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1 <langue=br><sujet=potentiel-de-repos><num=31><source=http://fotolog.terra.com.br/neuroscience:27>
2 psicobiologia do medo e da ansiedade
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4 o potencial de repouso: neurônios em silêncio
5 o potencial de repouso de um neurônio caracteriza-se pela diferença de um potencial elétrico entre o meio interno e externo do neurônio. como vimos anteriormente, este potencial elétrico ocorre graças às forças de difusão e eletrostática que atuam na membrana semipermeável da membrana do neurônio.
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7 para estudar este potencial de repouso, pode-se utilizar uma preparação que utiliza o axônio gigante da lula. nestes axônios, é possível medir esta diferença de potencial através de um voltímetro, aparelho especializado na medição de cargas elétricas através da introdução de um microeletrodo dentro da célula, enquanto outro permanece fora da membrana.
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9 na figura de hoje, podemos observar que de fato um neurônio encontra-se carregado eletricamente, tal qual uma bateria ou uma pilha que compramos em um supermercado. como veremos adiante, o impulso elétrico ocorre quando há uma despolarização, ou seja, uma inversão das cargas elétricas do axônio. tal processo é chamado de potencial de ação.
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12 <langue=br><sujet=potentiel-de-repos><num=32><source=http://www.ced.ufsc.br/men5185/trabalhos/05_eletrofisiologia/potencial_repouso.htm>
13 potencial de repouso
14 entre o líquido no interior de uma célula e o fluido no exterior há uma diferença de potencial elétrico denominada potencial de membrana. na maioria das células, o potencial da membrana permanece inalterado, desde que não haja influências externas. quando a célula se encontra nessa condição, dá-se o nome de potencial de repouso.
15
16 em células nervosas ou musculares o potencial de repouso é sempre negativo. nos animais de sangue quente, os potenciais de repouso se situam entre -55mv e -100mv.
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18 pode-se imaginar a membrana celular como um capacitor no qual duas soluções condutoras estão separadas por uma delgada camada isolante - a membrana.
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21 <langue=br><sujet=potentiel-de-repos><num=33><source=http://www.conhecer.org.br/enciclop/2006/bioeletrogenese.pdf>
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23 bioeletrogênese e potencial de repouso: a
24 importância vital dos fenômenos elétricos nas células
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26 abstract
27 most of the animal cells have a difference of potential related to their
28 membrane, being the interior of the cell in rest negatively carried and the outside
29 positively carried. this difference of potential is called rest potential. the donnan
30 balance allows a better understanding of this difference of potential that is present on
31 the resting cells, even if the biological systems do not follow it perfectly. to calculate
32 the difference of electrical potential (what is the same but in opposite directions) it is
33 used the nernst equation.
34 the understanding of the rest potential of the cells is indispensable to learn
35 how our body works, since the biological process, especially those related to the
36 nervous system, come from variations of this potential.
37 keywords: cells; rest potential; donnan balance.
38 resumo
39 a maioria das células animais possui uma diferença de potencial
40 associada a sua membrana, sendo o interior da célula em repouso carregado
41 negativamente e o exterior positivamente. essa diferença de potencial é denominada
42 potencial de repouso. o equilíbrio de donnan permite um melhor entendimento
43 dessa diferença de potencial existente em células em repouso, mesmo que os meios
44 enciclopédia biosfera, n.02, 2006 issn 1809-0583
45 biológicos não o sigam perfeitamente. para calcular a diferença de potencial elétrico
46 (que é igual e contrária à força da concentração) é utilizada a equação de nernst.
47 o entendimento do potencial de repouso das células é fundamental para
48 a compreensão do funcionamento de todo o nosso organismo, já que os processos
49 biológicos, principalmente aqueles regidos pelo sistema nervoso, advém da
50 modificação desse potencial.
51 palavras-chaves: células; potencial de repouso; equilíbrio de donnan.
52 introdução
53 as células estão separadas do ambiente por uma estrutura fundamental,
54 a membrana plasmática. a membrana faz mais do que separar o conteúdo celular do
55 meio circundante; ela é atravessada por canais e bombas altamente seletivos,
56 formados por moléculas protéicas, que permitem a entrada e saída de substâncias
57 específicas na célula. esse fluxo iônico através das membranas é a base da
58 comunicação intercelular, de extrema importância nos processos fisiológicos.
59 a maioria das células animais apresenta diferença de potencial elétrico
60 (voltagem), através de suas membranas plasmáticas. o citoplasma costuma ser
61 eletricamente negativo em relação ao líquido extracelular. a diferença de potencial elétrico,
62 através da membrana plasmática de células em repouso, é denominada
63 potencial de repouso da membrana.
64 o potencial de repouso da membrana desempenha papel central na
65 excitabilidade das células nervosas e musculares, bem como em algumas outras
66 respostas celulares, já que a modificação desse potencial (os chamados potenciais de ação)
67 resulta em diversas alterações nas células vivas.
68 para que haja troca de moléculas e íons entre a célula e seu meio
69 ambiente, a membrana plasmática possui proteínas transportadoras. um desses
70 recursos é a bomba de sódio e potássio.
71 a bomba é conhecida como a na+ – k+ atpase. assim, ela mantém a
72 concentração de na+ no citosol cerca de 10-30 vezes menor do que no líquido extracelular
73 e a concentração de k+ cerca de 10-30 vezes maior. essa bomba transportadora de íons é fundamental para a sobrevivência dos seres vivos, sendo que seu não funcionamento pode levar à morte.
74 objetivo
75 apresentar o tema bioeletrogênese e potencial de repouso de forma
76 dinâmica e ilustrativa, ressaltando a importância desses mecanismos para o correto
77 funcionamento dos organismos vivos.
78 desenvolvimento
79 a diferença de potencial elétrico, através da membrana plasmática da célula em repouso,
80 é denominada potencial de repouso da membrana.
81 para que se compreenda o potencial de repouso de uma membrana é
82 necessário entender o equilíbrio de donnan, apesar dos modelos biológicos não o
83 seguirem completamente.
84 as células têm uma composição interna muito diferente daquela do meio
85 extracelular (tabela 1). uma das diferenças mais importantes é que no citoplasma
86 há moléculas protéicas de grande peso molecular dotadas de carga negativa. essas
87 moléculas são impermeantes através da membrana e afetam a distribuição de íons e
88 de cargas através dela (fig.1).
89 fig.1- panorama da composição elétrica dos meios intra e extracelular
90 (http://www.unb.br/ib/cfs/aulascg/potrepouso.ppt).
91 assim, a presença de cargas negativas, presas no citoplasma, cria uma
92 assimetria de concentrações de íons e uma diferença de potencial através da
93 membrana (fig.2). dessa forma haverá uma redistribuição iônica, que recebe o
94 nome de fenômeno de donnan, gerando o equilíbrio de donnan.
95 fig.2 – desenvolvimento do equilíbrio
96 eletroquímico em sistema onde a
97 membrana só é permeável ao íon positivo
98 (na+).
99 o equilíbrio de donnan segue as seguintes condições:
100 a)- distribuição assimétrica de íons;
101 b)- diferença de potencial transmembrana;
102 c)- polaridade da membrana é igual à carga da macromolécula
103 impermeante;
104 d)- permeabilidade a todos os íons difusíveis é a mesma.
105 os itens c) e d) não se aplicam a processos biológicos, pois a
106 permeabilidade das membranas celulares varia de acordo com a substância (pcl- inferior à pk+ muito inférior à pna+)
107 e há ainda diferenças entre o gradiente osmótico e o elétrico nas células.
108 a força resultante que impulsiona um soluto carregado através da membrana, chamada gradiente eletroquímico, é uma composição de duas forças:
109 o gradiente de concentração e a voltagem através da membrana. o gradiente de concentração estabelece
110 o fluxo do meio mais para o menos concentrado. além disso, a maioria das membranas celulares possui uma diferença de potencial elétrico em cada lado, a qual dá-se o nome de potencial de membrana, que exerce uma
111 força em qualquer molécula portadora de carga elétrica. o lado citoplasmático da
112 membrana apresenta um potencial negativo e tende a puxar os solutos
113 positivamente carregados para o interior da célula e impelir os negativos para fora,
114 evidenciando o gradiente de voltagem.
115 para alguns íons, como o na+, os gradientes de concentração e voltagem
116 atuam na mesma direção criando um gradiente eletroquímico relativamente alto. o
117 na+ é o íon positivamente carregado mais abundante fora da célula, logo, tende a
118 entrar nas células se tiver oportunidade. já no íon k+ os gradientes de concentração
119 e de voltagem possuem efeitos opostos e o gradiente eletroquímico é pequeno. o
120 k+ é um íon positivamente carregado que está presente em muito maior
121 concentração dentro das células do que fora (fig.3). então, por causa do efeito
122 oposto, esse íon possui pouco movimento resultante através da membrana.
123
124 fig.3 – esquema de uma célula mostrando os gradientes osmótico e elétrico para na+, cl- e k+
125 a célula tem que dispor de sistemas que mantenham em equilíbrio essas
126 quantidades, tendo, como princípio elementar de funcionamento, as relações das
127 concentrações de íons e proteínas entre os meios extra e intracelular. as
128 concentrações são mantidas graças às trocas iônicas e protéicas estabelecidas
129 entre os meios internos e externos à célula, de tal modo que se mantenham as
130 concentrações ideais de cada íon e proteína em cada meio. essas diferenças entre
131 gradiente osmótico e elétrico fazem com que, nas células, na+ e k+ não estejam em
132 equilíbrio eletroquímico, existindo então as bombas de sódio e potássio.
133 a bomba de na+ e k+ é uma das estruturas pertencentes ao sistema de
134 regulagem hidroeletrolítica da célula, sendo responsável, como o próprio nome diz,
135 pela manutenção das concentrações iônicas do sódio e do potássio.
136 a bomba localiza-se na membrana plasmática e depende de atp para o
137 transporte desses íons, principalmente do potássio, cujo trajeto vai contra um
138 gradiente osmótico (o potássio é transferido do meio extracelular, onde é encontrado
139 em pouca quantidade, para o interior da célula, que possui cerca de 30x mais
140 potássio que o meio externo). qualquer alteração nesses dois sistemas - atp e
141 membrana - pode comprometer o funcionamento dessa bomba, ocasionando graves
142 complicações para o funcionamento vital do organismo. os íons (sódio e potássio)
143 não são transportados com a mesma velocidade: a bomba de sódio e potássio
144 transporta mais rapidamente íons sódio (de dentro para fora) do que íons potássio
145 (de fora para dentro).
146 para cada três íons sódio transportados (para fora), dois íons potássio
147 são transportados em sentido inverso (para dentro) (fig.4).
148 fig.4 – bomba de na+ e k+ (schauf, 1993).
149 a atuação da bomba de na+ e k+, juntamente com o potencial de
150 repouso das células, são fundamentais para o funcionamento das células nervosas e
151 musculares, dentre outras (fig.5 e gráfico 1). é a partir do fluxo iônico que os
152 neurônios se comunicam, regulando todos os processos biológicos que ocorrem em
153 nossos organismos. além disso, a contração muscular também é dependente do
154 correto funcionamento desses mecanismos.
155 fig.5 – potencial de repouso de um axônio.
156 gráfico 1 – variação do potencial de
157 membrana (mv) com o tempo (msec).
158
159 a equação de nernst é utilizada para o cálculo da diferença de potencial
160 elétrico necessária para a produção de força elétrica que é igual e contrária à força
161 da concentração.
162 ea – eb = rt . ln cb equação de nernst
163 zf ca
164 conclusão
165 o potencial de repouso tem grande importância para a vida dos animais,
166 dentre eles o homem. a diferença de potencial existente na membrana celular
167 desempenha papel central na excitabilidade das células nervosas e musculares,
168 controlando a sinalização que o sistema nervoso exerce sobre os outros sistemas e
169 a contração muscular. além disso, outras respostas celulares, essenciais à
170 sobrevivência, são extremamente dependentes dessa diferença de potencial. é
171 importante considerar a existência da bomba de na+ e k+, responsável por manter
172 as concentrações desses íons ideais para o funcionamento celular.
173 por fim, deve-se ressaltar que o completo conhecimento da
174 bioeletrogênese e do funcionamento das trocas iônicas, que geram o potencial de repouso,
175 é a base para a compreensão de problemas nesses processos, que
176 resultam em disfunções prejudiciais aos organismos vivos, como a epilepsia.
177
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179 <langue=br><sujet=potentiel-de-repos><num=34><source=http://medmap.uff.br/index.php?option=com_content&task=view&id=718&itemid=190>
180 membrana neuronal - o potencial de repouso
181 conceitos básicos
182 um neurônio é capaz de conduzir uma informação através de um sinal elétrico
183 arquitetura de um reflexo simples:
184 o rompimento da pele é traduzido em sinais que percorrem as fibras nervosas sensoriais em direção à medula espinhal
185 na medula a informação é distribuída aos interneurônios
186 alguns destes interneurônios possuem prolongamentos até o encéfalo onde a sensação de dor é percebida e registrada
187 outros fazem sinapses com neurônios motores que enviam sinais aos músculos
188 o comando motor leva à contração muscular
189 a analogia entre neurônios e cabos elétricos
190 os cabos elétricos são excelentes condutores de elétrons
191 como eles são estruturas isoladas os elétrons podem se mover sem sofrer dissipação
192 a carga elétrica no citosol dos axônios é transportada não por elétrons mas por átomos eletricamente carregados (íons)
193 a membrana do axônio tem propriedades que lhe permitem conduzir um sinal elétrico especial, o impulso nervoso ou potencial de ação
194 ao contrário dos sinais elétricos conduzidos passivamente, os potenciais de ação não diminuem com a distância
195 os potenciais de ação são de tamanho e duração fixos
196 a informação no sistema nervoso está codificada na:
197 frequência dos potenciais de ação de neurônios individuais
198 na distribuição e no número de neurônios disparando potenciais de ação em um dado nervo
199 células capazes de gerar e conduzir potenciais de ação são aquelas que possuem uma membrana excitável
200 quando uma célula com membrana excitável não está gerando um impulso ela é dita em repouso
201 no neurônio em repouso:
202 o citosol na região da superfície interna da membrana possui carga negativa, quando comparada com a carga da superfície externa da membrana
203 esta diferença na carga elétrica da membrana é dita potencial de repouso de membrana
204 no potencial de ação há uma breve inversão desta condição que dura algo em torno de um milésimo de segundo
205 neste curto intervalo de tempo a superfície interna da membrana torna-se positiva em relação à superfície externa
206 para compreender a sinalização neuronal é preciso antes compreender:
207 como a membrana neuronal em repouso separa as cargas elétricas
208 como as cargas elétricas podem ser rapidamente redistribuídas pela membrana neuronal, durante um potencial de ação
209 como o impulso elétrico pode ser confiavelmente propagado ao longo do axônio
210 distribuição dos íons através da membrana
211 o potencial de membrana no neurônio é dependente das concentrações iônicas no dois lados da membrana
212 o íon k está mais concentrado no meio intracelular do que no extracelular
213 os íons na e ca estão mais concentrados no meio extracelular do que no meio intracelular
214 gradientes de concentração iônica são estabelecidos pela ação de bombas iônicas na membrana neuronal
215 as bombas iônicas mais relevantes em neurofisiologia são as bombas de sódio e potássio e a bomba de cálcio
216 as bombas iônicas
217 a bomba de sódio e potássio
218 é uma enzima que hidrolisa atp em presença de sódio intracelular
219 esta bomba troca sódio intracelular com o potássio extracelular
220 a ação desta bomba faz com que o potássio esteja concentrado dentro do neurônio e o sódio esteja concentrado no meio extracelular
221 esta bomba age contra os respectivos gradientes de concentração dos íons sódio e potássio
222 cerca de 70 por cento do atp consumido no encéfalo é destinado à manutenção da bomba de sódio potássio
223 a bomba de cálcio
224 transporta ativamente o cálcio para fora do citosol
225 os canais iônicos
226 são formados por proteínas que atravessam a membrana neuronal
227 a principal propriedade de um canal iônico é a sua seletividade
228 canais de potássio são aqueles seletivamente permeáveis ao potássio
229 canais da sódio são quase que exclusivamente seletivos ao sódio
230 outra propriedade importante dos canais iônicos é a existência dos portões
231 canais com portões podem ser abertos e fechados por alterações no microambiente local da membrana
232 os canais de potássio
233 a permeabilidade seletiva dos canais de potássio é determinante para o potencial de membrana de repouso e para o funcionamento neuronal
234 a membrana neuronal em repouso é largamente permeável ao potássio
235 o potencial de membrana é particularmente sensível a alterações na concentração extracelular de potássio
236 um aumento na concentração extracelular de potássio despolariza os neurônios
237 a sensibilidade do potencial de membrana ao potássio:
238 fez com que fossem desenvolvidos mecanismos que regulassem firmemente as concentrações extracelulares de potássio no encéfalo
239 um destes mecanismos é a barreira hematoencefálica, que limita o movimento do potássio ao fluido extracelular do encéfalo
240 a glia e os astrócitos possuem mecanismos eficientes para captar potássio extracelular, sempre que as concentrações deste íon sobem
241
242
243 <langue=br><sujet=potentiel-de-repos><num=35><source=http://www.bibliomed.com.br/bibliomed/books/livro2/cap/cap01.htm>
244 capítulo 01 - eletrogênese do miocárdio
245
246 introdução
247
248 iniciaremos o estudo da eletrocardiografiaanalisando a eletrogênese de uma única célula cardíaca. em seguida, de um grupo decélulas e, posteriormente, do coração como um todo. simultaneamente, explicaremos amaneira de captar a atividade elétrica dessas estruturas. o eletrocardiograma é oregistro gráfico da atividade elétrica do coração, a qual pode ser captada poreletrodos aplicados sobre a superfície corporal.
249
250 potencial de repouso da célula miocárdica comum isolada
251
252 a célula miocárdica, à semelhança de todas asoutras celulares do organismo, tem, em repouso, o meio intracelular negativo em relaçãoao extracelular, que é positivo (fig. 1 -1).
253
254 essa distribuição de cargas (positivas no exterior enegativas no interior) é uniforme, e por isso a célula cardíaca normal em repouso échamada de célula uniformemente polarizada . essa uniformidade é testadautilizando-se os dois pólos do galvanômetro - um aparelho capaz de medir diferenças depotenciais. quando os dois pólos estão situados dentro ou fora da célula, à mesmadistância da membrana, o galvanômetro não acusa diferença de potencial e, então, asua agulha coincide com o ponto zero.
255
256 ao registrarmos essa experiência, o gráfico permanece nalinha de base (fig. 1-2).
257
258 no entanto, ao colocarmos um dos pólos do galvanômetrono interior e o outro no exterior da célula cardíaca (fig. 1-3), o aparelho registrará umadiferença de potencial, chamada de potencial de repouso, potencial diastólico ou, ainda,potencial transmembrana de repouso, da ordem de -80 a -90 milivolts (mv) (fig. 1-3), sendo o sinal negativo o resultadoda convenção adotada para identificar correntes elétricas em termos de potencialintracelular menos potencial extracelular.
259
260 teoria iônica do potencial de repouso
261
262 o potencial de repouso é conseqüência dadistribuição iônica entre a célula e o meio que a circunda, e da permeabilidaderelativa da membrana aos principais íons do sistema (na+, k+, ca++ e cl-).
263
264 para que exista o potencial de repouso, dois fenômenossão básicos:
265
266 transporte passivo de íons
267
268 a concentração intracelular de k+ está em torno de116 meq/l e a extracelular, em torno de 4,5 meq/l. já as concentrações aproximadas dena+ intra e extracelular são de 20 meq/1 e 142 meq/l, respectivamente.
269
270 desprezando-se a influência do cl- e de outrosíons por sua pequena importância no potencial de repouso do miocárdio comum, sabe-seque o potencial de repouso deve-se à relação entre as permeabilidades da membrana ao na+(pna) e ao k+ (pk) . no repouso elétrico a pké aproximadamente 10 vezes maior que a pna, predominando a tendência àsaída de k+, já que sua concentração intracelular é muito maior. emconseqüência disso, há uma positividade no meio externo e uma negatividade no meiointerno.
271
272 o aparecimento desse potencial dificulta a própria saídade k+, favorece a entrada de na+ e equaliza o fluxo dos dois íonsatravés da membrana. esse fluxo cessa em conseqüência do acúmulo de mais cargaspositivas no lado externo, e assim se estabiliza o potencial transmembrana.
273
274 transporte ativo de íons
275
276 em caso de igualdade entre os fluxos passivos desaída de k+ e entrada de na+, característica do potencial derepouso, a manutenção das concentrações iônicas intracelulares é garantida pelotransporte ativo que, através das bombas de na+ e k+, reconduz o k+para dentro e o na+ para fora da célula (fig. 1-4). (a composição do meio extracelularé garantida por uma série de mecanismos homeostáticos gerais do organismo.)
277
278
279 <langue=br><sujet=potentiel-de-repos><num=36><source=http://www.uff.br/webquest/pdf/ionico.htm>
280 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, tais como o neurônio, para executar suas funções de armazenamento e transmissão de informação. pode ser dito que 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.
281
282
283 <langue=br><sujet=potentiel-de-repos><num=37><source=http://www.virtual.epm.br/material/tis/curr-bio/trab2003/g5/fibra4.html>
284 potencial de repouso
285
286 as células cardíacas na ausência de estimulação, apresentam um potencial transmembrana estável - denominado potencial de repouso - de cerca de 80 a 90 mv e negativo no interior da célula.
287
288 nessa condição, o canal majoritariamente aberto é o canal de potássio, conhecido como ik1, ou canal retificador tardio, cuja corrente na condição fisiológica de repouso corresponde ao efluxo de potássio da célula. por isso, o potencial de repouso será prioritariamente determinado pelo gradiente eletroquímico do potássio. o potencial de repouso da célula seria exatamente igual ao potencial de equilíbrio do potássio se a membrana fosse permeável somente ao íon potássio.
289
290 o potencial de repouso de uma célula cardíaca, no entanto, é ligeiramente despolarizado em relação que o potencial de equilíbrio do potássio. isso indica que, em repouso, além do ik1,outros canais, como o de sódio e o de cloreto, devem também estar abertos, embora em menor proporção. como o potencial eletroquímico de um íon é determinado pelas suas concentrações dentro e fora da célula, é fundamental que elas sejam mantidas inalteradas, apesar do contínuo fluxo iônico segundo seu gradiente eletroquímico e de eventuais alterações na permeabilidade da membrana plasmática para os vários íons. a manutenção da condição estacionária só pode ser conseguido a custa de trabalho, com consumo de energia.
291
292 a capacidade das células musculares cardíacas conduzirem o impulso elétrico que desencadeia a contração, com a força e rapidez adequadas, depende fundamentalmente do potencial de repouso. daí a importância de manter o potencial de repouso dentro de uma faixa estreita de variação.
293
294 o potencial de repouso é mantido ao redor de -90 mv, valor muito próximo ao potencial de equilíbrio do íon potássio, pelo fato do sarcolema (membrana plasmática das fibras musculares) ser preferencialmente permeável ao potássio. com esses dados, torna-se fácil entender que qualquer alteração no potencial transmembrana pode ser produzida por mudanças na permeabilidade da membrana aos vários íons ou por alterações nas concentrações dentro e fora da célula. fisiologicamente essa última alternativa é menos favorecida pela condição de estado estacionário das células.
295
296 assim, um aumento na concentração extracelular de potássio, provocada, por exemplo, por uma deficiência na eliminação desse íon pelo rim, levaria a uma despolarização, ou seja, a uma diminuição do potencial de repouso - a membrana plasmática se tornaria menos polarizada.
297
298 ou ainda, se a membrana plasmática se tornar de repente muito permeável ao sódio, sem alteração da permeabilidade aos outros íons, teremos um maior influxo de sódio, que irá carregar positivamente o citoplasma, produzindo uma rápida despolarização.
299
300 a despolarização poderá também ser produzida por uma intensa diminuição da permeabilidade da membrana plasmática ao potássio, fazendo com que predominem as permeabilidades ao sódio e ao cálcio (embora com permeabilidades de repouso muito baixas). nessa situação, passaria também a predominar a entrada de carga positiva e haveria, portanto, despolarização.
301
302
303 <langue=br><sujet=potentiel-de-repos><num=38><source=http://nebm.ist.utl.pt/repositorio/download/1073/9>
304 considerações gerais sobre potencial de repouso.
305 potencial de acção.
306
307 o potencial de repouso é uma característica geral das células; este é marcado por uma diferente distribuição de cargas entre o interior e o exterior dessas mesmas células, sendo o interior negativo relativamente ao exterior. as bases iónicas deste potencial de repouso estão fundamentalmente relacionadas com dois aspectos: (1) as distribuições de sódio e potássio no meio intra e extracelular e (2) a permeabilidade ao potássio em repouso que a célula tinha.
308 quando as células comunicam umas com as outras, quando, por exemplo, é dada uma ordem ao cérebro para que a mão se mexa, é necessário modificar uma situação básica de potencial de repouso numa série de células até que se consiga chegar à resposta final que neste caso é traduzida pela contracção do músculo. na realidade o que acontece é que várias células (como as musculares esqueléticas, as musculares lisas, as do tecido cardíaco) bem como os vários nervos têm a capacidade de responder a um estímulo eficaz com alteração do seu potencial de repouso. a esta alteração do potencial normal de repouso da mebrana, provocada por um estímulo eficaz, dá-se o nome de potencial de acção. é uma resporta característica de um tecido excitável.
309
310 estímulos eléctricos suficientemente fortes e potenciais de acção nos nervos
311
312 continuando com o exemplo anterior, quando é dada uma ordem ao cérebro (mais concretamente ao córtex) para que a mão se mexa, o que acontece é que antes dela se mexer, surgem, a nível cortical, potenciais de acção que vão viajar ao longo de uma via nervosa até ao corno anterior da medula, despolarizando células motoneurónios. estas células motoneurónios, por sua vez, vão responder a esse estímulo eléctrico com outro potencial de acção. assim aparecem potenciais de acção no motoneurónio que permitem que ele vá contactar com os músculos da mão, despolarizando (por meio de sinapses) as células musculares. estas células musculares só respondem a esse mesmo estímulo porque fazem parte de um tecido excitável com potencial de acção e por isso, o potencial invade o músculo levando à libertação de cálcio. por sua vez o cálcio vai desencadear uma série de mecanismos bioquímicos que conduzem à contracção da mão.
313 basicamente para se ouvir, ver, sentir, ou seja, para que todos os estímulos eficazes sejam entendidos pelo córtex é necessário que sejam transformados em estímulos eléctricos suficientemente fortes para provocar potenciais de acção nos nervos. ora estes potenciais de acção dos nervos alcançam uma determinada zona do córtex que irá determinar se a pessoa vai ouvir, ver ou sentir: se chegar aos temporais ouve, ao occipital vê, aos parietais sente.
314 resumindo a existência de potenciais de acção que viagem ao longo dos nervos é fundamental para:
315 (1) comunicação do sistema nervoso central (snc) com os músculos, vasos e glândulas;
316 (2) comunicação entre células;
317 (3) recepção de informação do meio interno (p.ex. para informar se a pressão e o oxigénio estão mais altos ou mais baixos).
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319
320 na figura 1 está representado um neurónio, (quadrado da esquerda) e neste neurónio são colocados dois microeléctrodos, (eléctrodo que é esticado de tal maneira que a ponta acaba por ter dois/três micra de diâmetro) passíveis de serem introduzidos dentro da célula. para além disto, do lado de fora da célula temos um outro eléctrodo.
321 o potencial de repouso ou, por outras palavras, a diferença que existe entre o interior e o exterior da célula, é característico de cada tipo celular. apenas a título de curiosidade, o potencial repouso deste neurónio é de aproximadamente -70mv (milivoltes), o do músculo esquelético é de -90mv, o de várias células musculares lisas é de -60mv, o tecido condutor do coração tem -90mv e o tecido onde se origina o pacemaker cardíaco tem entre -40/-60mv.
322 para melhor compreender todos estes processos associados ao potencial de acção decidiu-se considerar a excitação do neurónio representado na imagem (cujo potencial de repouso, como já foi mencionado, é de aproximadamente -70mv). a excitação de células, neste caso do neurónio, pode ser feita por fornecimento de:
323
324 (1) descarga eléctrica - é a forma mais frequente já que as células do sistema nervoso comunicam trocando informação eléctrica;
325 (2) estímulo mecânico - deforma a membrana da célula; abertura de canais mecanicamente
326 (3) estímulo químico.
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328
329 como os neurónios constituem um tecido excitável, estes vão responder ao estímulo alterando a sua membrana de maneira a que, se tiver o eléctrodo 3 (a assinalar na figura) ligado a um osciloscópio, o potencial inicial é alterado começando a subir até alcançar + 40mv. de um modo geral o que acontece é: com o fornecimento de um estímulo, o interior da célula fica positivo em relação ao exterior acabando, mais tarde, por recuperar da subida, ou seja, a célula tem um período de overshooting (período durante o qual o potencial de membrana ultrapassa o nível zero, tornando-se positivo), acabando por regressar ao normal.
330
331
332 na figura 2 estão presentes duas fases, uma ascendente e outra descendente, que representam o potencial de acção. um potencial de acção com esta forma é visualizado quando se faz o registo dentro da própria célula, ou seja, quando o registo é intracelular. muitas vezes o que acontece é que, em situações experimentais, está-se do lado de fora da célula e como tal não se visualiza o potencial desta maneira. até pelo próprio sistema de amplificação e filtragem tudo é visualizado ao contrário: a parte positiva aparece-nos como negativa e o que ia a descer aparece-nos como positivo.
333
334 organizando ideias pode-se então dizer que existem dois tipos de registo do potencial de acção:
335 registo do potencial de acção intracelular ou registo feito no interior da célula/ lado de dentro da célula;
336 registo do potencial de acção extracelular ou registo feito no exterior da célula/lado de fora da célula;
337
338 isto é um potencial visto do lado de fora da célula, ou seja, extracelular.
339 muitos dos potenciais de acção registados em clínica são potenciais de acção extracelulares como por exemplo:
340 electrocardiograma – regista a actividade eléctrica do coração à superfície do corpo, ou seja, está-se fora do coração, fora suas células a registar a actividade interna.
341 electroencefalograma – é feito sobre a cabeça de um doente a fim de registar a actividade extracelular.
342
343
344 ora todo este registo do potencial de acção fora da célula é feito em microvoltes, e acaba por necessitar de muito mais amplificações do que as necessárias quando o registo é ao nível do interior da célula. isto acontece pois a medida considerada (o microvolte) é excepcionalmente pequena e o simples facto do eléctrodo se afastar um pouco da célula é suficiente para se registar muito menos corrente e muito menos voltagem.
345 assim pode-se dizer que embora seja tecnicamente mais difícil meter o eléctrodo dentro da célula do que metê-lo do lado de fora da célula, as tentativas para se evitarem ruídos e a interferência da própria corrente inerentes aos amplificadores (usados quando o eléctrodo é colocado fora da célula) acabam por tornar muito mais difícil o registo extracelular.
346
347
348 através da análise deste gráfico da figura 3 pode-se dizer que existe uma situação inicial com um potencial de repouso que sofrerá evolução quando a célula é excitada. pode-se então ter:
349 (1) uma fase ascendente do potencial de acção ou despolarização: a célula inverte o seu potencial sendo que o interior/lado de dentro da célula passa a positivo e o exterior/lado de fora da célula passa a negativo (neste gráfico em concreto ela tinha -60mv e chega a 0mv). este conjunto denomina-se pico ou overshooting.
350
351 (2) uma fase descendente do potencial de acção ou repolarização: a célula vota a ter o seu potencial inicial, sendo que o interior/lado de dentro da célula volta a ser negativo e o exterior/lado de fora da célula retoma a carga positiva.
352
353 muitas vezes, no resgisto de potenciais, encontra-se uma situação chamada hiperpolarizaçao ou pós-potencial. essa situação ocorre quando a célula está a voltar ao seu potencial de repouso e se apresenta, durante um curto período de tempo, ainda mais negativa do que no estado de repouso.
354 outro aspecto importante prende-se com o facto de:
355
356 se se der um estímulo eficaz a uma célula quando esta se encontra em repouso, ela responde com um potencial de acção.
357 se se der um estímulo eficaz a uma célula enquanto está a ocorrer a primeira parte do potencial de acção (subida da curva e início da descida), ela não responde com novo potencial de acção
358 período refractário absoluto
359 se se der um estímulo eficaz a uma célula enquanto está a ocorrer a segunda parte do potencial de acção (descida da curva), ela responde a com um novo potencial, se bem que esta resposta é diminuída, ou seja, a resposta não é total ou é anormal.
360 período refractário relativo
361
362 entendendo-se por estímulo eficaz um estímulo com intensidade e duração suficiente.
363
364
365 na presente figura 4 estão retratados canais de potássio, evidenciando-se assim uma bomba de sódio-potássio. esta bomba coloca o sódio do lado de fora da célula e o potássio do lado de dentro.
366
367 nesta situação todos os canais estão fechados e não existe diferença de potencial entre o interior e o exterior da célula: há muita quantidade de sódio do lado de fora e muita quantidade de potássio do lado de dentro mas, no entanto, os canais estão fechados e por isso o potencial é zero. esta situação é considerada absurda.
368
369 com a abertura dos canais, o potássio (k+), que se encontrava em grande quantidade do lado de dentro da célula, começa a sair fazendo com que o seu interior vá ficando gradualmente mais negativo (já que está a perder cargas positivas). isto gera então uma diferença de potencial em que há excesso de cargas positivas do lado de fora célula e um excesso de cargas negativas do lado de dentro. os novos iões de potássio que querem sair devido à grande quantidade de potássio no meio intracelular, são puxados pelas cargas negativas presentes no meio extracelular e quanto maior for o número de saídas maior é o potencial gerado entre o meio intra e extracelular. todo este processo caminha para uma situação de equilíbrio, denominada de equilíbrio electroquímico, chegando-se àquilo que é o potencial de repouso. o potencial de repouso deve-se, portanto, ao equilíbrio de movimento cargas cujo responsável é o potássio (ião k+ é o ião para o qual a membrana é mais permeável) e por isso podemos pensar nele como determinante deste mesmo potencial.
370 em suma, existe um potencial de repouso porque há muito potássio do lado de dentro da célula e pouco do lado de fora, havendo por isso saída destes iões k+ que são equilibrados por um gradiente electroquímico.
371
372 agora atendendo à figura 5, considera-se que a célula aqui retratada foi excitada (neste caso específico, o potencial de repouso é de -80mv). esta excitação, como aliás já foi dito, pode ser feita por fornecimento de uma (1) descarga eléctrica, (2) estímulo químico ou (3) estímulo mecânico (ver atrás).
373 ora mais uma vez é necessário distinguir dois acontecimentos possíveis de se verificarem:
374
375 caso o estímulo seja eficaz: a excitação da célula permite a abertura rápida de canais de sódio;
376 caso o estímulo não seja eficaz: a excitação da célula não permite a abertura dos canais de sódio, como aliás já seria de esperar.
377
378 há também que mencionar o facto da abertura rápida dos canais de sódio não depender da intensidade do estímulo eficaz: se o estímulo eficaz de uma célula for 1 volt, tanto faz excitar a célula com 1 volt como excitá-la com 10 volt, já que o efeito é exactamente o mesmo.
379 por outro lado, o que vai acontecer à membrana já não dependerá do estímulo fornecido mas dependerá sim dos seus próprios fenómenos. assim, abrem-se canais de sódio que anteriormente estavam fechados. enquanto que do lado de fora da célula existe muito sódio, o lado de dentro da célula possui pouca concentração deste e, por isso, começa a entrar sódio para dentro da célula, por um simples gradiente – despolarização. como o ião sódio tem carga positiva o meio intracelular vai-se tornando, gradualmente, mais positivo em relação ao exterior, ao passo que o meio extracelular se vai tornando mais negativo em relação ao interior.
380 é importante referir que na altura em que decorre o potencial de acção a bomba de sódio-potássio fica inactiva. a certa altura é atigido o pico de passagem de sódio através dos canais; a partir desse momento os canais fecham, não permitindo mais a passagem de iões sódio. no interior celular deixou de existir o gradiente electroquímico de repouso, devido às concentrações de cargas positivas provocadas pelo sódio e potássio. simultaneamnete à inactivação dos canais de sódio ocorre a abertura dos canais de potássio, permitindo assim a saída deste ião. à medida que o potássio vai abandonando o interior celular, este vai-se tornando cada vez mais negativo, permitindo à célula aproximar-se novamente o seu potencial de repouso. os canais de potássio fecham assim que o potencial de repouso é atingido. no final, no interior da célula existe menos potássio e mais sódio do que existia inicialmente. deste modo, a bomba de sódio-potássio volta a funcionar, permitindo a entrada de potássio e a saída do excesso sódio para do meio intracelular, repondo assim as condições iniciais.
381 resumindo, o potencial de acção é uma alteração do potencial de repouso da membrana de células excitáveis, provocado por um estímulo eficaz que, numa primeira fase, abre de canais de sódio que permitem a entrada deste ião para o interior celular, ocorrendo a despolarização, e que, numa segunda fase, abre canais de potássio que permitem a saida de potássio para o exterior celular, ocorrendo a repolarização. durante o processo, as concentrações de sódio e potássio são alteradas, provocando a activação da bomba de sódio-potássio que repõe as condições iónicas iniciais ao deixar o sódio em excesso sair para o exterior da célula e o potássio entrar para o interior desta.
382
383 este processo ocorre segundo este padrão base em todas células (quer seja na fibra nervosa, na fibra muscular esquelética, na fibra contráctil, na fibra cardíaca ou na fibra muscular lisa), mas a relação que existe entre o número de canais de sódio, potássio e, em alguns casos, de cálcio faz com que o estímulo atinja valores mais ou menos elevados e que a membrana demore mais ou menos tempo a repolarizar em cada caso.
384
385
386 o período refractário
387
388
389 figura 6. na representação do primeiro canal, a célula encontra-se em repouso e pronta a ser estimulada. na segunda representação, no estado activado do canal de sódio, ocorre a entrada de sódio para o interior celular e despolarização. seguidamente, os canais de sódio começam a fechar e os de potássio começam a abrir. com a inactivação dos canais de sódio entra-se no período refractário absoluto. a membrana vai recuperando, lentamente, o potencial de repouso. um novo estímulo eficaz permite que sejam abertos canais de sódio que já se encontrassem em repouso, enquanto que os canais ainda inactivados permanecem inalterados. até ao momento em que todos os canais de sódio estejam activados está-se no período refractário relativo.
390 na figura 6 está representado um canal de sódio (em cima) e outro de potássio (em baixo), existentes na membrana.
391 os canais de sódio são um conjunto de subunidades proteicas que atravessam a membrana e que apresentam dois prolongamentos (comportas), um do lado exterior e outro do lado interior da membrana. durante o potencial de repouso da membrana a comporta exterior encontra-se fechada; a comporta interior está aberta.
392 quando provoco uma alteração na membrana, a subunidade sofre uma alteração conformacional. tal alteração pode ocorrer:
393 electricamente, fazendo passar uma corrente eléctrica através da membrana celular, provocando assim uma alteração conformacional da comporta do canal. sendo atingido um determinado valor a comporta abre e permite a passagem de sódio.
394 através de um receptor que esteja ligado à comporta: quando uma determinada substância (por ex. um intermediário químico, como a dopamina, acetilcolina, noradrenalina, entre outros) se liga ao receptor este é alterado, provocando assim a alteração conformacional da comporta que abre, permitindo a entrada de sódio.
395 quando o canal está totalmente aberto (ambas as comportas estão abertas), diz-se que está no estado activado. neste momento, devido à livre entrada de iões sódio, o potencial da membrana aumenta: sobe de -90 mv para +35mv. nos +35mv a conformação da comporta interna da membrana sofre uma alteração, fechando – estado inactivado. nesta fase, qualquer estímulo que actue do lado externo da membrana, por muito intenso que seja, não tem qualquer efeito: não tem a capacidade de permitir a passagem de sódio. a conformação inactivada dos canais de sódio é a base da refractariedade destes.
396 a paragem na entrada de sódio e a saída de potássio para o exterior celular permitem a repolarização da célula, levando à completa recuperação do potencial de repouso da membrana. nesta altura, já é possível activar o canal de sódio e, caso o estímulo seja eficaz, ocorre novo potencial de acção.
397 a transição do estado inactivado dos canais para o seu estado activado não ocorre em todos os canais ao mesmo tempo. existe um curto espaço de tempo, já no final do potencial de acção, no qual certos canais já se encontram no estado de repouso, enquanto que outros ainda estão no estado inactivado: este é o período refractário relativo. neste período é possível, com um estímulo eficaz, provocar a activação de alguns dos canais (dos que estavam no estado de repouso), mas não de todos, já que há canais ainda inactivados. deste modo, a resposta, que depende do número de canais de sódio activados, não tem uma amplitude normal. é o número de canais de sódio em activação ou inactivação que permite marcar no tempo o período refractário absoluto e relativo.
398
399 conductância
400
401
402 nesta imagem, fig.7, encontram-se curvas que representam: a) a corrente que pode passar através de canais de sódio e potássio e b) a facilidade com que se pode passar nos canais de sódio e potássio.
403 conductância é definida como a facilidade com que uma carga eléctrica atravessa uma membrana; conductância para o sódio é a facilidade com que o sódio atravessa uma membrana e conductância para o potássio é a facilidade com que o potássio atravessa uma membrana.
404 por análise do gráfico verifica-se que:
405 o potencial de repouso é devido a uma maior conductância para o potássio do que para o sódio;
406 ao estimular uma célula e ao provocar a abertura dos canais de sódio aumento imenso a permeabilidade/conductância para o sódio. deste modo ele entra para o interior celular provocando o aumento do potencial da célula e a sua despolarização;
407 quando a conductância para o sódio atinge um pico os canais de sódio começam a fechar – estado inactivado -, provocando a diminuição da conductância para este ião. inicia-se a repolarização da membrana;
408 ao mesmo tempo que a conductância para o sódio diminui, a conductância para o potássio começa subir, permitindo a saída do potássio para o exterior celular. é a saída de potássio para o exterior celular que, juntamente com a paragem de entrada de sódio, permite que o processo de repolarização ocorra.
409 quando o potencial começa a voltar à situação de repouso as conductâncias de sódio e potássio não são, ainda, exactamente iguais às iniciais: a conductância ao potássio permanece um pouco mais elevada, enquanto que a ao sódio normaliza. como o potencial da membrana depende da relação (o valor desta relação diminui, já que a conductância ao sódio estabiliza mas a conductância ao potássio é maior), ele torna-se mais negativo antes de ser atingido novamente o potencial de repouso – hiperpolarização. tal acontece porque a abertura e oclusão dos canais de potássio é muito mais lenta do que a dos canais de sódio.
410
411
412 mas como é que será que se estuda o movimento de iões? como é que se estudam as correntes dentro de uma célula nervosa e se sabe, a um determinado potencial, se as cargas se estão a mexer para dentro ou para fora?
413 as respostas a estas questões são dadas por uma preparação como a evidenciada na presente figura 8.
414
415 nesta figura está representado um eléctrodo colocado dentro da célula e ligado a um amplificador. este amplificador encontra-se conectado a um pequeno computador de modo a medir-se o potencial da célula. por outro lado, este também está ligado a uma caixa de estimulação que, por sua vez, estabelece comunicação com um outro eléctrodo, também colocado dentro da mesma célula.
416 deste modo é possível introduzir ou retirar corrente da célula em estudo de uma forma controlada. o computador permite a comparação da voltagem celular com o valor pretendido, ou seja, se a célula tem um potencial de -90mv mas pretende-se trabalhar a -40mv, introduz-se o valor de -40mv no computador e deste modo começa a ser introduzida corrente até se atingir o valor desejado. a esta voltagem fixa dá-se o nome de voltagem clamp. depois de tudo isto é possível variar as concentrações de potássio do lado de fora da célula. no entanto, no fim, é necessário ver o que é que há a compensar em termos de corrente fornecida para que não haja variação do potencial.
417 a clampagem de voltagem possibilita o estudo de correntes ao nível de canais.
418
419
420 actualmente é possível estudar a corrente num só canal e não num conjunto. para isto usa-se uma pipeta muito fina que apanha uma pequena parte da membrana, provocando-se o vácuo. deste modo a membrana entra para um eléctrodo assegurando que apenas exista um único canal em contacto com esse mesmo eléctrodo. cria-se então um só universo, mais concretamente, um mini-universo microscópico, em que tudo se desenvolve em torno de um canal. por meio das mesmas técnicas evidenciadas no caso anterior e mostradas na figura 8, é possível ver tudo o que se passa em termos de corrente de cada canal. através da soma de todos os resultados realizados para cada canal é possível reconstruir tudo o que ocorre ao nível da totalidade da célula.
421 em termos reais, com todo este processo consegue registar-se em cada canal o movimento de corrente bem como a sua direcção, ou seja, podem-se ver as direcções distintas da corrente de potássio e de sódio e, assim, concluir experimentalmente que a despolarização dá-se devido a correntes de sódio que se movem para o meio intracelular e a correntes de potássio que se movem para o meio extracelular.
422
423
424 <langue=br><sujet=potentiel-de-repos><num=39><source=http://emersonmarchesi.net/custom2.html>
425 biofísica
426
427 bioeletrogênese à estuda os fenômenos relacionados com os potenciais elétricos gerados pelos seres vivos, isto é, estuda o efeito da corrente elétrica nos seres vivos e o acúmulo de cargas elétricas nas células, chamado de biopotencial.
428
429 carga e matéria
430
431 a matéria pode ser considerada como constituída de 3 partículas elementares :próton, (carga positiva), nêutron e elétron, (carga negativa).
432
433 os átomos são constituídos por um núcleo denso, positivamente carregados, isto é, todos os prótons encontram-se nesta região, envolvido por uma nuvem de elétrons. o raio do núcleo varia desde 1x10-15 até 7x10-15m . o raio aproximado de uma nuvem eletrônica é de 1x10-10 m. lembrar, que atualmente foram descobertas outras partículas constituintes da matéria.
434
435 para se ter uma idéia da quantidade de átomos presentes na matéria, 1 cm3 de cobre tem aproximadamente 85x1022 átomos de cobre.
436
437 cargas e massas das três partículas elementares
438 partícula carga massa
439 próton +1,6 x 10-19c 1,67239.10-27 kg
440 nêutron 0 1,67470.10-27kg
441 elétron -1,6 x 10-19c 9,1083.10-31 kg
442
443
444 formas de eletrização: contato, indução e atrito.
445
446 benjamin franklin (1706-1790), foi quem primeiro chamou de positiva a eletricidade que aparece em um bastão de vidro, e negativa a que aparece num bastão de ebonite, ambos atritados num pêlo de animal.
447
448 origem do termo eletricidade: 600 a.c. filósofo grego tales de mileto observou que o âmbar atritado é capaz de atrair pequenos fragmentos de palha. elétrico = âmbar, que em grego se escreve elektrón.
449
450 diferença de potencial (u)
451
452 a força que ocasiona o movimento de elétrons livres em um conduto, formando uma corrente elétrica, é chamada força eletromotriz, tensão ou diferença de potencial. quando existe uma ddp entre dois corpos carregados que são ligados por um condutor, os elétrons fluirão ao longo do condutor. esse fluxo de elétrons se fará do corpo carregado negativamente para o corpo carregado positivamente, até que as duas cargas sejam igualadas e que não mais exista diferença de potencial.
453
454 membrana celular: estrutura
455
456 o modelo teórico atualmente aceiro para a estrutura da membrana é o do mosaico fluido, proposto por singer e nicholson. de acordo com o modelo, a membrana apresenta um mosaico de moléculas protéicas que se movimentam em uma dupla camada fluida de lípides.
457
458 ela apresenta basicamente duas funções:
459
460 regular as trocas de substancias entre a célula e o meio, através de uma propriedade chamada permeabilidade seletiva;
461
462 intervir nos mecanismos do reconhecimento celular, através de receptores específicos, moléculas que reconhecem agentes do meio, como, por exemplo, os hormônios.
463
464 potencial de repouso:
465
466 entre o líquido no interior de uma célula e o fluido extracelular há uma diferença de potencial elétrico denominada de potencial de membrana. esse potencial pode ser medido através de microeletrodos e um medidor de voltagem. uma ponta de um dos microeletrodos coloca-se no interior da célula e a outra no fluído extracelular. quando se colocam as duas pontas ou no líquido extracelular ou no interior da célula, temos uma diferença de potencial igual a zero.
467
468 na maioria das células, o potencial de membrana permanece inalterado, desde que não haja influencias externas. quando a célula se encontra nessa condição, dá-se o nome ao potencial de membrana, potencial de repouso. numa célula nervosa ou muscular, o potencial de repouso é sempre negativo, apresentando um valor constante e característico. nas fibras nervosas e musculares dos animais de sangue quente, o potencial de repouso situa-se entre -55mv e -100 mv. nas fibras dos músculos lisos, o potencial de repouso se encontra entre -30 mv e -55mv.
