelo bombeamento de 3 Na+

para fora e 2 K+ para dentro

Na+

Na+

Na+

Na+

K+ Na+

Na+

K+

K+ 3 Na+

Difusão

BOMBA Na+/K+

Na+

Na+

Na+

K+K+

K+

K+K+

Na+

Na+

K+

K+

BOMBANa+/K+

3 Na+

2 K+

DifusãoEXTERIORINTERIOR

O cianeto é um veneno e age como inibidor da cadeia respiratória, bloqueando a síntese de ATP. Qual é o efeito do cianeto sobre o potencial de membrana das células?

Com o tempo isso levaria a um acúmulo de Na+ dentro da célula e consequentemente, o potencial de membrana se tornaria mais positivo

Diferença do potencial de membrana (Vm)

Pot

enci

al d

e m

embr

ana

(mV

)

Vm diminui

TIPOS DE ALTERAÇÕES DE POTENCIAL DE MEMBRANA

Despolarização Repolarização Hiperpolarização

Vm aumenta

Pot

enci

al d

e m

embr

ana

(mV

)

Tempo (ms)

Vm diminui

5

BIOELETROGÊNESE

Estudamos os mecanismos fisiológicos responsáveis pelo potencialde repouso da membrana celular

Potencial de membrana em repousoPotencial de membrana em repousoO que é? Diferença de voltagem elétrica através da membrana plasmática celular

Quais são os fatores determinantes?1 - Gradiente de concentração iônico através da membrana

Transportadores iônicos. Ex. Bomba de Na+/K+

2 - Permeabilidade seletiva da membrana ao potássio

BIBLIOGRAFIA

FISIOLOGIA HUMANA - Uma abordagem integrada. Capítulo 5: p. 118 a 124, 139 a 146. integrada. Capítulo 5: p. 118 a 124, 139 a 146. Sylverthorn, 2a ed.

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EXCITABILIDADE II1 - Introdução

1.1 – Objetivo da aula:Estudar os mecanismos fisiológicos responsáveis pelas variações dos potenciais elétricos através das membranas celulares que correspondem à base de transferência de informação nas células excitáveis

1.2 – Roteiro da aula:• Estudar os mecanismos responsáveis pelas alterações do potencial de membrana de repouso

• Estudar os tipos de alterações de potencial de membrana:Potencial graduado e o potencial de ação

Como são gerados?Bases iônicas?Principais diferenças

• Entender como um anestésico local evita a ocorrência da dor

• Canais passivos

Mudanças na permeabilidade iônica

MECANISMOS RESPONSÁVEIS PELAS ALTERAÇÕES DE POTENCIAL DE MEMBRANA

• Canais controlados

Mecano-dependentes

Ligando-dependentes

Voltagem-dependentes

EXEMPLO DE CANAL LIGANDO-DEPENDENTE

6

TIPOS DE ALTERAÇÕES DE

POTENCIAL DE MEMBRANA

1 - Potencial graduado1 - Potencial graduado

2 - Potencial de ação


1 - Potencial graduado• Exemplos

• Como é gerado?

Potencial receptor Potencial sináptico


Pote

ncia

l de

mem

bran

a (m

V)

• Causado por mudanças na


1 - Potencial graduado

Despolarização Repolarização Hiperpolarização

(Vm)

Vmaumenta

Pote

ncia

l de

mem

bran

a (m

V)

Tempo (ms)

permeabilidade iônica

• Tipos: excitatório, inibitório

• Características principais (amplitude, duração, condução)

Vm diminui

Potencial graduado inibitório

Hiperpolarização


Influxo de Cl-Efluxo de K+

Pot

enci

al d

e m

embr

ana

(mV

)


Vm diminuiEfluxo de K+

Potencial graduado excitatório


Pot

enci

al d

e m

embr

ana

(mV

)

Tempo (ms)

Despolarização Repolarização

Efluxo de K+

Influxo de Na+

NA+

Fora

BASES IÔNICAS DO POTENCIALPÓS-SINÁPTICO EXCITATÓRIO

Dentro Potencial de MembranaIntra-celular

7

Ponto de origem

Distância Distância

Neurônio

Amplitude do

potencial graduado

Condução do Potencial graduadoexcitatório

Em que ponto do neurônio o potencial graduado será

mais forte, A ou B?

Potencial de ação

Pot

enci

al d

e m

embr

ana

(mv)

ALTERAÇÕES DE POTENCIAL DE MEMBRANA

O potencial graduado excitatório pode ou não desencadear um potencial de ação

Conceito de Limiar de excitabilidade

Limiar

influxo de Na+ maiorque efluxo de K+

efluxo de k+ maior que influxo de Na+Potencial

de repouso70

Pot

enci

al d

e m

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ana

(mv)

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Limiar

Limiar

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Limiar

Limiar

Pot

enci

al d

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ana

(mV

)

DespolarizaçãoNa + entra

RepolarizaçãoK + sai

Potencial de Ação

Como é gerado?

Quais são suas bases iônicas?


2- Potencial de AçãoP

oten

cial

de

mem

bran

a (m

V)

Hiperpolarização

Limiar

Estímulo Potencial de membrana de repouso

Tempo (ms)

NA+

LEC

LIC

Potencial de MembranaIntra-celular

PK < PNa

POTENCIAL DE EQUILIBRIO - Na60

+

Volta

gem

tra

nsm

embr

ana

+

RELAÇÃO ENTRE AS ALTERAÇÕES DE POTENCIAL E DE PERMEABILIDADE IÔNICA DA MEMBRANA

PK >> PNa

PK = PNa

PK > PNa

POTENCIAL DE EQUILIBRIO - K90

0

-+

Volta

gem

tra

nsm

embr

ana

2 - POTENCIAL DE AÇÃO

COMO DESCOBRIRAM QUE A DESPOLARIZAÇÃO DA MEMBRANA DURANTE O POTENCIAL DE AÇÃO É CAUSADAPELA MAIOR PERMEABILIDADE DA MEMBRANA AO NA+?

Alan Hodgkin e Bernanrd KatzAlan Hodgkin e Bernanrd KatzO que aconteceria com o potencial de ação com a remoção do Na+ do meio externo?

Diminuição da concentração externa de Na+ diminuía a amplitude do potencial de ação

A MAIOR PERMEABILIDADE DA MEMBRANA AO NA+

CONTRIBUI SIGNIFICATIVAMENTE COM A FASE DE DESPOLARIZAÇÃO DO POTENCIAL DE AÇÃO

8

Comporta de ativação

Canal de K+

Membranaplasmática

2- POTENCIAL DE AÇÃO

Desencadeado pela abertura de canais voltagem dependente

ativação

Canal de Na+

Comporta de Inativação

de K+

Fora Fora

Despolarização: canaisde Na+ se abrem

2Repolarização: canais de Na+

se fecham e de K+ se abrem3

Per

mea

bilid

ade

rela

tiva

da m

embr

anaPotencial de Ação

Dentro

Canal de Na +

fecha Canal de K + abre

POTENCIAL DE AÇÃODinâmica da abertura e fechamento dos canais voltagem dependentes

Pot

enci

al d

e m

embr

ana

(mV

)

Canal de K+

Membranaplasmática

Repouso: canais de Na+ e K+

estão fechados


Fora

1Hiperpolarização: canais deK+ permanecem abertos e de Na+ fechados

4

Tempo (ms)

Per

mea

bilid

ade

rela

tiva

da m

embr

ana

Limiar

Canal de Na +

abre

Canal de Na+


Pot

enci

al d

e m

embr

ana

(mV

)Fora Fora




Per

mea

bilid

ade

rela

tiva

da m

embr


Dentro

Canal de Na +



Pot

enci

al d

e m

embr

ana

(mV

)

Canal de K+

Membranaplasmática


estão fechados


Fora


4

Tempo (ms)

Per

mea

bilid

ade

rela

tiva

da m

embr

ana

Limiar

Canal de Na +

abre

Canal de Na+


Pot

enci

al d

e m

embr

ana

(mV

)

Fora Fora




Per

mea

bilid

ade

rela

tiva

da m

embr


Dentro

Canal de Na +



Pot

enci

al d

e m

embr

ana

(mV

)