469
470 tanto o interior da célula como o meio extracelular, estão cheios de uma solução salina. em soluções salinas muito diluídas, a maior parte das moléculas se decompõe em íons. esses íons movem-se livremente numa solução aquosa. os fluídos, dentro e fora da célula, são sempre neutros, isto é, a concentração de ânions em qualquer local é sempre igual a de cátions, não podendo haver um acúmulo local de cargas elétricas nesses fluidos.
471
472 a membrana celular funciona como um capacitor. duas soluções condutoras se localizam em torno de uma camada isolante, a membrana celular. a superfície interna da membrana celular é coberta pelo excesso de ânions, enquanto que na superfície externa, há o mesmo excesso de cátions.
473
474 as concentrações de íons dentro e fora das células são bem diferentes. na parte interna a concentração de íons de potássio é bem maior que na parte externa. o oposto com os íons de cloro e sódio. a maior parte dos íons extracelulares não são íons de cloro, mas de grandes íons protéicos. acompanhe a tabela abaixo:
475
476 concentrações de iônicas de uma célula muscular de uma rã (10-3 mol/l)
477 íon concentração fora da célula concentração no interior da célula
478 potássio 2,25 124,0
479 sódio 109,0 10,0
480 cálcio 2,1 4,9
481 magnésio 1,25 14,0
482 cloro 77,5 1,5
483 íons orgânicos 13,0 74,0
484 hco3 26,6 12,4
485
486
487 o potencial de repouso pode ser avaliado pela concentração de íons positivos e negativos, dentro e fora da célula. ele é sempre observado quando há diferenças de concentrações iônicas dentro e fora. assim, essas diferenças de concentrações devem estar de alguma forma relacionadas à existência desse potencial.
488
489 numa célula em equilíbrio, há um afluxo constante de íons de sódio para o interior da célula e um escoamento constante de íons de potássio para o fluido externo. isso ocorre porque os potenciais gerados diferem do potencial de repouso. se através da membrana houvesse apenas o transporte passivo (íons de potássio), a célula teria suas concentrações iônicas alteradas. como essas concentrações são constantes, deve haver um outro tipo de transporte, denominado ativo, por ocorrer com dispêndio de energia. pois é no sentido oposto da força elétrica existente. sem o transporte ativo de íons através da membrana, haveria uma diminuição constante na concentração intracelular de potássio, e conseqüentemente um aumento do potencial de repouso. com um aumento do potencial de repouso menos negativo, a concentração intracelular de cloro aumentaria, o que poderia vir a igualar as concentrações de sódio, potássio e cloro presentes no espaço intracelular com as concentrações presentes extracelulares.
490
491 podemos dividir em dois tipos de transportes através da membrana celular: um ativo e outro passivo.
492
493 transporte ativo:
494
495 com gasto de energia, compreende:
496
497 fagocitose. - é um processo de alimentação de muitos protozoário unicelulares, que consiste no englobamento de partículas sólidas pela célula, através da membrana celular - a partícula é envolvida num vacúolo disgestivo, a partir do qual a matéria digerida passa depois para o citoplasma. a ingestão das partículas de alimento pode ser realizada por pseudópodes, como nos organismos amebóides, ou a própria célula pode ter um citostoma (o mesmo que boca celular ), como os ciliados, por onde entram as partículas de alimento.
498
499 pinocitose. - é um processo de endocitose em que a célula engloba uma substância em estado líquido, sem ser por difusão, mas por transporte activo através da membrana celular. é um sistema de alimentação celular complementar à fagocitose. é uma das formas como as células recebem grandes proteínas, inclusive hormônios, e como os pequenos vasos sanguíneos obtêm sua nutrição. neste processo a membrana celular invagina, desenvolvendo um pequeno saco para englobar as substâncias que deseja absorver. o saco então fecha e separa-se da membrana celular, transformando-se numa vacúolo que, dentro do citoplasma se junta a um lisossoma, que hidroliza as proteinas e fosfolipidos da membrana para libertar as substâncias que tem no interior. é um processo que requer energia, na forma de atp.
500
501 apt - adenosina tri-fosfato é uma molécula orgânica responsável pelo armazenamento de energia em suas ligações quimicas. é constituída por adenosina, uma base nitrogenada, associada a três radicais fosfato conectados em cadeia. a energia é armazenada nas ligações entre os fosfatos.
502
503 bomba de na+(sódio) e k+ (potássio)
504
505 um exemplo de fagocitose destinada à defesa são os glóbulos brancos (ou leucócitos), que fagocitam bactérias ou elementos prejudiciais ao organismo. quando os leucócitos ou glóbulos brancos morrem, no local onde combatem as bactérias, forma-se o pus.
506
507 transporte passivo:
508
509 sem gasto de energia, compreende:
510
511 osmose
512
513 é a passagem de solvente de um local com maior concentração de solvente para um local de menor concentração de solvente, através de uma membrana semipermeável e seletiva.
514
515 difusão
516
517 é a passagem de soluto de um local com maior concentração de soluto para um local de menor concentração de soluto, através de uma membrana semipermeável e seletiva. um bom exemplo de difusão, através da membrana plasmática, é o caso da entrada de oxigênio numa célula. como há um consumo constante de oxigênio pelas mitocôndrias na respiração, a concentração interna do gás é sempre baixa em relação ao meio externo. existe então entre a célula e o meio um gradiente de concentração (diferença de concentração), e as moléculas de oxigênio tendem a se mover do local de maior concentração (lado externo) para o local de menor concentração (citoplasma). por outro lado, o gás carbônico estará sempre em concentração alta no citoplasma. isto fará com que ocorra difusão constante desta substância para fora da célula.
518
519 o que sabemos sobre o funcionamento da bomba de sódio/potássio?
520
521 não conhecemos com exatidão a intimidade de tal sistema, mas postula-se que uma enzima chamada atpase, presente na membrana da célula, tenha dois estados funcionais. o primeiro, chamado de e1, o qual teria maior afinidade ao sódio e o segundo, chamado de e2, o qual teria maior afinidade ao potássio, e1 na presença de magnésio e atp captaria 3 moléculas de na do meio intracelular. o atp perderia o adp para o meio intracelular o que faria com que restasse o complexo e1 + mg + na + p na membrana. desta forma tal complexo torna-se instável, e o na é liberado contra seu gradiente de concentração para o meio extracelular. sobra na membrana então o complexo e1 + mg + p .só que e1 na ausência do na torna-se mais ávido pelo potássio e por ter este segundo estado funcional foi chamado de e2 ficando então: e2 + mg + p . tal complexo incorpora 2 moléculas de k captando-o do meio extracelular ficando então na membrana o complexo e2 + mg + k + p . logo tal complexo torna-se instável e faz com que o mg e o p se desprendam sobrando outro complexo instável que é e2 + k .então, o potássio se desprende e é liberado também contra um gradiente de concentração, mas agora no meio intracelular, e então e2 fica ávido por na sendo agora chamada de e1, e o ciclo se fecha. através de tal sistema, as células excitáveis, em particular os neurônios mantêm uma diferença de potencial entre o meio intra e extracelular. é chamado potencial de repouso.
522
523 soluções
524
525 a concentração de soluções é de importância fundamental na prática biológica.
526
527 soluto e solvente: na dissolução de uma substância em outra substância, a que se dissolveu (disperso) é chamada soluto e o meio em que foi dissolvida (dispersor) é chamada solvente.
528
529 solução aquosa - é aquela no qual o solvente é a água, solvente natural nos sistemas biológicos.
530
531 solução diluída - é aquela que contém proporções relativamente pequenas de soluto, enquanto a concentrada contém proporções relativamente maiores. soluções concentradas são somente possíveis quando o soluto é muito solúvel.
532
533 solução saturada - é aquela em que as moléculas do soluto em solução estão em equilíbrio com o excesso de moléculas não dissolvidas.
534
535 solução supersaturada - é aquela em que o soluto em solução está em maior proporção do que a solução saturada à mesma temperatura e pressão. são soluções instáveis e podem cristalizar-se.
536
537 a concentração de uma solução refere-se à quantidade de soluto em uma dada quantidade de solução.
538
539 tipos de soluções:
540
541 s. hipertônica: a concentração do soluto é maior que a concentração de solvente.
542
543 s. isotônica: a concentração do soluto é igual que a concentração de solvente.
544
545 s. hipotônica: a concentração do soluto é menor que a concentração de solvente.
546
547 potencial de ação:
548
549 são alterações breves e bruscas no potencial de repouso, principalmente de células nervosas e musculares.
550 o potencial de repouso é uma condição necessária para que essas células possam exercer suas funções especificas no organismo. às células nervosas cabe a função de recolher informações, distribuí-las pelo corpo, coordená-las. as células musculares, comandadas pelas células nervosas, podem se contrair ou se relaxar. durante o desempenho dessas funções, surgem alterações breves e características no potencial de membrana dessas células. na ausência de perturbações externas, os potenciais de membrana das células permanecem constantes e são denominados potenciais de repouso, com já sabemos. entretanto um estímulo externo ás células nervosas e musculares produz uma variação em seus potenciais de membrana. essas variações rápidas, que se propagam ao longo de uma dessas células, são denominadas potencial de ação.
551
552 o potencial de ação quando medido atinge um valor máximo de +30 mv rapidamente, e volta ao potencial de repouso mais lentamente. a duração do potencial de ação, por outro lado, difere bastante nos diversos tipos de células: nas células nervosas essa duração é de aproximadamente 1 ms, enquanto que nas células musculares cardíacas ela é maior que 200 ms.
553
554 podemos identificar nesse processo, duas fases:
555
556 fase de despolarização à quando se eleva o potencial de repouso para +20 mv ou +30 mv
557
558 fase da repolarização à quando ocorre o retorno do potencial de repouso para -90 mv
559
560 para haver a despolarização, é necessário que o potencial de ação atinja, pelo menos, -50 mv, valor este denominado de potencial limiar ou potencial de disparo.
561
562 uma fibra muscular isolada, quando estimulada, obedece á lei do tudo ou nada. se o estímulo for sub-limiar a fibra não responde, mas se for limiar ou supralimiar responde com intensidade máxima. a câimbra é um sinal que alguma coisa está errada. geralmente pode ocorrer devido ao acumulo de ácido lático, ou choque térmico, ou má circulação do sangue, ou falta de ca++, k+, mg++, etc.
563
564 em se tratando do espaço intracelular podemos assim acompanhar:
565
566 1. na abertura dos canais de sódio ocorre uma rápida despolarização
567
568 2. a célula fica positiva dentro e negativa fora (0,2 a 1 ms)
569
570 3. fecham-se os canais de sódio ocorrendo a repolarização
571
572 4. a bomba de sódio e potássio regula as concentrações iônicas, voltando ao potencial de repouso.
573
574 existe também o potencial eletrotônico. ele é um potencial gerado por correntes elétricas externas. provoca uma despolarização suficiente para desencadear o processo de equilíbrio de íons pela bomba de sódio e potássio. (ele atinge o potencial de limiar). ou ainda, é produto de um fluxo de corrente local que permite que a despolarização ocorra ponto a ponto, num efeito cascata onde há inversão da polaridade entre as 2 faces da membrana ponto a ponto. se o potencial eletrotônico não alcançar o limiar de ação, ele sofre um decremento e extingue-se, pois nada mais é que um potencial local que pode ou não ser sustentado.
575
576 ao olharmos para o coração, onde encontramos células musculares, podemos associar que durante a sístole temos um potencial de ação sendo gerado, e na diástole, temos uma despolarização espontânea, ou o potencial limiar.
577
578
579 fases do potencial elétrico celular:
580
581 potencial de repouso à o interior da célula tem grande quantidade de ânions protéicos. nessa situação a célula é dita polarizada. essa característica é comum a todas as células do organismo na ausência de estímulos eficazes.
582
583 excitabilidade celular à é a propriedade que a célula possui de alterar o seu pr quando submetida a estímulos eficazes.
584
585 despolarização celular à entrada de sódio
586
587 repolarização celular à saída de potássio
588
589 hiperpolarização celular à saída excessiva de potássio
590
591
592 eletrocardiograma à registra o traçado gráfico da atividade elétrica do coração.
593
594 batimentos cardíacos: (por minuto) de 60 a 120 à é considerado normocárdio
595
596 um ciclo cardíaco completo leva aproximadamente, 0,72 segundos
597
598 a magnitude e a forma das ondas em um ecg variam com a localização dos eletrodos. (derivações)
599
600 quando mais distante do coração os eletrodos estiverem menor será a amplitude das ondas.
601
602 derivações é a distribuição dos eletrodos, positivos e negativos, ligados ao eletrocardiógrafo. suas somas geram o ecg.
603
604 existem cerca de 40 derivações, porém, somente 12 são utilizadas:
605
606 3 bipolares dos membros
607
608 3 unipolares dos membros
609
610 6 unipolares do tórax
611
612 potencial marcapasso:
613
614 despolarização espontânea durante a diástole
615
616 células do nódulo sinoatrial (sa) - 80 vezes por minuto
617
618 células do nódulo átrio-ventricular (av) - 60 vezes por minuto
619
620 células do feixe de his - 20 a 40 vezes por minuto
621
622 responsável pelo ritmo cardíaco no ser humano
623
624
625 seqüência rítmica:
626
627 potencial do marcapasso potencial limiar potencial de ação
628
629 potencial de repouso
630
631
632
633 ciclo cardíaco:
634
635 despolarização do miocárdio atrial
636
637 despolarização ventricular
638
639 repolarização ventricular
640
641 despolarização tardia
642
643 potencial marcapasso:
644
645 despolarização espontânea durante a diástole
646
647 células do nódulo sinoatrial (sa) - 80 vezes por minuto
648
649 células do nódulo átrio-ventricular (av) - 60 vezes por minuto
650
651 células do feixe de his - 20 a 40 vezes por minuto
652
653 responsável pelo ritmo cardíaco no ser humano
654
655 ciclo cardíaco:
656
657 despolarização do miocárdio atrial
658
659 despolarização ventricular
660
661 repolarização ventricular
662
663 despolarização tardia
664
665
666 <langue=br><sujet=potentiel-de-repos><num=40><source=http://curlygirl3.no.sapo.pt/nervoso.htm>
667
668 como se forma e transmite o impulso nervoso num neurónio?
669
670 estudos revelaram que o interior dos neurónios é carregado negativamente, em relação ao exterior. a diferença de cargas através da membrana plasmática do neurónio designa-se potencial de membrana. este, num neurónio não estimulado ou em repouso, corresponde ao potencial de repouso.
671
672 este estado permite ao neurónio responder a estímulos pois estas células são sensíveis a factores físico-químicos que alterem o potencial de repouso numa zona da sua membrana. a alteração mais drástica do potencial de membrana corresponde ao impulso nervoso, que não é mais que uma inversão brusca das cargas através da membrana plasmática do neurónio. o impulso nervoso é, por esse motivo, designado potencial de acção, revelando o contraste com o potencial de repouso.
673
674 nos neurónios as cargas eléctricas deslocam-se como iões e não como electrões. esses iões são principalmente sódio (na+), cloro (cl-), potássio (k+) e cálcio (ca2+) e deslocam-se através de canais proteicos e bombas de iões, inseridas na bicamada fosfolipídica da membrana plasmática do neurónio.
675
676 a bomba de iões mais importante nas membranas dos neurónios é a chamada bomba sódio-potássio, que, como qualquer outra bomba de iões, desloca iões contra o seu gradiente de concentração com gasto de energia (no caso, retira sódio da célula e introduz potássio).
677
678 os canais proteicos são poros revestidos por proteínas que permitem a difusão, sem gasto de energia portanto, de moléculas entre o interior e o exterior da célula. estes canais são geralmente específicos de um dado tipo de ião e, no caso dos neurónios, podem ser abertos ou fechados , quer pela passagem de corrente eléctrica pela membrana, quer quimicamente (ligação de uma outra molécula reguladora às proteínas do canal).
679
680 no neurónio em repouso, os canais abertos de potássio são os mais comuns, tornando a membrana muito mais permeável a este ião que a qualquer outro. este facto permite perceber o potencial de repouso, pois o potássio (cuja concentração elevada é mantida com gasto de energia pela bomba sódio-potássio) tende a difundir-se para fora do neurónio pelos canais de potássio. esta saída contínua de iões positivos deixa para trás um excesso de iões negativos, causando uma diferença de potencial de cerca de -60 mv.
681
682 se forem os canais de sódio a abrir, ocorrerá uma entrada maciça destes iões e uma alteração da posição das cargas, que se invertem em relação ao estado de repouso - despolarização. se, pelo contrário, forem os canais de cloro a abrir, ocorrerá um aumento da diferença de potencial, ou seja o interior do neurónio tornar-se-á ainda mais negativo - hiperpolarização.
683
684 torna-se aparente que a abertura e o fecho de canais de iões, com as consequentes alterações de polaridade da membrana, é a chave da resposta dos neurónios aos
685 relação entre o potencial de membrana de um neurónio e o impulso nervoso
686
687 estímulos mas estes fenómenos são de pouca duração no tempo e no espaço. para transmitir informação mais eficientemente, os neurónios utilizam os chamados potenciais de acção.
688
689 o potencial de acção é uma alteração brusca e intensa do potencial de membrana, durando apenas cerca de 1 ou 2 milisegundos. deslocam-se ao longo do axónio a velocidades que atingem os 100 m/s.
690
691 os canais proteicos de sódio, regulados electricamente, são os principais responsáveis pela formação do potencial de acção. quando a membrana está em repouso estes canais estão fechados, na sua grande maioria. quando o potencial de membrana atinge um dado valor (cerca de 5 a 10 mv mais positivo que o potencial de repouso), abrem muito rapidamente, durante menos de 1 milisegundo. no entanto, este período de tempo é suficiente para que entre uma enorme quantidade de iões sódio, cuja concentração externa é mantida artificialmente alta pela bomba sódio-potássio. assim, ocorre uma despolarização da membrana do axónio pois os iões positivos não só anulam o excesso de cargas negativas, como as ultrapassam largamente atingindo-se uma diferença de potencial de + 50 mv.
692 relação entre o número de canais iónicos abertos e o potencial de acção
693
694 após a despolarização é necessário que o neurónio volte ao seu estado de repouso, ou seja, deve ocorrer uma repolarização da membrana. novamente, são os canais de sódio os principais responsáveis pela repolarização, pois rapidamente voltam a fechar, permitindo que a bomba sódio-potássio reponha as concentrações e a diferença de potencial de repouso. alguns neurónios também têm canais de potássio sensíveis à passagem de corrente, que abrem e fecham mais lentamente que os de sódio, fazendo com que a saída de potássio acelere a retirada das cargas positivas em excesso na célula.
695
696 os canais de sódio são igualmente responsáveis pelo chamado período refractário do neurónio, ou seja, um breve momento de cerca de 1-2 milisegundos em que não se pode gerar potencial de acção. este facto decorre de os canais permanecerem fechados durante esse período, antes de se abrirem de novo, espontaneamente. por esse motivo, durante um breve período, a membrana está hiperpolarizada. assim, o potencial de acção apenas se pode deslocar num sentido, nunca retrocedendo na membrana do neurónio.
697
698 este mecanismo parece necessitar de um enorme volume de iões em deslocação quase instantânea através da membrana do neurónio mas tal não é real, basta a deslocação de um em cada 10 milhões de iões presentes na célula para gerar o potencial de acção, significando que é bastante fácil para a bomba sódio-potássio manter esta bateria iónica sempre carregada, mesmo em neurónios que geram potenciais de acção centenas de vezes por minuto.
699
700 a velocidade a que o potencial de acção se desloca num neurónio varia, sendo tanto maior quanto maior for o diâmetro do axónio. em animais invertebrados esta é uma das maneiras de regular a velocidade de resposta do animal, com alguns axónios de resposta rápida (como os de comando dos tentáculos predadores de uma lula) a atingir 1 mm de diâmetro.
701
702 a importância dos canais de sódio e potássio na excitação dos neurónios levou a que numerosos organismos tenham desenvolvido toxinas poderosas que atacam especificamente essas estruturas celulares, tanto como mecanismos de defesa como de ataque. destas substâncias, a mais conhecida é tetrodotoxina, produzida por certos tipos de peixe balão e alguns outros animais, que bloqueia os canais de sódio, impedindo a geração de potencial de acção e paralisando os organismos que a ingerem.
703
704 a saxitoxina, um homólogo químico da tetrodotoxina, é produzida por dinoflagelados e os seus efeitos são semelhantes. é esta a causa de perigo, quando em presença das chamadas marés vermelhas, da ingestão de bivalves (que se alimentam de dinoflagelados).
705
706 os escorpiões paralisam as suas vítimas injectando uma potente mistura de toxinas pépticas que também afectam os canais iónicos dos neurónios, entre elas as alfa-toxinas, que prolongam o potencial de acção, confundindo o s.n.c. das suas vítimas prestes a ser devoradas. outro tipo de substância do veneno de escorpião, as beta-toxinas, alteração os valores de diferença de potencial a que os canais de sódio abrem, fazendo com que abram a valores muito mais baixos do que os esperados e descoordenando o sistema nervoso da vítima.
707
708 outros animais produzem substâncias que combinam essas duas acções, como a batracotoxina, produzida por algumas espécies de rãs tropicais sul-americanas. esta poderosa toxina alcalóide é usada por tribos sul-americanas para as suas setas envenenadas.
709
710 este tipo de arma neurológica anti-canais de sódio não é exclusiva dos animais, pois numerosas plantas produzem substâncias semelhantes, como a aconitina (jarros), veratridina (género lilium) e numerosas toxinas insecticidas produzidas por crisântemos e rododendros.
711
712 os canais de potássio também são alvos de toxinas, como por exemplo a dendrotoxina produzida por vespas, apamina por abelhas, caribdotoxina ainda outro tipo de toxina produzida por escorpiões, entre outras. todas estas têm como acção principal o bloqueio dos canais de potássio no neurónio.
713
714 o potencial de acção pode deslocar-se a longas distâncias sem perda de sinal, o que é fundamental na sua função no animal. o potencial de acção pode ser descrito como um acontecimento do tipo tudo ou nada, que se auto-regenera, pois depende apenas de os canais de sódio estarem ou não abertos e por criar diferenças de cargas que provocam a abertura de novos canais mais à frente na membrana (a entrada de iões positivos torna o citoplasma menos negativo e assim atinge-se o potencial crítico que inicia a abertura dos canais de sódio). assim, se existe um potencial de acção numa parte da membrana, haverá um estímulo para as regiões adjacentes gerarem potencial de acção e assim sucessivamente.
715
716 <langue=br><sujet=potentiel-de-membrane><num=41><source=http://www.geocities.com/~malaghini/potencial1.html>
717 potencial de membrana celular
718 o mais importante exemplo de transporte ativo presente na membrana das células excitáveis é a bomba de sódio e potássio.
719
720 tal bomba transporta, ativamente e constantemente, íons sódio de dentro para fora da célula e, ao mesmo tempo, íons potássio em sentido contrário, isto é, de fora para dentro das células.
721
722 mas os íons (sódio e potássio) não são transportados com a mesma velocidade: a bomba de sódio e potássio transporta mais rapidamente íons sódio (de dentro para fora) do que íons potássio (de fora para dentro).
723 para cada cerca de 3 íons sódio transportados (para fora), 2 íons potássios são transportados em sentido inverso (para dentro).
724
725 isso acaba criando uma diferença de cargas positivas entre o exterior e o interior da célula, pois ambos os íons transportados pela bomba (sódio e potássio) são cátions (com 1 valência positiva), e a bomba de sódio e potássio transporta, portanto, mais carga positiva de dentro para fora do que de fora para dentro da célula.
726
727 cria-se assim um gradiente elétrico na membrana celular: no seu lado externo acaba se formando um excesso de cargas positivas enquanto que no seu lado interno ocorre o contrário, isto é, uma falta de cargas positivas faz com que o líquido intracelular fique com mais cargas negativas do que positivas.
728
729 o gradiente elétrico então formado é conhecido como potencial de membrana celular. na maioria das células nervosas tal potencial equivale a algo em torno de -90mv.
730
731
732 <langue=br><sujet=potentiel-de-membrane><num=42><source=http://www.sogab.com.br/floresdias/potencial.htm>
733 potencial de membrana celular
734
735 o mais importante exemplo de transporte ativo presente na membrana das células excitáveis é a bomba de sódio e potássio.
736
737 tal bomba transporta, ativamente e constantemente, íons sódio de dentro para fora da célula e, ao mesmo tempo, íons potássio em sentido contrário, isto é, de fora para dentro das células.
738
739 mas os íons (sódio e potássio) não são transportados com a mesma velocidade: a bomba de sódio e potássio transporta mais rapidamente íons sódio (de dentro para fora) do que íons potássio (de fora para dentro).
740 para cada cerca de 3 íons sódio transportados (para fora), 2 íons potássios são transportados em sentido inverso (para dentro).
741
742 isso acaba criando uma diferença de cargas positivas entre o exterior e o interior da célula, pois ambos os íons transportados pela bomba (sódio e potássio) são cátions (com 1 valência positiva), e a bomba de sódio e potássio transporta, portanto, mais carga positiva de dentro para fora do que de fora para dentro da célula.
743
744 cria-se assim um gradiente elétrico na membrana celular: no seu lado externo acaba se formando um excesso de cargas positivas enquanto que no seu lado interno ocorre o contrário, isto é, uma falta de cargas positivas faz com que o líquido intracelular fique com mais cargas negativas do que positivas.
745
746 o gradiente elétrico então formado é conhecido como potencial de membrana celular. na maioria das células nervosas tal potencial equivale a algo em torno de -90mv.
747
748
749 <langue=br><sujet=potentiel-de-membrane><num=43><source=http://www.colegioanchieta-ba.com.br/profs/fisica/fis_bat/potencial%20de%20membrana.doc>
750
751 potencial de membrana
752 uma análise física e biológica
753
754 potencial de membrana
755
756 introdução
757
758 o ser biológico e, portanto, o ser humano também é definido pelo que é e pelo que faz. considera-se que um ser humano está vivo, quando está em atividade biológica, física, química e elétrica e mais recentemente eietromagnética. todos estes fenômenos devem trabalhar em conjunto para que a vida possa existir, e tanto é assim que para definirmos a morte de um indivíduo, determinamos se há ou não morte cerebral, ou seja, investigamos com auxílio da semiologia e de exames subsidiários quais são as condições da vascularização cerebral, atividade reflexa de tronco cerebral e atividade elétrica cerebral.
759
760 o mestre médico, físico e matemático avicena (séc. x), postulou que o homem só existia como tal, pois interagia com o meio ambiente, e só o fazia, pois o meio existia, e que disfunções orgânicas e mentais só existiam em situações de extrema e traumática estimulação por parte do meio, e/ou uma má associação (interpretação dos fatos), e conseqüentemente uma resposta (motricidade), deturpada. tal afirmação de avicena mostrou-se correta, muitos séculos depois, com experimentos onde se privou o animal de todo e qualquer tipo de influxos sensitivos (através de lesões provocadas em áreas específicas do tronco cerebral), sendo que nesta situação o animal entrou em coma.
761
762 a atividade psicosocial existe quando o indivíduo relaciona-se com o meio ambiente, e obviamente para isto, ele deve ser teus sistemas funcionando adequadamente, pois só assim seu relacionamento com o meio será pleno em todos os sentidos. quem comanda esta relação é o sistema nervoso central e periférico através da sensibilidade responsável por receber as informações do ambiente (visual, auditiva, táctil, olfativa, gustativa e magno elétrica, esta última carece de mais estudos físicos quânticos), através da associação (atenção, memória, praxia, gnosia, linguagem, reflexos, etc...) e através da motricidade que permite respondermos ao ambiente (motricidade esquelética, cardíaca e lisa, e secreções e etc...).
763
764 bem, mas como o sistema nervoso comanda esta relação tão complexa com o ambiente (relação psicoorgânicosocial), e consigo mesmo (relação homeostática).
765
766 basicamente através de reações químicas, físicas e elétricas. mas, como ele (o sn), é capaz de gerar eletricidade, codificá-la, conduzi-la e distribuí-la para o lugar exato no momento exato, para funções exatas (exemplo: sensibilidade, motricidade, reflexo, emoção, memória, etc...)
767
768 podemos dizer que os seres vivos são máquinas que funcionam a base de eletricidade. como a célula é a menor expressão de um ser vivo logo é fácil observar diferenças de potenciais elétricos entre os lados da membrana celular.
769
770 a origem desses potenciais é uma distribuição assimética de íons, especialmente de na+, k+, cl– e hpo4, fundamentalmente, o k+.
771
772 o sistema nervoso central (snc) está formado por células de dois tipos fundamentais: as excitáveis, com função de comunicação (célula nervosa, neurônio), e as da glia, com função de suporte mecânico e energético das primeiras. a célula nervosa consta, como toda célula, de um citoplasma rodeado de uma membrana. o citoplasma, de consistência de gel, contém todas as organelas que suportam as funções vitais da célula e que sintetizam substâncias que, quando liberadas pela membrana, podem atingir receptores de outras células e excitá-las.
773
774 a membrana celular, de longe a mais importante estrutura deste tipo de células, consta de duas capas externas de moléculas protéicas, e uma interna de moléculas lipídicas. é permeável em forma seletiva a diversas substâncias, por exemplo, a água. outras podem passar esta membrana quando cumpridas certas condições, como, por exemplo, serem previamente desdobradas e/ou acopladas a determinados radicais químicos. um exemplo seria o da glicose, que deve ser previamente fosforilada com um radical atp em presença de uma enzima facilitadora, a ­atpase, e mediante o consumo de energia obtido pela redução do atp para adp. a reconversão desta para atp requer energia obtida no ciclo de krebs, com o consumo de glicose e o2 e liberação de co2, água e calor. a integridade destes mecanismos metabólicos é fundamental para a correta função do sistema auditivo.
775
776 podemos imaginar a membrana como um capacitor no qual as duas soluções condutoras estão separadas por uma delgada camada isolante, a membrana celular.
777
778 as cargas elétricas em excesso, que provocam a formação de um potencial elétrico, se localizam em torno da membrana celular: a superfície interna da membrana é coberta pelo excesso de ânios(–), enquanto que, na superfície externa, há o mesmo potencial cátions(+) falta de elétrons.
779 o potencial de membrana existe sob duas formas principais: o potencial de repouso e o potencial de ação.
780
781 bem, vamos aprender como ele gera eletricidade, a codifica e a conduz.
782
783 sabemos que toda célula pode ser considerada, mesmo que grosseiramente, como sendo um compartimento com uma solução aquosa. tal compartimento separa-se de um outro compartimento (extracelular), por meio de uma membrana plasmática semipermeável.
784
785 como a própria nômina permite-nos concluir, tal membrana semipermeável permite a passagem de alguns elementos livremente (na, k, ci,...), e impede a passagem de outros elementos (proteínas). a diferença de concentração dos diversos elementos intra e extracelulares faz-se presente em vista de um complicado sistema que os mantém aparentemente desequilibrados, e que assim permite a existência de um potencial elétrico.
786
787 na verdade tal potencial só existe, pois há uma diferença relativa de cargas elétricas entre o meio extracelular e o meio intracelular, sendo este (o intracelular), negativo e aquele (o extracelular), positivo.
788
789 em primeiro lugar, quem ou o que carrega carga elétrica neste sistema permitindo a diferença de tal potencial
790
791 sem dúvida, elementos como sódio, potássio, magnésio, cloreto e proteínas além de muitos outros, mas de menor importância. sabemos que o sódio, potássio e magnésio são cátions, pois carregam cargas definidas como positivas (+), já o cloreto e as proteínas são ânions, pois carregam cargas negativas (–). naturalmente a distribuição destes elementos no meio intra e extracelular tem de ser desigual, a fim de manter o potencial elétrico, ou seja, a fim de manter o meio intracelular eletricamente negativo quando comparado com o meio extracelular. temos um gradiente de concentração maior no meio extracelular para o sódio e cloreto, e para o meio intracelular para o potássio e proteínas. tais elementos, exceto as proteínas trafegam pela membrana através de canais iônicos mais ou menos específicos que permitem ou não a passagem destes elementos dependendo de suas características físicas e elétricas.
792
793 mais porque existe uma maior concentração de sódio no exterior da célula e de potássio no interior, visto que ambos fluem livremente pela membrana através de seus canais iônicos.
794
795 por dois motivos que atuam em conjunto, a busca incessante do equilíbrio eletroquímico e um sistema translocador de cátions ou também chamado de sistema atpásico, transporte ativo primário ou ainda bomba de na/p, que gasta energia para manter esse desequilíbrio que estabelece a diferença de potencial elétrico (ddp) .
796
797 mas como funciona este sistema
798
799 as substancias que mais interessam aos efeitos da geração das capacidades condutiva das células nervosas são o na+, o ca++ e, fundamentalmente, o k+. espontaneamente, as proteínas do citoplasma tendem a tornar o meio interno negativo com respeito ao externo da célula que permanece constante, pois elas são geradas dentro da célula cuja membrana lhes é intransponível. o na+ e o k+ poderiam circular através da membrana celular livremente e tenderiam, então, a entrar ou sair dela para procurar um equilíbrio de gradientes químicos e elétricos. porém, um mecanismo, chamado bomba de sódio e potássio impede a entrada do na+ e expulsa as moléculas que, eventualmente, estiverem no citoplasma.
800
801 o processo ocorre mediado por carregadores , moléculas de substâncias que, por terem afinidade específica com as moléculas a serem transportadas, unem-se a elas, formando uma nova molécula que já não está submetida ao gradiente eletroquímico ou de concentração e que pode, assim, difundir-se através da membrana. o processo específico do na+-k+ é intermediado por um transportador, que é uma molécula enzimática formada por uma globulina combinada a uma glicoproteina, ambas de peso molecular 95.000 e 55.000 respectivamente, que recebem o nome de atpase sódio-potássio . esta atpase tem grande afinidade por na+ e também por k+, de modo que inicia o processo se unindo a três moléculas de na+ no interior da célula. na face exterior da membrana, a molécula de na+ é liberada da união ficando impossibilitada de reingressar na célula, apesar do gradiente de concentração ser favorável, por causa da sua insolubilidade nos lipídios da membrana. na mesma reação, que é exotérmica e não requer energia, duas moléculas de k+ ocupam o lugar do sódio e são, por sua vez, transportadas – contra gradiente químico de ate 34 para 1 – para o interior da célula. no interior desta, a combinação magnésio-atp é hidrolisada em magnésio-adp e po4---, com liberação de energia, que a atpase usa para diminuir sua afinidade pelo potássio (que é, então, liberado no interior celular) e readquirir afinidade específica pelo na+ para iniciar, assim, um novo ciclo de transporte. notamos, então, que somente o processo intracelular de liberação do k+ é consumidor de energia, que é fornecida pela conversão atp da adp. a passagem por difusão do sódio e do potássio nos sentidos dos gradientes existem, porém, em quantidades muito menores que o processo ativo mencionado. o processo energético está representado na figura e o global da bomba trans-membrana na figura.
802
803
804 o resultado é um acúmulo de cargas positivas no exterior celular. este potencial de ação é mantido ativamente, com consumo de energia, já que ele existe contra o gradiente químico (de concentração). a membrana fica, então, configurada como repositório de energia potencial que será necessária para a ação seguinte, a despolarização. o interior de célula é sempre negativo em relação ao exterior. nos neurônios, são comuns valores de 70 a 80 mv de diferença de potencial. nas células ciliadas externas há uma situação diferente, pois elas estão imersas pela extremidade superior na endolinfa, que possui um potencial positivo adicional. desse modo, essas células estão 80 mv mais negativas que a perilinfa, e 125 mv mais negativas que a endolinfa.
805
806 lembraremos, neste ponto, que cada célula nervosa possui um longo pseudópodo , o axônio, e também outros similares, em grande número e muito mais curtos, que são os dendritos. pelo axônio circularão os potenciais eferentes (os que se afastam da célula) e pelos dendritos, os aferentes (que se aproximam dela). em todo caso, ambos estão constituídos por citoplasma e membrana, tal como o corpo da célula. a única diferença é que o axônio não pode ser diretamente excitado por estímulos externos, mas somente pelo próprio corpo neuronal em processo de despolarização. do ponto de vista prático, isso significa que o potencial de ação do axônio só pode ter início no ponto de união com o corpo celular.
807
808 diversos tipos de estímulos podem chegar à superfície da célula ou a um dendrito. dependendo do intermediário liberado pela célula excitadora, ela reagirá, seja diminuindo o nível de polarização da membrana (estímulos excitatórios), seja aumentando-o (estímulos inibidores). quando a somatória (que pode ser espacial, com adição de distintos estímulos acontecendo em diferentes lugares da membrana, ou temporal, com sucessivos estímulos no mesmo local) de estímulos de ambos os tipos diminui o potencial de membrana, existe um determinado nível de polarização, variável para cada tipo de célula, a partir do qual se desencadeia um processo de despolarização total da membrana. esse potencial crítico é chamado de limiar de despolarização.
809
810 curva demonstrativa de um potencial de ação. veja o aumento progressivo do potencial de repouso (área cinza) até chegar ao limiar de disparo. este aumento pode ser automático (nas células que determinam, por exemplo, o ritmo cardíaco) ou provocado por potenciais pós-sinápticos excitatórios, ou bem, como no caso dos estéreo-receptores, por estímulos físicos (mecânicos, térmicos, luminosos, etc).
811
812 quando alcançado esse limiar, produz-se a abertura de canais de cálcio na membrana celular. estes são pontos na superfície da membrana que, sob ação de enzimas especificas, formam um poro permeável em forma específica para alguma substância, neste caso o cálcio. esta entrada de ca++ produz a apertura de canais de na+ que, por sua vez, permitem seu afluxo maciço (por gradiente de concentração) para o citoplasma, tornando-o mais positivo do que a superfície externa da membrana, ou seja, invertendo sua polarização. esse processo dura, aproximadamente, dez milisegundos e começa a ser revertido imediatamente, inicialmente devido à movimentação do k+ para o exterior da célula. esta situação restaura progressivamente a polarização inicial, que é completada quando, por ação da bomba de na+ novamente funcionante, este volta a ser expulso para o exterior, substituindo o k+ que, paralelamente, começa a entrar na célula. este processo dura, aproximadamente, 15 milissegundos (ver figura) na célula ciliada auditiva. devemos ressaltar que, durante o processo, a célula perde a sua energia potencial e fica incapacitada de ser novamente excitada, situação que somente voltará após o processo de restauração do potencial de repouso pela atpase (bomba de na+/k+). este período é chamado de
813 período refratário. vemos, então, que o potencial de ação é um processo que, uma vez iniciado, cumpre um ciclo que só acaba uando restabelecido o potencial de repouso. é um processo de tudo ou nada , sempre da mesma intensidade e que independe do tipo de estímulo que o provocou ou de qualquer outra situação simultânea. o período refratário, que possui uma fração absoluta e outra relativa, pode ser superado por estímulos suficientemente grandes o que permitiria ritmos de disparo mais rápidos.
814
815 polarização elétrica durante o potencial de ação mostrando com a situação dos canais de na+ e k+ em cada fase.
816
817 uma característica do processo citado acima é que ele acontece numa região da membrana, e não em toda ela. as regiões vizinhas vêem seu potencial diminuir por influência do fenômeno acontecendo no ponto despolarizado até quem finalmente, alcançado o ponto limiar, sofrem um idêntico processo de despolarização. este processo se repete até que toda a membrana tenha passado pelo processo, e isso inclui o axônio, que, devido a seu comprimento, transmitirá essa despolarização à distância.
818
819 a condução nervosa
820
821 logo a seguir do desencadeamento de um potencial de ação, que sempre se produz num dendrito ou no corpo celular, a reação se propaga em forma centrifuga. isto é conseqüência da existência do período refratário, que impede que o estímulo se propague apenas no sentido da região da membrana que esteja ainda polarizada. a propagação é, então, unidirecional quando considerado todo o neurônio e irá propagar pelo axônio celular até o seu extremo.
822
823
824 um neurônio. vemos o corpo e os dendritos, o axônio e as ramificações com os terminais pré-sinápticos, e a bainha de schwann com os nódulos de ranvier [10i]. (figura ao lado)
825
826 potencial de ação (início e propagação)
827
828 potencial de ação em progressão. em azul, despolarização. em verde, período de repolarização, refratário;
829
830 embora todos os impulsos nervosos sejam iguais durante o seu percurso pela membrana celular do axônio, eles podem ter diferentes resultados, uma vez que alcançam o final do axônio, onde se forma uma sinapse.
831
832 potencial de ação avançando. observe a seqüência dos canais de sódio (fechado, aberto, desativado, fechado) na medida em que o distúrbio no potencial de membrana avança. o potencial de cálcio só pode viajar afastando-se do local de origem, porque os canais de sódio atrás dele estão fechados (e a membrana, em período refratário). veja que os valores do potencial de membrana permanecem iguais antes e depois do distúrbio, o que determina a não diminuição do potencial de ação durante o percurso.
833
834 como veremos a seguir, em toda sinapse há a intermediação de transmissores químicos e alguns destes podem ser excitatórios da célula seguinte e outros podem ser inibidores. portanto, uma troca da função dos intermediários pode inverter o significado do impulso que percorre a célula.
835
836 não existe transferencia elétrica no processo de condução nervosa e, portanto, o axônio não é um condutor elétrico, mas um condutor de informação cujos sinais são a liberação de intermediários químicos no final do percurso. o que impõe que haja, no final, um sistema capaz de reconhecer estes intermediários e reagir a eles de alguma maneira. cada potencial desencadeado e transmitido se constitui em uma única e indivisível unidade de informação.
837
838 uma variedade do sistema de transmissão está representada pela existência de axônios com fibra nua e outros com fibra mielinizada. nestes, a fibra possui uma cobertura de células de schwann, que possuem uma proteína chamada mielina. ela é isolante e age como dielétrico fracionado em segmentos separados pelos nódulo de ranvier. nestes últimos, a fibra está exposta. o impulso nervoso pula de nódulo em nódulo (por transporte de potencial elétrico pelo meio ionizado intracelular) e isso acelera a velocidade de transmissão. a maior parte dos nervos motores e sensitivos estereoceptivos são deste tipo, incluindo o nervo acústico.
839
840 este sistema translocador de cátion, também auxilia na manutenção de um volume celular adequado, visto que enviando uma quantidade maior de na para o meio extracelular, estará também enviando água para aquele meio, água que anteriormente havia sido atraída pela pressão oncótica (protéica) para o meio intracelular, já que as proteínas não são difundíveis pela ou através da membrana.
841
842 através de tal sistema, a célula excitável, em particular os neurônios mantém uma diferença de potencial entre o meio intra e extracelular. é chamado potencial de repouso.
843
844 mas, o que é o potencial de repouso
845
846 o potencial de repouso ou também chamado de potencial de membrana corresponde à diferença de potencial elétrico encontrado entre a face interna e externa da membrana plasmática semipermeável. tal membrana deve estar livre de influências (estímulos), externas e tal potencial (em torno de -70 mv), deve ser estável para que seja um potencial de repouso, ou seja, não pode estar variando no período de tempo em que foi definido, pois se houver variação receberá outras nôminas como potencial eletrotônico, potencial de ação.
847
848 como os íons passam através da membrana
849
850 através de canais específicos para cada íon que permite a passagem de tais íons dependendo de seu tamanho molecular e de suas cargas elétricas, pois tais canais também têm cargas elétricas específicas que atraem este ou aquele íon, mudando a sua configuração molecular (abrindo os portões), e assim permitindo o influxo ou efluxo do íon. existem muitas teorias de como estes canais funcionam, mas todas são passíveis de comparação científica final. veja esquema abaixo.
851
852 quais são os fatores que influenciam na velocidade de condução do potencial de ação
853
854 a velocidade de condução do potencial de ação depende de vários fatores:
855
856 1 - capacitância da membrana: quanto maior a capacitância, menor é a velocidade de condução, já que é necessário maior tempo para descarregar o capacitor (membrana no caso)
857
858
859 2 - resistência (interna e da membrana): quanto maior a resistência, menor é a velocidade de condução. r = rl/ pi o elevado ao quadrado. onde r é a resistência específica do condutor e p é o diâmetro do condutor.
860
861
862 3 - diâmetro da fibra nervosa: quanto maior o diâmetro da fibra, maior é a velocidade, pois se por exemplo houver a duplicação do raio da fibra nervosa, haverá aumento da capacitância da membrana por um fator 2, e uma redução da resistência da membrana por um fator 2, e uma redução da resistência interna (citoplasmática), por 4. como a redução da resistência supera o aumento da capacitância, o resultado é o aumento da velocidade de condução. ver fórmula de resistência, item 2.
863
864 4 - mielina: fibras mielinizadas conduzem muito mais rapidamente que fibras não mielinizadas, visto que as fibras mielilnizada tem menor capacitância, portanto descarregam mais rapidamente, além do mais a resistência interna não se modifica. somente a resistência da membrana aumenta. além disto, os pontenciais de ação, são gerados somente em locais de alta condutância, os chamados nodos de ranvier, que são espaços que aparecem a cada 1 a 2 mm, permitindo a chamada condução saltatória.
865
866 5 - temperatura: quanto maior a temperatura, maior é a agitação molecular, aumentando conseqüentemente o fluxo iônico e a velocidade de condução do potencial elétrico.
867
868
869 como podemos medir o potencial de repouso
870
871 entre o líquido no interior de uma célula e o fluido extracelular há uma diferença de po­tencial elétrico denominada 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 (pon­to a), e ao líquido extracelular (ponto b), como mostra a figura. esses eletrodos são, em geral, capilares de vidro, com uma ponta com menos de 1 m de diâmetro, contendo uma solução condutora de kci. essa solução está em contato com o medidor de voltagem por meio de um fio metálico. a figura mostra o resultado de uma experiência típica para medir a diferença de potencial elétrico entre as partes externa e interna de uma célula. para isso colocam-se, inicial­mente, os eletrodos a e b no líquido extracelular. a seguir o eletrodo a é colocado no interior da célula. o deslocamento do eletrodo a é indicado na figura pela variação de x, coorde­nada na direção perpendicular à membrana de espessura d.
872
873 quando as pontas dos dois eletrodos estão no meio externo, a diferença de potencial medida v é nula, indicando que o potencial elétrico é o mesmo em qualquer ponto desse meio. o mesmo aconteceria se os dois eletrodos pudessem ser colocados no interior da célula, pois ambos os meios são condutores. o potencial elétrico do fluido extracelular, por convenção, é considerado nulo e v é o potencial no interior da membrana. assim, a diferença de potencial v entre os dois meios é
874 v = v – 0 = v
875
876 quando a ponta do eletrodo a penetra na célula, o potencial elétrico v diminui bruscamente para –70 mv como indica a figura ao lado.
877 na maioria das células, o potencial de membrana v permanece inalterado, desde que não haja influências externas. quando a célula se encontra nessa condição, dá-se ao potencial de mem­brana v, a designação de potencial de repouso representado por vo. numa célula nervosa ou mus­cular o potencial de repouso é sempre negativo, apresentando um valor constante e característico. nas fibras nervosas e musculares dos animais de sangue quente, os potenciais de repouso se situam entre –55 mv e –100 mv. nas fibras dos músculos lisos, os potenciais de repouso estão entre –30 mv e –55 mv.
878
879 o potencial v, mostrado na figura ao lado, é constante dentro e fora da célula, devendo, por­tanto, variar no interior da membrana. nessa figura, a variação linear de v dentro da membrana é apenas hipotética, baseada em considerações físicas que serão apresentadas nos itens seguintes. essa variação não pode ser medida, pois a espessura da membrana é bem menor que o diâmetro da ponta do microeletrodo. a partir da fórmula pode-se calcular o campo elétrico exis­tente nessas regiões. dentro e fora da célula o campo elétrico é nulo
880
881 e = 0
882
883 pois nessas regiões
884
885 v = 0
886
887
888 na membrana o campo elétrico é
889
890 onde d = 80 å é a espessura da membrana. a figura abaixo ilustra esse comportamento do campo e.
891 a carga elétrica de um íon monovalente, como os existentes dentro e fora da célula, é
892
893 q = 1 e = 1,6 x 10-19 c
894
895 a força elétrica exercida sobre um desses íons no interior da membrana é
896
897 f = qe = 1,4 x 10–12 n
898
899 essa força é muito mais intensa que o peso desses íons.
900 intensidade do campo elétrico corres­pondente
901 a um potencial de repouso v0 = –70 mv em
902 uma membrana celular de espessura d = 80 å.
903
904 esquema para medir potencial de repouso em um oxônio.