Canal de K+

Membranaplasmática


estão fechados


Fora


4

Tempo (ms)

Per

mea

bilid

ade

rela

tiva

da m

embr

ana

Limiar

Canal de Na +

abre

Canal de Na+


Pot

enci

al d

e m

embr

ana

(mV

)

Fora Fora




Per

mea

bilid

ade

rela

tiva

da m

embr


Dentro

Canal de Na +


Pot

enci

al d

e m

embr

ana

(mV

)


Canal de K+

Membranaplasmática


estão fechados


Fora


4

Tempo (ms)

Per

mea

bilid

ade

rela

tiva

da m

embr

ana

Limiar

Canal de Na +

abre

Canal de Na+


Pot

enci

al d

e m

embr

ana

(mV

)

Alterações de potencial de membrana que podem ocorrer nas células

Potential Graduado Potential de AçãoCaracteristica

Variável Sempre a mesma (tudo ou nada)

Amplitude

Variável (depende do estímulo)

Alteração rápida de membrana

Duração

Químico ou mecânico-dependente

Voltagem-dependenteCanais

Dendritos, soma Cone de implantação axônico, músculo

Localização

9

Com decremento Sem decrementoCondução

Alterações de potencial de membrana que podem ocorrer nas células

Potential Graduado Potential de AçãoCaracteristica

Nenhum Absoluto (não há novos PA); Refratório (PA apenas com estímulos mais intensos)

Período refratório

Despolarização ou hiperpolarização

Despolarização, seguida por repolarização e hiperpolarização

Alteração da voltagem da membrana

Não propagável PropagávelPropagação

Como inibir a dor???

δδδδA

mielina Na+ K+ K+

nódulos de ranvier

LidocainaδδδδA

CK+

Na +

K+Na+

K+

Na+

Na +

K+K+

Na +

Na +

K+K+

Na +

K+

Na +

K+

Na +

Na +

K+

Na +

K+

Na+

Na +

K+K+

Na +

δδδδA

mielina Nódulos de ranvier

Lidocaina

Como inibir a dor???

δδδδA

C

EXCTABILIDADE IIEstudamos os mecanismos fisiológicos responsáveis pelas variações dos potenciais elétricos através das membranas celulares que correspondem à base de transferência de informação nas células excitáveis

• Alterações do potencial de membrana ocorrem devido a mudanças na permeabilidade iônica da membrana

• Essas alterações podem ser do tipo: Potencial graduado excitatório, inibitório ou potencial de ação

• O potencial graduado excitatório pode desencadear um potencial de ação se ultrapassar o limiar de excitabilidade da célula

• Potencial de ação ocorre em resposta a abertura de canais de Na+ e K+ voltagem dependentes

• Fases do potencial de Ação: despolarização, repolarização, hiperpolarização

• Estudamos as principais diferenças entre o potencial de ação e os potenciais graduados

BIBLIOGRAFIA

FISIOLOGIA HUMANA - Uma abordagem integrada. Capítulo 8: p. 220 - 227. integrada. Capítulo 8: p. 220 - 227. Sylverthorn, 2a ed.

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10

EXCITABILIDADE III1.1 – Objetivo da aula:Estudar as características gerais do potencial de ação que é a base de transferência de informação nas células excitáveis

1.2 – Roteiro da aula:• Estudar o mecanismo de codificação da intesidade de um estímulo• Estudar o mecanismo de codificação da intesidade de um estímulo• Revisar a dinâmica de abertura e fechamento dos canais de Na+ e K+

voltagem dependentes• Estudar a relação entre a abertura dos canais da Na+ e K+ voltagem dependentes e o período refratário

• Conceituar período refratário• Estudar a relação entre o período refratário e a condução do potencial de ação em um único sentido

• Estudar os fatores que afetam a velocidade de condução do potencial de ação

• Estudar a relação entre as variações da concetração de K+ no LEC e a excitablidade celular

Os potenciais de ação em um dado neurônio são idênticos aos outros potenciais de ação no mesmo neurônio.