905
906
907 origem do potencial de repouso
908
909 tanto o interior da célula como o meio extracelular estão cheios de uma solução salina. em soluções salinas muito diluídas, a maior parte das moléculas se decompõe em íons. esses íons movem-se livremente numa solução aquosa. os fluidos dentro e fora da célula são sempre neutros, isto é, a concentração de ânions em qualquer local é sempre igual à de cátions, não podendo ha­ver um acúmulo local de cargas elétricas nesses fluidos.
910
911 pode-se imaginar a membrana celular como um capacitor no qual duas soluções condutoras estão separadas por uma delgada camada isolante - a membrana figura ao lado.
912
913 as cargas elétricas em excesso, +q e –q, que provocam a formação do potencial de repouso se localizam em torno da membrana celular. esse potencial se origina também na membrana ce­lular: a superfície interna da membrana é coberta pelo excesso de ânions (–q), enquanto que, na superfície externa, há o mesmo excesso de cátions (+q).
914
915 a espessura de uma membrana isolante é cerca de 80 å, ou seja,
916
917 d 80 å = 8 x 10–9 m
918
919 supondo uma célula de forma cúbica de lado
920
921 10–5 m
922
923 o volume típico dessa célula é
924 v 3 = 10–15 m3
925
926 enquanto que a área típica da membrana celular é
927
928 a 6 2 = 6 x 10–10 m2
929
930 pode-se considerar as cargas elétricas +q e –q como localizadas em duas placas paralelas infinitas. aplicando-se a fórmula pode-se calcular a capacitância elétrica da membrana celular por unidade de área. um valor característico para a constante de permitividade elétrica da membrana é
931
932 a diferença de potencial v0 entre as superfícies interna e externa da membrana está relacionada, segundo a fórmula, com a densidade superficial de carga elétrica nessas superfícies
933
934 conhecendo-se a capacitância por unidade de área de uma membrana, pode-se calcular , a partir do valor de v0 medido. para um potencial de repouso v0 = –70 mv,
935
936 exemplo: com os dados apresentados neste item, faça os gráficos de v e em função da coorde­nada x na direção perpendicular à membrana celular.
937
938 solução
939
940 nas superfícies interna e externa da membrana há uma descontinuidade no potencial elétrico v; nessas superfícies estão localizadas as cargas elétricas representadas pelas densidades + e – .
941
942 concentração iônica dentro e fora da célula
943
944 as concentrações iônicas nos fluidos dentro e fora das células são bem diferentes. na parte interna a concentração de íons k+ é bem maior que na parte externa. o oposto ocorre com os íons ci– e na+. a maior parte dos ânions intracelulares não são íons de ci–, mas grandes ânions protéicos designados aqui por a–. devido à mobilidade dos íons, o fluido deve ser neutro. a ta­bela abaixo mostra as concentrações iônicas no exterior c(1) e interior c(2) de uma célula mus­cular de rã.
945
946 tabela de concentrações iônicas de uma célula muscular de rã.
947
948 concentração c(1)
949 concentração c(2)
950 íon
951 fora da célula
952 no interior da célula
953
954 (10–3 mol/ )
955 (10–3 mol/ )
956 k+
957 2,25
958 124
959 na+
960 109
961 10,4
962 ca++
963 2,1
964 4,9
965 mg++
966 1,25
967 14,0
968 ci–
969 77,5
970 1,5
971 hco3
972 26,6
973 12,4
974 íons orgânicos
975 13
976 74
977
978 para esse tipo de célula, a concentração de potássio é 55 vezes maior dentro, enquanto que a con­centração de cloro é quase 53 vezes maior no meio extracelular. assim,
979
980 a concentração de sódio é quase 11 vezes maior do lado de fora da célula. a solução salina extra­celular é essencialmente uma solução de sal de cozinha com um conteúdo salino de 9 g/ .
981 o excesso de íons na superfície interna da membrana é muito pequeno, comparado ao nú­mero de íons dentro da célula. por exemplo, para os íons k+, segundo a tabela.
982
983 considerando o volume dessa célula aproximadamente 10–15 m3, o número de íons de potássio em seu interior é
984
985 no item anterior foi obtida a densidade superficial de cargas . para uma área de 6 x 10–10 m2, a carga elétrica em cada uma das superfícies da membrana considerada é
986
987 a carga elétrica de um íon k+ é
988
989 1 e = 1,6 x 10–19 c
990
991
992 portanto, a carga q anterior corresponde à carga de n íons
993
994 os valores obtidos para nk e n neste item são típicos. a razão entre eles é
995
996 esse resultado mostra que apenas uma fração muito pequena dos íons presentes na célula permanece na superfície da membrana, criando o potencial v0.
997
998
999 <langue=br><sujet=potentiel-de-membrane><num=44><source=http://paginas.ucpel.tche.br/~mflessa/bi9.html>
1000
1001 biofísica
1002 potencial de membrana
1003
1004 podemos dizer que os seres vivos são máquinas que funcionam a base de eletricidade. como a célula é a menor expressão se um ser vivo, logo é fácil observar diferenças de potenciais elétricos entre os lados da membrana celular.
1005
1006 praticamente todas ás células do corpo, (com exceção de algumas raras células vegetais, o interior é sempre negativo e o exterior positivo) algumas células como as células nervosas e musculares, são excitáveis, isto é, capazes de auto gerar impulsos eletroquímicos em suas membranas e, na maioria dos casos, utilizar esses impulsos para a transmissão de sinais ao longo de membranas.
1007
1008 a origem desses potenciais é uma distribuição assimétrica de íons, especialmente de na+, k+ , cl- e hpo4-- .
1009 os fluidos dentro e fora da célula são sempre neutros, isto é, a concentração de ânions (íons negativos) em qualquer local é sempre igual ao de cátions (íons positivos) não podendo haver acúmulo local de cargas elétricas nesse fluido.
1010 podemos imaginar a membrana como um capacitor no qual as duas soluções condutoras estão separadas por uma delgada camada isolante, a membrana.
1011 as cargas elétricas em excesso, que provocam a formação de um potencial elétrico, se localizam em torno da membrana celular: a superfície interna da membrana é coberta pelo excesso de ânios(-), enquanto que, na superfície externa, há o mesmo potencial cátions(+) falta de elétrons.
1012
1013 o potencial de membrana existe sob duas formas principais: o potencial de repouso e o potencial de ação.
1014
1015 potencial de repouso: esse potencial tem sua origem em um mecanismo simples, de alternância entre o transporte ativo e o transporte passivo de pequenos íons. as figuras representam as concentrações e o tipo de transporte de cada íon.
1016
1017 fase 1- os íons sódio (na+) entram passivamente na célula, através do gradiente de concentração.
1018
1019 fase 2 - a célula expulsa esses íons (na+) ativamente, ao mesmo tempo que introduz, também ativamente, um íon potássio (k+) .
1020
1021 fase 3 - o íon potássio (k+ ) tem grande mobilidade e volta passivamente, para o lado externo da membrana, conferindo-lhe carga positiva. do lado interno, íons fosfato e especialmente proteínas aniônicas fornecem carga negativa.
1022
1023 o íon cl- acompanha, por atração elétrica o íon na+ , e diminui o potencial elétrico, ficando a célula polarizada.
1024
1025 todas células possuem potencial de trans-membrana (repouso - 90 mv), que desaparece quando a célula morre.
1026
1027 potencial de ação: é uma variação brusca do potencial de membrana , provocada por estímulos externos.
1028
1029 vários estímulos podem deflagrar o potencial de ação: como químicos, elétricos, eletromagnéticos, e até mecânicos. há células especiais, auto-excitáveis, que geram ritmamente o potencial de ação. essas células são responsáveis pelo início dos movimentos repetitivos biológicos, como batimentos cardíacos e freqüência respiratória.
1030
1031 o potencial de ação de uma célula excitável dura apenas alguns milésimos de segundo, e pode ser dividido nas seguintes fazes:
1032
1033 1Ş - despolarização: abertura dos canais de sódio, isso propicia um fluxo intenso de íons na+ de fora para dentro da células, por um processo de difusão simples.
1034
1035 como resultado do fenômeno, o líquido intracelular se carrega positivamente e a membrana passa a apresentar um potencial inverso daquele encontrado nas condições de repouso. (positivo no interior e negativo no seu exterior)
1036
1037 o potencial de membrana nesta fase é de aproximadamente +45mv.
1038
1039 2Ş - repolarização:
1040
1041 durante este espaço de tempo, a permeabilidade aos íons sódio retorna ao normal e, simultaneamente, ocorre um aumento na permeabilidade aos íons potássio (saída), devido ao excesso de cargas positivas encontradas no interior da célula (maior concentração de potássio dentro da célula).
1042
1043 já os íons sódio que estavam em grande quantidade no interior da célula, vão sendo transportados ativamente para o exterior, pela bomba de sódio-potássio.
1044
1045 todo este processo faz com que o potencial da membrana celular volte a ser negativo. o potencial nesta fase passa a ser de aproximadamente de -95mv (pouco mais negativo que no potencial de repouso).
1046
1047 3Ş - repouso: é a fase em que a célula volta a situação anterior a excitação. nesta fase a permeabilidade aos íons potássio retorna ao normal e a célula retorna as condições iniciais com potencial de membrana em torno de -90mv.
1048
1049 este processo como um todo perdura por aproximadamente, 2 a 3 mili-segundos na grande maioria das células do corpo humano. mas existe células excitáveis como por exemplo células do músculo cardíaco, cujo potencial de ação varia de 1,15 a 0,3 segundos, tais potenciais ocorrem na fase em que a célula está despolarizada. esses potenciais são denominados potenciais de platô.
1050
1051 <langue=br><sujet=potentiel-de-membrane><num=44><source=http://paginas.ucpel.tche.br/~mflessa/bi10.html>
1052
1053 potencial em células nervosas
1054
1055 as células nervosas (neurônio) possuem propriedades similares as outras células em muitos aspectos: elas se alimentam, respiram, passam por processos de difusão e osmose, mas diferem em um aspecto importante, elas processam informação.
1056
1057 os neurônios não existem isoladamente, eles conectam-se uns aos outros formando as chamadas cadeias neuronais, as quais transmitem informações a outros neurônios ou músculos.
1058
1059 os neurônios são células independentes entre si, embora estejam conectados uns aos outros pelas chamadas sinapses. cada neurônio é formado por um corpo central celular, onde se encontra o núcleo da célula, contendo sua informação genética. dela partem numerosas ramificações, chamadas dendritos, que estão conectados aos outros neurônios vizinhos. um desses dendritos, denominado axônio, é o prolongamento mais importante, encarregado de transmitir os impulsos nervosos. o axônio conta também com vários prolongamentos em sua terminação, através da qual se conecta com dendritos de outros neurônios ou com os músculos. nesse último caso, um desses prolongamentos se alarga formando uma espécie de placa de contato, por meio da qual se transmite o impulso elétrico: é a placa motora, que transmite os impulsos de saída.
1060
1061 existem neurônios com diferentes funções como: neurônio sensitivo, neurônio associativo e neurônio motor.
1062
1063
1064 potencial de membrana em fibras nervosas
1065
1066 o potencial de membrana das fibras nervosas de grande calibre, quando não é transmitido sinais nervosos, é de cerca de - 90mv. isto é, o potencial no interior da fibra nervosa é de 90mv mais negativo que o potencial do líquido intersticial, por fora da fibra.
1067
1068 transporte ativo de sódio e potássio através da membrana neural
1069
1070 todas as membranas celulares do corpo possuem uma potente bomba de sódio-potássio e que essa bomba, continuamente, bombeia sódio para o exterior e potássio para o interior da célula. essa bomba é eletrogênica, pois mais cargas positivas são bombeadas para fora que para dentro (três íons sódio (na+) para o exterior para cada dois íons potássio (k+) para o interior), deixando um déficiti efetivo de íons positivos no interior; isto é o mesmo que criar cargas negativas no interior da membrana celular.
1071
1072 a bomba de sódio-potássio promove os gradientes de concentração para o sódio e o potássio através da membrana neural de repouso.
1073
1074 vazamento de sódio e potássio através da membrana neural
1075
1076 a bicamada lipídica possui proteínas de canal em sua constituição, uma destas proteínas de canal, pela qual os íon sódio e potássio podem vazar por difusão simples, é denominada canal de vazamento para sódio e potássio. vamos dar ênfase sobre o vazamento de potássio, porque, em média os canais são mais permeáveis ao potássio que ao sódio, cerca de 100 vezes mais. isso é extremamente importante, levando em conta que a determinação do valor do potencial de repouso se deve em grande parte ao íon potássio.
1077
1078 potencial de repouso
1079
1080 os fatores importantes para o estabelecimento do potencial de membrana em repouso normal - 90mv são:
1081
1082 difusão de sódio e potássio
1083
1084 devido a reduzida permeabilidade da membrana neural aos íons, causada pela diminuta difusão de íons sódio pelos canais de vazamento k+ /na+ . a proporção entre os íons sódio do interior e do exterior é de 0,1 enquanto que a proporção passa o íon potássio é de 35 para 1, de modo intuitivo, pode-se ver que, a difusão do potássio terá contribuição muito maior para o potencial de membrana que a difusão de sódio. na fibra nervosa a permeabilidade da membrana ao potássio é cerca de 100 vezes que para o sódio. o potencial interno da membrana obtido por este conjunto de fatores é de - 86mv.
1085
1086 bomba de sódio potássio
1087
1088 a contribuição da bomba de sódio-potássio, como já foi colocado, ocorre o bombeamento contínuo de três íons sódio para o exterior, e dois íons potássio para para o interior da membrana. o fato de serem bombeados mais íons sódio para o exterior que potássio para o interior resulta em perda continuada de cargas positivas pelo interior da membrana, o que causa grau adicional de negatividade (-4mv), logo o potencial de membrana efetivo, com todos os fatores atuando ao mesmo tempo, é de -90mv.
1089
1090 resumindo
1091
1092 os potenciais de difusão, causados pela difusão do sódio e principalmente do potássio produziriam um potencial de membrana na ordem de -86mv, e -4mv seriam resultado da contribuição da bomba eletrônica de sódio-potássio, produzindo potencial efetivo de membrana de -90mv.
1093
1094 o potencial de membrana em repouso nas grandes fibras musculares esqueléticas é, aproximadamente, o mesmo que o das fibras nervosas mais calibrosas, em torno de -90mv. contudo, nas fibras nervosas mais delgadas e nas fibras musculares, por exemplo, as do músculo liso, bem como muitos neurônios do sistema nervoso central, o potencial de membrana pode ser de apenas -40mv a -60mv, em vez de -90mv.
1095
1096 potencial de ação neural
1097
1098 os sinais neurais são transmitidos por meio de potenciais de ação, que são variações muito rápidas do potencial de membrana. cada potencial de ação começa por modificação abrupta do potencial de repouso normal, para um potencial positivo e, em seguida retorna rapidamente para o potencial negativo. para produzir um sinal neural, o potencial se desloca, ao longo da fibra nervosa, até atingir o seu término.
1099
1100 durante o período de repouso, antes do início do potencial de ação, a condutância do potássio é cerca de 50 a 100 vezes maior que o sódio. isso causado pelo maior vazamento de íons potássio que de íons sódio pelos canais de vazamento . com o início do potencial de ação (através de um estímulo) o canal de sódio voltagem dependente ficam instantaneanemente ativados, permitindo um aumento de 500 vezes a condutância do sódio.(fase de despolarização). em seguida, o processo de inativação fecha os canais de sódio dentro de fração de milisegundos. o inicio do potencial de ação também leva á ativação, pela voltagem, os canais de potássio, fazendo-os abrir em fração de milisegundos após a abertura dos canais de sódio (fase de repolarização). e ao término do potencial de ação, o retorno do potencial de membrana seu estado negativo faz com que os canais de os potássio se fechem, voltando ao seu estado original, o que só ocorre após breve retardo. (hiperpolarização -95mv).
1101
1102 canais de sódio e potássio voltagem dependentes
1103
1104 o agente necessário para a produção da despolarização e da repolarização da membrana neural, durante o potencial de ação, é o canal de sódio voltagem-dependente. contudo, o canal de potássio voltagem-dependente também tem participação importante ao aumentar a rapidez de despolarização da membrana. esses dois canais voltagem-dependentes existem juntamente com a bomba de sódio-potássio e os canais de vazamento de sódio e potássio.
1105
1106 canal de sódio voltagem dependente
1107
1108 esse canal possui duas comportas , uma próxima à extremidade externa do canal, chamada de comporta de ativação, e outra próxima a extremidade interna, chamada de comporta de inativação. no potencial de repouso, quando o potencial da membrana é -90mv, a comporta de ativação fica fechada, o que impede a passagem se sódio para o interior da fibra. por outro lado as comportas de inativação estão abertas.
1109
1110 ativação do canal de sódio
1111
1112 quando o potencial de membrana fica menos negativo, passando de -90mv para zero, ele passa por uma voltagem, entre -70 e -50mv, que provoca as alterações conformacionais da comporta de ativação, fazendo com que ela abra (estado ativado), durante este estado, os íons sódio podem jorrar por esses canais, aumentando a permeabilidade ao sódio da membrana por até 50 a 500 vezes.
1113
1114 o aumento da voltagem que abre a comporta de ativação também fecha a comporta de inativação. contudo, o fechamento da comporta de inativação só ocorre após alguns décimos de milésimos de segundo da abertura da comporta de ativação (processo lento de fechamento). a partir desse momento, o potencial de membrana começa a variar em direção ao valor normal do estado de repouso (processo de repolarização).
1115
1116 obs.: não é possível nova abertura dos canais de sódio até que o potencial de membrana retorne a seu valor de repouso ou muito próximo a ele.
1117
1118 canal de potássio voltagem dependente
1119
1120 durante o estado de repouso, o canal de potássio fica fechado, como mostra a figura, e os íons são impedidos de passar por esse canal para o exterior. quando o potencial de membrana começa a a aumentar, a partir de -90mv, em direção a zero, essa variação de voltagem provoca alteração conformacional abrindo o canal e permitindo o aumento da difusão do potássio por ele. contudo, devido à lentidão com que esses canais de potássio se abrem, eles ficam abertos apenas a partir do momento em que os canais de sódio começam a ser inativados e, portanto, se fechando. assim, a diminuição do influxo de sódio para a célula, com aumento simultâneo de efluxo de potássio, acelera de muito o processo de repolarização, levando, dentro de poucos décimos milésimos de segundo, à recuperação completa do potencial de membrana de repouso.
1121
1122 anatomia fisiológica da fibra nervosa
1123
1124 os axônios das células nervosas apresentam-se envoltos por dobras únicas ou múltiplas de certas células, sendo o conjunto axônio e dobras envoltórias denominado neurofibra ou fibra nervosa. as células envolventes são oligodentrócitos (antigamente chamados de células de schwann).
1125
1126 quando os axônios estão envolvidos por uma única dobra da célula envoltória, são denominados fibras nervosas (nervos) amielínicos. e quando a célula envoltória apresenta várias camadas enroladas em espiral ao redor do axônio, eles são denominados nervos mielínicos.
1127
1128 um tronco nervoso típico contém cerca de duas vezes mais fibras amielínicas do que mielínicas.
1129
1130 como já sabemos a parte central dessa fibra esta o axônio que representa a verdadeira membrana condutora. o interior do axônio é ocupado pelo axoplasma, que é o líquido intracelular bastante viscoso, circundando o axônio existe a bainha de mielina que, muitas vezes, é bem maior que o próprio axônio, e que a intervalos de cerca de 1 a 3mm, ao longo de toda a extensão do axônio (que em alguns casos pode atingir 1m de comprimento) é interrompida pelos nodos de ranvier.
1131
1132 a bainha de mielina contém substâncias lipídica esfingomielina . essa substância é excelente isolante, capaz de diminuir o fluxo iônico através da membrana por cerca de 5000 vezes, ao mesmo tempo que reduz a capacitância da membrana em cerca de 50 vezes. contudo, no ponto de junção entre duas células de schwann sucessivas, ao longo do axônio, persiste pequena região não isolada, com cerca de 2 a 3 mm de extensão, por onde os íons podem fluir, com facilidade, do líquido extracelular para o interior do axônio. essa região é o nodo de ranvier.
1133
1134 condução saltatória em fibras mielínicas
1135
1136 muito embora íons não possam fluir com intensidade significativa através das espessas bainhas de mielina dos nervos mielinizados, eles podem fluir com grande facilidade pelos nodos de ranvier. por conseguinte, os potenciais de ação são conduzidos de nodos a nodo, esse processo é chamado de condução saltatória, isto é, a corrente elétrica flui pelo líquido extracelular que circunda a fibra, mas também pelo axoplasma, de nodo a nodo, excitando seqüencialmente os sucessivos nodos.
1137
1138 a condução saltatória é importante por duas razões. primeira, por fazer com que a despolarização salte por sobre longos trechos, ao longo do eixo da fibra nervosa, esse mecanismo aumenta de muito a velocidade da transmissão neural na fibra mielinica por até 5 a 50 vezes. segundo, a condução saltatória conserva a energia para o axônio, pois apenas nos nodos se polarizam, permitindo perda de íons cerca de 100 vezes menor do que seria necessária, caso não ocorre-se esse tipo de condução, exigindo pouca atividade metabólica para o restabelecimento das diferenças de concentração de sódio e potássio.
1139
1140 condução ortodrômica e antidrômica
1141
1142 quando um nervo é estimulado, o impulso elétrico caminha igualmente nos dois sentidos. a condução no sentido naturalmente programado para o nervo é chamada de ortodrômica (ortos = certa; dromos= pista). a que se propaga em sentido contrário é antidrômica (anti = contra; dromos = pista).
1143
1144 entre os mecanismos naturais para impedir a condução antidrômica, existem as sinapses. tanto as sinapses excitatórias como as inibitórias, bloqueiam os impulsos.
1145
1146 sinapses inibitórias e excitatórias
1147
1148 a transmissão do impulso nervoso entre dois neurônios ou entre um neurônio e um fletor, como o músculo, é feito através de uma estrutura denominada sinapse a sinapse é uma espécie de relé elétrico. existem vários tipos de sinapses. em toda sinapse há uma junção da parte terminal de um axônio de uma célula pré-sinaptica, com os dendritos de uma célula pós-sinaptica. a transmissão da informação na fibra pré para a pós-sinaptica é feita através de um mediador químico(na grande maioria das sinapses), ou através de contato elétrico (tipo especial de sinapse). existem ainda sinapses mistas, onde há condução química e elétrica.
1149
1150 sinapse elétrica
1151
1152 na sinapse elétrica, o impulso que chega é rapidamente transmitido a fibra pós-sinaptica, com um mínimo período de latência.
1153
1154 sinapse química
1155
1156 nas sinapses onde a mediação do impulso é através da liberação de uma substância química, há sempre uma latência maior para o aparecimento do pulso pós-sinaptico. essa latência pode chegar a 1,5ms, tendo um tempo mínimo de 0,5ms para saltar da fibra pré para a fibra pós-sinaptica.
1157
1158 a substância liberada pela vesícula, o mediador químico, que é capaz de transmitir o impulso, chama-se geralmente de neurotransmissor .
1159
1160 a natureza do neurotransmissor determina se o impulso que chega na fibra pré-sinaptica vai passar (sinapse exciotatória),ou vai ser bloqueado(sinapse inibitória).
1161
1162 na sinapse excitatória, o potencial de ação chega a extremidade pré-sinaptica, e libera o neurotransmiossor das vesículas. esse mediador liberado atravessa a fenda sinaptica e se localiza em receptores específicos, resultando em aumento da permeabilidade da membrana a íons sódio, especialmente. a penetração dos íons sódio na+ despolariza a membrana pós-sinaptica, quando suficientemente intensa, inicia um potencial de ação que continua no mesmo sentido do anterior.
1163
1164 na sinapse inibitória o processo é semelhante, mas o neurotransmissor liberado aumenta a permeabilidade aos íons potássio k+ , especialmente ao íon cloro cl- , que penetra na membrana pós-sinaptica, provocando uma hiperpolarização: o interior fica mais negativo, o exterior mais positivo. assim o potencial de ação que chega não
1165
1166
1167 <langue=br><sujet=potentiel-de-membrane><num=45><source=http://www.sbf1.sbfisica.org.br/eventos/enfmc/xxiv/programa/res0940.pdf>
1168
1169 avaliação do potencial de membrana de mitocôndrias em células irradiadas
1170
1171 celia marinho manzanete carnevalli, kátia calligaris rodrigues, newton soares da silva, renato amaro zângaro,
1172 cristina pacheco-soares
1173 ip&d-univap 1174 o efeito do laser de baixa potência, sobre mitocôndrias tem sido amplamente investigado, no sentido de verificar o aumento
1175 da produção de atp após irradiação. o objetivo deste trabalho foi verificar a influência do laser de baixa potência na
1176 atividade mitocondrial in vitro, analisando o potencial de membrana interna mitocondrial desta forma utilizando marcador fluorescente (jc 1). utilizamos células cho-k1 que foram cultivadas em placas nunc de 24 poços, contendo 1x104
1177 células/ml em meio mem com soro fetal bovino a 10% e incubadas por um período de 12 horas a 37oc em atmosfera de
1178 5% de co2. as células foram irradiadas com laser de baixa potência, com densidade de energia de 2j/cm2 e comprimento
1179 de onda de 830 nm em períodos de 12 em 12 horas, durante 48 horas. a análise da atividade mitocondrial foi avaliada,
1180 através da observação de epifluorescência em microscópio leica dmlb. as placas do grupo controle foram mantidas sob
1181 as mesmas condições que o grupo irradiado. observou-se nas células irradiadas um aumento progressivo do número de
1182 mitocôndrias, estando estas em sua maioria com aspecto vesiculado indicando um alto potencial de membrana (coloração amarela) enquanto que no grupo controle as células apresentam-se com aspecto filamentoso indicando um baixo potencial de membrana (coloração verde).
1183
1184
1185 <langue=br><sujet=potentiel-de-membrane><num=46><source=http://www.scielo.br/scielo.php>
1186
1187 estudo do potencial de membrana mitocondrial em ratos cirróticos hepatectomizados após aplicação de laser1
1188
1189 study of mitochondrial membrane potential in cirrhotic and hepatectomized rats after laser irradiation
1190
1191
1192 resumo: através da determinação do potencial de membrana mitocondrial, o presente estudo relata os efeitos da irradiação laser sobre o estado energético do fígado cirrótico de ratos hepatectomizados. a cirrose hepática foi induzida por ligadura do ducto biliar comum. os resultados revelaram melhora do status energético do fígado após irradiação.
1193 descritores: cirrose hepática, hepatectomia, laser, potencial de membrana mitocondrial.
1194 key words: hepatic cirrhosis, hepatectomy, laser, mitochondrial membrane potential.
1195
1196
1197 introdução: a cirrose hepática é definida histologicamente pela existência de nódulos de regeneração circundados por tecido fibroso distorcendo completamente a arquitetura parenquimatosa. constitui o estádio final, irreversível e comum de elevado número de hepatopatias crônicas de várias etiologias. a ressecção sobre fígados cirróticos ainda é bastante temida apesar dos avanços técnicos, pois ao contrário de fígados normais, na cirrose hepática há diminuição da capacidade de regeneração hepática e do grau de reserva funcional o que conduz a uma limitação cirúrgica pois obriga a uma redução na amplitude das ressecção6. foi demonstrado que a irradiação laser em fígados normais de ratos hepatectomizados elevou a taxa mitótica deste órgão.1,2 este processo não foi elucidado em animais cirróticos. o laser é um sistema que amplifica a intensidade de luz, produzindo um feixe forte altamente direcionado com comprimento de onda específico7. o interesse neste tema reside na possibilidade de aplicação clínica complementar do laser para acelerar a regeneração do fígado cirrótico na vigência de ressecções sobre o órgão, tendo por finalidade maior o retorno funcional, sobretudo, e estrutural o mais precocemente possível. o objetivo deste estudo consiste na avaliação da capacidade energética do fígado cirrótico após hepatectomia parcial através da determinação do potencial de membrana mitocondrial (pm).
1198
1199 métodos: ratos wistar machos (peso 200-250g) foram submetidos à ligadura do ducto biliar por 4 semanas para obtenção de cirrose biliar secundária. usou-se a técnica do enovelamento do ducto biliar comum: exposição do ducto biliar seguida de ligadura a 3 mm acima da junção biliopancreática com 5 nós de fio prolene 5.0 (ethicon, ync) e com o mesmo fio enovelando-se o ducto biliar comum em direção ascendente até 5mm da bifurcação, finalizada por uma ligadura adicional com 5 nós. com esta técnica de enovelamento do ducto biliar foram obtidas alterações morfo-funcionais e bioquímicas compatíveis com obstrução biliar crônica e lesão hepática avançada. no pós-operatório os animais receberam vitamina k 15u, via subcutânea, a cada 3 dias. estudaram-se cinco grupos cn; cc; cl; ch; chl; respectivamente: controle normal; controle cirrótico; cirrótico irradiado; cirrótico hepatectomizado; cirrótico hepatectomizado e irradiado. após 4 semanas da obstrução, seguiu-se a segunda fase do experimento. nos grupos ch e chl realizou-se hepatectomia a 30%, com excisão do lobo lateral esquerdo do fígado. nos grupos cl e chl procedeu-se a irradiação hepática. usou-se laser vermelho, 630nm, 50mw/cm2 por 5 minutos. sacrifício e coleta de material se deu após 24h. o potencial de membrana (pm) foi determinado espectrofluoroscopicamente4 usando-se safranina o como indicador em fluorímetro slm aminco dw2000, comprimentos de onda de 495 nm para excitação e 586 nm para emissão.
1200
1201 resultado: em relação ao grupo cn houve diminuição do pm em todos os grupos cirróticos exceto no chl (valores medianos cn, cc, cl, ch, chl são respectivamente 147; 143; 144; 144; 149). entre os cirróticos, o grupo chl apresentou aumento do pm quando comparado aos demais (p inf 0,05). outra diferença se deu entre cc e cl, com aumento do pm no ultimo (tabela).
1202
1203
1204 discussão: a integridade do potencial da membrana mitocondrial corresponde diretamente a produção de energia. a transferêcia de elétrons ao longo da cadeia transportadora é acompanhada pela extrusão de prótons transmembrana mitocondrial e a energia inerente nesta diferença de concentração de prótons, a força próton-motora, representa uma conservação de parte da energia da oxidação, subseqüentemente usada na formação de atp. foi postulado5 que a absorção de luz pela cadeia transportadora de elétrons causaria aumento da força próton-motora, aumentando o potencial de membrana mitocondrial, conseqüentemente o pool de atp. neste trabalho, confirmou-se o aumento do potencial de membrana no grupo hepatectomizado e irradiado (chl) em relação aos demais.
1205
1206 conclusão: neste trabalho aumento do pm no grupo chl em relação aos demais revela uma melhora bioquímica da ação do laser sobre a cirrose o que poderá significar futuramente a possibidade de ampliação das ressecções sobre fígados cirróticos.
1207
1208
1209 <langue=br><sujet=potentiel-de-membrane><num=47><source=http://dequim.ist.utl.pt/bbio/77/pdf/citometria2.pdf>
1210
1211 métodos em biotecnologia - citometria de fluxo ii
1212 boletim de biotecnologia
1213 citometria de fluxo - funcionalidade celular on-line em
1214 bioprocessos
1215 introdução
1216 a necessidade de se obter informação no decorrer dos
1217 bioprocessos, tem contribuído para o aparecimento e utilização
1218 de uma grande diversidade de técnicas e ferramentas
1219 concebidas para o efeito. os dados obtidos não só têm permitido
1220 aprofundar o conhecimento dos processos, como
1221 também o desenvolvimento de novas estratégias.
1222 um citómetro de fluxo é um sistema constituído por 5
1223 elementos: fonte(s) de radiação, (lâmpada de mercúrio
1224 ou laser), uma câmara de fluxo, unidades de filtros ópticos
1225 para selecção de um intervalo de comprimento de onda
1226 específico a partir duma gama espectral mais vasta, fotodíodos
1227 ou fotomultiplicadores para a detecção sensível e
1228 processamento dos sinais com interesse e uma unidade que
1229 processa os dados recolhidos (figura 1). a suspensão celular
1230 é injectada e atravessa a câmara onde se dá a passagem
1231 célula a célula através do feixe de radiação, perpendicular
1232 ao fluxo. a passagem individual das células é obtida através
1233 da focagem hidrodinâmica do fluxo de amostra, sendo esta
1234 injectada no seio de uma solução salina (sheath fluid) que
1235 também atravessa a câmara (figura 2).
1236 a diferença de velocidades entre os dois fluidos faz com
1237 que o fluxo se processe em regime laminar. a velocidade
1238 de escoamento da solução de revestimento (sheath fluid) é
1239 superior à da amostra, e ajustável, o que permite reduzir e
1240 controlar a espessura da solução da amostra de forma a que
1241 possa passar uma célula de cada vez. desta forma, podem
1242 detectar-se até 10000 células (eventos) por segundo.
1243 o feixe de radiação de excitação ao interceptar a partícula
1244 (célula) na câmara, sofre dispersão quer na direcção frontal
1245 (forward scattering), quer lateral (side scattering). a radiação
1246 assim dispersa é detectada directamente por fotodíodos
1247 (dispersão frontal) ou pode ser desviada a 90ş por lentes,
1248 espelhos dicróicos e filtros ópticos e focada em fotomultiplicadores.
1249 a combinação destes tipos de radiação dispersa
1250 revela informações importantes tais como a dimensão
1251 celular, a granularidade/complexidade e a morfologia.
1252 compostos intracelulares com fluorescência intrínseca (ex:
1253 clorofilas, ficobiliproteínas, nad(p)h, etc.) ou passíveis de
1254 se ligarem a corantes fluorescentes (fluorocromos), permitem
1255 a diferenciação selectiva de subpopulações com base
1256 na combinação de vários fluorocromos. a fluorescência
1257 destes compostos é também detectada por fotomultiplicadores,
1258 através de um sistema de lentes, espelhos dicróicos e
1259 filtros ópticos.
1260 os citómetros actuais mais sofisticados podem possuir até
1261 16 detectores em simultâneo (radiação dispersa e fluorescente),
1262 o que permite analizar múltiplas possibilidades de
1263 características celulares e/ou componentes celulares de um
1264 elevado número de células de forma individual (rieseberg
1265 el al., 2001). esta versatilidade designa-se por análise multiparamétrica.
1266 côrte-real et al. (2002) publicaram um extenso artigo de
1267 divulgação sobre a citologia analítica (citometria de fluxo)
1268 em estudos de leveduras.
1269 a presente publicação abordará a mesma técnica, mas
1270 aplicada a estudos de organismos procarióticos (bactérias),
1271 em bioprocessos.
1272 1. detecção e contagem de microrganismos
1273 classicamente a viabilidade em bactérias é definida pela
1274 capacidade destas formarem colónias em meios de cultura
1275 sólidos ou de proliferarem em meios de cultura líquidos.
1276 estes ensaios são morosos, principalmente se o organismo
1277 em estudo apresenta uma baixa taxa de crescimento,
1278 reflectindo-se em longos tempos de incubação (horas
1279 ou dias). por outro lado, estes sistemas de detecção da
1280 viabilidade celular estão dependentes do crescimento
1281 das bactérias em ambientes artificiais. este facto limita a
1282 interpretação dos resultados obtidos por estes métodos,
1283 uma vez que a escolha de um meio de cultura inadequado
1284 pode resultar numa contagem de colónias imprecisa.
1285 além disso, algumas células crescem apenas em condições
1286 anaeróbias, outras em condições aeróbias e, outras em
1287 ambas as condições. portanto, a contagem realmente
1288 representativa de todos os microrganismos de uma
1289 determinada população apenas poderá ser feita através de
1290 métodos ópticos.
1291 devido ao coeficiente de variação (erro estatístico) associado
1292 à contagem (n0.5), é necessário examinar mais de 100
1293 eventos para se obter um coeficiente de variação inferior a
1294 10%. com 1000 eventos, este coeficiente atinge 3% e acima
1295 de 5000, é inferior a 1%. por este motivo, e também devido
1296 teresa lopes da silva1, alberto reis1, christopher hewitt2 e josé carlos roseiro1
1297 1 instituto nacional e engenharia e tecnologia industrial - departamento de biotecnologia, estrada do paço do
1298 lumiar, 1649-038, lisboa codex - portugal, e-mail: teresa.lopesilva@ineti.pt
1299 2 biochemial engineering - school of engineering (chemical engineering), the university of birmingham,
1300 edgbaston, b15 2tt, uk.
1301 métodos em biotecnologia - citometria de fluxo ii
1302
1303 à rapidez da análise, a citometria de fluxo é preferível à
1304 citometria de imagem , a menos que seja necessária informação
1305 espacial das células.
1306 há vários métodos de contagem de células. o mais utilizado
1307 – o método de contagem raciométrico – é baseado
1308 na adição de uma determinada concentração de partículas
1309 de referência (esferas que emitem fluorescência) à amostra.
1310 o volume da amostra analisado pode ser determinado a
1311 partir do número de esferas contadas enquanto a amostra
1312 está a passar no citómetro; a contagem das células é então
1313 determinada dividindo o número de células contadas por
1314 este volume. a utilização do método raciométrico permite
1315 corrigir tempos mortos e variações de fluxo que eventualmente
1316 possam ocorrer num equipamento que funcione
1317 com diferenças de pressão no processamento da amostra.
1318 a maioria dos fabricantes de citómetros de fluxo produz
1319 esferas de contagem de concentração conhecida para o
1320 seu equipamento, pelo que este método, pela sua rapidez e
1321 simplicidade, se tornou vastamente utilizado (application
1322 note, bd biosciences). acresce que a região delineada pelas
1323 esferas nos gráficos de radiação dispersa pode ser utilizada
1324 como controlo de alinhamento do laser on-line.
1325 a contagem precisa e rigorosa de células exige suspensões
1326 de células individuais, não agregadas. os agregados de
1327 células quando inoculados em meio sólido, dão origem a
1328 uma única colónia, ou a um único evento no citómetro.
1329 por exemplo, se uma célula num tripleto é positiva para
1330 um marcador de morte celular, todo o agregado celular
1331 será contabilizado como uma célula morta, mas as outras
1332 duas células viáveis irão produzir uma colónia, quando
1333 inoculadas em placas de agar. situações como esta
1334 introduzem um erro significativo na contagem de células
1335 por citometria de fluxo.
1336 os agregados de células podem ser dispersos através de
1337 métodos químicos ou mecânicos. os métodos mecânicos
1338 têm uma vasta aplicação, mas podem surgir problemas
1339 quando aplicados a microrganismos filamentosos ou
1340 leveduras. o tratamento com ultra-sons é o método mais
1341 adequado na desagregação de células, mas é importante
1342 optimizar os níveis de energia a utilizar, bem como os
1343 tempos de aplicação desses níveis, e garantir que essas
1344 condições sejam aplicadas de forma reprodutível (nebevon-
1345 caron et al., 2000).
1346 2. o conceito de viabilidade celular do
1347 ponto de vista da citometria de fluxo
1348 a informação que se pode retirar dos ensaios de viabilidade
1349 sobre os estados fisiológicos das células é limitada a dois
1350 níveis extremos de actividade metabólica: o saudável, presente
1351 em células viáveis com capacidade para se dividirem,
1352 e o correspondente à morte celular. contudo, a sensibilidade
1353 dos microrganismos ao ambiente em que se desenvolvem
1354 põe em causa a informação obtida através dos ensaios
1355 de viabilidade, pois células que se encontrem num estado
1356 fisiológico intermédio entre o metabolicamente activo e a
1357 morte celular podem não ser contabilizadas. a vantagem
1358 da citometria de fluxo em analisar células individualmente
1359 consiste na detecção de uma variedade de estados fisiológicos
1360 celulares intermédios que realmente existem numa
1361 determinada população, descobrindo assim uma heterogeneidade
1362 nunca antes revelada (nebe-von caron et al., 1995,
1363 2000). além disso, os dados obtidos através das técnicas da
1364 microbiologia clássica são relativos à cultura como um todo,
1365 ou seja, uma amostra representativa da cultura microbiana
1366 apresenta um único valor, referente à média dos valores de
1367 um determinado parâmetro, de todas as células. contudo,
1368 numa população microbiana, as células não se encontram
1369 todas no mesmo estado metabólico e fisiológico, pelo que
1370 figura 1 - configuração de um citómetro de fluxo (bd biosciences/
1371 enzifarma)
1372 lentes de convergência
1373 laser
1374 câmara de fluxo
1375 fotodíodo
1376 detector de dispersão frontal
1377 fotomultiplicador
1378 radiação dispersa a 90ş
1379 fotomultiplicadores
1380 fluorescências
1381 fl1
1382 fl2
1383 fl3
1384 fl4
1385 amostra
1386 câmara de fluxo
1387 sheat fluid
1388 figura 2 - (adaptação de slide disponível em berkeley university/flow
1389 cytometry facility, ver endereço da internet nas referências).
1390 representação esquemática de uma câmara de fluxo. a passagem individual
1391 das células (eventos) é conseguida por focagem hidrodinâmica do
1392 fluxo de amostra no seio de uma solução salina (sheat fluid).
1393 1 diluições seriadas da amostra e posterior inoculação das diluições
1394 correspondentes a concentrações adequadas de microrganismo, de
1395 modo a obter-se um número de colónias contáveis em placas de
1396 petri.
1397 métodos em biotecnologia - citometria de fluxo ii
1398 boletim de biotecnologia
1399 se torna necessário detectar e descrever as várias subpopulações
1400 de forma diferenciada. a citometria de fluxo permite
1401 a avaliação da heterogeneidade de culturas microbianas, à
1402 escala da célula individual, não ignorando outras ferramentas
1403 importantes tais como a microscopia de varrimento
1404 confocal e a análise de imagem (porter et al., 1996). desta
1405 forma, dados discretos representando subpopulações
1406 diferentes podem fornecer uma imagem mais detalhada
1407 e real da complexidade e heterogeneidade que ocorre num
1408 determinado bioprocesso (porter et al., 1996; rieseberg et
1409 al., 2001). por estes motivos, esta técnica tem tido cada vez
1410 mais impacto na comunidade científica.
1411 a combinação de vários fluorocromos em citometria de
1412 fluxo permite a diferenciação de diferentes subpopulações
1413 numa determinada população, correspondentes a diferentes
1414 níveis de funcionalidade das células. esta diferenciação
1415 levou à introdução do termo 3viável, mas não culturável ,
1416 aplicado a células que não estando metabolicamente
1417 activas, também não estão mortas e, evidentemente, não
1418 são reveladas através dos ensaios de viabilidade celular. a
1419 utilização de critérios do funcionamento celular tais como
1420 o potencial da membrana citoplasmática e a integridade da
1421 mesma, os quais serão descritos adiante em detalhe, permitem
1422 caracterizar estes estados metabólicos (nebe-von
1423 caron et al. 2000).
1424 as células de bactérias saudáveis são delimitadas por uma
1425 membrana citoplasmática que lhes permite comunicar
1426 selectivamente com o ambiente que as rodeia. os sistemas
1427 de transporte activo geram um gradiente electroquímico
1428 que é fundamental para o perfeito funcionamento de uma
1429 célula saudável. o corante fluorescente brometo de etídio
1430 (be) consegue atravessar uma membrana polarizada, mas
1431 só se liga às cadeias do adn quando a célula não possui
1432 um sistema de transporte activo não específico protão/
1433 antiporte. este sistema quando se encontra activo, expulsa
1434 este fluorocromo da célula (midgley, 1987). o iodeto de
1435 propídio (ip) também se liga às cadeias do adn, mas
1436 não consegue atravessar uma membrana citoplasmática
1437 saudável. bis-oxonol é um corante lipofílico e aniónico que
1438 acumula intracelularmente desde que a célula se encontre
1439 despolarizada, como se verá adiante. a utilização da mistura
1440 destes corantes permite a diferenciação dos seguintes
1441 estados metabólicos funcionais: células saudáveis (com
1442 capacidade para se dividirem),
1443 vitais , intactas e permeabilizadas
1444 (tabela 1). pensa-se que
1445 quando uma célula se encontra
1446 sob stresse, alguns dos sistemas
1447 de transporte activo são afectados
1448 (células vitais ), seguindo-se
1449 a despolarização da membrana
1450 citoplasmática (células intactas) e,
1451 mais tarde, a sua permeabilização
1452 (mortas). células sem a membrana
1453 citoplasmática intacta não conseguem
1454 manter ou gerar o gradiente
1455 de potencial electroquímico que
1456 origina o potencial de membrana.
1457 além disso, a sua estrutura interna, não estando protegida
1458 por uma membrana citoplasmática intacta, encontra-se
1459 livremente exposta ao meio ambiente, pelo que estas células
1460 acabarão por se decompor. todas estas etapas conduzem
1461 à morte celular (nebe-von-caron e badley, 1995, hewitt e
1462 nebe-von-caron, 2001).
1463 é assim possível diferenciar o estado fisiológico de uma
1464 célula individual, para além do clássico e estrito conceito
1465 de viabilidade, baseado no funcionamento de alguns
1466 sistemas de transporte activo, ou na presença ou ausência
1467 da membrana citoplasmática intacta e polarizada. a
1468 capacidade das células vitais e intactas de se dividirem
1469 pode ser demonstrada em separado, através da técnica
1470 cell sorting (hewitt et al., 1999a, nebe-von-caron et al.,
1471 2000).
1472 a citometria de fluxo surge assim como uma técnica
1473 consistente e fiável na detecção das verdadeiras
1474 percentagens de células viáveis e mortas, numa
1475 determinada população de microrganismos e, por vezes,
1476 em situações em que a microbiologia clássica não consegue
1477 dar qualquer resposta. a detecção de actividade metabólica,
1478 reveladora de crescimento associado à divisão celular é de
1479 fácil execução, mas pode haver metabolismo mesmo na
1480 ausência de crescimento, e que produza efeitos indesejáveis
1481 tais como a degradação de alimentos, a acumulação de
1482 toxinas ou a transferência de genes. em caso de lesões,
1483 dormência (estado fisiológico intermédio entre a morte
1484 e o metabolicamente activo) ou privação extrema de
1485 nutrientes nas células, a actividade metabólica pode não
1486 ser facilmente detectável. nestas circunstâncias, é possível
1487 determinar a integridade da membrana através da retenção
1488 ou exclusão de corantes.
1489 2.1 estimativa do potencial de membrana
1490 o potencial de membrana é o parâmetro de viabilidade
1491 actividade metabólica mais utilizado em citometria de
1492 fluxo aplicada a microrganismos. é gerado pela diferença
1493 de concentrações de iões no interior e no exterior da
1494 membrana citoplasmática e, como componente do
1495 gradiente electroquímico, está intimamente relacionado
1496 coma formação de atp na célula (shapiro, 2000)
1497 tabela 1. classificação da funcionalidade celular baseada na actividade
1498 metabólica da célula (nebe-von-caron et al., 2000)
1499 estado fisiológico propriedade observada flurocromo
1500 células saudáveis
1501 a) membranas citoplasmáticas intactas polarizadas
1502 b) presença do sistema de trasnsporte activo
1503 carbocianinas (corante
1504 lipofílico catiónico) dio
1505 células vitais a) ausência do sistema de transporte activo que excluí o be brometo de etídeo (be)
1506 células intactas
1507 a) ausência de transporte activo que excluí o be
1508 b) membrana citoplasmática despolarizada
1509 brometo de etídio (be)
1510 bis-oxonol (box)
1511 dio
1512 células mortas
1513 a) ausência do sistema de transporte activo que excluí o be
1514 b) membrana citoplasmática despolarizada permeabilizada
1515 brometo de etídio (be)
1516 bis-oxonol (box)
1517 iodeto de propídio
1518 métodos em biotecnologia - citometria de fluxo ii
1519
1520 em bactérias metabolicamente activas com membranas citoplasmáticas intactas,
1521 a diferença de potencial,
1522 situa-se geralmente entre –100 e –200 mv, encontrando-se
1523 o interior da membrana carregado negativamente. a despolarização da membrana
1524 ocorre quando o valor de se
1525 desloca para valores menos negativos, portanto, mais próximos
1526 de zero e, a hiperpolarização ocorre quando a alteração
1527 dos valores de se dá na direcção oposta, ou seja,
1528 para valores mais negativos. o valor de é nulo quando
1529 a membrana apresenta danos estruturais tais que permite
1530 a livre passagem de iões, o que pode suceder quando a
1531 célula sofre, por exemplo, um tratamento térmico, ou um
1532 tratamento com antibióticos da família das beta-lactamas,
1533 entre outros. o tratamento das células com ionóforos, tais
1534 como a cianina carbonil m-clorofenilhidrazona (cccp),
1535 também anula o potencial de membrana, por destruição do
1536 gradiente de protões que existe na membrana citoplasmática
1537 (novo et al., 1999, 2000; wu et al., 1995), denominado,
1538 por isso, protonóforo.
1539 o potencial de membrana pode ser medido directamente
1540 através de microeléctrodos, mas esta técnica torna-se tanto
1541 mais difícil de aplicar quanto menor for o tamanho da
1542 célula. a medição de através da citometria de fluxo é
1543 normalmente realizada utilizando corantes lipofílicos de
1544 distribuição/partição. estes, devido à sua natureza lipofílica,
1545 conseguem atravessar facilmente
1546 a membrana e ali acumulam de
1547 acordo com a sua carga. assim, o
1548 gradiente de concentração de um
1549 catião lipofílico c+ através de uma
1550 membrana citoplasmática intacta
1551 é determinado pela diferença de
1552 potencial transmembranar, de
1553 acordo com a lei de nernst:
1554 [c+]i/[c+]=e (-f /rt)
1555 onde [c+]i corresponde à concentração de iões de c+ no interior
1556 da membrana, [c+]o é a concentração de iões de c+ no exterior
1557 da membrana, o potencial de membrana, r a constante dos
1558 gases, t a temperatura em graus
1559 kelvin e f a constante de faraday.
1560 uma vez atingido o equilíbrio entre
1561 as células e o catião do corante,
1562 este irá acumular-se no interior da membrana se esta estiver polarizada
1563 (ou hiperpolarizada), pois
1564 nesta situação o interior daquela
1565 encontra-se carregado negativamente,
1566 favorecendo a interacção
1567 electrostática entre essas cargas negativas e as cargas positivas
1568 do corante (figura 3 a). quando a
1569 célula se encontra despolarizada,
1570 ocorre precisamente o mecanismo inverso: o potencial da membrana diminui
1571 (deslocando-se, portanto, para valores menos negativos), levando a que haja
1572 uma menor distribuição de cargas negativas no interior da
1573 membrana e, nestas circunstâncias, o corante terá tendência
1574 para acumular no exterior da membrana, onde haverá
1575 uma menor distribuição de cargas positivas (figura 3 b).
1576 todo este processo ocorre de forma inversa quando se está
1577 perante a interacção entre um corante lipofílico aniónico
1578 e a membrana, devido às interacções electrostáticas que se
1579 estabelecem entre o anião c- e a distribuição de cargas no
1580 interior da membrana.
1581 estes fluorocromos são denominados sondas de resposta
1582 lenta (demoram entre poucos segundos a vários minutos
1583 até atingirem o equilíbrio na partição) e são adequados
1584 para medir variações de potencial de membrana em células.
1585 existem outros fluorocromos, designados de resposta
1586 rápida, adequados para respostas de variação de potencial
1587 mais rápidas que ocorrem em nervos e músculos (haugland,
1588 2002)
1589 a emissão de fluorescência só ocorre significativamente
1590 quando o corante se encontra acumulado no interior da
1591 membrana. o sinal emitido depende de alterações que
1592 ocorram nos locais de ligação entre a membrana o corante,
1593 bem como do volume da célula. com o objectivo de elimi-
1594 figura 3 - (adptação de haugland, 2002) mecanismo da resposta dos fluorocromos sensíveis ao
1595 potencial de membrana dos microrganismos. os flourocromos (sondas) de resposta lenta são aniões
1596 ou catiões lipofílicos que são translocados através da membrana por um mecanismo electroforético.
1597 as alterações de fluorescência derivam da resposta da sonda ao campo eléctrico que se estabelece no
1598 interior e no exterior da membrana. os fluorocromos de resposta rápida são adequados a respostas de
1599 variações de potencial muito rápidas, como as que ocorrem em células de músculos.
1600 (a)– mecanismo de resposta de uma sonda catiónica de potencial de membrana, de resposta lenta.
1601 uma vez atingido o equilíbrio entre entre as células e o catião, este acumula-se no interior da membrana
1602 se esta estiver polarizada ou hiperpolarizada , pois nesta situação, o interior daquela encontrase
1603 carregado mais negativamente.
1604 (b) - mecanismo de resposta de uma sonda aniónica de potencial de membrana, de resposta lenta.
1605 uma vez atingido o equilíbrio entre entre as células e o anião, este acumula-se no interior da membrana
1606 se esta estiver despolarizada , pois nesta situação, o interior daquela encontra-se carregado menos
1607 negativamente.
1608 hiperpolarização
1609 hiperpolarização
1610 despolarização
1611 despolarização
1612 fluorocromos de resposta rápida
1613 fluorocromos de resposta rápida fluorocromos de resposta lenta
1614 a)
1615 b)
1616 membrana
1617 membrana
1618 espaço extracelular
1619 espaço extracelular
1620 espaço intracelular
1621 espaço intracelular
1622 fluorocromos de resposta lenta
1623 métodos em biotecnologia - citometria de fluxo ii
1624 boletim de biotecnologia
1625 nar esta dependência, que é fonte de erro da determinação
1626 de , têm sido realizadas medições raciométricas de
1627 potencial de membrana, por serem práticamente independentes
1628 do volume celular (novo et al, 1999). na tabela 2
1629 encontram-se alguns dos corantes utilizados na determinação
1630 do potencial de membrana.
1631 2.2 avaliação da integridade da membrana
1632 a integridade da membrana pode ser detectada por retenção
1633 ou exclusão dos corantes. no método de retenção do
1634 corante, as células são incubadas com um substrato não
1635 fluorescente, o qual é clivado por enzimas intracelulares,
1636 resultando da acção enzimática um produto fluorescente
1637 que é retido nas células apenas quando a membrana citoplasmática
1638 está intacta. este método poderá não ser rigoroso
1639 devido a uma eventual perda de actividade enzimática,
1640 ao transporte ineficiente do substrato não fluorescente, e
1641 à expulsão do corante através do sistema de bombas de efluxo.
1642 to-pro-3, um corante de excitação no vermelho,
1643 considerado por vários autores como marcador de exclusão
1644 de corantes, pode corar células intactas, tal como o brometo
1645 de etídio (nebe-von-caron, et al, 2000). a exclusão do
1646 iodeto de propídio é assim o método de eleição e o mais
1647 utilizado na detecção da integridade da membrana, pois
1648 evita problemas associados à actividade enzimática do
1649 corante. portanto, devem ser tomadas precauções na
1650 interpretação da retenção e exclusão dos corantes. a
1651 melhor forma de entender o mecanismo da exclusão dos
1652 corantes é a utilização de corantes em misturas. a próxima
1653 secção descreverá duas aplicações de misturas de corantes
1654 fluorescentes em bactérias (uma gram-negativa e uma
1655 gram-positiva), e, nalguns casos, os cuidados que devem
1656 ser tomados na interpretação dos resultados.
1657 2.3 marcação com mistura de fluorocromos
1658 1. células de escherichia coli w3110 (bactéria gramnegativa)
1659 coradas com a mistura box+be+ip 1660 a figura 4 mostra a utilização de uma combinação de três
1661 corantes fluorescentes: o ácido bis-(1,3-dibutilbarbitúrico),
1662 box ou bis-oxonol, para detectar o potencial de membrana,
1663 o brometo de etídio (be) para detectar células cujo sistema
1664 de transporte que exclui este corante se encontra afectado
1665 e o iodeto de propídio (ip) para detecção da integridade
1666 da membrana. esta mistura foi utilizada em células de
1667 e. coli w3110 em fase de crescimento exponencial, que
1668 foram aquecidas a 60şc, durante 30 segundos. é sabido
1669 que este tratamento térmico induz nesta bactéria não só
1670 a perda do potencial da membrana citoplasmática como
1671 também a permeabilização da mesma (nebe-von-caron
1672 e badley, 1995; boswell et al., 1998, hewitt et al., 1998,
1673 1999b). a fluorescência emitida pelas células de e. coli
1674 coradas com a mistura box+be+ip (figura 4 a) permitiu
1675 diferenciar 4 subpopulações, correspondentes a (a) células
1676 saudáveis, não coradas; (b) células vitais , sem o sistema de
1677 transporte activo que exclui o be e, são, portanto, coradas
1678 por este corante; (c), células intactas, sem o sistema de
1679 transporte activo que exlcui o be, mas com potencial de
1680 membrana, coradas por eb/box; e (d) células mortas com
1681 as membranas citoplasmáticas permeabilizadas, coradas
1682 por eb/box/pi.
1683 outros organismos testados (citrobacter sp., actinobacter
1684 sp., pseudomonas sp., e bacillus sp.) revelaram resultados
1685 semelhantes. no entanto, a exclusão dos corantes não
1686 foi verificada em todas as espécies. quando células de
1687 rhodococcus sp., foram tratadas e coradas da mesma
1688 forma com a mistura box+be+ip , apenas três populações
1689 foram diferenciadas (figura 4 b). quando estes resultados
1690 foram comparados com os resultados obtidos pela e.
1691 coli, verificou-se que a população composta por células
1692 saudáveis (figura 4 a, população a) não estava presente
1693 e que todas as células de rhodococcus sp. foram coradas
1694 pelo be. neste caso, as células deste microrganismo. podem
1695 ter perdido o sistema de transporte activo não específico
1696 protão/antiporte, que é requerido para excluir o be das
1697 células.
1698 2. células de bacillus licheniformis ccmi2 1034 (bactéria
1699 gram-positiva) coradas com a mistura dioc6(3)+ip 1700 a mistura de dioc6(3) e pi pode também ser utilizada para
1701 diferenciar células metabolicamente activas, células com as
1702 membranas citoplasmáticas despolarizadas e células com
1703 membranas citoplasmáticas permeabilizadas. a utilização
1704 do dioc6(3) na diferenciação de bactérias gram-positivas
1705 com alterações do potencial de membrana é preferível
1706 a outros tipos de corantes, pois estas células, quando se
1707 encontram em fase exponencial, geram um potencial de
1708 membrana tal que excluem os corantes aniónicos, tal como
1709 o bis-oxonol, não permitindo a diferenciação destas células
1710 (hewitt e nebe-von-caron, 2004).
1711 a figura 5 mostra a diminuição da intensidade da
1712 fluorescência do dioc6(3) em células de bacillus
1713 licheniformis ccmi 1034 recolhidas em estado estacionário
1714 (d=0,27 h-1), incubadas durante 10 minutos com cccp,
1715 tabela 2. a notação de sims (diycn+1)(2m+1) permite
1716 descrever a estrutura das cianinas simétricas, pela
1717 qual y pode ser substituído por o (oxi-oxonóis), s (tiooxonóis),
1718 i (indo-oxonóis) ; n é o número de grupos
1719 ch2 e m o número de grupos –ch=ch-chfamília
1720 grupo corante referências
1721 aniónicos bis-oxonol
1722 dibac4(3)
1723 disbac2(3)
1724 dibac4(5)
1725 suller and lloyd, 1999
1726 catiónicos rodamina rh 123 diaper e edwards, 1994
1727 carbocianinas
1728 dioc2(3)
1729 dioc5(3)
1730 dioc6(3)
1731 diic1(5)
1732 novo et al, 1999
1733 novo et al, 1999
1734 monfort et al, 1996
1735 novo et al, 1999
1736 2colecção de culturas de microrganismos industriais, localizada no
1737 laboratório de microbiologia industrial, departamento de biotecnologia,
1738 instituto nacional de engenharia e tecnologia industrial.
1739 métodos em biotecnologia - citometria de fluxo ii
1740
1741 comprovando que a emissão de fluorescência deste corante
1742 é mais intensa quando as células estão metabolicamente
1743 activas, com as membranas citoplasmáticas polarizadas. este
1744 comportamento foi igualmente observado em células de
1745 staphylococcus aureus, quando tratadas com gramicidina,
1746 outro ionóforo também utilizado na redução do potencial
1747 de membrana (diaper et al., 1992), e em células de outra
1748 estirpe de staphylococcus aureus tratadas com cccp, mas
1749 coradas com dioc2(3) (novo et al., 1999).
1750 figura 4 - (retirada de hewitt e nebe-von-caron, 2001) (a) fluorescência
1751 emitida por células de e.coli 3110 em fase exponencial, submetidas
1752 a um tratamento térmico (60şc durante 30 s), coradas com a mistura
1753 brometo de etídio + bis-oxonol + iodeto de propídio (bep) e (b) fluorescência
1754 emitida por células de rhodococcus sp. coradas com a mesma
1755 mistura. quatro subpopulações foram difrenciadas, correspondentes a
1756 (a) células saudáveis, não coradas; (b) células vitais , sem o sistema de
1757 transporte activo que exclui o be e, são, portanto, coradas por este corante;
1758 (c), células intactas, sem o sistema de transporte activo que exlcui o
1759 be, mas com potencial de membrana, coradas por eb/box; e (d) células
1760 mortas com as membranas citoplasmáticas permeabilizadas, coradas
1761 por eb/box/pi. as medições no citómetro de fluxo foram realizadas
1762 num coulter epics elite com excitação a 488 nm, proveniente de um
1763 laser de argon (15 mw). as fluorescências do ip, be e box foram medidas
1764 a 635, 575 e 525 nm, respectivamente. devido à elevada sobreposição
1765 dos espectros de emissão do be e do ip, o sistema foi compensado de
1766 forma a eliminar a fluorescência emitida pelo ip no detector de emissão
1767 de fluorescência do be.
1768 a figura 6 a) mostra o gráfico de densidades correspondente
1769 a células de bacillus licheniformis ccmi 1034 quando
1770 submetidas a um tratamento térmico a 100şc, durante
1771 10 minutos, e posteriormente coradas com uma mistura de
1772 dioc6(3) +pi. é possível diferenciar duas subpopulações
1773 (b) e (d), que correspondem respectivamentes a células
1774 com membranas polarizadas (b), que não são coradas por
1775 nenhum dos corantes e, uma outra sub-população (d),
1776 composta por células coradas por ambos os flurocromos.
1777 a interpretação desta última sub-população, baseada na
1778 coloração destas células por ambos os corantes, levaria
1779 a concluir que estas células possuem membranas polarizadas
1780 (coradas pelo dioc6(3) ), mas permeabilizadas
1781 (coradas pelo ip), o que é contraditório. mason et al., 1995,
1782 observaram que células de e.coli, quando submetidas ao
1783 mesmo tratamento térmico e coradas com dioc6(3), apresentavam
1784 uma fluorescência superior às células saudáveis
1785 (possuidoras de membranas citoplasmáticas polarizadas).
1786 teoricamente, células que são coradas por este composto
1787 possuem membranas polarizadas, pelo que a fluorescência
1788 do dioc6(3) emitida por células submetidas ao tratamento
1789 térmico (que induz a despolarização e permeabilização da
1790 membrana) deveria ser baixa ou ausente. os autores explicaram
1791 esta discrepância baseando-se no carácter lipofílico
1792 do dioc6(3). a estrutura das cadeias dos fosfolípidos das
1793 membranas citoplasmáticas das células, quando expostas a
1794 elevadas temperaturas colapsa, ficando as regiões hidrofóbicas
1795 da membrana expostas e acessíveis ao dioc6(3)
1796 que irá ligar-se a esses centros, devido à sua elevada
1797 afinidade por aquelas regiões. nesta situação, a emissão
1798 da fluorescência do dioc6(3) detectada em células mortas
1799 não é dependente do potencial de membrana, mas sim da
1800 afinidade daquele composto pelas regiões hidrofóbicas da
1801 membrana expostas.
1802 células recolhidas de uma cultura contínua em estado estacionário
1803 à taxa de diluição de 0.27 h-1 (µmax sup 1h -1), quando
1804 coradas com a mistura de dioc6(3) e pi apresentam o
1805 gráfico de densidades mostrado na figura 6 b), onde é pos-
1806 dioc6(3)
1807 número de eventos
1808 células em estado estacionário (0.27h-1 )+ cccp (10 min)
1809 células em estado estacionário (0.27h-1)
1810 figura 5 - (retirada de reis et al., 2004) efeito da adição de cianina
1811 carbonil m-clorofenilhidrazona (cccp) no potencial de membrana de
1812 células de bacillus licheniformis ccmi 1034, em estado estacionário
1813 (d=0,27 h-1), quando coradas com dioc6(3).
1814 métodos em biotecnologia - citometria de fluxo ii
1815 boletim de biotecnologia
1816 sível diferenciar quatro subpopulações, correspondentes
1817 a células polarizadas (a), coradas pelo dioc6(3); células
1818 despolarizadas (b), não coradas; células despolarizadas e
1819 permeabilizadas (c), coradas pelo pi; e células despolarizadas
1820 e permeabilizadas com a membrana citoplasmática
1821 danificada (possívelmente células fantasmas ), coradas
1822 pelo dioc6(3) e pi.
1823 a existência de células fantasmas foi posteriormente
1824 confirmada pela análise destas quatro subpopulações por
1825 microscopia de transmissão electrónica. a figura 7 mostra
1826 uma secção de uma amostra de células de bacillus licheniformis
1827 ccmi 1034, quando privadas de nutrientes, por
1828 um período de três horas. foi possível identificar dois tipos
1829 distintos de células: umas com estruturas do tipo célula
1830 fantasma , com pouco ou nenhum material citoplasmático
1831 no interior do envelope da célula, que contrastam com
1832 células consideradas normais , cujo conteúdo citoplasmático
1833 no interior de célula se apresenta denso. pensa-se
1834 que as estruturas que perderam o conteúdo celular se
1835 encontram num estado avançado de lise celular, podendo
1836 ser responsáveis pela intensa fluorescência do dioc6(3),
1837 conforme se observou em células submetidas ao tratamento
1838 térmico a 100 şc. é assim suposto que a sub-população
1839 (d) corresponde a células com um elevado grau de lesão
1840 nas suas membranas, equiparado aos danos que ocorrem
1841 na membrana citoplasmática quando é sujeita a um tratamento
1842 térmico drástico (100şc, durante 10 minutos).
1843 com base na explicação destas quatro subpopulações, foi
1844 então sugerida a seguinte dinâmica entre elas: quando
1845 as células saudáveis (sub-população a) são submetidas a
1846 um determinado tipo de stresse, alguns dos seus sistemas
1847 de transporte activo poderão ser afectados, o que induz a
1848 despolarização da membrana citoplasmática (sub-população
1849 b). este estado metabólico poderá evoluir para a
1850 permeabilização da membrana, indicando morte celular
1851 (sub-população c) e, mais tarde, a membrana poderá
1852 colapsar (sub-população d). porém, ensaios posteriores
1853 figura 6 - (retirada de reis et al., 2004) (a) células de bacillus licheniformis
1854 ccmi 1034 submtidas a um tratamento térmico (banho de água a
1855 100ş, durante 10 minutos), coradas com a mistura de dioc6(3)+ip. duas
1856 subpopulações foram diferenciadas, correspondentes a (b) células com
1857 a membrana citoplasmática despolarizada, não coradas por nenhum dos
1858 corantes; e (d) células com a membrana citoplasmática permeabilizada,
1859 coradas por ambos os corantes dioc6(3)+ip. (b)
1860 (b) células de bacillus licheniformis ccmi 1034 em estado estacionário
1861 (d=0.27 h-1), coradas com a mistura dioc6(3)+ip. quatro subpopulações
1862 foram diferenciadas, correspndentes a (a) células saudáveis, coradas
1863 pelo dioc6(3); (b) células com a membrana citoplasmática despolarizada,
1864 não coradas; (c) células com a membrana despolarizada e permeabilizada,
1865 coradas pelo ip; e (d) células com a membrana citoplasmática
1866 despolarizada, permeabilizada e danificada. as medições no citómetro
1867 de fluxo foram realizadas num coulter epics elite com excitação a 488
1868 nm, proveniente de um laser de argon (15 mw). as fluorescências do ip 1869 e do dioc6(3) foram medidas a 635 e 525 nm, respectivamente.
1870 figura 7 - (retirada de reis et al., 2004) fotografia de transmissão electrónica
1871 (x 25000) de células do bacillus licheniformis ccmi 1034 em
1872 carência de nutrientes por um período de 3 horas. é possível visualisar
1873 células fantasma que apresentam um reduzido conteúdo material citoplasmático
1874 no interior do envelope da célula. estas estruturas (i), contrastam
1875 com as estruturas do tipo ii, relativas a células normais , cujo
1876 conteúdo citoplasmático é denso.
1877 i
1878 ii
1879 métodos em biotecnologia - citometria de fluxo ii
1880 boletim de biotecnologia 39
1881 confirmaram que as células com membranas despolarizadas
1882 que compõem a sub-população (b), em presença de
1883 uma fonte fresca de energia, conseguem repolarizar as suas
1884 membranas, evoluindo para a sub-população (a), composta
1885 por células saudáveis (reis et al., 2004, submetido para
1886 publicação).
1887 3. citometria de fluxo on-line nos processos
1888 biotecnológicos, num futuro próximo
1889 no decurso de qualquer bioprocesso, é essencial a monitorização
1890 da proliferação celular, bem como da viabilidade.
1891 as informações da concentração de biomassa são cruciais
1892 na tomada de decisões, durante o controlo do processo.
1893 estas informações podem permitir a recolha do produto na
1894 concentração adequada, de forma a obterem-se produtividades
1895 máximas, ou ainda a activação de sistemas indutíveis
1896 no tempo correcto, de modo a optimizar-se a eficiência
1897 global do processo. a existência de uma fracção significativa
1898 de células mortas ou dormentes durante qualquer parte
1899 da evolução do bioprocesso reflectir-se-á negativamente no
1900 rendimento global do processo, uma vez que estas células
1901 não contribuem para a formação do produto. portanto, é
1902 importante a obtenção de informação rigorosa e precisa
1903 sobre os estados fisiológicos das células presentes numa
1904 determinada população. tal como foi referido atrás, a marcação
1905 com misturas de corantes permite obter esta informação
1906 com um elevado grau de precisão num intervalo de
1907 tempo reduzido e com tempo de resposta quase em tempo
1908 real, mostrando numerosas vantagens relativamente aos
1909 métodos tradicionalmente utilizados na determinação da
1910 viabilidade celular.
1911 as técnicas de microbiologia clássica utilizadas para
1912 monitorizar a proliferação e a viabilidade celular
1913 apresentam vários inconvenientes. como já foi referido,
1914 a densidade óptica, o peso seco e a contagem manual de
1915 colónias dão uma indicação do crescimento associado à
1916 divisão celular, mas não dão qualquer informação sobre o
1917 estado fisiológico das células. além disso, os resultados da
1918 evolução da concentração da biomassa (peso seco) de uma
1919 determinada fermentação só estão disponíveis após um
1920 período de tempo relativamente prolongado, na maioria
1921 dos casos demasiado tarde para se poder fazer qualquer
1922 alteração no controlo do processo. por outro lado, este tipo
1923 de medições realizados nas fases iniciais das fermentações,
1924 quando as concentrações de biomassa são geralmente
1925 baixas, é impreciso, pois tem associado um elevado
1926 erro experimental. acresce que as leituras de densidade
1927 óptica raramente dão conta de alterações na dimensão
1928 das células. por seu lado, a contagem manual de células é
1929 morosa e, em termos estatísticos, assenta no princípio de
1930 uma distribuição igualitária na câmara de contagem, uma
1931 situação altamente improvável.
1932 do ponto de vista da microbiologia clássica, uma célula é
1933 considerada viável quando se comprova o seu crescimento
1934 associado à divisão celular. o método das viabilidades tem
1935 por base a diluição da amostra e posterior inoculação em
1936 meios não selectivos, pelo que é necessário esperar pelo
1937 menos 12 horas até se obterem resultados, mais uma vez
1938 demasiado tarde para se poderem fazer alterações durante
1939 o controlo de processo. é importante realçar uma vez mais
1940 que estados fisiológicos em que as células se encontrem sob
1941 stresse ou danificadas, correspondentes a células 3viáveis
1942 mas não cultiváveis , não são detectados por estes métodos.
1943 as técnicas de coloração utilizadas em microscopia
1944 também sofrem das mesmas limitações da contagem
1945 manual de células.
1946 os modelos matemáticos utilizados para prever a evolução
1947 da biomassa ao longo de uma fermentação são muitas vezes
1948 imprecisos porque assentam no pressuposto de que uma
1949 determinada população de bactérias é homogénea do ponto
1950 de vista fisiológico e da sua capacidade de divisão celular,
1951 o que, como se viu atrás, não corresponde à realidade.
1952 a presença de uma elevada percentagem de células
1953 permeabilizadas, consideradas mortas, terá um impacto
1954 negativo na síntese de qualquer produto desejado ou na
1955 degradação de agentes poluentes. daí que a monitorização
1956 da concentração do produto, da biomassa, dos nutrientes
1957 e de outros substratos deva ser acompanhada pela
1958 monitorização do desenvolvimento das subpopulações de
1959 uma cultura microbiana, no decorrer do processo.
1960 hewitt et al. (1999b), através da utilização da técnica
1961 de misturas de corantes fluorescentes em citometria de
1962 fluxo at-line, demonstraram que ocorria uma redução de
1963 20% na viabilidade de células de e.coli na última fase da
1964 fermentação em regime semi-contínuo, devido à severa
1965 limitação de carbono que se verificou nas útimas etapas da
1966 fermentação (figura 8).
1967 as análises que fornecem informações sobre a evolução
1968 do bioprocesso, quando realizadas on-line (o equipamento
1969 está em contacto directo com a cultura através de uma
1970 sonda, por exemplo), terão um acrescido benefício
1971 relativamente aos métodos de monitorização at-line e
1972 off-line, uma vez que permitirão obter informação no tempo
1973 real da fermentação, e a tempo de se tomarem decisões na
1974 estratégia do processo (alison et al, 2002).
1975 a montagem da citometria de fluxo 3on-line em unidades
1976 de fermentação garantirá, num futuro próximo, um
1977 significativo aumento da produtividade do processo. este
1978 sistema, em associação com uma estratégia do controlo
1979 do processo baseada na adição de uma fonte de energia
1980 que seja dependente do número de células com um baixo
1981 potencial de membrana (subpopulação de células com
1982 as membranas despolarizadas que é capaz de evoluir
1983 para a repolarização da membrana em presença de uma
1984 fonte fresca de energia, confrome se viu atrás) permitirá
1985 reduzir o número de células que não contribuam para a
1986 síntese do produto desejado, e, por conseguinte, aumentar
1987 a produtividade global do processo (nebe-von-caron et
1988 al., 2000).
1989 métodos em biotecnologia - citometria de fluxo ii
1990 boletim de biotecnologia
1991 agradecimentos
1992 o trabalho realizado pelos autores na universidade de
1993 birmingham (reino unido) foi financiado pelo projecto
1994 europeu do quinto programa quadro (qlk3-1999-0004)
1995 enhanced, intelligent processing of food and related
1996 wastes using th ermophilic populations . teresa lopes da
1997 silva e alberto reis agradecem à fundação para a ciência
1998 e a tecnologia o apoio financeiro através das bolsas de
1999 doutoramento bd/5453/2001 e pós-doutoramento bpd/
2000 8039/2002, respectivamente.
2001
2002
2003 <langue=br><sujet=potentiel-de-membrane><num=48><source=http://www.medicinacomplementar.com.br/temajan04.asp>
2004
2005 tema do mês de janeiro de 2004
2006
2007 o controle do câncer com um método muito simples e não dispendioso : provocar a hiperpolarização celular com dieta pobre em sódio e rica em potássio. evidências clínicas e experimentais
2008 dr. josé de felippe junior
2009 considerações| observações | implicações | bibliografia
2010
2011 consirerações teóricas sobre o potencial transmembrana
2012 a evolução durou milhões de anos. no início havia átomos, depois moléculas boiando em uma verdadeira sopa de nutrientes , sob a influência de uma salada de campos eletromagnéticos fornecedores de energia e de informação. quando os campos eletromagnéticos forneceram as informações certas, demos o grande salto e nos tornamos seres unicelulares. nós vivíamos dispersos na água do mar, em um meio adverso, rarefeito em oxigênio e o nosso metabolismo era anaeróbio e gerava pouca energia.
2013
2014 quando a atmosfera começou a se enriquecer de uma forma gradativa e constante de oxigênio, começamos a desenvolver mecanismos que nos tornariam dependentes do oxigênio para viver e neste momento começamos também a desenvolver mecanismos para dele nos defender. foi assim que surgiu o metabolismo dependente do oxigênio , de alta produção de energia, o metabolismo aeróbio , uma das razões da nossa sobrevivência e sucesso no planeta. foi nesta época que surgiram as defesas anti radicais livres, para dar conta dos elétrons que escapavam do metabolismo de alta energia.
2015
2016 a importância do ferro na troca de elétrons nos fez desenvolver mecanismos muito eficientes de absorção, porém, não apareceu até hoje na evolução , o modo de como dele se livrar. isto , de um lado é bom, pois nos mantém com quantidades suficientes de um dos principais elementos envolvidos na produção de energia , porém , também nos deixa à mercê do seu excesso : aumento da geração de radicais livres com aumento de lesão dos componentes celulares: membrana, enzimas, dna, mitocôndria, etc..
2017
2018 o meio ambiente era o oceano, rico em sódio, e nada mais econômico para a sobrevivência da espécie, do que usa-lo para a multiplicação celular. se acreditarmos que a vida originada como replicação unicelular ocorreu dentro do oceano, onde o na+ era o cation mais abundante, seria uma situação de alto valor evolutivo e de sobrevivência se a divisão e a multiplicação celular fossem estimuladas positivamente pelo onipresente na+ e o associado baixo k+ . foi assim que desenvolvemos mecanismos de síntese de dna dependentes do sódio. de fato muitos trabalhos demonstram que o aumento do sódio intracelular age diretamente sobre enzimas intranucleares iniciando a síntese de dna , o que acarreta o processo de multiplicação celular : mitose.
2019
2020 desta forma surgiu outro grande salto na evolução: a formação dos seres pluricelulares; sempre sob a influência das substâncias químicas nutrientes e dos campos eletromagnéticos informacionais, isto é sob a influência de matéria e energia.
2021
2022 os seres pluricelulares mantiveram o ambiente que banhava os seres unicelulares praticamente igual e assim o meio intersticial das nossas células ficou muito parecido com o do oceano : rico em sódio e pobre em potássio.
2023
2024 neste ínterim foi crucial desenvolver mecanismos de controle da multiplicação celular e aí surgiu a bomba de sódio/ potássio capaz de manter o sódio ativamente fora da célula, para regular a mitose. com o uso de muita energia para fazer funcionar esta bomba , as células mantém o meio intracelular pobre em sódio e rico em potássio, o que constitui um dos mecanismos principais de regulação do potencial transmembrana e consequentemente um dos mecanismos mais importantes de controle da multiplicação celular.
2025
2026 a membrana citoplasmática desempenhou papel primordial na evolução ,pois é ela que mantém os gradientes de concentração dos eletrólitos e portanto do potencial transmembrana. a membrana que envolve as mitocondrias reveste-se do mesmo valor, pois mantém os gradientes dos substratos e eletrólitos necessários ao metabolismo aeróbio de alta energia.
2027
2028 de fundamental importância é o fato já demonstrado por alguns pesquisadores sobre a relação entre o potencial transmembrana e a proliferação celular. guidon e woodland, albert szent- gyorgi , clarence cone e outros mostraram que a queda do potencial transmembrana a níveis inferiores a -15 milivolts , desencadeia a síntese de dna e dispara a multiplicação celular : mitose. normalmente o potencial transmembrana das células está ao redor de - 20 a –90mv: células beta do pâncreas: -20mv, células gástricas:-50mv, células hepáticas:-60mv, neuronios:-70mv, células do músculo esquelético: -90mv e fibras miocárdicas:-90 mv.
2029
2030 cone foi capaz de induzir a síntese de dna e a consequente mitose em células que normalmente não se dividem. de fato , este brilhante pesquisador conseguiu induzir mitose em neurônios completamente diferenciados do sistema nervoso central , ao provocar despolarização artificial sustentada em meio de cultura (potencial transmembrana : -10mv), demonstrando a enorme importância deste mecanismo de disparo da proliferação celular.
2031
2032 foi por intermédio da aquisição da capacidade de produzir grande quantidade controlada de energia (atp) que conseguimos administrar a multiplicação celular desordenada , mantendo o potencial transmembrana em níveis superiores a –15mv. foi também através do metabolismo aeróbio, com alta produção de energia que fabricamos tudo aquilo que necessitamos, na medida que dispomos dos combustíveis (carboidrato e gordura) e de matéria prima essencial (aminoácidos, sais minerais ,vitaminas e ácido linolenico).
2033
2034 de um modo geral, a presença dos 45 nutrientes essenciais no meio intracelular é condição para as células produzirem tudo que o organismo necessita, se houver atp em quantidade adequada , não houver interferência de metais ou substâncias tóxicos e a célula for geneticamente capaz.
2035
2036 para conway a ingestão de uma dieta pobre em sódio e rica em potássio, diminui o sódio e aumenta o potássio dentro da célula e assim ativa a atpase da bomba de sódio/potássio, aumenta a quantidade de atp disponível e polariza a célula, restaurando o potencial transmembrana ao normal. em outras palavras, diminui a entropia, isto é , aumenta o grau de ordem e informação ( célula saudável
2037
2038 a dieta rica em sódio, pelo contrário, aumenta o sódio dentro da célula, diminui o potencial transmembrana, diminui o metabolismo celular e despolariza a célula , isto é, aumenta a entropia e provoca diminuição do grau de ordem – informação no sistema aberto que é a célula , podendo desencadear a proliferação celular ( célula doente).
2039
2040 desta maneira o sódio constitui-se no grande vilão da historia , e não pode ser considerado prejudicial somente na insuficiência cardíaca ou na hipertensão arterial. o sódio é prejudicial em outras doenças cardiovasculares como, angina pectoris, miocardites e cardiomiopatias, assim como em doenças como : artrite reumatóide, espondiloartrose, osteoporose, úlceras varicosas, herpes, lupus eritematoso, câncer , etc.
2041
2042 considera-se ideal do ponto de vista termodinâmico, um sódio plasmático de 136-137 meq/l e não 136 a 146 meq/l como reza a literatura médica ortodoxa. o ideal do potássio é de 4,8 a 5 meq/l e do magnésio, 2,2 a 2,4meq/l.
2043
2044 quanto ao câncer, os estudos de damadian e cope, demonstraram aumento de sódio e diminuição de potássio intracelular em vários tipos de células cancerosas. também observaram diminuição da produção de atp.
2045
2046 goldsmith e damadian em 1975, estudando a ressonância do sódio-23 em quatro tipos de células cancerosas e seis tipos de células normais, constataram maior quantidade de sódio nas células cancerosas quando comparadas com as células normais correspondentes.
2047
2048 soddi pallares, cita o trabalho de avioli e raisz de 1980: quando o metabolismo celular está alto ( potencial transmembrana elevado, célula altamente polarizada), o meio intracelular é rico em magnésio, potássio e atp. quando o metabolismo está baixo (potencial transmembrana diminuído, célula despolarizada), o meio intracelular é rico em cálcio e sódio e pobre em atp .
2049
2050 para calva, a solução polarizante ( gki : glicose, potássio e insulina) aumenta a produção de atp em grande número de células, incluindo as células cancerosas.
2051
2052 para soddi pallares os campos magnéticos pulsáteis também aumentam a produção de atp.
2053
2054 os três elementos acima, dieta pobre em sal, solução polarizante e campo magnético pulsátil, tem sido empregados por sodi pallares no méxico, com grande sucesso , em patologias muito diferentes como: miocardiopatia dilatada, artrite reumatóide, espondiloartrose, osteoporose, herpes zoster, úlceras varicosas e câncer.
2055
2056 em 1970, clarence cone discorre sobre vários trabalhos científicos que referenciam o potencial transmembrana como mecanismo básico de controle da mitose.
2057
2058 de fato , uma série de observações experimentais indica que existe uma correlação significante entre o nível da diferença de potencial elétrico transmembrana ( em) das células somáticas e o grau de atividade mitótica.
2059
2060 nos seres vivos , a grande maioria das células somáticas maduras estão no período g1 do ciclo celular e devem primeiro passar pelo período s para sintetizar dna , para somente em seguida entrarem em mitose. ( baserga,1965).
2061
2062 a permanência das células no período g1 é mantida pela homeostase mitótica natural, possivelmente por bloqueios reversíveis de uma ou mais vias de síntese de dna.. tais bloqueios são liberados quando a proliferação celular é necessária para o crescimento ou reposição das células mortas.
2063
2064 a compreensão da natureza destes bloqueios e da liberação dos mecanismos de controle é de fundamental importância nos fenômenos biológicos que envolvem o equilíbrio e a regulação da mitose: morfogênese, desenvolvimento, cicatrização de feridas, regeneração, senescência e câncer.
2065
2066
2067 observações que sugerem a relação entre o nível do potencial transmembrana ( em ) e a atividade mitótica.
2068
2069 compreende-se muito bem que a presença do alto grau de polarização das células nervosas e musculares proporciona a grande excitabilidade de suas membranas e portanto se relaciona com a função destas células. entretanto fica difícil entender o por quê da existência de polarização em todas as células somáticas. assim parece razoável suspeitar que uma vez que a contínua e precisa manutenção da homeostase mitótica é imperativa em todass células somáticas e o potencial de membrana onipresente de tais células pode de alguma maneira estar funcionalmente relacionado com o controle mitótico.
2070
2071 entre as células somáticas , as células nervosas e as musculares possuem um em extremamente alto ( o potencial de membrana é alto em valores absolutos , a célula está muito polarizada, mais negativa ) na interfase e característicamente tais células exibem um grau extremamente baixo de atividade mitótica ( weiss,1956). esta quiescência mitótica tem sido atribuída simplesmente ao fato destas células serem altamente diferenciadas , porém é a manutenção do potencial transmembrana muito elevado que acarreta a quase ausência de atividade mitótica.
2072
2073 um exemplo comum da correlação entre o potencial de membrana e a atividade mitótica, é visto nas culturas de células in vitro . durante a adaptação das células somáticas das condições in vivo para o crescimento in vitro , observa-se uma pronunciada diminuição do nível do em ( potencial de membrana menor em valores absolutos, célula mais despolarizada, menos negativa) que é acompanhada pelo início da proliferação ativa destas células.
2074
2075 o em das células somáticas maduras ( fígado, pulmão, tecido conetivo) na interfase g1, in vivo , geralmente se encontra na faixa dos –40 a –50mv e a atividade mitótica é muito baixa . quando se coloca tais células em meio de cultura o em cai para –10mv e as células apresentam uma proliferação mitótica contínua, ininterrupta e assim permanecem, enquanto perdurar o nível baixo de em.
2076
2077 a característica diminuição do nível de em em g1, parece ser um fenômeno geral que ocorre nos mais diferentes tipos de células e demonstra que um valor baixo de em ( menor que –15mv ) está associado com uma proliferação celular muito ativa.
2078
2079 desta forma, a habilidade das células passarem de um estado de alto em (-50 a -90mv ) com relativa quiescência mitótica, para um estado de baixo em ( menor que –15mv ) com alta atividade mitótica, sob a imposição de um estímulo apropriado, é também demonstrado pela adaptação à cultura in vitro , nas palavras de clarence cone. no caso de células normais , o processo adaptativo é reversível.
2080
2081 outro fato interessante: as células em cultura capazes de manter seu em original que apresentavam in vivo , após a explantação e manutenção in vitro , não aumentam sua proliferação, mantendo a mesma atividade mitótica que mantinham in vivo . neurônios maduros e mantidos por meses in vitro permanecem com um em constante de –70mv em uma total ausência de mitose. entretanto , se provocarmos a diminuição do em para níveis inferiores a –10mv , tais neurônios começam a se proliferar.
2082
2083 para gurdon e woodland ( 1968), o nível de em associado com a reativação nuclear e consequente proliferação celular mitótica está entre –10 e –20mv.
2084
2085 clarence nos alerta para outro exemplo significante de correlação entre o nível de em e a atividade mitótica. é a observação sistemática de uma pronunciada despolarização celular que acompanha a transformação maligna das células somáticas in vivo . os dados disponíveis sugerem que uma das características básicas da transformação maligna , é a diminuição sustentada do nível de em em relação à célula homologa normal, sem câncer ( shaefer,1956; tokuoka,1956; john-stone,1959 ) e esta diminuição é acompanhada pelo grande aumento da atividade proliferativa característico do estado maligno.
2086
2087 outra semelhança entre a adaptação in vitro e a transformação maligna in vivo é que durante a adaptação das células normais em cultura ocorrre dissociação do tecido original em células individuais com alteração molecular da superfície celular. na transformação maligna a primeira alteração que acontece é a diminuição de adesividade das membranas transformadas ( coman,1944) , levando à invasão vizinha e às metastases.
2088
2089 as semelhanças apresentadas sugerem que o fator primário que mudou nos dois casos , foi a natureza funcional e molecular da superfície celular e na teoria convencional de membrana, a superfície celular é que desempenha um íntimo papel na determinação do nível de em e de suas variações. deste modo , é possível que os mesmos tipos de alterações de superfície que levaram à invasão e às metastases das células malignas , sejam também a fonte do diminuído em e da ativa proliferação mitótica maligna destas células.
2090
2091 a maioria das células somáticas in vivo aparentemente , mantém níveis intermediários de em ( -30 a –60mv ) e também mantém níveis intermediários de proliferação celular, reforçando a possibilidade que a relação entre o valor do em e o grau de atividade mitótica , realmente existe.
2092
2093 sabemos que existem níveis de em abaixo dos quais a mitose está completamente liberada e níveis de em acima dos quais a mitose está completamente bloqueada . isto nos mostra mais um dos caminhos que devemos trilhar para a completa erradicação das células malignas. se atacarmos as células malditas de todos os lados e nos seus pontos fracos aniquilaremos esse bando de psicopatas completamente. nada deve sobrar sobrar para ganharmos a guerra.
2094
2095 de fato , cone e tongier, demonstraram que provocando condições iônicas intracelular para atingir um em de –70 mv ( equivalente às células nervosas que não se dividem ) bloqueia-se reversivelmente in vitro a síntese de dna e consequentemente da mitose .
2096
2097 o potencial transmembrana - em - é simplesmente a conseqüência do equilíbrio da concentração iônica através da membrana da célula, provocada por transporte ativo e pela permeabilidade diferente da membrana a vários tipos de ions. o em representa o equilíbrio iônico entre o intra e o extra celular.
2098
2099 a membrana celular possuí uma baixa condutividade ou uma baixa permeabilidade ao na+. assim o na+ é ativamente transportado para fora das células, o [na+]i ( sódio intracelular) diminui e o em se eleva numericamente , torna-se mais negayivo e a célula mais polarizada. simultâneamente o k+ entra e o cloreto sai da célula movidos passivamente pelo gradiente eletroquímico. ambos movimentos diminuem o em , gerado inicialmente pela saida do na+ do intracelular. no final se alcança o steady state onde o influxo de na+ (passivo) se iguala exatamente ao seu efluxo ( ativo) , e o k+ e o cloreto ( cl-) se equilibram passivamente.
2100
2101 nestas condiçòes, quanto maior o efluxo de na+ , menor será o sódio intraceleular, maior será o potássio intracelular e a célula ficará mais polarizada ( maior nível numérico de em).
2102
2103 uma vez que o na+ é o cation inorgânico mais abundante no fluido intersticial dos mamíferos e o k+ é o segundo catiom mais abundante , é razoável esperar que ambos desempenhem o papel principal na geração do em na maioria das células somáticas, bem como nas células musculares e nervosas.
2104
2105 altos valores de [k+]i / [na+]i e baixo conteúdo intracelular de ions inorgânicos , produz altos valores de em , maior polarização, parada de proliferação celular.
2106
2107 vários trabalhos mostram que a concentração absoluta de na+ no intracelular exerce controle definitivo sobre a síntese de dna e consequentemente da proliferação celular.
2108
2109 a equação básica de nernst ,aplicável muito bem a ions livres em solução, nos fornece uma idéia aproximada do que ocorre nas células. assim, o estado termodinâmico celular pode ser determinado pela distribuição do sódio e potássio através da membrana celular.
2110 delta g k , na = - rt logn ki / ke / nai/nae
2111
2112 delta g = energia livre
2113
2114 se a relação for normal , obtém-se 4000 calorias por mol de glicose.
2115
2116 também se obtém energia livre para realizar trabalho, em função das relações entre o ca++ e o na+ e entre o mg++ e o na+.
2117
2118 controle do potencial de membrana – em
2119
2120 considerando-se a teoria clássica do potencial de membrana, os dois elementos chaves envolvidos na geração do em são o gna, a condutividade passiva do na+ pela membrana celular e o j*na, o transporte ativo do na+ para fora da célula. existe um mecanismo de feedback envolvendo o regime iônico e osmótico intracelular, que regula o potencial transmembrana.
2121
2122 em alto induz a formação de polímeros de superfície os quais ajudam a manter o em elevado.
2123
2124 o circuito de fedback :
2125
2126 gna / j*na da em da metabolismo dos polímeros da gna / j*na
2127
2128 de superfície
2129
2130 constitui-se em mecanismo eficaz de regulação da mitose.
2131
2132 j*na : depende do metabolismo aeróbio , de alta energia
2133
2134 a mitocondria é muito sensível a alterações iônicas e osmóticas e nas células somáticas responde à diminuição do em com uma direta diminuição da produção de energia que afeta o transporte ativo e provoca uma maior queda do em ou a sua manutenção em nível baixo.
2135
2136 warburg em 1924, observou a produção glicolítica de atp como característica das células malignas. a existência deste metabolismo anaeróbio de baixa energia , é devido à diminuição dos níveis de em da célula maligna e ajuda a manter e a estabilizar a diminuição do em , através da diminuição da energia disponível para o transporte ativo do na+ para fora do meio intracelular.
2137
2138 fatores químicos, físicos e agentes virais que alteram os polímeros de superfície, podem afetar também a superfície da membrana mitocondrial, diminuindo a fosforilação oxidativa , o transporte ativo e consequentemente o em , podendo disparar a proliferação celular.
2139
2140 resumindo:
2141
2142 o potencial de membrana - em - , depende do meio iônico e osmótico intracelular o qual influencia vias metabólicas, especificamentre ligadas à :
2143
2144 síntese de dna e preparação mitótica
2145 síntese dos polímeros de superfície
2146 energia celular
2147
2148 diminuição do em provoca:
2149
2150 aumento da síntese de dna e liberação da mitose
2151 diminuição da síntese de polímeros de superfície com aumento de gna , aumento da entrada de na+ no intracelular : mantém o em baixo
2152 diminuição da energia celular por diminuição da fosforilação oxidativa mitocondrial , diminuição do j na, diminuição do efluxo de na+: mantém o em baixo
2153 e : mantém o em baixo e libera a proliferação celular: bloqueia a mitose
2154
2155 aumento do em provoca :
2156
2157 diminuição da síntese de dna com bloqueio da mitose
2158 aumento da síntese dos polímeros de superfície com diminuição do gna, diminuição do na+ intracelular: mantém o em alto
2159 aumento da energia celular por aumento da fosforilação oxidativa mitocondrial, aumento do j na, aumento do efluxo de na+ : mantém o em alto
2160 e : mantém o em alto e bloqueia a proliferação celular : bloqueia a mitose
2161
2162 outros trabalhos mostrando que a diminuição do em provoca aumento da mitose
2163
2164 estimulação mitótica por aumento do na+. cone em 1969, observou estimulação mitótica por aumento do sódio em células em meio de cultura. de fato, o excesso de sódio no meio de cultura provoca aumento do sódio intracelular com a consequente diminuição do em e um efeito estimulante sobre a atividade mitótica , proliferação celular.
2165
2166 gaulden em 1956, mostrou que em culturas com tonicidade (pressão osmótica) consideravelmente acima do normal, obtida por concentração elevada de sais, particularmente o nacl , aumenta a síntese de dna e diminui o tempo de interfase de neuroblastos.
2167
2168 em alguns tipos de células é a diminuição do potássio intracelular e não o aumento do sódio, o agente estimulante da proliferação celular ( mitose).
2169
2170 estimulação mitótica por alteração da superfície celular. a tripsina digere as proteinas de superfície nas culturas de células, diminui o em e estimula a mitose.
2171
2172 bloqueio mitótico por alteração da superfície celular. os mucopolissacarídeos (glicosaminoglicanos) e compostos relacionados são os constituintes da superfície celular e estes polímeros também fazem parte da matrix intercelular. eles estão intimamente envolvidos no mecanismo de geração e regulação do em ( katchalsky,1964 ).
2173
2174 existem evidências que estes polímeros naturais influenciam as propriedades elétricas das células excitáveis, possivelmente por sua ação em superfície. por exemplo a heparina é capaz de induzir parada cardíaca por provocar hiperpolarização miocárdica ( regelson e holland,1958). assim a heparina e outros polissacarídeos são também potentes inibidores da divisão celular ( regelson,1968 ; lippman,1955 ).
2175
2176 implicações evolucionais
2177
2178 o sódio é o ion transportado ativamente e que desempenha papel central na mitogênese,porém o potássio intracelular e a relação potássio intracelular / sódio intracelular
2179
2180 também é muito importante. em alguns sistemas de células que não se dividem , é o potássio o principal ion transportado ativamente ( tolteson, 1963).