Portanto, como é codificada a intensidade do estímulo?

Estímulo Fraco

Potenciais

de ação

Estímulo Forte

Estímulo

Potenciais

de ação

Estímulo

Estímulo Forte

Tempo

CODIFICAÇÃO DA INTENSIDADE DE ESTÍMULO

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• ABSOLUTOPeríodo em que um novo PA não

Pot

enci

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embr

ana

(mV

)


Repolarização

Potencial de Ação

Absoluto Relativo

PERÍODO REFRATÁRIOPeríodo no qual a membrana não responde normalmente a estímulos adicionais

um novo PA não pode ser iniciado

• RELATIVOPeríodo em que um novo PA só pode ser iniciado por um estímulo mais intenso

Pot

enci

al d

e m

embr

ana

(mV

)


Hiperpolarização

Limiar


Tempo (ms)

• ABSOLUTOPeríodo em que um novo PA

Pot

enci

al d

e m

embr

ana

(mV

)


Repolarização

Potencial de Ação

Absoluto Relativo


Período em que um novo PA não pode ser iniciado.

Os canais de Na+ voltagem dependente encontram-se abertos ou inativos e os canais de K+ se abrem.

Pot

enci

al d

e m

embr

ana

(mV

)


Hiperpolarização

Limiar


Tempo (ms)

11

Pot

enci

al d

e m

embr

ana

(mV

)


Repolarização

Potencial de Ação

Absoluto Relativo

• RELATIVOPeríodo em que um novo PA só pode ser iniciado por


Pot

enci

al d

e m

embr

ana

(mV

)


Hiperpolarização

Limiar


Tempo (ms)

PA só pode ser iniciado por um estímulo mais intenso.

Os canais de Na+

voltagem dependente voltaram para suas posições de repouso e alguns canais de K+

ainda estão abertos.

PERÍODO REFRATÁRIO

Limita a taxa pela qual os sinais podem ser transmitidos nos neurônios

Impede que os potenciais de ação se sobreponham

O período refratário absoluto assegura que o potencial de ação sempreseja conduzido num único sentido, ou seja, do corpo celular para o terminal axônico, impedindo que o potencial de ação retorne.

CONDUÇÃO DO POTENCIAL DE AÇÃO

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PA não perde a sua força com o aumento da distância como ocorre com o potencial graduado

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CONDUÇÃO DO

POTENCIAL POTENCIAL DE AÇÃO

VELOCIDADE DE CONDUÇÃO DO PA

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Maior calibre →→→→ + velocidade

�� + rápida� economiza energia

ProprioceptoresMúsculos

Esqueléticos

MecanorrecptoresDa Pele

DorTemperatura

Dor,Temperatura,

Vibração

PROPAGAÇÃO DO PA EM FIBRAS MIELINIZADAS

Nódulo de RanvierBainha de

mielina

Despolarização

Nódulo Nódulo

Despolarização

Corrente se espalha e a condução fica lenta

Corrente se espalha e a condução fica lenta

12

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BIOELETROGÊNESE1 - Introdução

Estudamos as características gerais do potencial de ação que correspondem à base de transferência de informação nas células excitáveis

• A intesidade de um estímulo é codificada pela frequência de potenciais de • A intesidade de um estímulo é codificada pela frequência de potenciais de ação

• A dinâmica de abertura dos canais da Na+ e K+ voltagem dependentes contribui com a determinação do período refratário

• Período refratário é o período no qual a membrana não responde normalmente a estímulos adicionais: Absoluot e relativo

• O perído refratário determina a condução do potencial de ação em um único sentido no neurônio

• A velocidade de condução do potencial de ação é afetada pelo diâmetro do neurônio e pela presençã da bainha de mielina

• As alterações na concentração de K+ no LEC alteram a excitabilidade neuronal

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BIBLIOGRAFIA

FISIOLOGIA HUMANA - Uma abordagem integrada. Capítulo 8: p. 227 - 234. integrada. Capítulo 8: p. 227 - 234. Sylverthorn, 2a ed.

excitabilidade-2010.ppt [modo de compatibilidade] · célula artificial a a membrana é...

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