2181
2182 o cálcio , para alguns autores também é um ion chave na mitogênese. o ca++ desempenha um papel essencial influenciando a permeabilidade da membrana ao na+ alterando assim o potencial de membrana.
2183
2184 clarence cone crê , que do ponto de vista evolutivo é lógico esperar que o na+ desempenhe o papel central na mitogênese.
2185
2186 se acreditarmos que a vida originada como replicação unicelular dentro dos oceanos , onde o na+ era o cation em maior abundância, seria uma situação de alto valor evolutivo e de sobrevivência, se a divisão e a multiplicação de tais entidades fossem estimuladas positivamente pelo onipresente na+ e o associado baixo k+. nestas condições de células livres, o potencial de membrana seria baixo , como acontece nas células somáticas em cultura, o na+ intracelular seria relativamente alto e o k+ correspondentemente baixo, com a consequente estimulação da síntese de dna e a divisão celular mitótica ( proliferação celular).
2187
2188 quando estas entidades primitivas se diferenciaram e tornou-se possível a agregação funcional em formas multicelulares, tornou-se necessário um processo de controle mitótico. consequentemente a especialização da superfície celular requerida para a formação de funções específicas de agregação, acompanhou-se da habilidade de gerar níveis substanciais de em por transporte ativo de na+ e assim regular o sódio intracelular e a divisão celular.
2189
2190 desta maneira os organismos multicelulares desenvolveram a habilidade de controlar sua atividade mitótica, enquanto mantinham no extracelular o meio do modo como existia durante a evolução morfologica e metabolica da célula original nas águas do mar.
2191
2192 as variações do potencial de membrana não é o único mecanismo somático de controle da mitose e na verdade muitos fatores físicos e químicos podem induzir ou suprimir a mitose. entretanto nas condições naturais das células somáticas, é o nível do em que regula a atividade mitótica e em muitos casos a atividade de agentes naturais ( ex. hormônios, cicatrização) e agentes patológicos ( carcinogênicos químicos ou virais) realmente agem influenciando direta ou indiretamente o nível do potencial de membrana - em .
2193
2194 em seu livro , lo que he descubierto en el tejido canceroso o prof. demetrio sodi pallares , descreve muitos pacientes com câncer de vários locais do organismo que se beneficiaram com a dieta pobre em sódio e rica em potássio.
2195
2196 estratégia prática anti câncer:
2197
2198 dieta pobre em sódio e rica em potássio
2199 dieta pobre em sal ( cloreto de sódio) e rica em frutas e verduras
2200 dieta de sodi- pallares. vide : biblioteca de doenças
2201 solução polarizante de sodi-pallares
2202
2203 <langue=br><sujet=potentiel-de-membrane><num=48><source=http://www.medicinacomplementar.com.br/tema160707.asp>
2204
2205 potencial transmembrana da membrana citoplasmática
2206
2207 de fundamental importância é o fato já demonstrado por alguns pesquisadores sobre a relação entre o potencial transmembrana e a proliferação celular. guidon , woodland, clarence cone e outros mostraram que a queda de potencial da membrana citoplasmática a níveis inferiores a -15 milivolts , desencadeia a síntese de dna e dispara a multiplicação celular : mitose. normalmente o potencial transmembrana das células está ao redor de - 20 a –90mv: células beta do pâncreas:-20mv, células gástricas:-50mv, células hepáticas:-60 mv, neurônios:-70mv, células do músculo esquelético:-90mv e fibras miocárdicas:-90mv. para conway a ingestão de uma dieta pobre em sódio e rica em potássio, diminui o sódio e aumenta o potássio dentro da célula e assim ativa a atpase da bomba de sódio/potássio, aumenta a quantidade de atp disponível e polariza a célula, restaurando o potencial transmembrana ao normal. em outras palavras diminui a entropia e conseqüentemente aumenta o grau de ordem e informação do sistema termodinâmico aberto que é a célula , normalizando a proliferação celular desordenada. considera-se ideal do ponto de vista termodinâmico, um sódio plasmático de 136-137 meq/l e não 136 a 146 meq/l (normal estatístico). o ideal do potássio é de 4,8 a 5 meq/l e do magnésio, 2,2 a 2,4meq/l. damadian e cope, demonstraram aumento de sódio e diminuição de potássio intracelular em vários tipos de células cancerosas. também observaram diminuição da produção de atp. goldsmith e damadian, estudando a ressonância do sódio-23 em quatro tipos de células cancerosas e seis tipos de células normais constataram maior quantidade de sódio nas células cancerosas quando comparadas com as células normais correspondentes. soddi pallares, cita o trabalho de avioli e raisz de 1980: quando o metabolismo celular está alto (potencial transmembrana elevado e célula altamente polarizada), o meio intracelular é rico em magnésio, potássio e atp. quando o metabolismo está baixo (potencial transmembrana diminuído e célula despolarizada), o meio intracelular é rico em cálcio e sódio e pobre em atp .
2208
2209
2210 potencial transmembrana da membrana mitocondrial
2211
2212 as mitocôndrias no câncer são hiperpolarizadas e conseqüentemente têm baixa fosforilação oxidativa e ambas alterações são revertidas pelo dicloroacetato de sódio (dca) michelakis -2007). foi estudado o potencial transmembrana mitocondrial (ptm) em três linhagens de células malignas humanas: a549 (câncer de pulmão de células não pequenas), m059k (glioblastoma) e mcf-7 (câncer de mama) e comparadas com três linhagens de células não cancerosas também humanas: células epiteliais de vias aéreas, fibroblastos e músculo liso de artéria pulmonar (bonnet e michelakis – fev-2007). todas células malignas apresentavam mitocôndrias significantemente hiperpolarizadas (alto ptm) quando comparadas com as células normais. a incubação com dca por 48 horas reverte o estado hiperpolarizado das três linhagens malignas, isto é, os valores do ptm diminuem e retornam aos valores normais. o dca não altera o ptm das células normais. lan bo chen em 1988, faz revisão do assunto e constata que 200 tipos / linhagens de células derivadas de tumores humanos apresentavam potencial transmembrana mitocondrial elevado ( hiperpolarização ) : rins, ovário, pâncreas, pulmão, córtex adrenal, pele, mama, próstata, cervix, vulva, colon, fígado, testículo, esôfago, língua , a grande maioria dos adenocarcinomas, carcinoma de célula transicional, carcinoma epidermoide e melanoma. temos exceções , isto é, tipos de células malignas que não apresentam hiperpolarização da membrana mitocondrial: câncer de pulmão de pequenas células (oat cell) e carcinoma pobremente diferenciado de colon.
2213
2214 <langue=br><sujet=potentiel-de-membrane><num=49><source=http://www.biof.ufrj.br/fisbio/bmw128/fisicoquimica_biomembranas.pdf>
2215
2216 equilíbrio eletroquímico e transporte
2217
2218 introdução
2219 no âmbito da célula, um dos processos mais importantes para a vida é o
2220 transporte de matéria através das membranas celulares e daquelas intracelulares.
2221 a membrana plasmática, por exemplo, funciona como uma barreira
2222 seletivamente permeável entre o meio intracelular e o extracelular, assegurando que
2223 moléculas e íons essenciais, tais como glicose, aminoácidos, lipídios, k+, na+ e ca2+,
2224 penetrem na célula, que compostos metabólicos permaneçam no seu interior e,
2225 também, que o produto tóxico do metabolismo seja expelido.
2226 através da membrana interna da mitocôndria, são transportados prótons, para
2227 a região intermembranar, (íons h+), imprescindíveis na síntese do atp, bem como as
2228 próprias moléculas de atp recém sintetizadas.
2229 pela carioteca – membrana que envolve o núcleo da célula – atravessam
2230 moléculas vitais: nucleotídeos, rna, atp e proteínas.
2231 os transportes transmembranares controlam tudo aquilo que pode passar entre
2232 células e entre compartimentos dentro de uma célula, garantindo com isso que o
2233 metabolismo seja regulado e dirigido. em síntese, os transportes existem para garantir
2234 o funcionamento de nossas usinas , controlando o fluxo de seus insumos e também
2235 de seus dejetos e ainda para criar condições de armazenamento de energia
2236 necessária para realização de muitos processos celulares.
2237 à luz de fenômenos físico-químicos, aqui, vamos dedicar nossa atenção à
2238 análise das possibilidades e das condições de transporte de matéria e de
2239 armazenamento de energia através de membranas.
2240 preliminarmente, faremos uma revisão de alguns conceitos básicos de
2241 eletricidade, indispensáveis à compreensão da origem biológica dos fenômenos
2242 elétricos constatados na célula e de como eles interferem nos processos vitais de
2243 transporte transmembranar.
2244 em seguida, discutiremos como o equilíbrio químico se estabelece quando os
2245 solutos são eletricamente carregados e quando a própria membrana semipermeável é
2246 carregada, tal como ocorre para membranas celulares. estas, constituídas por lipídios,
2247 podem ter a cabeça polar eletricamente carregada, separando soluções iônicas de
2248 diferentes concentrações. neste tópico, analisaremos como a difusão de íons através
2249 de membranas semipermeáveis provoca o aparecimento de um potencial elétrico
2250 através da membrana.
2251 finalmente, no terceiro tópico, serão discutidos os conceitos de transporte
2252 passivo e do transporte ativo, sob a perspectiva termodinâmica do equilíbrio
2253 eletroquímico (equilíbrio químico entre espécies carregadas eletricamente).
2254 revisão de eletricidade
2255 lei de coulomb
2256 existem dois tipos de carga elétrica: positiva e negativa. as partículas
2257 elementares que possuem carga são os elétrons (negativos) e os prótons (positivos).
2258 quando uma partícula – composta por muitos átomos ou moléculas –, inicialmente
2259 neutra, torna-se eletricamente carregada, é porque ela recebeu ou perdeu elétrons.
2260 partículas carregadas – até mesmo elétrons e prótons – são chamadas íons. os
2261 positivos são chamados cátions e os negativos, ânions.
2262 as partículas carregadas interagem por meio de forças atrativas ou repulsivas
2263 de acordo com a regra: cargas iguais se repelem e opostas se atraem. a intensidade
2264 da força elétrica é dada pela lei de coulomb: a força entre duas cargas elétricas é
2265 proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da
2266 distância entre elas. formalmente, esta lei se expressa por:
2267
2268
2269 onde, k é a constante de coulomb, que vale k = 9 × 109
2270 q1 e q2 são as cargas
2271 e d é a distância entre elas.
2272 as forças elétricas são forças intensas; na presença destas, as forças
2273 gravitacionais podem ser desconsideradas; um número relativamente pequeno de
2274 elétrons gera forças enormes. um exemplo simples ilustra esse fato.
2275 considere duas pequenas esferas de ferro, com raio de 1 cm, cada uma
2276 contendo, inicialmente cerca de um mol de ferro (6,02 x 1023 átomos), entre as quais
2277 ocorre uma transferência de elétrons. suponha que um número de elétrons, muito
2278 menor que 1023, tenha sido transferido de uma esfera para a outra: um elétron a cada
2279 bilhão de átomos (1ppb). se a distância entre as esferas for 10 cm, pela lei de
2280 coulomb, calculamos que o valor desta força é equivalente ao peso de 0,8 toneladas.
2281 esse exemplo é útil para mostrar como uma pequena alteração entre cargas
2282 provoca o surgimento de uma força muito grande.
2283 em uma solução eletrolítica, os íons podem se mover de um ponto ao outro
2284 facilmente; quando um íon se distancia relativamente dos outros, a força eletrostática
2285 que surge por esta separação de cargas atuará de modo a anulá-la, mantendo a
2286 solução eletricamente neutra em todos os pontos a todo instante.
2287 campo elétrico e potencial elétrico
2288 toda carga q elétrica modifica as propriedades do espaço a sua volta de tal
2289 forma que uma outra carga q trazida a um ponto desse espaço experimenta uma força
2290 elétrica. diz-se então que a carga q cria um campo elétrico a sua volta.
2291 com este conceito de campo elétrico, podemos considerar que a força que a
2292 carga q experimenta é devida a ele, tornando-se desnecessário nos referirmos
2293 diretamente à carga q. dizemos que
2294 f = q e
2295 a força é o produto da carga q pelo campo elétrico na posição da carga onde
2296 ela se encontra. claramente, o valor do campo deve ser tal que reproduza exatamente
2297 o valor da força calculada pela lei de coulomb.
2298 trabalhar com o conceito de campo elétrico é vantajoso. uma noção de campo
2299 análoga, e, em particular, uma situação onde o campo é constante, é o campo
2300 gravitacional. para este campo, dizemos que a força peso de um corpo é igual a sua
2301 massa multiplicada pela aceleração da gravidade,
2302 p = mg
2303 onde g = 10 m/s2 (nas proximidades da superfície da terra); estamos fazendo o mesmo
2304 raciocínio: a terra gera nas proximidades de sua superfície um campo gravitacional e a
2305 força é a massa multiplicada pela intensidade do campo (g).
2306 a analogia com a situação gravitacional pode ainda ser usada para entender
2307 uma outra grandeza elétrica importante: o potencial elétrico. para tanto, vamos lançar
2308 mão da noção de trabalho realizado por uma força.
2309 4
2310 o trabalho w realizado por uma força f, ao longo de uma distância x é w = f
2311 x. se pensarmos no trabalho realizado pela força peso sobre um corpo caindo de uma
2312 altura h da superfície da terra, calculamos que este trabalho será w = m g h. desta
2313 relação, podemos então concluir que o campo gravitacional cria, em relação à
2314 superfície da terra, uma nova propriedade: uma capacidade potencial de realizar
2315 trabalho a partir de cada altura h. esta capacidade potencial vale gh, que multiplicada
2316 pela massa m, resultará no trabalho realizado. note que a capacidade de realizar
2317 trabalho depende apenas do campo gravitacional e da altura, propriedades do espaço.
2318 vamos utilizar estas noções para analisar a situação de uma configuração de
2319 cargas, como a da figura 1: duas superfícies condutoras paralelas carregadas com
2320 cargas contrárias. ela será importante para a discussão de fenômenos elétricos nas
2321 células.
2322 figura 1 superfícies condutoras paralelas carregadas com cargas opostas.
2323 a atração eletrostática entre as cargas opostas, numa placa e noutra, e a
2324 repulsão entre as cargas iguais na mesma placa levará a uma distribuição uniforme
2325 dessas cargas nas superfícies condutoras, expressa pela densidade superficial de
2326 cargas s (unidades em coulomb por metros quadrados). pode-se mostrar que tal
2327 distribuição gera um campo elétrico constante e confinado à região entre as placas
2328 e = 4p ks
2329 onde k é a constante de coulomb, já citada.
2330 uma carga q colocada entre as placas sofre a ação de uma força devido ao
2331 campo elétrico e, dada por f = q e. o trabalho desta força, ao longo de uma distância
2332 0 x = x - x será, portanto,
2333 w = q e x ,
2334 medido em n x m = joule.
2335 usando a analogia discutida anteriormente para o campo gravitacional,
2336 podemos concluir que o campo elétrico e também cria, em relação a uma posição de
2337 referência, uma capacidade de realizar trabalho, agora, de origem elétrica. esta
2338 capacidade potencial que o campo elétrico tem de realizar trabalho por unidade de
2339 carga é chamada de potencial elétrico. como ela é sempre medida em relação a um
2340 ponto de referência, ela é dada por
2341
2342 onde 0 v é o potencial no ponto de referência. novamente, assim como para o campo,
2343 esta é uma propriedade atribuída ao espaço. o sinal negativo indica que o potencial
2344 elétrico cresce no sentido contrário ao sentido do campo elétrico.
2345 observe que este valor é apenas uma capacidade de realizar trabalho e não o
2346 trabalho realizado, o qual depende da carga que será deslocada pelo campo (note que
2347 a acepção da palavra potencial indica exatamente que não seja um trabalho, mas uma
2348 possibilidade dele).
2349 com estas noções, vamos analisar a situação para a distribuição de cargas em
2350 placas paralelas da figura 1, por meio da figura 2.
2351 figura 2 perfil do potencial elétrico através de placas carregadas. a distância entre as
2352 placas é l.
2353 entre os pontos a e b, o campo elétrico é nulo. portanto a capacidade de
2354 realizar trabalho entre estes dois pontos também é nula. pela relação anterior,
2355 escrevemos então v -v 0 b a = , o que significa que o potencial não se altera, b a v = v .
2356 entre os pontos c e d, como o campo elétrico também é zero, ocorre o mesmo,
2357 c d v = v . entretanto, no trecho bc, isto é, entre as placas,o campo tem um valor
2358 va= vb
2359 vc= vd
2360
2361 constante e, e a diferença de potencial será v -v e l c b = , onde l é a distância entre
2362 as placas. como se vê, a diferença de potencial em um campo elétrico constante,
2363 como no caso das placas paralelas, varia linearmente com a distância, como mostra a
2364 figura 2. em síntese, o potencial elétrico permanece constante fora das placas, onde
2365 o campo elétrico é nulo (o campo está confinado entre as placas) e varia linearmente
2366 entre as placas devido ao campo constante.
2367 um íon positivo (cátion) tenderá a se mover espontaneamente de uma região
2368 de maior para uma região de menor potencial elétrico. retomando a analogia
2369 mecânica, é o que ocorre quando um corpo cai de uma altura h.
2370 não se deve ser confundir potencial elétrico com a energia potencial elétrica.
2371 em casa dispomos de tomadas que disponibilizam 120 volts. a energia elétrica
2372 consumida dependerá do aparelho que se liga na tomada. no mesmo intervalo de
2373 tempo, uma lâmpada de 100 watts consome mais energia do que uma lâmpada de 40
2374 watts mas, é claro, ilumina mais.
2375 campos elétricos podem ser gerados na natureza por dois mecanismos
2376 diferentes: separação de cargas e variação de campo magnético. em uma
2377 hidroelétrica, a força da água é usada para movimentar grandes magnetos próximos a
2378 fios. o movimento dos ímãs gera campos elétricos e a diferença de potencial que
2379 chega até a sua casa pelos fios. como vimos no estudo das reações de oxi-redução,
2380 em pilhas e baterias, reações químicas provocam a separação de cargas entre os dois
2381 pólos gerando a diferença de potencial.
2382 veremos, a seguir, que nas células o potencial é principalmente resultado da
2383 separação de cargas provocado pelo processo de difusão. proteínas que transportam
2384 carga líquida para um dos lados da membrana, como a na/k-atpase, também
2385 causam separação de cargas através da membrana – elas também contribuem para o
2386 surgimento do potencial elétrico.
2387 corrente elétrica
2388 correntes elétricas são cargas em movimento; ou seja, um fluxo de cargas
2389 elétricas que pode se dar pelo deslocamento de elétrons livres, as correntes elétricas
2390 em um metal e, também, pelo movimento de íons, em uma solução. a água pura é má
2391 condutora de eletricidade, porém, íons dissolvidos na água a tornam boa condutora.
2392 7
2393 equilíobrio químico em soluções eletrolíticas
2394 a difusão promove o processo de homogeneização dos solutos em uma
2395 solução aquosa. o mesmo processo ocorre para solutos carregados eletricamente.
2396 como discutido anteriormente, um número relativamente pequeno de cargas gera
2397 grandes forças; os íons em uma solução se distribuem de forma que
2398 macroscopicamente o líquido seja neutro; quaisquer separações de cargas no líquido
2399 causadas pelo movimento aleatório são compensadas por forças de atração e/ou
2400 repulsão eletrostática. portanto, ao colocarmos sal em um copo de água, em qualquer
2401 região do líquido, o sódio e o cloro estarão presentes em iguais concentrações.
2402 o que acontece quando a solução é posta em contato com uma distribuição de
2403 cargas: por exemplo, quando uma superfície plana carregada negativamente é
2404 mergulhada na solução
2405 os íons positivos serão atraídos pela superfície e os negativos serão repelidos
2406 e, portanto, a solução ficará com uma fina camada de cargas nas proximidades da
2407 superfície, de espessura da ordem de 10å.
2408 eletro-osmose e a origem do potencial de membrana através de uma membrana
2409 semipermeável
2410 vamos discutir agora como uma membrana semipermeável neutra ao separar
2411 duas soluções iônicas (também inicialmente neutras), porém de diferentes
2412 concentrações, leva ao surgimento de uma diferença de potencial elétrico entre as
2413 duas soluções.
2414 na figura 3, está delineado um experimento simples, no qual uma membrana
2415 semipermeável leva ao aparecimento de uma diferença de potencial entre dois
2416 compartimentos.
2417 uma cuba com água é dividida ao meio por uma membrana permeável apenas
2418 ao íon potássio (k+). no compartimento esquerdo, colocamos uma grande quantidade
2419 de cloreto de potássio (kcl), e, no da direita, apenas uma pequena quantidade,
2420 levando, portanto, a uma grande diferença de concentração – digamos 10 para 1. esta
2421 situação simula a diferença de concentração entre os meios intra- e extra-celular.
2422 8
2423 figura 3 origem do potencial elétrico em membranas semipermeáveis. a membrana é permeável apenas
2424 ao íons k+. no lado esquerdo da membrana (i) temos uma maior concentração de kcl, simulando o meio
2425 intracelular e o lado direito simula o meio extracelular (e).
2426 nesta situação, o sistema não está em equilíbrio. o potássio, por existir em
2427 muito maior concentração do lado esquerdo, difundirá pela membrana em busca do
2428 equilíbrio. o cloro não atravessa porque a membrana não lhe é permeável.
2429 entretanto, quando os íons k+ atravessam a membrana, deixam
2430 desemparelhados os contra-íons cl- do lado esquerdo, fazendo surgir aí uma carga
2431 líquida negativa e, no lado direito, uma carga positiva de mesmo valor. lembrando que
2432 existe a atração entre os pares de cargas contrárias através da membrana, podemos
2433 também concluir que as cargas permanecem próximas à superfície da membrana; as
2434 negativas na face esquerda e as positivas na face direita. a membrana carrega-se,
2435 então, de forma análoga às placas metálicas paralelas discutidas anteriormente. tal
2436 distribuição de cargas cria uma diferença de potencial elétrico através da membrana –
2437 o potencial de membrana – similar à apresentada na figura 2.
2438 nessas circunstâncias, íons k+ que estão do lado esquerdo experimentarão a
2439 ação competitiva de duas forças opostas: i) a tendência à difusão pela diferença de
2440 concentração e ii) a atração eletrostática pela carga líquida negativa.
2441 quando estas duas forças se compensarem, o sistema estará no equilíbrio
2442 eletroquímico.
2443 como visto no início, uma pequena separação de cargas leva ao surgimento de
2444 grandes forças eletrostáticas. no equilíbrio eletroquímico, apenas uma pequena fração
2445 dos íons k+ terá atravessado a membrana, o que é insuficiente para alterar
2446 significativamente as concentrações dos compartimentos da figura 3, mas o bastante
2447 para gerar uma diferença de potencial mensurável através da membrana.
2448 observe que quanto maior a diferença inicial entre as concentrações dos
2449 compartimentos, maior será a diferença de potencial estabelecida ao fim do processo,
2450 pois maior será o efeito da difusão, levando a uma maior separação de cargas.
2451 k k
2452 cl cl
2453 as células animais apresentam uma diferença de potencial elétrico através da
2454 membrana plasmática, que surge pela difusão de k+ por seus canais seletivos. o
2455 modelo do nosso experimento simples descreve bem o fenômeno.
2456 em 1890, o físico-químico alemão wilhelm ostwald mostrou que a relação
2457 entre a diferença de potencial e a concentração, no equilíbrio eletroquímico, tem a
2458 forma
2459 v = v -v = 2,3 rt log
2460 onde, os índices i e e indicam os compartimentos intra e extracelular, v é o potencial
2461 elétrico, c é a concentração, r é a constante dos gases, t é a temperatura absoluta
2462 (medida em kelvin), z é a valência do íon (+1 para o íon potássio) e f é a constante de
2463 faraday. essa equação é um caso particular, para a situação de equilíbrio, da
2464 equação de nernst.
2465 existem duas possíveis maneiras de se interpretar tal equação:
2466 1. se, de alguma maneira, mantemos uma diferença de concentração de uma
2467 espécie de íon através da membrana e i c c , surgirá, através dela, uma
2468 diferença de potencial elétrico, v , cujo valor é calculado pela equação de
2469 nernst;
2470 2. se, de alguma maneira, uma diferença de potencial elétrico é imposta entre
2471 os lados da membrana, o íon em questão assumirá uma diferença de
2472 concentração entre os lados da membrana.
2473 como um exemplo, podemos calcular a diferença de potencial que surgirá
2474 através da membrana, caso o meio intracelular seja 10 vezes mais concentrado que o
2475 extracelular. à temperatura ambiente, t=298k, r=8.314 jmol-1k-1 e a constante de
2476 faraday f=96 492c mol-1, portanto, a 25 °c, para um íon monovalente, calculamos,
2477 para o potencial de membrana:
2478 mv
2479 i e - = 59,2log = -59.2
2480 potencial eletroquímico
2481 10
2482 a equação de nernst pode ser deduzida a partir do potencial químico, se na
2483 sua definição considerarmos o efeito produzido pela presença de cargas elétricas.
2484 como vimos anteriormente, o potencial químico, para uma solução diluída foi
2485 definido por
2486
2487 onde, a
2488 µ é o potencial químico padrão e a c a concentração da espécie a.
2489 lembrando que o potencial químico mede a variação da energia livre de gibbs
2490 de um sistema, por mol de substância acrescida (ou retirada), mantidas constantes as
2491 demais variáveis termodinâmicas, sendo as espécies carregadas, ele deve ser
2492 acrescido de um termo que responda pelo comportamento da espécie suscetível a
2493 estímulos elétricos. o potencial químico, chamado agora potencial eletroquímico,
2494 passa a ser expresso, então, como
2495
2496 onde za é a carga do íon da espécie a, f a constante de faraday e v o potencial
2497 elétrico medido em relação a um nível de referência.
2498 considerando, que nas condições do nosso modelo da figura 3, o potencial
2499 eletroquímico dos dois lados da membrana não é o mesmo devido à diferença de
2500 concentrações e também à dos potenciais elétricos, eles são dados:
2501 no lado interno (i), por
2502
2503 e, no externo (e), por
2504
2505 o equilíbrio eletroquímico, então, se expressará por
2506
2507 que nos leva ao resultado encontrado por ostwald:
2508
2509 tal resultado nos leva a concluir que o equilíbrio eletroquímico de íons para os
2510 quais a membrana lhe seja permeável não se caracteriza pela sua homogeneização,
2511 como no caso das moléculas neutras, mas sim, pelo surgimento de um potencial
2512 elétrico que contrabalança a difusão.
2513 em outras palavras, se o soluto porta uma carga líquida, tanto seu gradiente de
2514 concentração, quanto o potencial de membrana, influencia seu transporte, como
2515 veremos a seguir.
2516 transporte através da membrana
2517 transporte passivo
2518 a difusão é um fenômeno que promove o movimento de moléculas de solutos
2519 em soluções. ela está intimamente relacionada com a diferença de concentração do
2520 soluto em duas regiões do solvente. um fluxo líquido de moléculas surge na presença
2521 de um gradiente de concentração. logo, se na natureza verificam-se situações nas
2522 quais existe um gradiente de concentração para uma substância, nelas, estão criadas
2523 as condições para que ocorra a difusão das moléculas desta substância, ou, o
2524 transporte dessas moléculas da região de maior concentração para a de menor
2525 concentração. a difusão é, portanto, potencialmente, um primeiro mecanismo de
2526 transporte a considerar aqui.
2527 no nível celular, a existência de gradientes de concentração através das
2528 membranas é fato para inúmeras espécies químicas (tanto íons, quanto moléculas
2529 neutras), como sabemos.
2530 conhecemos a situação, por exemplo, para o o2, cuja concentração no meio
2531 externo é maior que no citoplasma, onde é consumido, e para o co2, que,
2532 inversamente, tem a concentração maior no citoplasma, onde é produzido, que no
2533 meio extracelular. tais moléculas são transportadas diretamente através da
2534 membrana por difusão no sentido do gradiente de concentração correspondente como
2535 mostrado na figura 4(a). outras espécies químicas mantêm gradientes de
2536 concentração entre os meios intra e extra celulares, mas dado ao seu tamanho ou
2537 natureza hidrofílica, não conseguem atravessar a membrana. nesse caso, o processo
2538 de sua difusão é mediado por uma proteína que facilita a passagem da molécula. na
2539 figura 4 (b) e (c), você pode ver a ilustração de duas dessas situações: difusão
2540 facilitada por um canal e por uma proteína transportadora.
2541 citosol
2542 meio
2543 extracelular
2544 o2
2545 co2
2546 a) b)
2547 glut-1 é uma proteína de
2548 membrana, mostrando seu
2549 sítio de ligação voltado
2550 para a parte extracelular.
2551 a glicose liga-se a
2552 glut-1 vinda do lado
2553 extracelular.
2554 ocorre uma mudança
2555 conformacional, expondo o
2556 sítio de ligação para o
2557 citosol.
2558 a glicose é liberada para o citosol.
2559 finalmente, uma nova mudança
2560 conformacional, leva a proteína
2561 para sua conformação inicial.
2562 c)
2563 figura 4 transporte passivo. a) transporte direto; b) transporte facilitado por
2564 proteínas canais e c) transporte facilitado por canais transportadores.
2565 observe que o transporte de matéria nesses casos se deu por difusão (direta
2566 ou facilitada por proteínas) às expensas da energia armazenada no gradiente de
2567 concentração. tal energia armazenada (energia potencial) é devida à distribuição
2568 espacial da massa; um gradiente de concentração diferente de zero expressa
2569 justamente uma situação com acúmulo de massa numa região frente a uma escassez
2570 em outra. por isso falamos de uma energia de configuração; uma energia armazenada
2571 em virtude da configuração do sistema, que é medida em termos da diferença de
2572 potencial químico.
2573 para analisarmos o transporte de espécies químicas carregadas, íons, através
2574 da membrana, temos que levar em conta, além da presença do gradiente de
2575 concentração, a existência do potencial elétrico que surge, como visto antes, quando
2576 há a seletividade da membrana. para analisar o transporte dos íons na+ e k+ através
2577 da membrana plasmática, vamos considerar uma situação mais complexa que a
2578 discutida na figura 3, mas mais próxima do que ocorre nas células: uma cuba
2579 contendo dois tipos diferentes de íons positivos, como mostrado na figura 5.
2580 figura 5 a membrana é permeável apenas aos íons k+ e na+. a concentração
2581 iônica é agora idêntica em ambos os lados da membrana. o meio de alta
2582 concentração de potássio simula o meio intracelular (i) e o de alta
2583 concentração de sódio, o meio extracelular (e).
2584 suponha que ambos os íons passam por canais que podem estar fechados ou
2585 abertos. se o canal de sódio estiver fechado inicialmente, o equilíbrio se estabelece
2586 exatamente como na figura 3 e o perfil de potencial fica como mostrado na figura 2.
2587 imagine agora que o canal de potássio seja fechado e o de sódio seja aberto. neste
2588 caso, a concentração do íon na+ é maior fora da célula e o potencial elétrico também é
2589 maior fora, como mostrado nas figuras 2 e 5.
2590 sob tais circunstâncias, se olhássemos só sob o aspecto do gradiente de
2591 concentração, diríamos que um íon na+ seria compelido a entrar na célula, levado pela
2592 difusão. se olhássemos só sob o aspecto do potencial elétrico, diríamos que, sendo
2593 um íon positivo, o campo elétrico criado na membrana compeliria o íon a entrar na
2594 célula, levado pela força elétrica. como tais forças são independentes uma da outra e
2595 agem no mesmo sentido, o efeito resultante é de cooperação, ou da soma das duas.
2596 logo, o íon na+ penetra no citoplasma levado pelas duas forças. em outras palavras,
2597 o transporte se dá às expensas da energia armazenada no gradiente de concentração
2598 do na+, mas também da energia armazenada no campo elétrico, o qual foi criado
2599 anteriormente pelo transporte do k+. observe que agora a energia de configuração do
2600 sistema, além daquela da massa, engloba também a configuração das cargas elétricas
2601 nele existentes; a do íon (a ser transportado) frente àquelas devidas ao potencial
2602 k
2603 cl
2604 mm
2605 mm
2606 na
2607 na
2608 elétrico. isso implicou em ampliar o conceito de potencial químico antes referido
2609 (associado apenas à configuração de massa) para que ele englobe também a
2610 contribuição de origem elétrica.
2611 os casos discutidos até aqui são exemplos do tipo de transporte chamado
2612 passivo. o transporte passivo é aquele que ocorre pela tendência espontânea de uma
2613 espécie química se mover de uma posição onde a energia armazenada é mais alta
2614 para outra mais baixa. nos casos discutidos para moléculas neutras, uma tal situação
2615 fica determinada pelo sentido da região de concentração mais alta para a mais baixa,
2616 ou a favor do gradiente de potencial químico, que, nestes casos, se expressa pelo
2617 gradiente de concentração. no caso de íons, a situação energeticamente favorável fica
2618 definida levando-se em consideração tanto o gradiente de concentração como o do
2619 potencial elétrico; ou o gradiente do potencial eletroquímico. a situação
2620 energeticamente favorável, nesses casos, é aquela no sentido do potencial
2621 eletroquímico mais alto para o mais baixo. lembrando que o potencial eletroquímico
2622 tem duas contribuições que se somam, sendo que uma delas, a elétrica, pode ser
2623 negativa, é possível verificar que teremos três possibilidades: a) quando o gradiente
2624 de concentração e o gradiente do potencial elétrico têm o mesmo sentido, como é o
2625 caso discutido para o na+; b) quando o gradiente de concentração e o do potencial
2626 elétrico têm efeitos em sentidos contrários, e a contribuição da diferença da
2627 concentração sobrepuja a do potencial elétrico; c) quando o gradiente de concentração
2628 e o do potencial elétrico têm efeitos em sentidos contrários, e a contribuição elétrica
2629 sobrepuja a diferença de concentração.
2630 estas três possibilidades são mostradas na figura 6.
2631 figura 6 o sentido e a intensidade do transporte passivo são determinados pelo
2632 gradiente de concentração e pelo gradiente de potencial elétrico. a) ambos no
2633 mesmo sentido levam a um intenso transporte (flecha grande); b) se em sentidos
2634 opostos, mas com o gradiente de concentração dominando, o transporte ocorre no
2635 sentido de maior para menor concentração; c) se em sentidos opostos, mas com o
2636 gradiente de potencial elétrico dominando, o transporte ocorre contra o gradiente de
2637 concentração.
2638 o transporte passivo ocorrerá sempre em todo sistema no qual a distribuição
2639 da espécie, entre os meios extra e intracelular, difira daquela verificada no equilíbrio
2640 termodinâmico.
2641 transporte ativo
2642 voltemos agora ao nosso exemplo do na+ entrando na célula impelido pelas
2643 forças dos dois gradientes (de concentração e de potencial elétrico) para analisar o
2644 outro tipo de transporte. se o único transporte do na+ através da membrana se desse
2645 como discutido anteriormente, isto é, fosse apenas o passivo, com passar do tempo, a
2646 concentração do na+ no interior da célula tenderia a se igualar à concentração do meio
2647 extracelular, fazendo desaparecer o seu gradiente de concentração e cessando o
2648 transporte. entretanto, o gradiente de concentração do na+ se mantém à razão
2649 maiores que de 1 para 10 – para células mamárias de animais, a concentração de na+
2650 no citosol é de 12 mm, enquanto no sangue a concentração é de 145mm. surge então
2651 a questão: como tal gradiente é mantido, se tanto o gradiente de concentração quanto
2652 o potencial de membrana – da ordem de -70mv – favorecem a homogeneização do
2653 íon nos dois meios em termos de energia, esta questão se coloca: como um íon de
2654 na+ consegue energia para sair da célula movendo-se contra seu gradiente de
2655 potencial eletroquímico fazendo uma analogia com o potencial gravitacional, seria
2656 equivalente a perguntar: como uma pessoa faz para conseguir energia para ser levada
2657 do térreo aos andares superiores de um prédio se a resposta é ora, usa
2658 simplesmente o elevador , estamos na pista certa para entender o transporte ativo.
2659 lembramos, no entanto, que todo elevador exige necessariamente uma fonte de
2660 energia para subir.
2661 o transporte ativo de moléculas ou íons através das membranas da célula é
2662 aquele que se verifica contra seus gradientes do potencial eletroquímico às custas de
2663 uma energia extra fornecida a essas partículas.
2664 de uma maneira geral, o transporte ativo ocorre mediado por uma proteína que
2665 funciona como uma bomba. ele está sempre acoplado com uma fonte que fornece a
2666 energia necessária para acionar a bomba. freqüentemente, essa fonte de energia é a
2667 reação química da hidrólise do atp.
2668 um exemplo de transporte ativo conhecido é o realizado pela bomba k/na-
2669 atpase, que é justamente o responsável pela manutenção dos gradientes de
2670 concentração destes íons através da membrana plasmática. é por esse transporte
2671 realizado pela bomba que os íons de na+ saem e os de k+ entram na célula, movendose,
2672 respectivamente, contra seus gradientes de potencial eletroquímico. na figura 7
2673 você pode ver um esquema do transporte ativo realizado pela bomba k+/na+.
2674 figura 7 transporte ativo da bomba na/k-atpase.
2675 do ponto de vista termodinâmico, podemos analisar os fenômenos de
2676 transporte através da membrana, calculando a variação da energia livre de gibbs.
2677 para o transporte passivo de substância neutra, a variação da energia livre de
2678 gibbs por mol, é dada pela diferença entre os potenciais químicos nas soluções de
2679 diferentes concentrações, em cada lado da membrana:
2680
2681 onde e i g é a diferença entre o potencial químico da espécie a no lado externo e o
2682 seu valor no lado interno da membrana. para que tenhamos inf 0 e i g , isto é, para
2683 que a difusão espontânea se dê de fora para dentro, é necessário que tenhamos
2684 ci ce a a inf , isto é, a concentração da espécie a do lado externo seja maior que do
2685 interno. dito de outra forma, havendo um gradiente de potencial químico, a difusão
2686 ocorrerá a favor deste gradiente.
2687 na+
2688 k+
2689 na+
2690 na+
2691 atp k+
2692 adp 2693 citosol
2694 concentração
2695 de na+
2696 concentração
2697 de k+
2698 membrana meio
2699 extracelular
2700 se, ao contrário, ci ce a a sup , o transporte da espécie de fora para dentro não
2701 será espontâneo; ele só ocorrerá se alguma energia for fornecida à molécula; teremos
2702 então o transporte ativo.
2703 para o caso da espécie ser um íon, temos que levar em conta na nossa análise
2704 o potencial eletroquímico.
2705 consideremos a situação específica da bomba de na/k, focando nossa
2706 atenção no íon na+, cuja concentração fora é da ordem de 10 vezes a de dentro.
2707 verifiquemos agora qual é a variação da energia livre de gibbs por mol no transporte
2708 deste íon do meio interno para o externo, ou seja, calculemos i e g .
2709 usando a definição do potencial eletroquímico, temos
2710 ln ( )
2711 na
2712 na
2713 na
2714 na
2715 na
2716 na
2717
2718 para a temperatura de 37şc e levando em conta que a diferença de potencial
2719 elétrico do meio externo para o interno é de 70mv, a equação acima fornece
2720 g kj mol i e = 12,7 / , um valor positivo, mostrando que o transporte nesta direção,
2721 contra o gradiente do potencial eletroquímico, não é espontâneo, necessitando
2722 portanto de um aporte de energia.
2723 essa energia necessária pode ser provida por uma reação química, com
2724 inf 0 r g , suficiente para tornar i e g negativo.
2725 o movimento do íon para fora da célula pode então ser representado por
2726
2727 na
2728 na
2729
2730 sabemos que, para a hidrólise de um mol de atp, g kj mol r = -30 / . se
2731 portanto, a reação acoplada ao processo for a hidrólise do atp, o i e g para o será
2732 -17kj/mol, mostrando que, nessas condições, esse transporte ocorrerá. observe que,
2733 para o na+, o transporte ativo ocorre contra o gradiente de concentração e,
2734 simultaneamente, contra o gradiente de potencial elétrico. já para o k+, o transporte
2735 ativo ocorre contra o gradiente de concentração, mas a favor do gradiente de potencial
2736 elétrico.
2737 na figura 8, está mostrado um interessante exemplo de transporte ativo que
2738 consegue a energia para ir contra seu gradiente de potencial eletroquímico
2739 aproveitando o transporte passivo de outra espécie. trata-se da bomba na+/glicose
2740 que ocorre, por exemplo, nas células epiteliais do intestino para absorção da glicose e
2741 nas células renais para a reabsorção. note que o na+ está sendo transportado
2742 passivamente – a favor de seu gradiente de potencial eletroquímico – enquanto a
2743 molécula de glicose é transportada ativamente contra seu gradiente de potencial
2744 eletroquímico (no caso só de concentração, pois a molécula é neutra) as custas da
2745 energia liberada pelo transporte passivo do sódio.
2746 figura 8 transporte ativo da glicose impulsionado pelo transporte passivo do sódio.
2747 o gradiente de potencial eletroquímico é um mecanismo importante do qual a
2748 célula se vale para armazenar energia. nas mitocôndrias, a energia química da glicose
2749 é armazenada na forma de um gradiente eletroquímico de h+ antes de ser finalmente
2750 transferida às moléculas de atp. na fotossíntese, também ocorre a produção de atp 2751 por um gradiente de prótons, com a diferença que o gradiente acumula energia
2752 proveniente da luz absorvida. a energia acumulada no atp volta a ser convertida em
2753 gradientes eletroquímicos por bombas que realizam transporte ativo, na/k-atpase,
2754 por exemplo. esse gradiente é agora utilizado para, por exemplo, transportar
2755 moléculas necessárias à célula, como a glicose.
2756 além disso, nas células excitáveis, como as nervosas e musculares, a
2757 existência de gradientes permite outro processo biológico importante: a sinalização por
2758 na+
2759 citosol
2760 concentração
2761 de na+
2762 concentração
2763 de glicose
2764 membrana meio
2765 extracelular
2766 19
2767 impulsos elétricos. parte da energia armazenada nos gradientes é dissipada cada vez
2768 que um sinal elétrico é enviado, portanto, o gradiente requer constante regeneração
2769 por parte da na/k-atpase.
2770 o atp é a moeda energética das células. aqui pode-se perceber que as
2771 células trabalham com um complexo sistema financeiro .
2772 os fenômenos elétro(químicos) na célula têm, em síntese, as seguintes
2773 funções:
2774 1. armazenamento de energia – para processos de transporte como o da glicose
2775 entrando com o sódio;
2776 2. manutenção da diferença de concentração de solutos para manter o equilíbrio
2777 osmótico;
2778 3. produção do atp nas membranas da mitocôndria e dos cloroplastos servindo como
2779 uma forma intermediária de armazenamento de energia nas células;
2780 4. produção de sinais elétricos através de células excitáveis – células nervosas e
2781 musculares.
2782 conclusão
2783 a bioeletricidade é uma característica de todos os tecidos vivos, animal e
2784 vegetal. luigi galvani, professor de anatomia na universidade de bolonha fez tal
2785 constatação, em 1780, quando, verificou uma contração do músculo dissecado da
2786 perna de um sapo ao ser tocado pelo pólo de uma máquina de eletricidade estática; a
2787 perna do sapo movimentou-se como se estivesse viva. galvani, com suas
2788 experiências, concluiu que eletricidade era também gerada por corpos de animais,
2789 existindo uma íntima relação entre a vida e ela; denominou-a de eletricidade animal
2790 ou força vital , considerando-a similar, mas algo distinta da eletricidade natural de
2791 raios e máquinas de eletricidade. alessandro volta, um físico também italiano e amigo
2792 de galvani, apaixonado pela eletricidade, repetiu as experiências, confirmou os
2793 resultados obtidos, mas discordou da interpretação dada por galvani; para ele a
2794 eletricidade observada originava-se não do tecido animal, mas teria sido gerada pelo
2795 contato entre dois tipos de metal manipulados por galvani em suas experiências,
2796 funcionando o músculo do sapo apenas como um detector de pequenas diferenças de
2797 potencial. uma contenda científica entre os dois estabeleceu-se por muitos anos, ao
2798 longo dos quais inúmeras experiências foram feitas por ambos com diferentes animais,
2799 cujos músculos ou nervos eram submetidos a cargas elétricas; cada qual queria provar
2800 a sua tese. foi no bojo dessa briga científica, que, em 1800, volta, para provar que
2801 galvani estava errado, construiu a pilha elétrica, ou bateria, constituída de uma série
2802 de discos metálicos de dois metais diferentes, separados por papelão embebido em
2803 soluções acidas ou salinas. a pilha ou bateria de volta constitui uma das mais
2804 importantes descobertas ou invenções científicas, uma vez que se trata do primeiro
2805 método criado para armazenar energia elétrica, possibilitando a geração e
2806 manutenção de corrente elétrica.
2807 podemos observar então que pesquisas em biologia, no século xviii,
2808 desencadearam importantes avanços no conhecimento da física sobre a natureza dos
2809 fenômenos elétricos, que, uma vez desenvolvidos e bem compreendidos, permitiram,
2810 mais modernamente, identificar o papel central que a bioeletricidade desempenha nos
2811 fenômenos vitais.
2812 a bioeletricidade responde pelos processos de transporte através das
2813 membranas celulares, que controlam a formação e dissipação de gradientes de
2814 concentração de íons e de gradientes de potencial elétrico. estes gradientes, tal como
2815 a pilha ou bateria de volta, armazenam energia eletroquímica, a qual pode ser
2816 convertida e disponibilizada em outras formas que são usadas pelos organismos em
2817 inúmeros processos.
2818 o debate galvani versus volta foi um dos episódios mais importantes da
2819 história da ciência, principalmente, pelo elevado espírito científico com que se travou.
2820 galvanismo foi o termo, generosamente, cunhado por volta, que disse sobre o
2821 trabalho de galvani: ele contém uma das mais belas e surpreendentes descobertas .
2822 ambos estavam certos. havia dois importantíssimos fenômenos: a eletrogênese
2823 bimetal e a bioeletrogênese animal.
2824
2825 <langue=br><sujet=potentiel-de-membrane><num=50><source=http://www.fmrp.usp.br/revista/2007/vol40n3/tem_fundamento_eletrofisiologia.pdf>
2826
2827 fundamentos de eletrofisiologia:
2828 potenciais de membrana
2829 eletrophysiology fundamentals: membrane potentials
2830
2831 resumo: a eletrofisiologia é de fundamental importância para os profissionais da área
2832 médica, não obstante seja um dos temas de difícil compreensão pelos estudantes. com base
2833 em nossa experiência didático-pedagógica, sentimos a necessidade de auxiliar o estudante que
2834 se inicia nesse assunto, ou que o retoma. assim, elaboramos um instrumento auto-instrucional
2835 de ensino-aprendizagem, de fácil utilização, onde o domínio seqüencial dos conteúdos favorece
2836 as novas aquisições cognitivas. o instrumento visa tratar dos princípios físico-químicos da bioeletrogênese,
2837 fornecendo a base de estudo da neurofisiologia, da endocrinologia e da eletrofisiologia
2838 cardíaca inter alia. precedido de uma introdução teórica e dos objetivos, apresenta uma
2839 seqüência lógica, articulada e hierarquizada de setenta questões objetivas de múltipla escolha,
2840 com três alternativas, sendo cinqüenta e nove questões básicas e onze aplicadas. as questões
2841 objetivam estimular o estudante a descobrir, por meio do raciocínio lógico-dedutivo, os fundamentos
2842 bioelétricos da geração e manutenção do potencial de membrana. em paralelo com o
2843 conteúdo das proposições, foram dispostos vários insets reforçadores dos conceitos essenciais
2844 ou que destacam aspectos relevantes e aplicados do tema. na parte final, apresentou-se o
2845 gabarito das questões. o instrumento foi utilizado em atividades de estudo em grupos, de alunos
2846 de cursos da área biológica, com resultados satisfatórios.
2847 descritores: potenciais da membrana. eletrofisiologia. biofísica. ensino. aprendizagem. instrução programada.
2848
2849 1- introdução
2850 um importante objetivo de ensino da fisiologia é prover os estudantes com uma sólida compreensão
2851 dos conceitos básicos que fundamentam os processos vitais de ordem superior, aumentando sua percepção
2852 dos conceitos unificadores (v.g. a dependência que os sistemas vivos têm das leis físico-químicas) e melhorando
2853 suas habilidades em resolver problemas.
2854 o estudo da fisiologia das membranas excitáveis é de grande importância nas disciplinas de neurociências e de fisiologia,
2855 nos cursos de graduação da área médica. seria difícil exagerar o significado fisiológico da diferença de potencial elétrico transmembranar.
2856 entretanto, a relevância do estudo da atividade elétrica dos seres vivos não se restringe ao seu
2857 caráter acadêmico, voltado apenas para o conhecimento e a interpretação das leis que regem o funcionamento
2858 dos seres vivos. várias aplicações de caráter prático, principalmente na área médica, podem ser
2859 enumeradas, tais como: a eletrocardiografia, a eletroencefalografia
2860 e a eletromiografia.
2861
2862 a análise dos fenômenos bioelétricos se constitui, muitas vezes, em importante ferramenta de estudo
2863 dos fenômenos fisiológicos. longe de ser um problema de ciência pura, o estudo da bioeletrogênese é
2864 de singular importância e atualidade para o fisiologista, o biofísico e, particularmente, o médico4. em razão do
2865 amplo papel do potencial de membrana nos processos fisiológicos e da elevada fração do suprimento energético
2866 dispendido na manutenção do potencial de membrana,
2867 é essencial que os estudantes iniciantes de fisiologia tenham um bom entendimento de como os
2868 potenciais de membrana são gerados.
2869 no processo de ensino-aprendizagem de fisiologia
2870 e biofísica, em cursos de graduação, detectamos,
2871 freqüentemente, grande dificuldade na compreens
2872 ão de conteúdos da eletrofisiologia básica. um dos
2873 aspectos centrais dessa dificuldade fica evidente quando
2874 se discutem as conseqüências, para o potencial de membrana,
2875 do aumento da concentração extracelular de um sal de potássio. possivelmente, este é o aspecto
2876 central deste instrumento de estudo, mormente quando se sabe que diversas condições fisiopatológicas apresentam, como um dos distúrbios homeostáticos,
2877 alterações da concentração de potássio nos líquidos extracelulares (v.g. insuficiência renal crônica; diabetes;
2878 lesões musculares inter alia). em concordância,
2879 diversos autores destacam que a noção de potencial de repouso da membrana plasmática é um dos
2880 mais difíceis conceitos fisiológicos que os estudantes
2881 precisam dominar, sujeitando os alunos a vários malentendidos
2882 9. por essas razões, é crítico que todos os
2883 estudantes de fisiologia tenham uma clara compreensão
2884 das bases físico-químicas do potencial de repouso das membranas.
2885 a aplicação de uma questão representativa desse assunto, a estudantes que já haviam cursado um
2886 semestre de neurofisiologia, demonstrou que parte dos
2887 estudantes, aparentemente: (a) desconheciam a forma
2888 de distribuição de íons, entre o extra e o intracelular;
2889 (b) confundiam concentração de equilíbrio com potencial de equilíbrio; (c) não entendiam o princípio
2890 da neutralidade elétrica; (d) confundiam os sentidos de variação do potencial: potencial aumentado/diminuído
2891 e potencial mais positivo/mais negativo; (d) foram incapazes de explicar o conceito de potencial de
2892 equilíbrio eletroquímico de um íon.
2893 esses dados, portanto, reforçam nossas observações. assim, sentimos a necessidade de auxiliar o
2894 estudante que se inicia nesse assunto, ou que o retoma.
2895 a forma apresentada é um instrumento autoinstrucional
2896 de ensino-aprendizagem, de fácil utilização, onde o
2897 domínio seqüencial dos conteúdos serve de suporte às novas aquisições cognitivas. o instrumento
2898 foi elaborado, aplicado e aperfeiçoado, nos últimos anos, tendo sido utilizado em atividades de estudo
2899 em grupos, por alunos de cursos da área biológica,
2900 com resultados satisfatórios.
2901 1.1- conceitos básicos e suas aplicações
2902 grande número de fenômenos biológicos importantes
2903 é acompanhado de manifestações elétricas
2904 celulares. em repouso, as células vivas apresentam
2905 diferença de potencial elétrico de várias dezenas de
2906 milivolts através da membrana plasmática, com o meio
2907 intracelular negativo em relação aos líquidos extracelulares
2908 (lec). a gênese desse potencial de membrana está associada a mecanismos de transporte de íons,
2909 que criam um meio iônico intracelular de composição
2910 distinta daquela do meio iônico extracelular. nesse
2911 particular, os processos de difusão (potenciais de difusão)
2912 e os transportes ativos (potenciais de bombas eletrogênicas) representam os mecanismos básicos
2913 responsáveis pela polarização da membrana plasmática.
2914 a difusão de íons a favor de gradientes de concentração
2915 é a mais importante causa de manifestação elétrica em sistemas biológicos.
2916 uma notável característica de todas as células
2917 vivas é a diferença de potencial existente entre os fluidos
2918 intra e extracelulares. essa diferença de potencial usualmente varia entre 10 e 100 mv, com o interior da célula
2919 sendo eletronegativo em relação ao exterior.
2920 o potencial de membrana está implicado em inúmeros processos celulares, tais como:
2921 (a) transportes iônicos e, conseqüentemente, de água através das
2922 membranas celulares e entre compartimentos orgânicos;
2923 (b) transporte de numerosos nutrientes, para dentro
2924 e para fora das células; (c) transporte de nutrientes acoplados ao sódio,
2925 nos enterócitos; (d) secreção de cloreto, por epitélios;
2926 (e) sinalização celular; (f) sinalização elétrica nas células excitáveis; (g) geração
2927 de potencial de ação pós-sináptico; (h) função cerebral,
2928 incluindo-se os processos cognitivos; (i) percepção sensorial;
2929 (j) contração muscular; (l) secreção hormonal e
2930 (m) proliferação e ciclo celular 3,5.
2931 os três principais íons (k+, na+ e cl-) participantes da geração do potencial de membrana,
2932 nas células em geral, também desempenham outras importantes ações em múltiplas células,
2933 em tecidos e órgãos humanos.
2934 nas fibras nervosas e nas células musculares
2935 a relação entre o potássio intra e extracelular de 380
2936
2937 termina a excitabilidade neuromuscular. alguns estudos demonstraram uma associação positiva entre dietas
2938 ricas em potássio e o controle da pressão arterial, assim como a prevenção de acidentes vasculares cerebrais.
2939 igualmente, o potássio está implicado na atividade marca-passo cardíaca e na fisiologia de músculos
2940 lisos, bem como é fundamental para a homeostase glicêmica. o potássio exerce ações hepáticas e
2941 integra uma alça de retroalimentação negativa, que controla a secreção pancreática de insulina, bem como
2942 a atividade da bomba de na+/k+ atpase, nas células em geral. por outro lado, também atua na síntese protéica
2943 e participa de reações enzimáticas12. alterações no gradiente de potássio, tipicamente resultantes de
2944 mudanças no potássio extracelular, podem ser extremamente importantes, tanto fisiologicamente, quanto clinicamente.
2945 o sódio é fundamental no controle da osmoticidade, além de participar na geração da atividade elétrica
2946 em diferentes tecidos excitáveis. já o cloreto é bombeado ativamente para compor o suco gástrico,
2947 além de participar, tanto do controle da pressão osmótica dos líquidos extracelulares, quanto da pressão
2948 arterial.
2949 os íons fluem através das membranas, em grande parte, percorrendo diferentes canais. os canais
2950 iônicos estão presentes nos seres vivos, de bactérias até mamíferos.
2951 são responsáveis pela transmissão elétrica em todo o sistema nervoso e participam de inúmeros
2952 processos fisiológicos e bioquímicos, como contração muscular,
2953 secreção de neurotransmissores e hormônios, dentre muitos outros.
2954 a utilização de novas técnicas e ferramentas avançadas de biofísica, eletrofisiologia e biologia
2955 molecular permitiu que se conhecesse a estrutura e o funcionamento dos canais iônicos, base molecular e
2956 fundamental para a ocorrência dos fenômenos eletrofisiológicos. não obstante, o conhecimento da essência
2957 dos fenômenos elétricos nos seres vivos depende do entendimento de processos e conceitos básicos, tais
2958 como: potenciais de difusão; equilíbrio eletroquímico;
2959 potenciais de equilíbrio eletroquímico e potenciais de membrana,
2960 além dos potenciais de ação, não tratados neste estudo.
2961 2- objetivo geral
2962 enfocar os princípios físico-químicos da eletrofisiologia,
2963 fornecendo a base para se estudar a neurofisiologia,
2964 a atividade elétrica das células endócrinas e
2965 dos músculos lisos e estriados, a eletrofisiologia cardíaca
2966 e a função tubular renal, dentre outras aplicações.
2967 obviamente, não se pretende abranger todo o assunto, mas sim fornecer os fundamentos indispensáveis
2968 à continuidade desse estudo.
2969 3- objetivos operacionais
2970 ao final do estudo, o usuário será capaz de:
2971 a) esquematizar e explicar a geração de potenciais de difusão.
2972 b) esquematizar e explicar o desenvolvimento, a manutenção e o significado conceitual do equilíbrio eletroquímico de um íon.
2973 c) esquematizar e explicar o surgimento e a manutenção de um potencial de equilíbrio eletroquímico
2974 de um íon.
2975 d) explicar o princípio da eletroneutralidade nas células, na geração de potenciais elétricos.
2976 e) utilizando as figuras deste estudo, explicar de que forma alterações das concentrações iônicas,
2977 intra e extracelulares de potássio, sódio e cloreto interferem no potencial de equilíbrio eletroquímico de
2978 cada íon.
2979 f) aplicar a equação de nernst e explicar o seu significado prático.
2980 g) aplicando a equação de nernst, explicar as alterações do potencial de membrana após aumento
2981 ou redução das concentrações iônicas, nos líquidos extra e intracelulares.
2982 h) aplicar a equação do campo constante de goldman, hodgkin e katz (equação de goldman),
2983 no cálculo de potenciais de membrana.
2984 i) aplicando as equações de nernst e de goldman,
2985 determinar os efeitos de alterações da temperatura
2986 nos potenciais de equilíbrio eletroquímico de íons,
2987 bem como nos potencias de membrana.
2988 j) explicar a razão das diferenças de valores
2989 dos potenciais de membrana, em diferentes células.
2990 l) explicar por que o potencial de membrana de astrócitos
2991 apresenta valor igual àquele do potencial
2992 de equilíbrio eletroquímico do potássio.
2993 m) explicar por que o potencial de membrana de neurônios
2994 e células musculares apresenta valor próximo
2995 àquele do potencial de equilíbrio eletroquímico do potássio.
2996 n) explicar por que o potencial de membrana das células em geral apresenta valor igual àquele do
2997 potencial de equilíbrio eletroquímico do íon cloreto.
2998 o) explicar, com base nos gradientes químicos de
2999 potássio, por que as alterações de concentração
3000 desse cátion, nos líquidos extra e intracelulares,
3001 provocam mudanças no potencial de membrana.
3002 p) calcular os valores do potencial de membrana, simulando
3003 alterações das concentrações do potássio.
3004 q) simulando alterações da permeabilidade da membrana aos íons sódio e potássio,
3005 calcular os potenciais de membrana resultantes.
3006 r) explicar por que o potencial de membrana é um potencial dissipativo, ao contrário dos potenciais de
3007 equilíbrio eletroquímico.
3008 s) justificar a importância dos gradientes iônicos através da membrana plasmática, para a homeostase
3009 celular e orgânica.
3010 t) explicar a atuação da bomba de na+/k+
3011 atpase na manutenção dos gradientes iônicos transmembranares.
3012 u) explicar os efeitos celulares da ativação ou inibição da bomba de na+/k+
3013 atpase , por diferentes fatores
3014 (v.g. íons, hormônios, baixas temperaturas, anóxia, fármacos, venenos metabólicos).
3015 v) aplicar os fundamentos da eletrofisiologia na explicação de:
3016 v1) certas alterações fisiopatológicas (v.g. no diabetes
3017 mellitus; na insuficiência renal crônica).
3018 v2) determinados fenômenos celulares (v.g. inativação de canais de k+
3019 atp para a secreção de insulina pelas células beta; ativação farmacológica desses canais).
3020 4- plano geral do instrumento
3021 o presente estudo consiste, basicamente, de
3022 uma seqüência lógica, articulada e hierarquizada de
3023 questões objetivas de múltipla escolha, de resposta
3024 única, que visam estimular o estudante a descobrir,
3025 por meio do raciocínio lógico-dedutivo, as bases
3026 físico-químicas da geração e manutenção dos potenciais de membrana. trata-se de uma proposição deliberadamente
3027 elementar, mas que visa apresentar, precisamente,
3028 os fundamentos da eletrofisiologia, de maneira
3029 a serem mais facilmente compreendidos. o instrumento
3030 inclui questões redundantes ou verificadoras,
3031 em ciclos, que permitem retomar, reavaliar e consolidar
3032 aspectos já enfocados, em momentos anteriores.
3033 na sua parte final, são apresentadas questões
3034 específicas, de cunho prático, em referência a variados
3035 setores da fisiologia. são enfocados aspectos fisiopatológicos
3036 e farmacológicos, visando demonstrar:
3037 (a) o alcance deste estudo e (b) algumas das possíveis
3038 aplicações dos conhecimentos obtidos na eletrofisiologia
3039 básica.
3040 diversos insets são incluídos, visando reforçar
3041 conceitos essenciais, bem como destacar aspectos
3042 interessantes sobre o tema.
3043 o gabarito das questões e as referências bibliográficas
3044 encerram o estudo. por se tratar de um
3045 instrumento de ensino-aprendizagem e, não, de uma
3046 simples avaliação, cada resposta deve ser conferida
3047 e, eventualmente, reavaliada após a análise de cada
3048 questão.
3049 para efeitos didáticos, são aqui consideradas
3050 padrões as concentrações extracelulares de k+ = 4 mm;
3051 na+ = 140 mm e cl- = 130 mm, bem como os valores
3052 intracelulares de k+ = 140 mm; na+ = 15 mm e
3053 cl- = 10 mm.
3054 5- instrumento
3055 condição i: uma célula teórica (i), cuja
3056 membrana plasmática é permeável unicamente ao k+,
3057 apresenta um gradiente transmembranar desse íon, de
3058 140 mm (intracelular) para 4 mm (extracelular).
3059 ambos os compartimentos são eletroneutros. para
3060 simplificação didática, os ânions (contra-íons) e os
3061 demais cátions foram omitidos.
3062 [k+]i = 140 mm
3063 [k+]e = 4 mm
3064 partindo-se da situação hipotética em que
3065 não há diferenças de cargas elétricas entre o intra e o extracelular
3066 ľ a diferença de potencial é zero ľ, pergunta-se:
3067 1- o fluxo inicial resultante de k+ para fora da célula,
3068 por difusão, é determinado, essencialmente, pelo
3069 gradiente do potencial:
3070 a) elétrico.
3071 b) químico (i.e. gradiente de concentração).
3072 c) eletroquímico.
3073 a difusão de íons a favor de gradientes de concentra
3074 ção é a mais importante causa de manifestação
3075 elétrica em sistemas biológicos.
3076 2- a carga elétrica resultante, no interior da célula,
3077 com o passar do tempo será:
3078 a) nula.
3079 b) positiva.
3080 c) negativa.
3081
3082 apesar da separação de cargas ľ capacitância ľ da
3083 membrana plasmática, o princípio da neutralidade elétrica não é violado,
3084 já que o volume citoplasmático e o fluido extracelular são eletricamente neutros, com
3085 igual número de cargas positivas e negativas. a separação de cargas ocorre somente
3086 em uma região muito estreita, com menos de 1 mm de espessura, em ambos
3087 os lados da membrana (nuvem iônica superficial). além disso, o número de cargas separadas
3088 representa uma fração insignificante do total de cargas positivas e negativas
3089 intracelulares.
3090 3- a força que se opõe à saída de k+ resulta do gradiente de potencial:
3091 a) elétrico
3092 b) químico
3093 c) eletroquímico
3094 a combinação de gradientes iônicos transmembranares
3095 com permeabilidade diferencial a íons é a base para
3096 a geração de diferenças de voltagem.
3097 potencial de difusão é a diferença de voltagem originada
3098 da separação de cargas resultante da difusão de partículas carregadas em uma solução.
3099 membranas biológicas comportam-se como capacitores
3100 elétricos porque separam e acumulam cargas elétricas.
3101 3a- faça quatro esquemas semelhantes àquele da figura
3102 acima (célula teórica i). no 1° esquema, indique
3103 a situação inicial (tempo = zero). no 4°, indique
3104 a situação de equilíbrio. em cada esquema,
3105 indique: (a) as alterações progressivas de carga elétrica, no intra e no extracelular; (b) usando vetores
3106 traçados em diferentes padrões ou cores,
3107 indique as forças dos dois gradientes, bem como a
3108 força resultante, para difusão do potássio; (c) indique,
3109 para cada esquema, um valor arbitrário e
3110 coerente de potencial membranar resultante, no
3111 intervalo entre zero e -95 mv.
3112 4- na questão 3, o gradiente de potencial elétrico cresce,
3113 a partir do instante zero, porque:
3114 a) parte dos ânions intracelulares ficam sem os
3115 seus contra-íons (princípio da eletroneutralidade).
3116 b) o gradiente de potencial químico, i.e.,
3117 gradiente de concentração, decresce rapidamente.
3118 c) o gradiente de potencial químico decresce lentamente.
3119 em conjunto, as forças dos gradientes de potencial químico e de potencial elétrico somam-se algebricamente,
3120 resultando no que se conhece como gradiente eletroquímico.
3121 5- o gradiente de potencial elétrico crescerá até que:
3122 a) as concentrações de k+ se igualem, através da membrana.
3123 b) ocorra a inversão das concentrações de k+,
3124 através da membrana.
3125 c) a força do gradiente de potencial químico existente
3126 seja contrabalançada pela força do gradiente de potencial elétrico.
3127 o gradiente de potencial elétrico, criado pela difusão do k+, impede a continuação desse processo de difusão,
3128 sendo atingido rapidamente um equilíbrio, no qual a
3129 força de difusão, no sentido do meio extracelular, criada
3130 pela diferença de concentração, é equilibrada por
3131 uma força elétrica, agindo no sentido oposto. a quantidade
3132 de íon que se move através da membrana ľ isolante
3133 dielétrico ľ é balanceada por uma quantidade
3134 igual do contra-íon, no outro lado da membrana. a membrana
3135 é literalmente carregada ao potencial de equilíbrio e age como
3136 um capacitor.
3137 6- o estado atingido, quando a força do gradiente de potencial elétrico chega ao seu máximo,
3138 denomina-se equilíbrio:
3139 a) químico.
3140 b) elétrico.
3141 c) eletroquímico.
3142 a quantidade de k+ que deixa a célula, para produzir o
3143 potencial de equilíbrio, é tão pequena que não pode ser
3144 medida quimicamente, apesar do substancial efeito elétrico que provoca. assim, basta que apenas 1/100 000
3145 (i.e., 0,001%) do k+ intracelular se difunda através da membrana celular para estabelecer o potencial de equilíbrio eletroquímico (ek+) (v.g. 90 a -100mv). para alterar o potencial de membrana em 100 mv, há necessidade
3146 de um aumento de apenas cerca de 6000 cargas
3147 positivas em um lado da membrana e de 6000 cargas
3148 negativas do outro lado, por micrometro quadrado 15,16.
3149 7- nesse equilíbrio, medindo-se os fluxos de difusão
3150 do potássio através da membrana, constata-se que:
3151 a) a sua saída da célula (efluxo) é maior que a
3152 entrada (influxo).
3153 b) entrada e saída se equivalem.
3154 c) a entrada na célula é maior que a saída.
3155
3156 no meio extracelular, a quantidade de cátions excede a
3157 de ânions em apenas 1 picomol, ocorrendo o inverso no
3158 meio intracelular. tal quantidade de cátions de um lado
3159 da membrana, e igual quantidade de ânions do outro
3160 lado, representa a distância, em relação à eletroneutralidade,
3161 de cada lado da membrana.
3162 8- a diferença de potencial que pode ser medida nessa
3163 condição de equilíbrio é denominada potencial de equilíbrio:
3164 a) químico.
3165 b) elétrico.
3166 c) eletroquímico.
3167 quando a membrana se encontra no potencial de equilíbrio eletroquímico de um íon,
3168 embora não haja fluxo resultante desse íon, o mesmo se difunde continuamente
3169 através da membrana, nos dois sentidos.
3170 9- se, de alguma forma, a partir do estado de equilíbrio eletroquímico do k+,
3171 elevássemos instantaneamente a quantidade de cargas negativas dentro
3172 da célula (hiperpolarizássemos a célula), os fluxos
3173 de k+, transitoriamente, sofreriam as seguintes alterações:
3174 a) redução do influxo e aumento do efluxo.
3175 b) aumento do influxo e redução do efluxo.
3176 c) aumento do influxo e manutenção do efluxo.
3177 potenciais bioelétricos podem ser tanto a causa quanto
3178 o resultado dos processos de transporte iônico.
3179 é importante notar que, ao se ajustar o potencial celular
3180 para um valor maior do que o potencial de equilíbrio eletroquímico do íon,
3181 o fluxo resultante do íon se inverte,
3182 ocorrendo do compartimento onde está menos concentrado
3183 para aquele de maior concentração, sendo esse fluxo ascendente determinado pela força elétrica
3184 imposta.
3185 10- se, de alguma forma, a partir do estado de equilíbrio
3186 eletroquímico do k+, reduzíssemos a quantidade
3187 de cargas negativas dentro da célula (despolarizássemos a célula),
3188 os fluxos de k+, transitoriamente,
3189 sofreriam as seguintes alterações:
3190 a) manutenção do influxo e aumento do efluxo.
3191 b) aumento do influxo e redução do efluxo.
3192 c) redução do influxo e aumento do efluxo.
3193 o acúmulo relativo de íons k+ no interior das células,
3194 bem como a relativa exclusão do na+ desse compartimento,
3195 originam um potencial químico, crucial para as
3196 atividades que, no conjunto, representam a energética celular.
3197 preservar essas diferenças de distribuição iônica significa manter a capacidade de a célula gerar
3198 potenciais de difusão, potenciais de membrana e, no
3199 caso das células excitáveis, potenciais de ação. assim,
3200 os gradientes iônicos são a base físico-química dos fenômenos
3201 elétricos celulares.
3202 a quantidade de íons (na+ ou k+) segregada em um dos
3203 lados da membrana pode ser comparada ao reservatório de água represada por
3204 uma barragem de usina hidrelétrica. quanto maior a quantidade (concentração)
3205 armazenada e, portanto, maior o gradiente, maior é o
3206 potencial. se a quantidade armazenada se reduz, diminui
3207 a capacidade de geração energética. o gradiente
3208 representa o potencial energético. por conseguinte, a
3209 magnitude do potencial de membrana será tanto maior
3210 quanto maiores forem a concentração e o gradiente
3211 químico do íon mais permeante através da membrana.
3212 em analogia com a barragem e as comportas de uma
3213 usina hidrelétrica, nas células tudo se passa como se a
3214 membrana plasmática normalmente represasse as
3215 correntes iônicas e controlasse precisamente o fluxo por
3216 meio da seleção dos íons que passam pelos canais.
3217 condição ii: acrescentando, a partir de agora,
3218 uma outra célula teórica (ii), permeável unicamente
3219 ao k+, que apresenta um gradiente desse íon,
3220 de 140 mm (intracelular) para 8 mm (extracelular),
3221 pergunta-se:
3222 [k+]i = 140 mm
3223 [k+]e = 8 mm
3224 11- o maior gradiente de potencial químico é encontrado
3225 na célula teórica:
3226 a) ii.
3227 b) i.
3228 c) não há diferença de gradiente.
3229 12- sendo assim, na situação de equilíbrio,
3230 a força do gradiente de potencial elétrico será maior na célula teórica:
3231 a) i.
3232 b) ii.
3233 c) não haverá diferença nessa força.
3234 13- como conseqüência, a célula teórica que apresentar
3235 á maior polaridade será a:
3236
3237 a) i.
3238 b) ii.
3239 c) não haverá célula com maior polaridade que a
3240 outra.
3241 torna-se evidente que, a um maior gradiente de potencial químico
3242 corresponde um maior gradiente de potencial elétrico e, portanto,
3243 um maior potencial de equilíbrio eletroquímico. esse balanço de
3244 forças devidas aos gradientes de potencial elétrico e químico é descrito
3245 pela equação de nernst.
3246 os valores de potenciais de equilíbrio eletroquímico de íons podem
3247 ser calculados por meio da equação de nernst (walther hermann nernst, 1864-1941).
3248 ecátion = -2,303 (rt/zf) . log [íon]i / [íon]e
3249 eânion = -2,303 (rt/zf) . log [íon]e / [íon]i
3250 assim, na temperatura de 37 °c:
3251 eíon = 61,5 . log [íon]i / [íon]e , para os íons
3252 k+, na+ e outros cátions.
3253 eíon = -61,5 . log [íon]e / [íon]i , para o íon cle
3254 outros ânions.
3255 eíon é a diferença do potencial de equilíbrio elétrico
3256 que se opõe exatamente à energia química do gradiente químico.
3257 na temperatura de 20 °c, o valor da constante é 58, ao invés de 61,5.
3258 interpreta-se fisicamente a equação de nernst como a
3259 contraposição entre duas forças: uma, a força gerada
3260 pela tendência que o íon tem de se difundir de uma solução mais concentrada
3261 para outra menos concentrada;
3262 outra, a oposição do campo elétrico gerado na
3263 junção das duas soluções. o sentido do campo elétrico
3264 é tal que anula o movimento resultante do íon.
3265 14- utilizando a equação de nernst, os valores calculados
3266 do potencial de equilíbrio eletroquímico do
3267 k+, das células teóricas i e ii, são respectivamente,
3268 (na temperatura de 37 şc):
3269 a) 41,2 mv e 33,2 mv.
3270 b) 94,9 mv e 76,4 mv.
3271 c) 89,6 mv e 72,1 mv.
3272 o potencial de qualquer célula é medido usando-se o
3273 meio extracelular como referência (neutro ou potencial zero).
3274 15- a célula teórica i mostra-se mais polarizada que a
3275 célula ii, por apresentar:
3276 a) menor gradiente de potencial químico.
3277 b) maior gradiente de potencial químico.
3278 c) maior permeabilidade da membrana ao k+.
3279 quando potenciais celulares são comparados, consideram-se os valores absolutos.
3280 portanto, v.g., o potencial
3281 de - 80 mv é menor que o potencial de 90 mv.
3282 16- excetuando-se os astrócitos, as células vivas em
3283 geral estão, constantemente, sofrendo uma perda
3284 líquida de k+ por difusão (efluxo maior que influxo)
3285 porque apresentam um potencial de membrana:
3286 a) menor que o potencial de equilíbrio eletroquímico
3287 do k+.
3288 b) maior que o potencial de equilíbrio eletroquímico
3289 do k+.
3290 c) igual ao potencial de equilíbrio eletroquímico do
3291 k+.
3292 para um determinado íon, o potencial de membrana
3293 que faz cessar a difusão resultante desse íon através
3294 da membrana é denominado potencial de equilíbrio eletroquímico (eíon)15.
3295 17- nos astrócitos, o potencial de membrana é igual
3296 ao potencial de equilíbrio eletroquímico do k+. esse
3297 fato indica que:
3298 a) o gradiente de potencial químico do k+ é maior
3299 do que o gradiente do na+ e do cl-.
3300 b) a permeabilidade da membrana ao k+ é maior
3301 do que aos demais íons.
3302 c) a membrana dessas células é permeável somente
3303 ao k+.
3304 quando a membrana é permeável a um único íon, o
3305 potencial de membrana que se estabelece é um potencial
3306 de equilíbrio eletroquímico (eíon) e que deverá se
3307 manter indefinidamente.
3308 18- como conseqüência dessa característica membranar
3309 dos astrócitos, mencionada na questão 17,
3310 nessas células:
3311 a) não há fluxo resultante de k+.
3312 b) prevalece a entrada de k+.
3313 c) prevalece a saída de k+.
3314 em uma célula cuja membrana é permeável somente ao
3315 k+, nenhuma energia metabólica é necessária para
3316 manter os gradientes iônicos transmembranares.
3317 as questões 19 a 26 referem-se à proposição
3318 abaixo:
3319 considere um paciente portador de insuficiência
3320 renal crônica, que manifesta hipercalemia
3321 (aumento da concentração plasmática do k+). assim,
3322 cada parâmetro celular especificado abaixo sofrerá:
3323 19- gradiente de potencial químico do k+:
3324 a) aumento.
3325 b) redução.
3326 c) manutenção.
3327 20- saída de k+ por difusão:
3328 a) aumento.
3329 b) diminuição.
3330 c) manutenção
3331 21- concentração intracelular de k+:
3332 a) ínfima diminuição.
3333 b) manutenção.
3334 c) ínfimo aumento.
3335 22- número de cargas negativas, no meio intracelular,
3336 junto à membrana plasmática:
3337 a) diminuição.
3338 b) aumento.
3339 c) manutenção.
3340 músculos esqueléticos e fígado atuam destacadamente
3341 na função de tamponar o k+, contribuindo para a manutenção da concentração extracelular desse íon.
3342 23- negatividade intracelular:
3343 a) aumento.
3344 b) diminuição.
3345 c) manutenção.
3346 24- potencial de membrana:
3347 a) diminuição.
3348 b) aumento.
3349 c) manutenção.
3350 25- polaridade da célula:
3351 a) aumento.
3352 b) diminuição.
3353 c) manutenção.
3354 26- concluindo: quando ocorre aumento da concentração extracelular de um sal de k+, a célula:
3355 a) mantém o seu potencial de membrana
3356 b) sofre hiperpolarização.
3357 c) sofre despolarização.
3358 até a 2Ş grande guerra mundial, não se reconhecia
3359 que o aumento do k+ sérico (hipercalemia), associado
3360 com lesões graves, podia provocar a morte, devido à
3361 despolarização de células cardíacas, nas quais o k+ é o
3362 íon permeante.
3363 hipercalemia pode provocar a morte por parada cardíaca ou fibrilação ventricular.
3364 condição iii. considere agora uma célula
3365 teórica (iii), cuja membrana plasmática é permeável unicamente ao na+,
3366 como esquematizado abaixo:
3367 [na+ ]i = 15 mm
3368 [na+]e
3369 = 140 mm
3370 partindo-se da situação hipotética, em que não
3371 há diferença de cargas elétricas entre o intra e o extracelular,
3372 pergunta-se:
3373 27- o na+ entrará na célula até que:
3374 a) as suas concentrações se igualem.
3375 b) seja atingido o seu equilíbrio eletroquímico.
3376 c) seja atingido o seu equilíbrio elétrico.
3377 28- na questão anterior, o potencial que pode ser medido,
3378 na situação de equilíbrio, é denominado potencial
3379 de equilíbrio:
3380 a) elétrico do na+.
3381 b) químico do na+.
3382 c) eletroquímico do na+.
3383 determina-se o potencial de equilíbrio para um íon igualando-se a força de difusão
3384 sobre esse íon (proporcional ao gradiente de concentração) à força elétrica (proporcional
3385 ao campo elétrico) que age sobre ele. o resultado
3386 é o potencial de equilíbrio eletroquímico do íon
3387 (eíon) (potencial de nernst).
3388 29- utilizando a equação de nernst, o potencial de
3389 equilíbrio eletroquímico do na+ (ena+), calculado
3390 para a temperatura de 37 °c, será:
3391 a) 59,7 mv
3392 b) 59,7 mv
3393 c) 56,3 mv
3394 30- as células em geral estão, constantemente, ganhando
3395 na+ por difusão (influxo maior que efluxo),
3396 porque apresentam um potencial de membrana:
3397 a) próximo do potencial de equilíbrio eletroquímico
3398 do na+.
3399 b) igual ao potencial de equilíbrio eletroquímico
3400 do na+.
3401 c) distante do potencial de equilíbrio eletroquímico
3402 do na+.
3403 31- as células, em geral, estão permanentemente,
3404 perdendo k+ e ganhando na+, por difusão. entretanto,
3405 os gradientes iônicos não se alteram, ao longo do tempo, porque:
3406 a) a bomba de na+/k+
3407 atpase repõe os íons que fluem por difusão.
3408 b) o número de íons que flui por difusão é desprezível.
3409 c) sais de na+ e de k+ se dissociam e repõem os íons livres que se difundem.
3410 a bomba de na+/k+
3411 atpase é mais ativa quando aumentam
3412 as concentrações extracelulares de potássio e/ou as
3413 concentrações intracelulares de na+.
3414 clampear a voltagem significa, por meio da injeção de
3415 corrente elétrica, manter constante a diferença de voltagem
3416 transmembranar.
3417 32- se, experimentalmente, por meio de um clampeamento
3418 de voltagem, fizermos com que o potencial
3419 de membrana de uma célula real se torne igual ao
3420 potencial de equilíbrio eletroquímico do k+, a difusão resultante desse íon:
3421 a) ocorrerá de fora para dentro da célula.
3422 b) ocorrerá de dentro para fora da célula.
3423 c) será nula.
3424 33- se, por meio de um clampeamento de voltagem,
3425 fizermos com que o potencial de membrana de
3426 uma célula real se torne mais negativo que o potencial
3427 de equilíbrio eletroquímico do k+, a difusão resultante desse íon:
3428 a) será nula.
3429 b) ocorrerá de fora para dentro da célula.
3430 c) ocorrerá de dentro para fora da célula.
3431 a força do gradiente de potencial elétrico é capaz de
3432 promover a difusão de um íon do meio onde ele está
3433 menos concentrado para o meio de maior concentração
3434 desse íon.
3435 quando as células excitáveis (v.g. neurônios, miócitos,
3436 células endócrinas inter alia) estão quiescentes, o seu
3437 potencial de membrana (vm) apresenta valor constante,
3438 sendo denominado potencial de repouso.
3439 34- no potencial de repouso celular (potencial de
3440 membrana) das células em geral, a força elétrica
3441 é suficiente para impedir que haja uma saída resultante
3442 de k+, por difusão
3443 a) não é suficiente.
3444 b) é exatamente suficiente.
3445 c) é mais do que suficiente.
3446 condição iv: considerando a célula teórica
3447 abaixo (iv), permeável unicamente ao cl- , pergunta-se:
3448 [cl- ]i = 10 mm
3449 [cl- ]e = 130 mm
3450 35- o fluxo resultante de cl- através da membrana
3451 plasmática determinará, com o tempo, o aparecimento
3452 de um valor de potencial de membrana:
3453 a) positivo.
3454 b) negativo.
3455 c) de equilíbrio químico.
3456 36- a partir do início da difusão de cl-, a força que se
3457 opõe a esse fluxo é resultante do gradiente de
3458 potencial:
3459 a) elétrico.
3460 b) químico.
3461 c) eletroquímico.
3462 37- o fluxo resultante de cl-, através da membrana,
3463 ocorrerá até:
3464 a) o equilíbrio químico.
3465 b) o equilíbrio elétrico.
3466 c) que as forças devidas ao gradiente de potencial químico e ao gradiente de potencial elétrico
3467 sejam iguais e de sentidos opostos.
3468 38- utilizando a equação de nernst, o potencial de equilíbrio eletroquímico do cloro (ecl ), calculado
3469 para a temperatura de 37 °c, será:
3470 a) 68,5 mv.
3471 b) 68,5 mv.
3472 c) 64,6 mv.
3473
3474 v =
3475 _ rt ln pk+[k+]i + pna+[na+]i + pcl-[cl-]e
3476 f pk+[k+]e + pna+[na+]e+ pcl-[cl-]i
3477 v = _ 61,5 log pk+[k+]i + pna+[na+]i+ pcl-[cl-]e , na temperatura de 37 °c.
3478 pk+
3479 [k+]e+ pna+[na+]e+ pcl-[cl-]i
3480 na temperatura de 20° c, o valor da constante é 58, ao invés de 61,5.
3481 a equação de nernst permite calcular a diferença de
3482 potencial elétrico que determina o equilíbrio de um íon
3483 através de uma membrana.
3484 39- quando a força devida ao gradiente de potencial
3485 químico, que promove a difusão de um íon num
3486 sentido da membrana, é contrabalançada pela força devida
3487 ao gradiente de potencial elétrico, em sentido oposto, podemos afirmar que esse íon está
3488 em equilíbrio:
3489 a) químico.
3490 b) elétrico.
3491 c) eletroquímico.
3492 40- a diferença de potencial que se pode medir nessa
3493 situação é denominada potencial de equilíbrio:
3494 a) eletroquímico
3495 b) químico.
3496 c) elétrico.
3497 a equação do campo constante de goldman-hodgkin e katz ou, mais tipicamente,
3498 equação de goldman é, essencialmente, uma versão expandida da
3499 equação de nernst, que leva em conta a permeabilidade
3500 iônica individual (p íon).
3501 condição v. imagine que o retângulo abaixo
3502 represente uma célula muscular, nas condições indicadas,
3503 e responda às questões subseqüentes, considerando
3504 a temperatura de 37 °c.
3505 41- considerando que a permeabilidade relativa da
3506 membrana aos íons k+, na+ e cl- seja igual a:
3507 1: 0,04: 0,45, o potencial de membrana dessa célula,
3508 a 37 ° c, é:
3509 a) 70,7 mv.
3510 b) 66,7 mv.
3511 c) 20,2 mv.
3512 enquanto a permeabilidade é determinada pelo estado
3513 da membrana, a condutância depende, também, das concentrações iônicas.
3514 42- se a concentração de k+ nos líquidos extracelulares
3515 (lec) subir para 8 mm, a 37 oc, mantidas
3516 as permeabilidades relativas a cada íon, o potencial
3517 de membrana dessa célula será:
3518 a) 60,4 mv.
3519 b) 18,7 mv.
3520 c) 64,0 mv.
3521 injeção endovenosa de solução concentrada de kcl é
3522 letal e tem sido utilizada em episódios de eutanásia.
3523 aumento de 10 vezes na concentração de k+ no lec
3524 elimina o potencial de repouso e torna inexcitável o
3525 miocárdio. o coração cessa seus batimentos, em
3526 diástole.
3527 43- portanto, mais uma vez fica demonstrado que o
3528 aumento da concentração extracelular de k+ provoca:
3529 a) hiperpolarização.
3530 b) despolarização.
3531 c) manutenção do
3532 potencial.
3533 operando-se as equações de nernst e de
3534 goldman pode-se constatar
3535 que, enquanto o
3536 aumento da concentra-
3537 ção de k+ no lec provoca
3538 despolarização celular, sua redução acarreta a
3539 hiperpolarização da célula.
3540 a capacitação dos espermatozóides bovinos e de camundongos
3541 é acompanhada
3542 de hiperpolarização da
3543 membrana plasmática,
3544 de 33 para 66 mv e
3545 de 38 para 55 mv,
3546 respectivamente18.
3547 44- se alterarmos a permeabilidade relativa aos íons
3548 k+, na+ e cl- para 1: 20: 0,45, o potencial de membrana
3549 dessa célula, a 37 ° c, será:
3550 a) 46,2 mv
3551 [k+ ]i = 140 mm [na+ ]i = 15 mm [cl-]i = 10 mm
3552 [k+ ]e = 4 mm [na+ ]e = 140 mm [cl-]e = 130 mm
3553 388
3554 fundamentos de eletrofisiologia: potenciais de membrana medicina (ribeirão preto) 2007; 40 (3): 378-93, jul./set.
3555 delattre e http://www.fmrp.usp.br/revista
3556 b) 49,7 mv
3557 c) 43,5 mv
3558 pode-se concluir, portanto, que o aumento intenso da
3559 permeabilidade a um íon faz com que o valor do potencial
3560 de membrana se aproxime do potencial de equilíbrio eletroquímico desse íon. esse conhecimento será
3561 fundamental quando se for estudar a geração do potencial
3562 de ação pelas células dotadas dessa capacidade (células excitáveis).
3563 45- se alterarmos a permeabilidade relativa da membrana aos íons k+, na+ e cl- para 1: 0: 0, o potencial
3564 de membrana dessa célula, a 37 °c, será igual
3565 ao:
3566 a) ena+
3567 b) ek+
3568 c) ecl-
3569 simulações feitas com as equações de nernst e de
3570 goldman demonstram que, enquanto o potencial de equilíbrio eletroquímico de um íon
3571 depende da razão de concentração do íon através da membrana, o potencial de membrana,
3572 além de depender dessa razão, depende dos
3573 valores de concentração de cada íon, em cada um dos
3574 lados da membrana, além de ser dependente das
3575 permeabilidades relativas a cada íon.
3576 o valor do potencial de membrana, num dado instante,
3577 tende a aproximar-se do potencial de equilíbrio eletroquímico do íon
3578 para o qual a permeabilidade da membrana
3579 é maior. quando apenas um íon transita através
3580 da membrana, seu gradiente de concentração determina
3581 o potencial de membrana.
3582 46- considerando-se a mesma célula da questão n°
3583 41, agora submetida à temperatura de 20 °c, o
3584 potencial de membrana será:
3585 a) 19,1 mv.
3586 b) 66,7 mv.
3587 c) 66,7 mv.
3588 47- conclui-se, portanto, que a redução da temperatura
3589 determina:
3590 a) hiperpolarização celular.
3591 b) despolarização da membrana.
3592 c) manutenção do potencial de membrana.
3593 o valor do potencial de membrana celular é diferente,
3594 entre diferentes células. isto se deve tanto a diferenças
3595 de gradientes iônicos quanto a diferentes permeabilidades
3596 relativas aos íons, entre as diferentes células.
3597 enquanto nas hemácias é de 6 mv, nos hepatócitos é
3598 de 28 mv e nas células cardíacas está em torno de
3599 86 mv15,19. nas células epiteliais humanas é de 20
3600 mv20. adipócitos têm potencial de 58 mv21. nas células
3601 beta pancreáticas em repouso, o potencial de membrana
3602 varia entre 45 mv e 60 mv22. em células
3603 musculares e neurônios o potencial de membrana aproxima-se do potencial de equilíbrio eletroquímico do k+,
3604 enquanto em hemácias aproxima-se do potencial de equilíbrio do cl-.
3605 48- em uma célula que está no seu potencial de repouso,
3606 existem gradientes atuantes para a entrada
3607 de na+
3608 a) sim.
3609 b) não.
3610 c) em parte.
3611 curiosamente, nas algas marinhas o potencial de membrana
3612 pode ser de 170 mv (na acetabulária) até 17mv (na valonia ventricosa)10.
3613 49- a diferença entre o potencial de repouso e o potencial
3614 de equilíbrio eletroquímico do na+, nas células em geral, é:
3615 a) desprezível.
3616 b) pequena.
3617 c) muito grande.
3618 50- em uma célula que está no seu potencial de repouso,
3619 quais são os gradientes para a difusão de na+
3620 a) gradiente de potencial químico.
3621 b) gradiente de potencial elétrico.
3622 c) ambos os gradientes.
3623 nas células animais, o potencial de membrana desempenha
3624 um papel vital em inúmeros processos fisiológicos,
3625 tais como a sinalização elétrica em células excitáveis,
3626 transporte de nutrientes acoplado ao na+, no intestino
3627 delgado, contração muscular, função cerebral,
3628 percepção sensorial, secreção de neurotransmissores,
3629 geração pós-sináptica de potenciais de ação, sinalização
3630 celular, secreção hormonal, secreção de cl- pelo
3631 epitélio das vias aéreas e o transporte iônico através
3632 das células epiteliais do néfron 3,5.
3633 51- afirma-se que o potencial de membrana (potencial de repouso) é um potencial dissipativo e, não,
3634 um potencial de equilíbrio eletroquímico de na+ ou de k+ porque, no potencial de membrana:
3635 a) persistem os fluxos resultantes desses íons.
3636 b) ocorrem, apenas, trocas equivalentes de na+ e k+.
3637 c) com o passar do tempo, os gradientes químicos sofrem aumento.
3638 o potencial dado pela equação de goldman é um potencial
3639 dissipativo, que envolve fluxo difusional de íons,
3640 com redução da energia livre do sistema. se o sistema
3641 for abandonado, ele evoluirá para uma condição de mínima
3642 energia livre. se a membrana for permeável a
3643 todos os íons, o potencial final será igual a zero. caso
3644 haja íons impermeantes, poderá ocorrer equilíbrio, com
3645 potencial final diferente de zero.
3646 52- no potencial de repouso (vm), a força gerada pelo
3647 gradiente de potencial elétrico é suficiente para
3648 impedir a difusão resultante de na+
3649 a) sim.
3650 b) não.
3651 c) parcialmente.
3652 o potencial de membrana nas células animais é gerado
3653 em grande parte pelo efluxo de k+ através da membrana plasmática.
3654 53- o potencial de membrana de diversos tipos celulares
3655 se aproxima do valor do potencial de equilíbrio eletroquímico do k+, porque:
3656 a) a permeabilidade relativa da membrana ao k+
3657 é a maior, dentre os íons permeantes.
3658 b) o gradiente de potencial químico do k+ é o
3659 maior, dentre os três principais íons.
3660 c) ambas as razões acima.
3661 nas células musculares esqueléticas o potencial de membrana é
3662 controlado principalmente pelo gradiente de concentração de k+.
3663 nessas células e, nas células em geral, o cl- ajusta passivamente suas concentrações
3664 no meio intracelular e extracelular, de acordo com
3665 o nível de potencial existente na membrana, i.e., a distribuição transmembranar do cl- é uma conseqüência
3666 do potencial celular e, não, o oposto14,20.
3667 54- utilizando a equação de goldman, considere uma
3668 situação especial em que a membrana seja perme
3669 ável a um único íon (permeabilidade = 1), sendo
3670 impermeável aos demais (permeabilidades =
3671 zero). calcule o potencial de membrana (vm). em
3672 seguida, calcule, utilizando a equação de nernst,
3673 o potencial de equilíbrio eletroquímico do íon (eíon).
3674 comparando os valores, pode-se concluir que,
3675 quando a membrana é permeável a um único íon,
3676 o potencial de membrana é:
3677 a) maior que o eíon.
3678 b) menor que o eíon.
3679 c) igual ao eíon.
3680 enquanto no potencial de equilíbrio eletroquímico de
3681 um íon há equivalência entre influxo e efluxo iônico, o
3682 potencial de membrana é um potencial dissipativo, no
3683 qual os processos de difusão de k+ e de na+ apresentam
3684 fluxo resultante, em um dos sentidos da membrana.
3685 55- a bomba de na+/k+
3686 atpase transporta:
3687 a) na+ para dentro e k+ para fora da célula.
3688 b) na+ para fora e k+ para dentro da célula.
3689 c) na+ e k+ para dentro ou para fora, dependendo
3690 dos gradientes químicos de cada íon.
3691 aumento da concentração extracelular de k+ (hipercalemia)
3692 e/ou aumento da concentração intracelular de
3693 na+ estimulam a bomba de na+/k+
3694 atpase.
3695 56- a função da bomba de na+/k+
3696 atpase é:
3697 a) manter os gradientes de potenciais químicos do na+ e do k+.
3698 b) manter a eletroneutralidade nos meios intra e extracelular.
3699 c) contrapor-se à manutenção de um potencial de repouso da membrana.
3700 57- nas células que têm bomba de na+/k+ atpase
3701 eletrogênica, esta bomba transporta:
3702 a) dois na+ para fora e três k+ para dentro da célula.
3703 b) dois k+ para dentro e três na+ para fora.
3704 c) dois na+ para fora e um k+ para dentro.
3705 os potenciais elétricos presentes nos seres vivos são,
3706 na maioria dos casos, gerados através de membranas,
3707 por mecanismos de difusão (potenciais de difusão),
3708 transportes ativos (potenciais de bombas eletrogênicas)
3709 ou ambos.
3710 58- a bomba de na+/k+ atpase, de muitas células, é
3711 eletrogênica porque:
3712 a) cria ou intensifica uma diferença de potencial através da membrana.
3713 b) mantém os gradientes iônicos.
3714 c) consome energia metabólica das células.
3715 diferentes células podem apresentar comportamento
3716 diverso no tocante à natureza eletrogênica ou não eletrogênica
3717 da bomba de na+/k+ atpase. quando a bomba
3718 é eletrogênica, resulta um potencial de membrana
3719 ligeiramente mais negativo do que se esperaria da simples
3720 difusão de íons.
3721 cerca de um terço do suprimento celular de atp é gasto
3722 na bomba de na+/k+
3723 atpase, que mantém a elevada concentração
3724 intracelular de k+, necessária para a geração
3725 do potencial de membrana. em células musculares
3726 esqueléticas e em hemácias, cerca de três íons na+
3727 são bombeados para cada atp hidrolisado15.
3728 estima-se que a bomba de na+/k+
3729 atpase gaste até 70%
3730 da quantidade total de atp utilizada pelo encéfalo.
3731 a inibição da bomba de na+/k+
3732 atpase despolariza
3733 a célula porque esse procedimento:
3734 a) aumenta os gradientes dos potenciais químicos
3735 do na+ e do k+, através da membrana.
3736 b) reduz os gradientes dos potenciais químicos do
3737 na+ e do k+.
3738 c) altera as permeabilidades da membrana ao na+
3739 e ao k+.
3740 baixas concentrações de na+ intracelular e de k+ extracelular
3741 inibem a bomba de na+/k+ atpase.
3742 uma solução contendo glicose, insulina e k+ ľ solução
3743 polarizante ľ tem uso clínico em infartos do miocárdio.
3744 a insulina e o k+ ativam a bomba de na+/k+ atpase.
3745 essa bomba é energizada pelo atp da oxidação da glicose.
3746 o transporte da glicose nos tecidos musculares
3747 estriados é ativado pela insulina24.
3748 questões para aplicação dos conhecimentos
3749 básicos
3750 agora que você já estudou os aspectos básicos
3751 de eletrofisiologia, está em condições de aplicar esses
3752 conhecimentos em situações novas, que fazem
3753 parte do estudo de diferentes áreas da medicina experimental
3754 (v.g. endocrinologia, neurologia, cardiologia,
3755 gastroenterologia, nefrologia inter alia).
3756 60- nas células beta das ilhotas de langerhans o
3757 metabolismo da glicose provoca aumento da razão atp/adp e determina o fechamento de canais
3758 de k+
3759 atp. igualmente, sulfoniluréias ľ hipoglicemiantes
3760 orais ľ determinam o fechamento
3761 desses canais. o efeito que essas substâncias provocam
3762 na membrana plasmática das células beta
3763 é a:
3764 a) hiperpolarização.
3765 b) despolarização.
3766 c) repolarização.
3767 61- diazoxida é um fármaco utilizado no tratamento
3768 de hiperinsulinemias. esse agente provoca, na
3769 membrana plasmática das células beta pancreáticas,
3770 a abertura de canais de k+
3771 atp e, conseqüentemente:
3772 a) repolarização.
3773 b) despolarização.
3774 c) hiperpolarização.
3775 62- diabéticos descompensados manifestam perda do
3776 k+ intracelular, em especial nas células da musculatura
3777 esquelética. em conseqüência, o que ocorre com essas células
3778 a) despolarização.
3779 b) repolarização.
3780 c) hiperpolarização.
3781 63- a administração de insulina a um paciente com
3782 diabetes descompensado ativa a entrada de k+
3783 nas células (v.g. células musculares estriadas), por
3784 meio da bomba de na+/k+
3785 atpase. a conseqüência,
3786 para a membrana plasmática, é a:
3787 a) maior despolarização.
3788 b) estabilização do potencial de repouso.
3789 c) repolarização.
3790 64- ouabaína inibe e difenil-hidantoína
3791 ativa a bomba de na+/k+ atpase. nas células em geral, as conseqüências
3792 da utilização terapêutica ou experimental
3793 desses fármacos são, respectivamente:
3794 a) despolarização; hiperpolarização.
3795 b) hiperpolarização; despolarização.
3796 c) despolarização; estabilização do potencial de
3797 repouso.
3798 65- diversos hormônios ativam a bomba de na+/k+ atpase
3799 (v.g. adrenalina, noradrenalina, insulina,
3800 t3/t4 e corticosteróides). o efeito desses hormônios
3801 na membrana plasmática é a:
3802 a) despolarização.
3803 b) hiperpolarização.
3804 c) estabilização do potencial de repouso.
3805
3806 66- a explicação de prosser, para as ondas lentas
3807 (ritmo elétrico básico, com despolarizações periódicas)
3808 da musculatura lisa intestinal, baseia-se em
3809 uma flutuação, determinada geneticamente, de processos
3810 de oxi-redução, ligados ao ciclo de krebs,
3811 provocando redução do atp disponível para a bomba de na+/k+ atpase. o funcionamento dessa
3812 bomba eletrogênica altera o potencial de membrana,
3813 de tal maneira que:
3814 a) inibição da bomba despolariza a membrana, até
3815 gerar potenciais de ação (spikes).
3816 b) inibição da bomba estabiliza o potencial de membrana, gerando spikes.
3817 c) reativação da bomba despolariza a membrana,
3818 até gerar spikes.
3819 67- a insuficiência renal crônica pode ser fatal, diante
3820 da menor excreção de potássio na urina. a
3821 morte decorre da:
3822 a) hiperpolarização das células do nodo sino-atrial.
3823 b) ativação da bomba de na+/k+
3824 atpase, provocada
3825 pelas alterações iônicas no lec.
3826 c) despolarização das células do miocárdio.
3827 na década de 50, do século passado, quando ainda não
3828 se fazia hemodiálise, tentava-se salvar o doente fornecendo-lhe
3829 chicletes e aspirando-se o grande volume de
3830 saliva secretado.
3831 68- redução da concentração de k+ no lec (hipocalemia)
3832 pode provocar fraqueza muscular, câimbras
3833 e até paralisia. tal fato pode ocorrer durante
3834 o uso de certos diuréticos (v.g. furosemida), caso
3835 não se reponha o k+, eliminado em excesso, na
3836 urina. durante aquela redução, as células apresentam:
3837 a) despolarização.
3838 b) hiperpolarização.
3839 c) estabilização do potencial de repouso.
3840 69- em hemocentros, as bolsas de sangue são estocadas
3841 em temperaturas entre 1ş c e 6ş c. em conseqüência,
3842 é razoável esperar-se que ocorra:
3843 a) despolarização da membrana plasmática, nos
3844 elementos figurados (células).
3845 b) redução da concentração extracelular de k+.
3846 c) hiperpolarização celular.
3847 70- o aumento da temperatura das bolsas de sangue,
3848 antes de uma transfusão, provoca:
3849 a) aumento do na+ intracelular.
3850 b) aumento do k+ extracelular.
3851 c) repolarização celular.
3852
3853 exemplo didático de resposta à questão 3a
3854 tempo = zero
3855 [k+]i = 140 mm 0 mv
3856 [k+]e = 4 mm
3857 inicialmente (tempo = zero), a força do gradiente de potencial elétrico é zero. sendo assim, a força resultante é igual à
3858 força do gradiente de potencial químico.
3859 tempo = 1
3860 [k+]i = 140 mm _ 30 mv
3861
3862 [k+]e = 4 mm k+
3863 o efluxo resultante de k+ (efluxo menos influxo) deixa seus contra-íons (negativos) no interior da célula, gerando a força
3864 do gradiente de potencial elétrico, de fora para dentro da célula ( 30 mv). a força resultante sofre redução. o efluxo de
3865 k+ é maior que o seu influxo.
3866 tempo = 2
3867 [k+]i = 140 mm _ 60 mv
3868
3869 [k+]e = 4 mm k+
3870 a continuidade do efluxo resultante de k+, embora de valor decrescente, promove aumento da força do gradiente do
3871 potencial elétrico ( 60 mv). a força resultante é progressivamente menor.
3872 (equilíbrio) tempo = 3
3873 [k+]i = 140 mm _ 95 mv
3874
3875 [k+]e = 4 mm k+
3876 a força do gradiente do potencial elétrico atinge seu valor máximo ( 95 mv) e contrabalança a
3877 força do gradiente do potencial químico. a força resultante torna-se nula e se estabelece o equilíbrio eletroquímico. o valor do potencial de equilíbrio eletroquímico do k+ (ek+) é 95 mv. efluxo e influxo de k+ se igualam.
3878 força do gradiente de força do gradiente
3879 força potencial químico de potencial elétrico resultante
3880 fluxos de
3881 k+
3882
3883 <langue=br><sujet=potentiel-d-action><num=51><source=http://pt.wikipedia.org/wiki/potencial_de_a%c3%a7%c3%a3o>
3884 potencial de ação
3885
3886 a. uma visão esquemática do potencial de ação idealizado. ilustra as suas várias fases à medida que ele percorre um único ponto da membrana plasmática. b. registros reais de potenciais de ação são comumente distorcidos em comparação às visões esquemáticas devido a variações nas técnicas eletrofisiológicas de registro.
3887
3888 um potencial de ação é uma onda de descarga elétrica que percorre a membrana de uma célula. potenciais de ação são essenciais para a vida animal, porque transportam rapidamente informações entre e dentro dos tecidos. eles podem ser gerados por muitos tipos de células, mas são utilizados mais intensamente pelo sistema nervoso, para comunicação entre neurônios e para transmitir informação dos neurônios para outro tecido do organismo, como os músculos ou as glândulas.
3889
3890 muitas plantas também exibem potenciais de ação. eles viajam por meio de seu floema para coordenar atividades. a principal diferença entre os potenciais de ação de animais e vegetais são os íons. as plantas utilizam primariamente íons de potássio e cálcio, enquanto animais utilizam mais íons de potássio e sódio.
3891
3892 potenciais de ação são mensageiros essenciais para a linguagem neuronal. provêem controle rápido e centralizado, além de coordenação, de órgãos e tecidos. eles podem guiar a maneira em que a anatomia vai evoluir.
3893 índice
3894
3895
3896 1 considerações gerais
3897 2 mecanismos básicos
3898 3 limiar e início
3899 4 propagação
3900 4.1 transporte passivo
3901 4.2 transporte ativo
3902 4.3 velocidade
3903 4.4 bainha de mielina e nódulo de ranvier
3904 4.5 considerações
3905 4.6 patologias
3906 5 período refratário
3907 6 potencial de ação de placa motora
3908 7 influências externas
3909 7.1 hipo e hipercalemia
3910 7.2 venenos
3911 7.2.1 venenos atuantes na formação do impulso nervoso
3912 7.2.2 venenos atuantes na liberação dos neurotransmissores
3913 8 potencial de ação & darwin
3914 9 referências
3915 9.1 fontes gerais
3916 9.2 fontes primárias
3917
3918 considerações gerais
3919
3920 uma voltagem elétrica, ou diferença de potencial, sempre existe entre o interior e o exterior de uma célula. esse fato é causado por uma distribuição de íons desigual entre os dois lados da membrana e da permeabilidade da membrana a esses íons. a voltagem de uma célula inativa permanence em um valor negativo — considerando o interior da célula em relação ao exterior e varia muito pouco. quando a membrana de uma célula excitável é despolarizada além de um limiar, a célula dispara um potencial de ação, comumente chamado de espícula (leia limiar e início).
3921
3922 um potencial de ação é uma alteração rápida na polaridade da voltagem, de negativa para positiva e de volta para negativa. esse ciclo completo dura poucos milisegundos. cada ciclo — e, portanto, cada potencial de ação, possui uma fase ascendente, uma fase descendente e, ainda, uma curva de voltagem inferior a do potencial de repouso de membrana (leia fases do potencial de ação). em fibras musculares cardíacas especializadas, como por exemplo as células do marcapasso cardíaco, uma fase de platô, com voltagem intermediária, pode preceder a fase descendente.
3923
3924 potenciais de ação podem ser medidos por meio de técnicas de registro de eletrofisiologia e, mais recentemente, por meio de neurochips que contêm eosfets (transistores de efeito de campo de semicondutor eletrólito-óxido). um osciloscópio que esteja registrando o potencial de membrana de um único ponto em um axônio mostra cada estágio do potencial de ação à medida que a onda passa. suas fases traçam um arco que se assemelha a uma senóide distorcida. sua ordenada depende se a onda do potencial de ação atingiu aquele ponto da membrana, ou se passou por ele e, se for o caso, há quanto tempo isso ocorreu.
3925
3926 o potencial de ação não permanece em um local da célula, ele percorre a membrana (leia propagação). ele pode percorrer longas distâncias no axônio, por exemplo para transmitir sinais da medula espinhal para os músculos do pé. em grandes animais, como as girafas e baleias, a distância percorrida pode ser de vários metros.
3927
3928 tanto a velocidade quanto a complexidade do potencial de ação variam entre diferentes tipos de células. entretanto, a amplitude das alterações de voltagem tende a ser rigorosamente a mesma. dentro da mesma célula, potenciais de ação consecutivos são tipicamente indistinguíveis. neurônios transmitem informação gerando seqüências de potenciais de ação, chamadas trens de pulsos (spike trains em inglês). variando a freqüência ou o intervalo de tempo dos disparos de potencial de ação gerados, os neurônios podem modular a informação que eles transmitem.
3929
3930 mecanismos básicos
3931
3932 ver artigo mecanismos básicos do potencial de ação
3933
3934 limiar e início
3935 gráfico de corrente (fluxo de íons) versus voltagem (potencial transmembrana). ilustra a ação do potencial limiar excitatório (seta vermelha) de uma célula ideal, na qual há dois canais iônicos transmembrana: um canal de potássio não-dependente de voltagem e um canal de sódio dependente de voltagem..
3936
3937 potenciais de ação são disparados quando uma despolarização inicial atinge o potencial limiar excitatório. esse potencial limiar varia, mas normalmente gira em torno de 15 milivolts acima do potencial de repouso de membrana da célula e ocorre quando a entrada de íons de sódio na célula excede a saída de íons de potássio. o influxo líquido de cargas positivas devido aos íons de sódio causa a despolarização da membrana, levando à abertura de mais canais de sódio dependentes de voltagem. por esses canais passa uma grande corrente de entrada de sódio, que causa maior despolarização, criando um ciclo de realimentação positiva (feedback positivo) que leva o potencial de membrana a um nível bastante despolarizado.
3938
3939 o potencial limiar pode ser alcançado ao alterar-se o balanço entre as correntes de sódio e potássio. por exemplo, se alguns canais de sódio estão em um estado inativado (comportas de inativação fechadas), então um dado nível de despolarização irá ocasionar a abertura de um menor número de canais de sódio (os que não estão inativados) e uma maior despolarização será necessária para iniciar um potencial de ação. essa é a explicação aceita para a existência do período refratário (veja o tópico sobre período refratário).
3940
3941 potenciais de ação são determinados pelo equilíbrio entre os íons de sódio e potássio (embora haja uma menor contribuição de outros íons como cloreto e cálcio, este último especialmente importante na eletrogênese miocárdica), e são usualmente representados como ocorrendo em células contendo apenas dois canais iônicos transmembrana (um canal de sódio voltagem-dependente e um canal de potássio, não-voltagem-dependente). a origem do potencial limiar pode ser estudada utilizando curvas de corrente versus voltagem (figura à direita) que representam a corrente através de canais iônicos em função do potencial celular transmembrana. (note que a curva ilustrada é uma relação corrente-voltagem instantânea , ela representa a corrente de pico através dos canais iônicos a uma dada voltagem antes de qualquer inativação ter acontecido, isto é, aproximadamente 1 ms após aquela voltagem para a corrente de sódio (na) ter sido atingida. as voltagens mais positivas neste gráfico apenas são alcançadas pelas células por meios artificiais, isto é, voltagens impostas por aparelhos de estimulação elétrica).
3942
3943 quatro importantes pontos no gráfico i/v estão indicados por setas na figura:
3944
3945 a seta verde indica o potencial de repouso da célula e também o valor do potencial de equilíbrio para o potássio (ek). como o canal de k+ é o único aberto em voltagens tão negativas, a célula permanecerá no potencial ek. note que um potencial de repouso estável será observado em qualquer voltagem na qual a soma i/v (linha verde) ultrapassa o ponto de corrente nula (eixo das abscissas) com um ângulo positivo, como na seta verde. consideremos: qualquer perturbação do potencial de membrana na direção negativa resultará em um influxo de íons que despolarizará a célula de volta ao ponto de cruzamento, enquanto qualquer perturbação do potencial de membrana celular na direção positiva resultará em um efluxo de íons que irá hiperpolarizar a célula de volta ao ponto inicial. portanto, qualquer perturbação do potencial de membrana em torno de uma inclinação positiva tenderá a retornar a voltagem ao ponto de cruzamento.
3946
3947 a seta amarela indica o potencial de equilíbrio para o na+ (ena). neste sistema de dois íons, ena é o limite natural do potencial de membrana, o qual uma célula não pode ultrapassar. valores de corrente ilustrados neste gráfico que excedem ena são medidos artificialmente estimulando a célula além de seu limite natural. note, entretanto, que ena apenas poderia ser atingido se a corrente de potássio cessasse completamente.
3948
3949 a seta azul indica a voltagem máxima que o pico do potencial de ação pode atingir. este é, na verdade, o maior potencial de membrana que esta célula pode alcançar. não é possível atingir ena por causa da influência contrária da corrente de potássio.
3950
3951 a seta vermelha indica o potencial limiar. é a partir deste potencial que a corrente iônica passa a ter resultado líquido em direção ao interior da célula. note que este cruzamento se dá a uma corrente nula, mas exibe uma inclinação negativa. qualquer voltagem menor que o limiar tende a fazer a célula retornar ao potencial de repouso e qualquer voltagem maior que o limiar faz com que a célula se despolarize. esta despolarização leva a um maior influxo de íons, desta forma a corrente de sódio se regenera. o ponto no qual a linha verde atinge seu valor mais negativo é o ponto no qual todos os canais de sódio estão abertos. despolarizações além desse ponto diminuem o influxo de sódio, conforme a força eletroquímica (driving force) diminui com a aproximação do potencial de membrana do ena.
3952
3953 o potencial limiar excitatório é comumente confundido com o limiar para a abertura dos canais de sódio. esse conceito está incorreto, pois os canais de sódio não possuem um limiar de abertura. pelo contrário, eles se abrem em resposta à despolarização de uma maneira aleatória. a ocorrência de despolarização não só abre o canal, mas também aumenta a probabilidade dele ser aberto. até mesmo em potenciais hiperpolarizados, um canal de sódio se abrirá ocasionalmente. além disso, o potencial limiar excitatório não é a voltagem na qual a corrente de sódio se torna significante, é a voltagem na qual a corrente de sódio ultrapassa a de potássio.
3954
3955 em neurônios, despolarizações tipicamente se originam nos dendritos pós-sinápticos e potenciais de ação, nos cones de implantação ( leia mais sobre cone de implantação e zid). teoricamente, entretanto, um potencial de ação pode ter início em qualquer lugar de uma fibra nervosa.
3956
3957 propagação
3958
3959 nos axônios, o potencial de ação se propaga de modo misto, alternando entre duas fases: uma passiva e outra ativa.
3960
3961 transporte passivo
3962
3963 íons de carga positiva, propagam-se perimembranalmente e bidirecionalmente de encontro à negatividade (lei de coulomb). contudo, somente os íons que vão na direção imposta da propagação criam um potencial de ação nesta membrana, pois a membrana anterior está em período refratário; já a membrana posterior está em potencial de repouso de membrana, o que permite que nela haja o potencial de ação. se houver estímulo artificial (um eletrodo) no meio de um axônio, o potencial se propagará bidirecionalmente, pois não haverá períodos refratários impedindo-o. com a propagação, a fase passiva perde parte de seus íons, o que acarreta uma menor energia. esta perda dá-se de dois modos: choques físicos dos íons com moléculas citoplasmáticas e saída dos íons para o meio extracelular por canais de vazamento de membrana. deste modo, quanto mais distantes os canais de sódio voltagem-dependentes estiverem, mais perda de energia ocorre.
3964
3965 transporte ativo
3966
3967 compreende o potencial de ação propriamente dito. ocorre quando os íons positivos da fase passiva despolarizam a membrana adjacente de modo rápido e suficiente para despertar a avalanche de íons sódio (por feedback positivo), através dos canais de sódio voltagem-dependentes. estes íons ganham o meio intracelular, e participarão da fase passiva da propagação. o fornecimento de íons sódio para a fase passiva é abundante. como a variação da voltagem nesta fase é sempre constante, não ocorre perda de energia considerável. os mecanismos desta fase já foram explicados anteriormente.
3968 os cátions à esquerda, dentro da célula, são conseguidos a partir de um potencial de ação. passivamente, eles se difundem para outro nódulo de ranvier, onde gerarão um novo potencial de ação.
3969
3970 velocidade
3971
3972 a velocidade de propagação do potencial de ação pode ser variada ao se variar o tempo de duração de alguma das duas fases da propagação. contudo, a fase ativa costuma ser constante nas células, durando em torno de 4ms. deste modo, a célula varia a duração da fase passiva, havendo dois modos básicos:
3973
3974 aumento ou diminuição do calibre do axônio ou célula.
3975
3976 maior ou menor isolamento da membrana (ao variar a espessura da mielina, se houver).
3977
3978 o aumento do calibre do axônio ou célula provoca um aumento da velocidade de propagação do potencial de ação, pois há diminuição da resistência longitudinal, provocada por uma maior área de secção transversal.
3979
3980 em alguns axônios do polvo atlântico loligo pealei, a velocidade de propagação do potencial de ação alcança velocidades superiores a 100 m/s, em virtude do calibre elevado e da mielina espessa.
3981
3982 bainha de mielina e nódulo de ranvier
3983
3984 a bainha de mielina é uma membrana lipídica modificada e espessada. ela pode ser sintetizada por duas células: oligodendrócitos, no sistema nervoso central, e células de schwann, no sistema nervoso periférico. a espessura da bainha de mielina é de acordo com o número de voltas que a membrana das células de schwann ou dos oligodendrócitos dão em torno do axônio. em axônios de calibre pequeno, não há mielina envolvendo; já em axônios de calibre grande, a mielina é mais espessada que os outros menores que a possuem.
3985
3986 a bainha de mielina fornece um aumento do isolamento celular (aumento da resistência de membrana), em virtude de não haver canais de vazamento de membrana onde há mielina, deste modo, a fase passiva perde menos íons, o que aumenta a chance do potencial de ação ter sucesso. além de não haver canais de vazamento de membrana, não há também praticamente nenhum tipo de canal de membrana quando há bainha de mielina (ex.: bombas de sódio e potássio), o que provoca para a célula uma menor necessidade de síntese protéica, ou seja, menos gasto energético.
3987
3988 a bainha de mielina permite uma maior velocidade da fase passiva da propagação do potencial de ação (diminui a capacitância de membrana e aumenta a resistência de membrana). além disso, diminui o número de fases ativas da propagação do potencial de ação, tornando a propagação mais veloz ainda. as fases ativas da propagação ocorrem em máculas da bainha de mielina, os nódulos da ranvier. neles, diferentemente da zona cercada por bainha de mielina, há abundância de canais de íon sódio voltagem-dependentes (densidade até quatro ordens de magnitude a mais que nas membranas amielínicas), o que permite a ocorrência do potencial de ação, que corresponde à fase ativa da propagação do potencial de ação. a distância entre os nódulos de ranvier deve ser muito bem calculada pelas células, de modo que o potencial passivo chegue com íons suficientes para provocar o potencial de ação.
3989
3990 a consequência de a bainha de mielina queimar etapas na propagação, ao diminuir o número de potenciais ativos, são os movimentos saltatórios, que possuem este nome em virtude de haver a impressão de que os potenciais de ação saltam de nódulo em nódulo.
3991
3992 considerações
3993
3994 há um modelo biológico e um modelo físico que explicam a propagação do potencial de ação. o último é útil na quantificação dos fenômenos que acompanham a propagação, pois se utiliza de equações físicas, que são deduzidas com base nas três propriedades passivas da membrana: capacitância da membrana, resistência da membrana e resistência longitudinal. nele, os resistores representam canais iônicos de membrana, enquanto um capacitor representa a membrana lipídica. para as comportas dependentes de voltagem, usam-se resistores variáveis, visto que a resistência nesta comporta varia. já os canais iônicos de repouso possuem resistores fixos. os grandientes eletroquímicos dos íons são baterias. deste modo, o modelo físico é interessante para pesquisas e para a indústria, que o usa na fabricação de marca-passos. já o modelo biológico tem sua utilidade na didática.
3995
3996 como a propagação do potencial de ação é basicamente a mesma para as diferentes células, não há como diferenciar as variadas ações que um sinal de propagação pode ter ao chegar ao sistema nervoso central (tato, propriocepção, visão etc). deste modo, o que irá determinar a ação de cada propagação do potencial de ação, é via, o caminho seguido por cada um deles, ou seja, as diferentes rotas presentes no organismo (ex.: trato espino-cerebelar, trato espino-talâmico etc).
3997
3998 patologias
3999
4000 algumas patologias degradam a condução saltatória e reduzem a velocidade de propagação do potencial de ação. a mais conhecida é a esclerose múltipla, na qual a degradação da bainha de mielina prejudica os movimentos coordenados.
4001
4002 período refratário
4003 três situações possíveis para os canais de íon sódio voltagem-dependentes. o período refratário absoluto corresponde aos estados ativo e inativo. no período refratário relativo, alguns canais estão em repouso ativável, enquanto no potencial de repouso de membrana, todos estão.
4004
4005 o período refratário acompanha o potencial de ação na membrana. tem como efeito limitar a freqüência de potenciais de ação, além de promover a unidirecionalidade da propagação do potencial de ação, o que pode ser entendido como conseqüência da limitação de salvas de potenciais de ação.
4006
4007 o período refratário divide-se em absoluto e relativo. no absoluto, qualquer estímulo para gerar potencial de ação é inútil, pois os canais de sódio estão em estado inativo (comporta rápida aberta e comporta lenta fechada). no relativo, alguns destes canais já estarão de volta ao repouso ativável (comporta rápida fechada e comporta lenta aberta), mas nem todos. estímulos supralimiares conseguem gerar potenciais de ação no período refratário relativo.
4008
4009 a transição entre os dois períodos ocorre aproximadamente quando a repolarização do potencial de ação atinge o potencial limiar excitatório, que é quando as comportas lentas do canal de sódio voltagem-dependente começam a abrir.
4010
4011 nas células miocárdicas, o período refratário é estendido por um platô, que é mantido pelo influxo de íons cálcio na célula. esse alargamento do período refratário permite um maior descanso destas células, além de participar na sincronização dos batimentos. quando há um estímulo destas células na hiperpolarização pós-potencial, também conhecida como período de supra-normalidade, pode ocorrer fibrilação.
4012
4013 potencial de ação de placa motora
4014 visão global de uma junção neuromuscular: 1 - axônio 2 - junção 3 - fibra muscular 4 - miofibrila
4015 visão detalhada de uma junção neuromuscular: 1 - elemento pré-sinaptico 2 - retículo sarcoplasmático 3 - vesículas sinápticas 4 - receptor nicotínico
4016
4017 a junção neuro muscular é um local de estudo relativamente simples e acessível à experimentação. neste local, o neurônio motor inerva o músculo em uma região especializada da membrana muscular chamada de placa motora. nesta área, os terminais do neurônio motor formam expansões chamadas de botões sinápticos, de onde o neurônio motor libera seu neurotransmissor. cada botão é posicionado sobre uma dobra juncional, uma dobra profunda na superfície da fibra muscular pós-sináptica que contém os receptores para o neurotransmissor acetilcolina (ach). a fenda sináptica possui uma enzima chamada acetilcolinesterase, que é produzida tanto pelo neurônio como pela fibra muscular, e possui a função de inativar a ach, a fim de que esta substância não fique sempre ligada ao seu receptor provocando estimulação constante.
4018
4019 a liberação do neurotransmissor ach depende da despolarização do neurônio motor, pois dessa forma ativará os canais de ca2+, fazendo com que este íon entre na célula e permita que as vesículas sinápticas da região terminal se fundam com a membrana plasmática e assim liberem seu conteúdo (ach) na fenda sináptica. a liberação de ach pelo terminal do nervo motor ocorre também sem a necessidade de despolarização. assim, pequenas quantidades de ach são liberadas sempre na fenda sináptica, fazendo com que sempre haja o potencial miniatura de placa motora (cerca de 3mv, uma espécie de standby da célula).
4020
4021 a liberação de ach das vesículas sinápticas na fenda faz com que a membrana da célula muscular se despolarize, pois a ligação da ach no canal nicotínico ativado pela ach provoca a entrada de íons na+ na célula muscular e, conseqüentemente, sua despolarização. esta despolarização ativa um outro tipo de canal de na+, os chamados canais de na+ voltagem-dependentes. eles são ativados quando a despolarização local produzida pelos canais nicotínicos se propaga passivamente ao longo da fibra muscular e atinge esses canais, fazendo com que mais íons na+ entre na célula. a abertura desses dois tipos de canais (voltagem-dependentes e os nicotínicos ativados por ach) é necessária, pois a amplitude do potencial de placa motora é muito alto (cerca de 70mv), assim, deve-se abrir um número suficiente de canais de na+ para ultrapassar o limiar da célula. este fato também garante que a transmissão sináptica aconteça com um alto grau de segurança.
4022
4023 um ponto importante a ser considerado é a constituição macromolecular distinta dos canais ativados pela ach e os voltagem-dependentes. este fato pode ser verificado pelo uso de drogas e toxinas, por exemplo, a tetrodotoxina (ttx)ą, este veneno provoca bloqueio dos canais de na+ voltagem dependentes. isto pode ser fatal, pois a despolarização do neurônio motor ficará prejudicada e conseqüentemente a transmissão neuromuscular. a a-bungarotoxina (proteína do veneno da cobra) e o curare (toxina de algumas plantas) são drogas que bloqueiam os canais de na+ dependentes da ach, mas não bloqueia os canais na+ voltagem-dependentes, assim, mesmo possuindo ach na fenda sináptica, a transmissão do potencial de ação do neurônio motor para a fibra muscular ficará grandemente prejudicada, podendo levar a morte.
4024
4025 em certas doenças, como a miastenia grave (doença auto-imune), ocorre a produção de anticorpos contra o receptor de ach, diminuindo assim o número de canais ativados pela ach e comprometendo seriamente a transmissão na junção neuromuscular. em alguns casos a neostigmina (inibidor da acetilcolinesterase) é usada no tratamento da doença, assim a ach permanecerá mais tempo na fenda sináptica e terá maior probabilidade de se ligar aos poucos receptores de ach restantes.
4026
4027 ąa ttx é um veneno encontrado em peixes do pacífico e que faz parte da iguaria japonesa chamada fugu. no brasil o peixe que produz este veneno é o baiacu.
4028
4029 influências externas
4030
4031 como pode ser percebido em mecanismos básicos, a transmissão de potenciais de ação depende de concentrações iônicas pré-determinadas. assim sendo, depende do meio extracelular.
4032
4033 hipo e hipercalemia
4034
4035 baixas concentrações extracelulares de potássio promovem uma hiperpolarização no potencial de repouso de membrana da célula, pois os canais repouso de potássio estão sempre abertos. a hiperpolarização faz com que o limiar excitatório da célula aumente. portanto, serão necessários estímulos muito grandes para a geração do potencial de ação. essa alteração, no músculo cardíaco, leva a deficiência na contratilidade.
4036
4037 já o aumento da concentração extracelular de potássio resulta na despolarização do potencial de membrana das células. essa despolarização abre canais de sódio voltagem dependentes, mas em quantidade insuficiente para gerar um potencial de ação. os canais de sódio então entram em período refratário aumentando assim o potencial de repouso de membrana da célula. dessa forma há uma diminuição gradativa do limiar excitatório da célula. ou seja, serão necessários estímulos cada vez menores para gerar um potencial de ação. isso pode causar danos cardíacos, neuromusculares e gastrintestinais. no coração, pode levar a fibrilação ventricular ou assistolia.
4038
4039 venenos
4040
4041 venenos atuantes na formação do impulso nervoso
4042
4043 devido à importância dos canais iônicos, principalmente de sódio e potássio, no sistema nervoso central, vários animais desenvolveram mecanismos de defesa e ataque que atuam nos mesmos. como exemplo dessas substâncias, tem-se:
4044 baiacu-ará: um peixe produtor de tetrodotoxina
4045
4046 tetrodotoxina: atua bloqueando os canais de sódio, impedindo que o potencial de ação seja gerado e, consequentemente, paralisando os organismos que a ingerem. tal substância é encontrada em algumas espécies de peixe-balão.
4047
4048 saxitoxina: possui efeito muito semelhante ao da tetrodotoxina, pois é um homólogo químico da mesma. é produzida pelos dinoflagelados, constituindo um malefícios da maré vermelha, pois pode contaminar os bivalves que a ingerem através dos dinoflagelados.
4049
4050 alfa-toxinas: prolongam o potencial de ação, causando distúrbios nos snc, uma espécie de confusão do snc. é encontrada no veneno de escorpião.
4051
4052 beta-toxinas: altera a diferença de potencial nas quais os canais de sódio são ativados (abertos), diminuindo drasticamente tais valores, o que novamente causa distúrbios ao snc. também é encontrada no veneno de escorpião.
4053
4054 batracotoxina: é uma toxina alcalóide que combina os efeitos das alfa e beta-toxinas. é produzida por algumas rãs da américa do sul. é usada na ponta de flexas por tribos indígenas sul-americanas.
4055
4056 dendrotoxina, apamina e caibdotoxina: tais toxinas tem como efeito primordial o bloqueio dos canais de potássio.
4057
4058 tais tipos de venenos não são produzidos exclusivamente por animais, algumas espécies de vegetais produzem substâncias semelhantes, como por exemplo a aconitina e a veratridina.
4059
4060 venenos atuantes na liberação dos neurotransmissores
4061
4062 novamente como mecanismos de defesa e ataque os animais desenvolveram estratégias contras os sistemas nervosos de seus adversários, sendo, desta vez, os neurotransmissores o alvo.
4063
4064 toxinas clostridiais: atua bloqueando a liberação de neurotransmissores na fenda sináptica, sendo uma protease extremamente específica que cliva proteínas da membrana pré-sináptica fundamentais para a fusão das vesículas com a membrana plasmática do neurônio pré-sináptico.. é um toxina bacteriana extremamente potente responsável pelo botulismo e tétano.
4065
4066 alfa-latrotoxina: liga-se à membrana pré-sináptica facilitando a ligação das vesículas contendo neurotransmissores com a mesma, o que promove uma descarga abundante de neurotransmissores. é produzida pelas fêmeas da espécie de aranha viúva negra.
4067
4068 alfa-bungarotoxina: é um peptídeo que se liga de forma permanente aos receptores colinérgicos pós-sinápticos, o que impede a abertura dos canais iônicos da placa-motora pela acetilcolina, paralisando o alvo. é produzido pela cobra bungarus multicinctus.
4069
4070 alfa-neurotoxina, erabutoxina e curare (mistura de toxinas vegetais): os três venenos citados tem efeito semelhante ao da alfa-bungarotoxina.
4071
4072 conotoxinas: tal classe de veneno possui efeito vasto e devastador, podendo bloquear desde os canais de sódio e cálcio até receptores para glutamato e acetilcolina. o efeito primordial é a paralisia total de presa. são produzidas por caracóis marinhos do tipo gastrópodes.
4073
4074 estricnina: é um alcalóide que atua nas sinapses de glicina, causando hiperatividade, espasmos, convulsões e morte. é retirado da semente do vegetal strychnas nux-vamica.
4075
4076 potencial de ação & darwin
4077
4078 com a evolução, alguns organismos tornaram-se complexos e maiores. houve, então, necessidade de manter fidedigna as informações das porções mais distais do organismo. para tal, o potencial de ação tornou-se um mecanismo muito eficiente, pois sua informação está contida na freqüência, que é uma propriedade que depende da fonte somente, ou seja, não se altera até chegar ao seu destino. diferente do potencial passivo, que tem sua informação contida na amplitude, sujeita a várias alterações pelo meio. comparando-se com as ondas de rádio, pode-se dizer que o potencial de ação equivale à fm (freqüência modulada), enquanto o potencial passivo equivale à am (amplitude modulada).
4079
4080 <langue=br><sujet=potentiel-d-action><num=51><source=http://pt.wikipedia.org/wiki/mecanismos_b%c3%a1sicos_do_potencial_de_a%c3%a7%c3%a3o>
4081
4082 mecanismos básicos do potencial de ação
4083
4084 por ser hidrofóbica, a membrana plasmática impede que moléculas carregadas se difundam facilmente através dela, o que permite a existência de uma diferença de potencial entre os dois lados da membrana.
4085 índice
4086
4087
4088 1 potencial de repouso de membrana
4089 2 potencial de ação
4090 2.1 primeira teoria: ativação independente
4091 2.2 segunda teoria: ativação única
4092 2.3 potencial graduado e zona de integração e disparo
4093 2.4 potencial graduado da membrana
4094 2.5 cone de implantação, segmento inicial ou zona de disparo (zid)
4095 3 ver também
4096
4097 potencial de repouso de membrana
4098
4099 a diferença de potencial existente entre os dois lados da membrana de qualquer célula é normalmente negativo no interior da célula em relação ao exterior. diz-se, então, que a membrana é polarizada. a diferença de potencial entre os dois lados da membrana quando ela está em repouso é chamado potencial de repouso de membrana e possui o valor aproximado de -65 mv nos neurônios (o sinal negativo indica que o interior da célula está negativo em relação ao exterior). essa diferença de potencial é causada por vários fatores, mas os mais importantes são o transporte de íons através da membrana celular e a permeabilidade seletiva da membrana a esses íons.
4100
4101 de acordo com a equação de nenrst, pode-se estabelecer o potencial de equilíbrio de cada íon, ou seja, o potencial no qual não há movimentação de determinado íon. o potássio existe em maior quantidade dentro da célula e assim possui uma força química que o impulsiona para fora e ao mesmo tempo uma força elétrica que o impulsiona para dentro. o balanço dessas forças resulta no potencial de equilíbrio do potássio, ou potencial de nerst do potássio, que é igual a -75 mv. por meio desse número, entende-se a tendência do potássio de se movimentar para fora, já que o potencial de repouso de membrana (-65 mv) é menos negativo que o potencial de nerst do potássio e, saindo da célula, o íon potássio, que é um cátion, deixa o potencial mais negativo (interior em relação ao posterior). já no caso do sódio, sua maior concentração é no exterior da célula, o que resulta numa força química que causa a entrada de íons sódio. o potencial de equilíbrio desse íon é +55 mv (muito mais positivo do que o potencial de repouso) e assim, para o que o potencial de membrana atinja esse valor, é necessária uma maior quantidade de íons positivos dentro da célula, daí a tendência desse íon de entrar na célula. o cloro, que possui um potencial de equilíbrio de -65 mv, não possui movimento significativo através da membrana celular, já que seu potencial de nerst é igual ao potencial de repouso de membrana.
4102
4103 o transporte ativo de íons de potássio e sódio para dentro e para fora da célula, respectivamente, é feito por diversas bombas de sódio e potássio distribuídas pela membrana celular. cada bomba transporta dois íons de potássio para dentro da célula para cada três íons de sódio que é transportado para fora. essa ação estabelece uma peculiar distribuição de íons positivamente carregados (cátions) entre o meio intra e extracelular, com maior concentração de sódio no meio extracelular e maior concentração de potássio no meio intracelular. em alguns casos, as bombas de sódio e potássio contribuem sensivelmente para a manutenção do potencial de membrana, mas na maioria das células existem canais especiais de potássio, os canais de repouso ( leak channels ), que controlam o valor do potencial de repouso.
4104
4105 a tendência natural dos íons de sódio e potássio é de se difundir pela membrana impelidos por seus gradientes eletroquímicos, em busca de seus respectivos potenciais de equilíbrio. o sódio entra na célula e o potássio sai. por causa dos canais de repouso de potássio, sempre abertos, a membrana plasmática é aproximadamente cem vezes mais permeável ao potássio do que ao sódio, ou seja, mais íons de potássio saem da célula do que íons de sódio entram na célula. essa predominância de saída de íons de potássio leva a uma hiperpolarização da membrana, que estabelece o valor do potencial de repouso de membrana em aproximadamente -70 mv.
4106
4107 assim como o potencial de repouso, os potenciais de ação dependem da permeabilidade da membrana celular aos íons de sódio e potássio.
4108
4109 potencial de ação
4110
4111 quando um estímulo chega a um receptor ou terminação nervosa, sua energia causa uma inversão temporária de cargas na membrana plasmática do neurônio. como conseqüência, a diferença de potencial, antes de -70 mv entre o interior e o exterior da célula passa a ser positiva, com o valor aproximado de +40 mv. isso é conhecido como potencial de ação e, nessa condição, a membrana é dita despolarizada (leia despolarização). essa despolarização ocorre porque os canais da membrana do axônio mudam sua conformação espacial e, assim, se abrem ou se fecham, dependendo da voltagem entre os dois lados da membrana. são, por esse motivo, chamados canais voltagem-dependentes.
4112
4113 há dois quesitos básicos para geração do potencial de ação: -o potencial passivo deve ultrapassar o potencial limiar excitatório; -a parte ascendente da curva de geração do potencial de ação deve ter inclinação relativamente acentuada. se algum desses quesitos não for atendido, ocorre acomodação de membrana, em outras palavras, os canais de sódio voltagem-dependentes não se abrem simultaneamente. normalmente são necessários algo em torno de mil canais de sódio para gerar um potencial de ação e na acomodação de membrana existem menos canais abertos.
4114
4115 a seqüência detalhada de eventos é descrita a seguir:
4116
4117 primeira teoria: ativação independente
4118
4119 1. no potencial de repouso de membrana, alguns canais de repouso de potássio estão abertos, mas os canais voltagem-dependentes de sódio estão fechados. íons de potássio se difundindo de acordo com o gradiente de concentração criam um potencial negativo de membrana (interior em relação ao exterior).
4120
4121 2. uma despolarização local de membrana causada por um estímulo excitatório causa a abertura de alguns canais de sódio voltagem-dependentes na membrana plasmática do neurônio e, conseqüentemente, ocorre a difusão de íons de sódio por esses canais. como são cátions, o gradiente elétrico estimula inicialmente o influxo de íons na célula, o que causa um aumento de voltagem e a reversão do potencial negativo da membrana. o gradiente químico se mantém durante todo tempo, pois a concentração de sódio no meio extracelular é muito maior do que a do meio intracelular.
4122
4123 3. à medida que os íons de sódio entram na célula e o potencial de membrana vai ficando menos negativo, mais canais de sódio voltagem-dependentes se abrem, causando um influxo de íons de sódio cada vez maior. esse é um exemplo de realimentação positiva (feedback positivo). quanto mais canais de sódio se abrem, mais a entrada de sódio predomina sobre a saída de potássio pelos canais de repouso e o potencial de membrana se torna positivo (interior da célula em relação ao exterior).
4124
4125 4. uma vez que o potencial de membrana atinge +40 mv, comportas inibitórias voltagem-dependentes dos canais de sódio se fecham, porque são ativadas por potenciais de membrana positivos. assim, o influxo de íons de sódio cessa. concomitantemente, os canais de potássio voltagem-dependentes começam a se abrir.
4126
4127 5. quando os canais voltagem-dependentes de potássio se abrem, se inicia um grande movimento de saída de íons de potássio, estimulado pelo gradiente de concentração de potássio e favorecido inicialmente pelo potencial positivo da membrana (interior em relação ao exterior). à medida que os íons de potássio se difundem para o meio extracelular, o movimento de cátions causa a reversão do potencial de membrana para negativo (interior em relação ao exterior). é a repolarização do neurônio, de volta ao potencial de repouso de membrana, bastante negativo.
4128
4129 6. a grande corrente de saída de íons de potássio pelos canais voltagem-dependentes de potássio gera temporariamente um potencial mais negativo do que o potencial de repouso de membrana. esse fenômeno é conhecido como hiperpolarização de membrana. nesse ponto, as comportas inibitórias dos canais voltagem-dependentes de potássio se fecham e o potencial de membrana volta a ser comandado pelos canais de repouso de potássio. as bombas de sódio e potássio continuam bombeando íons de sódio para fora e íons de potássio para dentro, prevenindo dessa forma a perda do potencial de repouso de membrana a longo prazo. o potencial de repouso de -70 mv é reestabelecido e o neurônio é considerado repolarizado.
4130
4131 segunda teoria: ativação única
4132
4133 1- quando o potencial de repouso de membrana sofre uma variação de 10 mv (de -60 a -50 mv), atingindo o limiar de excitação, ocorre a sinalização para a abertura dos canais lentos de k+ e das comportas de ativação dos canais rápidos de na+ e para o fechamento das comportas lentas de inativação dos canais de na+. isso leva a um influxo imediato de grande quantidade de íons na+, levando a uma despolarização da membrana da célula.
4134
4135 2- a sinalização para o fechamento das comportas de ativação dos canais rápidos de na+ se dá quando o potencial da membrana atinge valores positivos. então, gradativamente mais e mais canais de na+ vão se fechando, diminuindo o influxo de na+, de modo que o potencial de membrana chega ao seu valor máximo, evitando, assim, que se atinja o potencial de equilíbrio para o na+ (+55mv).
4136
4137 3- o pico da curva do potencial de membrana pelo tempo é o sinal para o fechamento dos canais lentos de k+, que já se encontram abertos devido à sinalização da etapa 1, levando a um efluxo de íons k+, iniciando o processo de repolarização da membrana.
4138
4139 4 - na última etapa ocorre a abertura das comportas de inativação dos canais rápidos de na+, que é sinalizada quando o potencial de membrana se encontra descendente e próximo ao limiar de excitação. como os canais de k+ demoram a responder à sinalização para seu fechamento, ocorre uma hiperpolarização.
4140
4141 potencial graduado e zona de integração e disparo
4142
4143 após o surgimento de um potencial pós-sináptico em uma célula nervosa, seja por ação de neurotransmissores em uma sinapse química ou pela corrente de íons em uma sinapse elétrica, se torna necessário que a propagação da informação siga através do dendrito, do soma e do axônio até atingir outro neurônio ou um órgão-efetor.
4144
4145 o potencial pós-sinapse se apresenta como uma corrente de íons através da membrana (despolarizando ou hiperpolarizando), que atravessa o corpo celular até a zona inicial do axônio. essa corrente é chamada de potencial graduado de membrana.
4146
4147 potencial graduado da membrana
4148
4149 é um gradiente eletroquímico que se forma entre as camadas da membrana celular em um local restrito da célula. é basicamente uma corrente de íons que percorre o meio intracelular próximo à membrana alterando o potencial de repouso desta. o potencial graduado difere do potencial de ação por não possuir sua constante magnitude e por ser caracteristicamente maior na fonte e decair à medida que se distancia desta. potenciais graduados podem surgir em diferentes partes da célula que funcionem como receptores e também após sinapses ativadas por neurotransmissores.
4150
4151 em neurônios que não geram potenciais de ação, como alguns na retina, o potencial graduado é também particularmente importante.
4152
4153 os potenciais graduados atuam como gatilho de potenciais de ação na porção inicial do axônio quando despolarizam a membrana e inibem a geração do potencial de ação quando a hiperpolarizam, os potenciais graduados vão existir primariamente devido a formação de peps(excitatórios) ou pips(inibitórios).
4154
4155 potencial excitatório pós-sináptico (peps)
4156
4157 o potencial excitatório pós-sináptico é gerado quando há despolarização ou excitação da célula pós-sináptica, por exemplo, como ocorre na junção neuromuscular, onde o neurônio pré-sinaptico libera acetilcolina e abre os canais na+/k+ acetilcolina-dependentes no músculo esquelético. a abertura desses canais do tipo nicotínicos, onde a acetilcolina é um neurotransmissor excitatório, permite a passagem de na+ e outros pequenos cátions para o interior da célula, despolarizando-a. porém, essa despolarização não ocorre em toda a membrana da célula, apenas na parte onde os neurotransmissores agiram, e quanto mais canais forem abertos, mais na+ entrará na célula, podendo geram um potencial de ação, se o gradiente de na+ for suficiente pra tanto. um peps pode ser gerado também por fechamento dos canais de k+. os peps podem ser formados por sinapses axossosomáticas ou axodendríticas
4158
4159 o potencial inibitório pós-sináptico (pips)
4160
4161 o potencial inibitório pós-sináptico é gerado quando há hiperpolarização da célula pós-sináptica, tornando mais difícil a geração de um potencial de ação. o pips pode acontecer tanto pela saída de k+ da célula, que é o que ocorre nos canais muscarinícos das células do coração na presença de acetilcolina, como pode acontecer pela entrada de clŻ , ou ainda pelo fechamento dos canais de na+/ca+. a duração do pips é curta e o potencial da célula rapidamente retorna ao normal. as sinapses que geram esses potenciais inibitórios geralmente são do tipo axossomáticas, dessa forma os pips compensam seu menor número, pois chegam mais rapidamente à zona de disparo, além de perderem menos energia em seu trajeto, aumentando a força de seu sinal. os pips também se beneficiam do sistema de limiar de excitação (tudo ou nada), pois apenas 1mv de diferença que eles possam produzir é capaz de impedir a formação de um potencial de ação.
4162
4163 cone de implantação, segmento inicial ou zona de disparo (zid)
4164
4165 é a região onde o axônio emerge do soma neuronal, caracterizada por um baixo limiar de excitabilidade da membrana. na zona de integração e disparo (zid) existe caracteristicamente uma concentração maior de canais voltagem-dependentes de na+. então, quando o potencial graduado chega a essa região, os canais são ativados facilmente e um potencial enorme é gerado, o potencial de ação.
4166
4167 <langue=fr><sujet=potentiel-d-action><num=52><source=http://www.fisiologia.kit.net/fisio/pa/1.htm>
4168
4169 potenciais:
4170
4171 1. potencial de repouso da membrana nervosa:
4172
4173 ocorre quando não se tem sinais nervosos transmitidos, tendo um valor de cerca de -90mv então meio intracelular é negativo em sua região adjacente a membrana. no meio intra-celular tem-se uma maior concentração de potássio k+ ,em relação ao sódio na+que possui uma maior concentração em meio extra-celular.
4174
4175 2. potencial de ação:
4176
4177 os impulsos nervosos são transmitidos através de potencial de ação, que é uma rápida variação do potencial de repouso, ou seja, do potencial de negativo para o potencial de positivo com um rápido retorno para o potencial de repouso negativo, a membrana muda sua polaridade e depois volta ao normal.
4178
4179 no geral o potencial de ação vai de -70 a -90mv, indo até +10 a +30mv, em fibras nervosas e musculares e de -40 a –60mv até +40mv em m.liso e cardíaco, onde ocorre o efeito platô que será explicado mais à frente.
4180
4181 ver animação
4182
4183 bomba de na+ / k+ :
4184
4185 estão presentes em todos os tecidos, sendo uma bomba eletrogênica, ou seja, gerando uma diferença de potencial entre a parte intra e extra-celular.è uma bomba auto reguladora ex: quanto mais íon sódio houver dentro da célula mais rápido ela ira bombear o mesmo para fora e ao mesmo tempo ira bombear o íon potássio para dentro da célula.
4186
4187 canal de vazamento:
4188
4189 existe em todas a s células, não gastando atp, pois transporta íons a favor do gradiente de concentração, este canal jamais se fecha sendo em media 100x mais permeável ao potássio que para o sódio.
4190
4191 3. estímulos limares e sub-limiares:
4192
4193 estímulos limiares:
4194
4195 ocorre quando a célula atinge o limiar de excitação, ocorrendo inversão da polaridade da membrana plasmática ocorrendo o potencial de ação que se propagara ao longo de toda membrana.
4196
4197 estímulos sub-limiares:
4198
4199 o nosso organismo recebe muito mais estímulos do que é capaz de codificar, e esses estímulos não codificados são chamados de sub-limiares.como o próprio nome sugere o limiar de excitação da célula não chega a ocorrer, não ocorrendo inversão de polaridade, a membrana não e despolarizada não ocorrendo o potencial de ação.
4200
4201 4. fases do potencial de ação:
4202
4203 repouso: é o potencial de repouso da membrana que se encontra polarizada, ou seja -90mv.
4204
4205 despolarização: aumento da permeabilidade da membrana ao íon sódio através da abertura dos canais de sódio voltagem dependentes e o influxo de sódio para dentro da célula.
4206
4207 repolarização: diminuição da permeabilidade da membrana ao íon sódio e aumento da permeabilidade ao íon potássio, isso ocorre, pois os canais de sódio voltagem dependentes começam a fechar e os canais de potássio voltagem dependentes começam a abrir, com o conseqüente efluxo de potássio.
4208
4209 hiperpolarização: não ocorre em todas as células, ocorrendo quando os canais de potássio voltagem dependentes ficam abertos mais tempo que o normal.
4210
4211 5. mecanismos iônicos do potencial de ação:
4212
4213 canais de sódio voltagem dependentes:
4214
4215 este canal se abre rapidamente quando a voltagem é alterada, aumentando a permeabilidade do sódio de 500 a 5000 vezes.a comporta de ativação se abre muito mais rapidamente que a comporta de inativação se fecha e o sódio que entra é suficiente para inverter a polaridade.
4216
4217
4218
4219 canais de potássio voltagem dependentes:
4220
4221 como o anterior também responde a um estimulo limiar, sua comporta de ativação que é lenta começa a se abrir no momento em que a comporta de inativação dos canais de sódio voltagem dependentes começa a se fechar.
4222
4223 canais lentos de cálcio ou cálcio voltagem dependente:
4224
4225 é abundante em m.liso e cardíaco, respondem também a um estimulo limiar, é mais lento que o canal de sódio voltagem dependente apresentando permeabilidade ao sódio e ao cálcio.
4226
4227 6. efeito platô:
4228
4229 ocorre quando a membrana não repolariza imediatamente após a despolarização, o platô prolonga muito a despolarização, e a repolarização só começa alguns milisegundos após o normal.
4230
4231 platô ocorre porque? em músculo liso e cardíaco.
4232
4233 devido à vagarosa abertura dos canais de cálcio voltagem dependente que permitem o influxo de íons sódio e cálcio para o meio intracelular o que prolonga a despolarização por alguns milisegundos.
4234
4235 os canais de potássio voltagem dependentes apresentam uma lentidão incomum em sua abertura, abrindo somente ao final do platô.porem quando totalmente abertos à voltagem volta rapidamente em direção ao potencial de repouso devido ao efluxo de potássio.
4236
4237
4238 ver animação
4239
4240 7. restabelecendo o gradiente iônico:
4241
4242 ocorre devido à ação da bomba de sódio-potássio, que tem um aumento da atividade quando ocorre o excesso de sódio no citoplasma, o bombeamento aumenta em proporção direta ao cubo da concentração iônica de sódio.
4243
4244 8. tetânia:
4245
4246 aparentemente o cálcio pode se ligar à proteína, que é canal de canal de sódio voltagem dependente, alterando seu nível de voltagem necessária para a ativação do canal, devido à carga elétrica desse íon.então com uma variação da concentração de cálcio de cerca de um déficit de 50% de cálcio, o que é uma alteração pequena da voltagem, aumenta-se à quantidade de sódio na célula, deixando-a muito excitável.com isso a célula descarrega algumas vezes, rapidamente ao invés de permanecer em repouso.tetanização: ocorre à medida que a freqüência de estímulos aumenta, chega um ponto onde cada novo impulso, ou seja, potencial de ação começa antes do termino do anterior, quando a freqüência chega a um nível critico onde as contrações são tão rápidas que se fundem, tem-se o fenômeno da tetanização.
4247
4248 9. período refratário absoluto:
4249
4250 é o período em que o novo potencial de ação não pode ocorrer em fibra excitável, enquanto a membrana estiver despolarizada pelo potencial de ação anterior, isso ocorre, pois os canais de sódio voltagem dependente ou cálcio ou ambos ainda estão abertos pelo potencial de ação, independente da força do estimulo.
4251
4252 10. período refratário relativo:
4253
4254 ocorre logo após o período refratário absoluto e durante este período um estimulo mais forte que o normal pode excitar a fibra, isso ocorre por dois motivos:
4255
4256 durante este período muitos canais ainda não reverteram seu estado de inatividade.
4257
4258 os canais de potássio estão totalmente abertos causando o fluxo excessivo de cargas para fora da fibra opondo-se ao estimulo.
4259
4260 11. propagação do potencial de ação:
4261
4262 ocorre através de correntes locais que despolarizam a membrana adjacente, indo para os dois lados da membrana esse processo é conhecido como impulso nervoso ou muscular.
4263
4264 condução saltatória: nas fibras mielínicas de nodo a nodo.
4265
4266 os íons não podem fluir através da bainha de mielina, mas fluem com facilidade através dos nodos, portanto os potenciais de ação que fluem de nodo a nodo possuem uma velocidade maior e menos gasto de energia do que em fibras amielínicas.
4267
4268 fibras mielínicas velocidade de 100m/s.
4269
4270 fibras amielínicas velocidade de 0,25m/s.
4271
4272 <langue=br><sujet=potentiel-d-action><num=52><source=http://www.fisiologia.kit.net/fisio/pa/2.htm>
4273
4274 sinapse química e elétrica
4275
4276 sinapses são estruturas altamente especializadas, que fazem a transmissão de um impulso nervoso de um neurônio para outro, este impulso pode ser integrado, bloqueado e modificado existem dois tipos de sinapses, sinapse química a grande maioria, e as elétricas.
4277
4278 ver animação
4279
4280 sinapse química:
4281
4282 acontece quando o potencial de ação, ou seja, impulso é transmitido através mensageiro químico, ou seja, neurotransmissores, que se liga a um receptor (proteína), na membrana pós-sinaptica, o impulso e transmitido em uma única direção, podendo ser bloqueado e em comparação com sinapse elétricas é a sinapse química é muito mais lenta.quase todas sinapses do snc são químicas.
4283
4284 ex: neurotransmissores
4285
4286 histamina
4287
4288 acetilcolina
4289
4290 sinapse elétrica:
4291
4292 neste tipo de sinapse as células possuem um intimo contato através junções abertas ou do tipo gap que permite o livre transito de íons de uma membrana a outra, desta maneira o potencial de ação passa de uma célula para outra muito mais rápido que na sinapse química não podendo ser bloqueado.ocorre em músculo liso e cardíaco, onde a contração ocorre por um todo em todos os sentidos.
4293
4294 funcionamento de uma sinapse química:
4295 na sinapse química o potencial de ação que esta se movendo em ambos os lados na membrana quando chega na região adjacente a fenda sinaptica, onde se encontram muitos canais de cálcio que através da despolarização da membrana se abrem liberando cálcio para dentro da célula.este influxo de cálcio nas imediações da membrana pré-sinaptica, causara por atração iônica o movimento das vesículas com neurotransmissores na direção da membrana pré-sinaptica onde os neurotransmissores serão liberados na fenda sinaptica por exocitose.na membrana pós-sinaptica existe um grande número de proteínas receptoras de neurotransmissores, estes receptores são canais iônicos permeáveis ao sódio (impulso excitatório) e cloreto (impulso inibitório).
4296
4297 se os neurotransmissores ligarem-se aos canais iônicos permeáveis ao sódio, causara o influxo de sódio para dentro da célula o que conseqüentemente desencadeara um potencial de ação nesta célula.se o neurotransmissores se ligar canais iônicos permeáveis ao cloreto, o que causara o influxo de cloreto para dentro da célula e como o cloreto é um anion não deixará que a célula gere um potencial de ação, ou seja, impulso inibitório.
4298
4299 fases de liberação do neurotransmissor:
4300
4301 despolarização
4302 entrada de cálcio no botão sinaptico
4303 cálcio se liga aos sítios de liberação da membrana pré-sinaptica
4304 exocitose da vesícula com neurotransmissores
4305 receptores deixam os neurotransmissores passarem
4306 reciclagem das vesículas com neurotransmissores
4307 remoção do neurotransmissores do botão sinaptico
4308
4309 difusão
4310
4311 destruição enzimática
4312
4313 transporte ativo para terminação pré-sinaptica
4314
4315 ppse - potencial pós-sinaptica excitatório, somação de descargas para desencadear o potencial de ação.
4316 ppsi - potencial pós-sinaptica inibitório.
4317
4318 <langue=br><sujet=potentiel-d-action><num=52><source=http://www.fisiologia.kit.net/fisio/pa/3.htm>
4319
4320 junção neuromuscular
4321
4322 é a região onde ocorre sinapse entre neurônios e obrigatoriamente células musculares, sendo também conhecida como placa motora, ou seja, terminações nervosas que se invaginam na fibra muscular.
4323
4324 · características:
4325
4326 goteira sinaptica: são invaginações na membrana do músculo esquelético (fibra muscular).
4327
4328 fenda ou pregas sub-neurais: são invaginações da goteira sinaptica, o que aumenta em muito a superfície de contato onde o neurotransmissor pode atuar.
4329
4330 · secreção de acetilcolina pelas terminações nervosas:
4331
4332 quando o impulso nervoso alcança a junção neuromuscular, cerca de 125 vesículas de acetilcolina são liberadas pela fenda sinaptica.o impulso pode ser excitatório ou inibitório como já explicado anteriormente.
4333
4334 a propagação do potencial de ação para o interior da fibra muscular se faz através dos túbulos transversos mais conhecidos como túbulo t.
4335
4336 · acoplamento excitação-contração:
4337 o potencial de ação percorre os túbulos t ate o profundo interior da fibra muscular, sendo também por eles que o impulso chega ate o reticulo sarcoplasmatico que libera então cálcio por transporte passivo.na membrana do reticulo sarcoplasmatico existe ainda a bomba de cálcio, que bombeia cálcio para o interior do reticulo gastando energia.
4338
4339 calsequestrina: 40 vezes mais cálcio dentro do reticulo sarcoplasmatico.
4340
4341 <langue=br><sujet=potentiel-d-action><num=53><source=http://www.geocities.com/~malaghini/potencial2.html>
4342
4343 potencial de ação
4344 quando a membrana de uma célula excitável realmente se excita, uma sucessão de eventos fisiológicos ocorrem através da tal membrana. tais fenômenos, em conjunto, produzem aquilo que chamamos de potencial de ação.
4345
4346 como pode uma membrana celular ser excitada?
4347 geralmente a excitação ocorre no momento em que a membrana recebe um determinado estímulo.
4348
4349 tipos de estímulos: calor, frio, solução salina hipertônica ou hipotônica, ácidos, bases, corrente elétrica, pressão, etc.
4350
4351 algumas células desencadeiam o potencial de ação sem a necessidade de receberem estímulos, devido a uma alta excitabilidade que as mesmas apresentam. tais células são denominadas auto-excitáveis, e os potenciais por elas gerados são denominados de potenciais espontâneos.
4352
4353 um típico pontencial de ação em uma típica célula excitável dura apenas alguns poucos milésimos de segundo, e pode ser dividido nas seguintes fases:
4354
4355 despolarização:
4356 é a primeira fase do potencial de ação.
4357 durante esta fase ocorre um significativo aumento na permeabilidade aos íons sódio na membrana celular.
4358 isso propicia um grande fluxo de íons sódio de fora para dentro da célula através de sua membrana, por um processo de difusão simples.
4359 como resultado do fenômeno citado acima, o líquido intracelular se torna com grande quantidade de íons de carga positiva (cátions) e a membrana celular passa a apresentar agora um potencial inverso daquele encontrado nas condições de repouso da célula: mais cargas positivas no interior da célula e mais cargas negativas no seu exterior.
4360 o potencial de membrana neste período passa a ser, portanto, positivo (algo em torno de +45 mv).
4361
4362 repolarização:
4363 é a segunda fase do potencial de ação e ocorre logo em seguida à despolarização.
4364 durante este curtíssimo período, a permeabilidade na membrana celular aos íons sódio retorna ao normal e, simultaneamente, ocorre agora um significativo aumento na permeabilidade aos íons potássio. isso provoca um grande fluxo de íons potássio de dentro para fora da célula (devido ao excesso de cargas positivas encontradas neste período no interior da celula e à maior concentração de potássio dentro do que fora da célula).
4365 enquanto isso ocorre, os íons sódio (cátions) que estavam em grande quantidade no interior da célula, vão sendo transportados ativamente para o exterior da mesma, pela bomba de sódio-potássio.
4366 tudo isso faz com que o potencial na membrana celular volte a ser negativo (mais cargas negativas no interior da célula e mais cargas positivas no exterior da mesma).
4367 o potencial de membrana neste período passa a ser algo em torno de -95 mv. (ligeiramente mais negativo do que o potencial membrana em estado de repouso da célula.
4368
4369 repouso:
4370 é a terceira e última fase: é o retorno às condições normais de repouso encontradas na membrana celular antes da mesma ser excitada e despolarizada.
4371 nesta fase a permeabilidade aos íons potássio retorna ao normal e a célula rapidamente retorna às suas condições normais. o potencial de membrana celular retorna ao seu valor de repouso (cerca de -90 mv.).
4372
4373 todo o processo descrito acima dura, aproximadamente, 2 a 3 milésimos de segundo na grande maioria das células excitáveis encontradas em nosso corpo.
4374 mas algumas células (excitáveis) apresentam um potencial bem mais longo do que o descrito acima: células musculares cardíacas, por exemplo, apresentam potenciais de ação que chegam a durar 0,15 a 0,3 segundos (e não alguns milésimos de segundo, como nas outras células). tais potenciais, mais longos, apresentam um período durante o qual a membrana celular permanece despolarizada, bastante prolongado. estes potenciais são denominados potenciais em platô.
4375
4376 <langue=br><sujet=potentiel-d-action><num=54><source=http://www.geocities.com/amtavaresj/sistemapotenciacao.htm>
4377
4378 potencial de ação (pa)
4379
4380
4381 dentro das células (citoplasma) além das organelas e núcleo encontramos: cálcio (ca), sódio (na), potássio (k) denominado íons. as células em repouso possuem pouco cálcio, pouco sódio e muito potássio isso dentro da célula, e fora é o contrário, muito cálcio, muito sódio, pouco potássio.
4382
4383 foi constatado que dentro da célula em repouso encontramos mais ou menos - 90mv.
4384
4385 as células contém proteínas e as mesmas formam os aminoácidos que formam as moléculas que formam o átomo que contém eletricidade. quer dizer que a proteína contém energia.
4386
4387 quando há estímulos não muito importante para nós, nossa célula que estava em repouso transmuta entre a faixa de (-90mv) para (-65mv), que na realidade são estímulos que não são muito interessantes, pouca vontade de realizá-los. mas quando temos estímulos que nos interessa e sentímos enorme vontade de realizar-los, ocorre uma mudança química em nossas células:
4388
4389 os estímulos que transmutavam entre -90mv e -65mv, passam para 30mv; isso ocorre pois a concentração de cálcio e sódio no líquido extracelular é maior do que no ambiente interno da célula, tendo o estímulo de suma importância para abrir os canais de sódio liberando a entrada deles. este efeito é chamado de despolarização .
4390
4391 as células ao receberem este grande estímulo fazem com que os canais de proteínas independentes de cada elemento (ca, na, k), se abram, isso só ocorre pois à concentração extracelular de sódio e cálcio é maior que a intracelular, entrando nestes canais de proteína, o sódio e o cálcio, a célula irá ficar com a mesma concentração de íons.
4392
4393 tendo com isso a energia interna de 30mv , tornando a pessoa agitada fazendo o que deseja, na realidade todo este processo produzirá um estímilo para os músculos.
4394
4395 a célula passa de negativa para positiva.
4396
4397 mais a célula após seu momento de estímulo, precisa voltar ao estado repouso (-90mv). a célula está muito concentrada internamente e precisa eliminar potássio de seu interior. os canais de proteínas do potássio se abrem, liberando-o para liquido extracelular, fazendo a célula chegar em seu estado de repouso (ou com poucos estímulos). mas voltando ao estado de repuso após liberar o potássio, ela ficou muito carregada de sódio e cálcio, e precisando eliminar o excesso sódio, ai entra a bomba de sódio e potássio, que só é ativada pela combinação de 3 sódio (na) numa extremidade e 2 potássio (k) em outra extremidade. como foi retirado o potássio do interior da célula a mesma ficou carregada de sódio e cálcio internamente e externamente carregada de potássio, e precisa remover este sódio internamente. o trabalho desta bomba de sódio e potássio tem um gasto de energia como transporte ativo, senão houver o excesso destes elementos no extracelular como no intracelular ou como a combinação de sódio e potássio nas extremidades da bomba com a proporção 3x2 a mesma não ativa.
4398
4399
4400 este processo continua até acabar o excesso (combinação)dos elementos no intra-como no extracelular.
4401
4402 através das vesículas (capsulas),elas transportam os neurotransmissores que são chamados acetilcolina para os axônios .
4403
4404 estes neurotransmissores são fabricados pelos neurônios.
4405
4406
4407 os cálcios que transportam as vesiculas até as membranas pré - sinaptica. os cálcios foram absorvidos pelos canais de proteína, e são conhecidos de carreador .
4408
4409 as vesiculas ao encostar-se com a membrana pré - sinaptica se rompe liberando os neurotransmissores na fenda sinaptica até chegar na membrana pós - sinaptica, está membrana tem canais de encaiche chamado proteina de canal acetilcolina dependente, só os neurotransmissores acetilcolina encaixa neste canal de proteína dependente, que na realidade este processo abre o canal para a entrada de sódio, começando o processo idéntico ao do ínicio.
4410
4411
4412 dos neurônios até os músculos
4413
4414
4415 através do axônios onde os canais de proteínas absorvem o cálcio que transporta as vesiculas (capsulas) onde se encontra os neurotransmissores que são levados para a membrana pré sinaptica, no contato com a membrana a vesícula se abre liberando os neurotransmissores na fenda sinaptica. os canais das fibras musculares ( proteínas do canal acetilcolina dependente) recebem os neurotransmissores e com isso libera a entrada de sódio nos canais de proteínas, que estimula a membrana da fibra muscular e os túbulos t que por consequência estimula o retículo sacro plasmático que libera para as miofibrilas íons cálcio. este processo não gasta energia , pois vai do mais concentrado para o menos concentrado.
4416
4417 o cálcio aciona a troponina que se encontra no sarcômero, que modifica a tripomiosina que nada mais é uma camada entre a cabeça da miosina e o sitio ativo . quando a tripomiosina recebe o sinal da troponina, a tripomiosina desloca o filamento fazendo com que a cabeça da miosina entre o contato com o sitio novo. entre o sitio ativo e a actina contém uma molécula chamada atp (trifosfato de adenosina) fazendo com que ela flexione agrupando camada por camada entre a cabeça da miosina . sendo usado 1 fósforo para cada execução desse trabalho, a molécula se torna adp ( difosfato de adenosina ). com isso a actina e miosina contrai os sarcômeros, que contrai as miofibrilas, que contrai as fibras musculares e os músculos.
4418
4419 com todo este processo a fibra muscular está contraida, para relaxar é feito um corte no estimulo para o cerebro que corta o p.a que vai dos neurônios até o músculo, fazendo com que a bomba de cálcio do reticulo sacro plasmático bombeie este cálcio que se encontra nas miofibrilas para o retículo sacro plasmático.
4420
4421 quando o processo p.a acontece o núcleo das células produzem neurotransmissores que são levados pelas vesículas.
4422
4423 existem 3 movimentos:
4424
4425 movimentos reflexo: auto-proteção (p.a não alcança o cérebro).
4426
4427 movimentos automatizados: movimentos repetitivos, aprendizado (cortex-pouco abaixo do topo do cérebro)
4428
4429 movimentos voluntários: cérebro que comanda.
4430
4431 a função dos túbulos t é enviar os estímulos em todas as direções e estimular as ( retículos sacro plasmáticos).
4432
4433 o uso das fibras musculares geralmente não é 100% ou todo seu potêncial, só é usado a quantidade de fibras necessárias para realizar aquela tarefa exigida. então quando realizarmos uma tarefa de força ou destreza (colocar uma linha na agulha) que precisamos de precisão, só utilizamos o que precisamos.
4434
4435 sinapse também é conhecida como placa motora .
4436
4437 glicogênio: armazenamento de glicose.
4438
4439 a dor é uma defesa para o corpo que está acontecendo algo. isto é p.a.
4440
4441
4442
4443 contração do músculo esquelético
4444
4445 cerca de 40% do corpo são formados por músculos esqueléticos e quase outros 10% são formados por músculos liso e cardíacos.
4446
4447 sarcolema: é a membrana celular da fibra muscular. é formado por uma verdadeira membrana celular, chamada de membrana plasmática. na extremidade da fibra muscular, as fibras tendinosas se unem, formando feixes, até comporem um tendão muscular que se insere no osso.
4448
4449 miofibrilas: cada miofibrila, por sua vez, contém, lado a lado cerca de 1.500 filamentos de miosina e 3.000 filamentos de actina. as faixas claras só contém filamentos de actina, e as faixas escuras contêm os filamentos de miosina. e tambëm mostra que as extremidades de actina estão presos ao chamado disco z. a partir desse disco, os filamentos se estendem, nas duas direções, para se interdigitar com os filamento de miosina. esses faixas dão ao músculo esquelético e cardíaco sua aparência estriada . a região de uma miofibrila ( ou de toda uma fibra muscular ) situada entre duas linhas z consecutivas é chamada de sacômero. os filamento de actina se sobrepõem totalmente aos outros.
4450
4451 sarcoplasma: as miofibrilas, no interior da fibra muscular, ficam suspensas em uma matriz, chamada de sarcoplasma, formada pela pelos constituintes usuais. o líquido do sarcoplasma contém grandes quantidade de potássio e de magnésio, de fosfato e de enzimas protéicas. também está presente número imenso de mitocôndrias que ficam entre e paralelas ãs miofibrilas, situação indicativa da grande necessidade das miofibrilas em contratção de quentidade elevada de trifosfato de adenosina (atp), formado nas mitocôndrias.
4452
4453 retículo sarcoplasmático: também existe no sarcoplasma um imendo retículo endoplasmático, chamado na fibra muscular de retículo sarcoplasmático . esse retículo é muito importante para o controle da contração muscular.
4454
4455
4456 o mecanismo geral da contração muscular
4457
4458
4459 1. um potencial de ação percorre um axônio motor até sua terminações nas fibras musculares.
4460
4461 2. em cada terminação, há secreção de pequena quantidade de substância neurotransmissoras, chamada acetilcolina.
4462
4463 3. a acetilcolina atua sobre área localizada da membrana fibro muscular, abrindo númerosos canais protéicos acetilcolina dependentes.
4464
4465 4. a abertura destes canais acetilcolina-dependentes permite o influxo de grande quantidade de íons sódio para o interior da membrana da fibra muscular, no ponto da terminação nervosa. isso produz um potencial de ação na fibra muscular.
4466
4467 5. o potencial de ação se propaga ao longo da membrana da fibra muscular do mesmo modo como o faz nas membranas neurais.
4468
4469 6. o potencial de ação despolariza a membrana da fibra muscular e também penetra profundamente no interior desta fibra, nos túbulos t, que se propagam rapidamente. ai faz com que o retículo sarcoplasmático libere, para as miofibrilas, grande quantidades de íons cálcio, que ficam armazenada no seu interior.
4470
4471 7. os íons cálcio geram forças atrativas entres os filamentos de actina e miosina, fazendo com que deslizem um em direção do outro, o que constitui o processo contrátil.
4472
4473 8. após o corte de estímulo, é cortado automaticamente o potencial de ação até os músculos por uma fração de segundos, com isso os íons cálcio são bombeados de volta para o retículo sarcoplasmático através da bomba de cálcio,(aonde existe um transporte ativo, com gasto de energia) até que ocorra um novo potencial de ação muscular; termina a contração muscular.
4474
4475
4476 relação entre a velocidade de contração e a carga
4477
4478
4479 um músculo se contrai de uma forma extremamente rápida quando sua contração não sofre oposição de qualquer carga - quando são aplicadas cargas, a velocidade de contração diminui progrecivamente á medida que a carga for aumentando.
4480
4481 quando a carga for aumentada até igualar a força máxima que pode ser gerada pelo músculo, a velocidade de contração é zero, e não ocorre contração.
4482
4483 essa velocidade decrescente da função do aumento da carga é causa pelo fato de que a carga imposta a um músculo em contração é uma força inversa que se opõe a força contratil gerada pela contração do músculo.
4484
4485 fontes de energia para a contração muscular: a contracão muscular depende da energia fornecida pelo atp.
4486
4487 a concentração de atp presente numa fibra muscular, é suficiente para manter uma contração por no máximo, 1 a 2 segundos. apos o atp ter sido clivado a adp, é refosforilado para tornar-se atp. existem formas de energia para para essa fosforilação.
4488
4489 a primeira fonte de energia utilizada para recontituir o atp é o composto fosfocreatina. essa ligação fosfato de alta energia da fosfocreatina contém quantidade um pouco maior de energia livre que a do atp. a fosfocreatina é clivada de imediato e a energia liberada provoca a ligação de novo íons fosfato ao adp, para recontituir o atp. a energia combinada do atp e da fosfocreatina armazenados nos músculos é capaz de manter a contração máxima do músculo por cerca de 7 a 8 segundos.
4490
4491 a mais importante fonte de energia usada para reconstituir o atp como a fosfocreatina, é o glicogênio previamente armazenado nas células musculares. a rápida degredação enzigmática do glicogênio e ácidos, libera energia que é utilizada para converter adp em atp e este atp pode ser usado diretamente para energizar a contração muscular ou para reconstituir a fosfocreatina.
4492
4493 primeiro, as reações glicólicas podem ocorrer até mesmo na ausência de oxigênio, de modo que a contração muscular pode ser mantida, por breve período, na falta de oxigênio.
4494
4495 segundo, a velocidade com que é formado o atp, pelo processo glicólico, é duas vezes e meia maior que a formação de atp pela reação de nutrientes celulares com oxigênio. a glicólise, isoladamente, só pode manter a contração muscular máxima por cerca de 1 minuto.
4496
4497 a última fonte de energia, é o processo de metabolismo oxidativo. a combinação de oxigênio com os diverso nutriente celulares para formar o atp. mais de 95% de toda a energia utilizada em músculos em contrações continuadas de longa duração derivam desta fonte. os nutrientes que são consumidos são os carboidratos, gorduras e as proteínas. para a atividade uscular extremamente longa, a maior proporção de energia deriva das gorduras.
4498
4499 a eficiência da contração muscular: a porcentagem de energia consumida pelo músculo (a energia química dos nutrientes) que pode ser convertida em trabalho é de menos de 20 a 25%, o restante sendo transformado em calor. a razão para essa baixa eficiência é que cerca da metade da energia dos nutrientes é perdida na formação de atp e apenas cerca de 40 a 45% da energia do próprio atp podem ser, posteriormente, transformado em trabalho.
4500
4501 só pode ser conseguida eficiência máxima quando o músculo se contrai com velocidade moderada. se o músculo se contrai muito lentamente ou sem que ocorra algum movimento, são liberadas grandes quantidades de calor de manutenção durante o processo de contração, mesmo sendo realizado pouco ou nenhum trabalho, o que diminui a eficiência. mas se a contração for muito rápida, grande parte da energia será consumida para vencer o atrito viscoso no interior do próprio músculo, e isso também reduz a eficiência de contração. a efici6encia máxima é obtida quando a velocidade da contração é de cerca de 30% da velocidade máxima.
4502
4503
4504 fibras musculares rápidas e lentas
4505
4506 fibras rápidas:
4507
4508 1 fibras muito maiores para uma força maior de contração;
4509
4510 2 retículo sarcoplasmático extenso, para a liberação rápida de íons cálcio , para desencadear a contração;
4511
4512 3 grande quantidades de enzimas glicolíticas para a liberação rápida de energia pelo processo glicolítico;
4513
4514 4 vascularização pouca extensa, pela importância secundária do metaboismo oxidativo
4515
4516 5 pequeno número de mitocôndreas, igualmente por ser metabolismo oxidativo.
4517
4518
4519 fibras lentas:
4520
4521 1 fibras menores;
4522
4523 2 inervado por fibras nervosas mais finas;
4524
4525 3 vascularização bem mais extensa, com muitos capilares pasra fornecimento de quantidades adicionais de oxigênio;
4526
4527 4 número muito grande de mitocôndrias, permitindo a manutenção de alto nível de metabolismo oxidativo;
4528
4529 5 as fibras contém grande quantidade de mioglobina, proteína contendo ferro, semelhante a hemoglobina das hemácias, a mioglobina acelera de muito o transporte de oxigênio para as mitocôndrias. a mioglobina da aos músculos lentos uma coloração avermelhada, chamados de músculos vermelhos, e os músculos rápidos são chamados de músculos brancos.
4530
4531
4532 a unidade motora: cada motoneurônio que emerge da medula espinhal inerva numerosas fibras musculares: dependendo do tipo de músculos. todas as fibras musculares inervadas por uma só fibra nervosa motora formam a chamada unidade motora. os músculos pequenos que reagem rapidamente, cujo controle deve ser bastante preciso, têm unidades motoras com poucas fibras musculares ( até apenas duas a três fibras nos músculos laríngeos ). os músculos grandes, que não precisam de um controle muito exato, como por exemplo, o músculo gastrocnêmio, podem ter unidades motoras com várias centenas de fibras musculares.
4533
4534 tônus do músculo esquelético: mesmo quando os músculos estão em repouso, ainda persiste um certo grau de tensão. isso é chamado de tônus muscular. impulsos transmitidos do encéfalo para os motoneurônios anteriores correspondentes, em parte, por impulsos que se originam dos fusos musculares localizado nos próprios músculos.
4535
4536 fadiga muscular: a interupção do fluxo sanguineo para um músculo em contração produz fadiga muscular quase total em um minuto ou pouco mais, devido à perda do fornecimento de nutrientes em especial o oxigênio.
4537
4538 atrofia e hipertrofia muscular: deve ser lembrado que um músculo estirado se contrai com mais força que um músculo retraído.
4539
4540 quando um músculo permanece inativo por longos períodos, a velocidade de degradação das proteínas contrateis, bem como a redução de miofibrilas, é maior que a velocidade de respostas. como resultado ocorre a atrofia muscular.
4541
4542
4543 ajuste do comprimento muscular: ocorre um tipo de hipertrofia quando os músculos são extriados além de seu comprimento normal. isso faz com que sejam adicionados novos sarcômeros nas extremidadesdas fibras muscularesonde elas se fixam as tendões.
4544
4545 inversamente, quando um músculo permanece retraido a comprimento menor que o seu normal por longos períodos, os sarcômeros nas extremidades das fibras desaparecem de modo igualmente rápido.
4546
4547 é por esses processos que os músculos são continualmente remodelados para terem o comprimento adequado para uma contração muscular apropriada.
4548
4549 a hipertrofia é resultado das fibras musculares isoladas, muito mais acentuada quando o músculo é estirado durante o processo cotrátil.
4550
4551 contratura: ao tentar usar uma musculatura sem aquecimento e tentar fazer um movimento maior que o músculo pode realizar, o mesmo senti que irá romper fibras, e realiza uma contração nesta musculatura indisponibilizando o grupo muscular.
4552
4553 caimbra: é quando falta energia para alimentar a bomba de cálcio, tendo esta energia gasto no trabalho excessivo do corpo, sem energia para bombear o cálcio, o mesmo, por estar nas miofibrilas realizará contrações musculares até a normalização.
4554
4555 miastemia gravis: fica impossibilitado de transmitir sinal pela placa motora (sinapse) a pessoa possui auto-imunológico, que na realidade produz uma auto-defesa; anticorpos destroem os canais de proteínas. existem uma enzima acetilcolina esterase que destroi os neurotransmissores que ficam na fenda sinapse, após o corte de p.a no neurônio. e como os canais estão destruidos tendo pouca contraçõ muscular, podendo morrer de parada respiratória pela pouca contração do diafragma.
4556
4557 rigor mortis: é a contração do músculo, fica rígido sem p.a após a morte. essa contração é causada pela perda total de atp, que é necessário para as separações das pontes dos filamentos de actina e miosína. os músculos permanecem neste estado até que as proteínas sejam destruídas, isto pode levar de 15 a 20 horas após a morte.
4558
4559 <langue=br><sujet=potentiel-d-action><num=55><source=http://www.ced.ufsc.br/men5185/trabalhos/05_eletrofisiologia/potencial_acao.htm>
4560
4561 potencial de ação
4562
4563 na ausência de perturbações externas, os potenciais de membranas permanecem constantes. entretanto, um estímulo externo às células nervosas e musculares produz uma variação em seus potenciais de membrana. essa variação rápida, que se propaga ao longo de uma dessas células, é denominado potencial de ação.
4564 em todos os potenciais de ação medidos, partindo do potencial de repouso, o potencial se eleva rapidamente a um valor positivo e volta mais lentamente ao potencial de repouso. em geral o valor máximo atingido é de +30 mv. a duração do potencial de ação, por outro lado, difere bastante de célula para célula: nas células nervosas essa duração é de aproximadamente 1 ms, enquanto que nas células musculares cardíacas ela é maior que 200 ms.
4565 nos organismos dotados de sistema nervoso, o potencial de ação serve para comunicações de longa distância entre seus componentes. essas comunicações são codificadas através de potenciais de ação.
4566
4567 lei do tudo ou nada
4568
4569 a lei do tudo ou nada diz que:
4570
4571 um neurônio só consegue enviar um impulso se a intensidade do impulso for acima de um determinado nível, fazendo com que a sua membrana seja despolarizada e repolarizada.
4572
4573 este valor mínimo que permite a transmissão do potencial de ação é conhecido como potencial limiar. os valores abaixo do potencial limiar são conhecidos como sublimiares, e cada célula um valor característico de potencial limiar.
4574
4575 <langue=br><sujet=potentiel-d-action><num=56><source=http://pt.shvoong.com/exact-sciences/biology/1706357-potencial-ac%c3%a7%c3%a3o-num-neur%c3%b3nio-parte/>
4576
4577 potencial de acção num neurónio – parte 1
4578
4579 o sistema nervoso é constituído pelo cérebro, espinal-medula e nervos periféricos. em termos gerais, o cérebro é constituído pelo tronco cerebral, diencéfalo, hemisférios cerebrais e cerebelo. as unidades básicas do sistema nervoso são os neurónios e as células da glia. cada neurónio é formado pelo corpo celular, onde se localiza o núcleo, pelo axónio e pelas dendrites. no cérebro, os neurónios recebem informação de muitos neurónios e esta pode ou não ser transmitida para outros neurónios. um neurónio pode estabelecer sinapse com milhares de neurónios, integrando estes sinais eléctricos como se o seu corpo celular fosse uma calculadora. é como se somasse sinais excitatórios e inibitórios enviando uma mensagem para o axónio quando a soma destes é positiva. esta mensagem é propagada ao longo do axónio pela geração de potenciais de acção.
4580 mas afinal o que é um potencial de acção? vamos voltar um pouco atrás, até junto do corpo celular, para compreender a natureza deste impulso nervoso. em situação de repouso, o neurónio possui um gradiente electroquímico dinâmico através da sua membrana plasmática, conferido pela diferença de concentrações de diversos iões dentro e fora da célula. apesar de outros iões influenciarem o potencial transmembranar daí decorrente, vamos dar particular atenção aos catiões potássio e sódio. em repouso, existe uma maior concentração de iões potássio e menor concentração de iões sódio no interior da célula. este gradiente de concentrações é gerado pela acção do complexo proteico transmembranar sódio/potássio atpase, que usa a energia do atp para bombear sódio para fora e potássio para dentro da célula. por outro lado, nestas condições, a membrana é mais permeável ao potássio do que ao sódio devido à presença de canais que se encontram abertos. esta permeabilidade selectiva da membrana faz com que o potencial de repouso possa variar entre -60 e -90 mv. quando um neurónio é estimulado, observa-se uma despolarização da membrana para potenciais mais positivos, seguindo-se uma repolarização que faz com que a membrana retome o potencial do seu estado de repouso. esta variação de potencial transmembranar origina e caracteriza um potencial de acção. (continua na parte 2)
4581
4582 <langue=br><sujet=potentiel-d-action><num=56><source=http://pt.shvoong.com/exact-sciences/biology/1706358-potencial-ac%c3%a7%c3%a3o-num-neur%c3%b3nio-parte/>
4583
4584 potencial de acção num neurónio – parte 2
4585
4586 vamos agora detalhar um pouco mais a bioquímica por detrás do potencial de acção. no início de um potencial de acção ocorre abertura de um grande número de canais de sódio sensíveis à voltagem. isto permite uma súbita entrada de sódio causando uma rápida despolarização localizada da membrana plasmática, o que, por sua vez, faz com que mais canais de sódio abram. à medida que a membrana despolariza, regista-se também a abertura progressiva de alguns canais de potássio sensíveis à voltagem. em poucos milisegundos o potencial de membrana pode atingir +30 mv. nesta altura os canais de sódio sensíveis à voltagem começam a fechar, abrindo-se um número maior de canais de potássio sensíveis à voltagem. isto faz com que os iões potássio fluam para o exterior celular provocando a repolarização da membrana. este rápido fluxo de potássio causa hiperpolarização, aproximando o potencial de membrana do potencial de equilíbrio do potássio. no decurso desta repolarização os canais de potássio sensíveis à voltagem fecham por sua vez. o gradiente iónico é restabelecido muito pela acção da sódio/potássio atpase cuja actividade foi variando no decurso do potencial de acção. a presença de uma camada isolante de mielina ao redor de alguns axónios permite que a transmissão do potencial de acção ocorra mais rapidamente. a camada de mielina ao longo do axónio é descontínua, existindo pequenas zonas do axónio expostas ao meio extracelular (designadas por nódulos de ranvier) que possuem uma maior densidade de canais de sódio sensíveis à voltagem. isto permite uma mais rápida propagação do sinal de forma saltatória pelas regiões não mielinizadas. é assim possível que o impulso nervoso atinja a espantosa velocidade de até 100 m/s. ou seja, um potencial de acção desenvolvido, por exemplo, no hipotálamo, pode chegar ao pé em cerca de 15 milisegundos.
4587
4588 <langue=br><sujet=potentiel-d-action><num=57><source=http://www.geocities.com/veterinariobr/materias/fisiologia/atividadecoracao.htm>
4589 coração
4590
4591 atividade elétrica do coração
4592
4593
4594
4595 diz que o coração forma um sincício funcional (literalmente mesma célula ). as células musculares cardíacas são eletricamente ligadas entre si, as contrário das células musculares esqueléticas, que são eletricamente isoladas umas das outras. por isso, os potenciais de ação se propagam de célula para célula por todo o coração.
4596
4597 células musculares cardíacas são unidas por discos intercalares. estes discos contém os nexos ou junções estreitas, através dos quais um potencial de ação em uma célula muscular cardíaca pode propagar-se para a célula muscular cardíaca adjacente.
4598
4599
4600 três características distinguem o início da contração muscular na musculatura cardíaca daquela no músculo esquelético
4601 as principais diferenças entre o músculo esquelético e o cardíaco não estão na bioquímica da contração, e sim nas propriedades do potencial de ação que inicia a contração.
4602
4603 contrações cardíacas são iniciadas pelas células-marcapasso cardíaca, que se despolarizam espontaneamente até o limiar. as células-marcapasso cardíacas normais estão localizadas no átrio direito, próximo da veia cava, em um local denominado nodo sinoatrial (sa).
4604
4605 as principais diferenças entre o início da contração no músculo cardíaco e no esquelético são as seguintes:
4606 1- a origem dos potenciais de ação da célula muscular - os potenciais de ação são espontâneo no caso do músculo cardíaco, mas dependentes dos potenciais de ação dos neurônios motores no caso do músculo esquelético
4607 2- a propagação dos potenciais de ação - eles se propagam de célula para célula no músculo cardíaco, mas ficam confinados no interior de uma única célula no músculo esquelético
4608 3- o papel do cálcio extracelular - ele contribui diretamente para o início do deslizamento das pontes de actina-miosina no músculo cardíaco e também estimula a liberação de mais cálcio do retículo sarcoplasmático. na contração do músculo esquelético, o cálcio extracelular desempenha apenas o papel de estimulador
4609
4610 bloqueadores dos canais de cálcio
4611 são drogas que se ligam aos canais lentos de cálcio do músculo cardíaco e diminuem a entrada de cálcio no interior das células musculares cardíacas durante um potencial de ação os bloqueadores de cálcio, p.ex., nifedipina e verapamil, são usadas em situações clínicas quando se deseja uma redução na força de contração cardíaca.
4612
4613
4614 o longo potencial de ação cardíaco resulta de alterações prolongadas na permeabilidade das células cardíacas ao sódio, ao potássio e ao cálcio
4615 o platô é causado por três condições que ocorrem nas células musculares cardíacas, mas não nos nervos nervos nas fibras musculares esqueléticas:
4616
4617 1- a permeabilidade ao potássio diminui
4618 2- a permeabilidade ao ainda se mantém elevada, em vez de retornar a sua baixa condição de repouso
4619 3- o mais importante, a permeabilidade ao cálcio aumenta
4620
4621 é durante esse platô que os íons de cálcio do líquido extracelular fluem para o interior das células através dos canais lentos de cálcio. o platô termina quando a permeabilidade das células ao potássio aumenta.
4622
4623 a longa duração do potencial de ação cardíaca cria um período refratário prolongado. período refratário (especificamente período refratário absoluto ) é o período que segue o início de um potencial de ação, durante o qual o outro potencial de ação não pode ser iniciado. nos nervos, fibras musculares esqueléticas e células musculares cardíacas, o período refratário dura aproximadamente o mesmo tempo de um potencial de ação. por isso o período refratário em um nervo ou célula muscular esquelética dura aproximadamente 1 ou 2 ms, mas o potencial refratário em uma célula muscular cardíaca dura de 100 a 250 ms.
4624
4625 a importância do período refratário longo no músculo cardíaco é que ele garante o período de relaxamento (e enchimento cardíaco) em cada contração cardíaca.
4626
4627
4628 a morfologia do potencial de ação cardíaco varia de uma região para outra do coração.
4629
4630 a diferença mais óbvia entre o potencial entre uma célula do nódulo as e uma célula ventricular é que a fase de platô do potencial de ação do nódulo as é mais curta.
4631
4632 a despolarização das células-marcapasso é o resultado de uma diminuição espontânea na permeabilidade ao potássio.
4633
4634
4635 a acetilcolina faz com que as células-marcapasso demorem mais para atingir o limiar, resultando em um maior tempo entre os batimentos
4636
4637 a noradrenalina exerce efeito oposto, acelerando a despolarização espontânea das células-marcapasso, ao acelerar a diminuição na permeabilidade ao potássio destas células.
4638
4639 os neurônios parassimpáticos liberam acetilcolina junto as células do nódulo sa, de forma que a atividade parassimpática diminui a atividade cardíaca. os neurônios simpáticos liberam noradrenalina junto as células do nódulo sa, de forma que a atividade nervosa simpática aumenta a freqüência cardíaca.
4640
4641 algumas vezes, os neurônios simpáticos e parassimpáticos que inervam o coração são ativados simultaneamente. quando ambos os sistemas são ativados, a freqüência cardíaca resultante representa conseqüência de uma espécie de cabo de guerra entre a ação simpática para aumentar a freqüência cardíaca e a ação parassimpática para reduzí-la.
4642
4643 quando as atividades simpáticas e parassimpáticas são iguais, seus efeitos se anulam, e a freqüência cardíaca fica em seu nível intrínseco ou espontâneo.
4644
4645
4646 a pausa entre a contração atrial e ventricular é conseqüência da condução lenta dos potenciais de ação através do nódulo av. as células do nódulo av são a única passagem os átrios e os ventrículos.
4647
4648 o feixe de his e os ramos do feixe são compostos por células musculares cardíacas especializadas que conduzem potenciais de ação rapidamente, três vezes mais rápido que no tecido atrial.
4649
4650 no ápice ventricular, os ramos direito e esquerdo se ramificam em uma rede de fibras de purkinje, que levam o potencial de ação rapidamente ao longo do interior das paredes de ambos os ventrículos.
4651
4652 o potencial de ação que se propagou através dos ventrículos não pode ser propagado de forma retrógrada através do nódulo av e de volta para os átrios. as células do nódulo av funcionam como um portão elétrico de sentido único.
4653
4654 outra característica importante do nódulo av é que suas células agem como marcapasso auxiliares. e também que, as células do nódulo av possuem períodos refratários longos, ainda mais longo que o período refratário dos tecidos atrial ou venticular normais.
4655
4656 taquiarritmias são anormalidades no ritmo cardíaco em que as freqüências atrial ou ventricular, ou ambas estão anormalmente altas. um batimento atrial ou ventricular extra isolada, ocasional, denomina-se extra-sístole ou batimento prematuro.
4657
4658 taquicardia se refere a uma freqüência cardáca mais rápida do que é apropriado para as circunstâncias comportamentais. cinco causas comuns de taquicardia são: infecção cardíaca, toxicidade medicamentosa, distúrbios eletrolíticos, isquemia miocárdica e infarto do miocárdio.
4659
4660 uma taquicardia atrial extremamente rápida é denominada de flutter atrial. o flutter atrial não leva ao flutter ventricular, devido ao longo período refratário das células do nódulo av.
4661
4662 se as condições atriais se tornam tão rápidas que perdem a sincronia, a condição denomina-se fibrilação atrial. a fibrilação atrial geralmente não leva a fibrilação ventricular, devido ao período refratário longo protetor das células do nódulo av.
4663
4664
4665 atividade mecânica do coração
4666
4667 cada batimento cardíaco é constituído de sístole e diástole ventricular
4668
4669 o coração são duas bombas (ventrículos) trabalhando em ciclo (batimento cardíaco), primeiro enchendo-se com sangue e depois esvaziando-se.
4670
4671 os ventrículos não se esvaziam completamente durante a sístole, uma determinada quantidade de sangue permanece, após o final da diástole, isto é denominado volume diastólico final.
4672
4673 sons cardíacos
4674 1o som cardíaco - está associado ao fechamento das válvulas av. este som é produzido pela vibração produzida pelo sangue e das paredes cardíacas quando as válvulas se fecham.
4675 2o som cardíaco - está associado ao fechamento da válvula aórtica no lado esquerdo do coração e da válvula pulmonar no lado direito.
4676
4677 um enchimento ventricular maior durante a diástole coloca o ventrículo em uma geometria favorável para a ejeção de sangue durante a sístole seguinte.
4678
4679 o volume diastólico final ventricular é determinado pela pré-carga e pela complacência ventricular.
4680 a pré-carga é a pressão de distensão no interior do ventrículo no final da diástole (pressão diastólica final ventricular).
4681 a complacência ventricular mede a facilidade com que as paredes ventriculares se estriam para acomodar o sangue que entra durante a diástole. um ventrículo complacente é aquele que cede facilmente a pressão da pré-carga e se enche prontamente de sangue durante a diástole. resumidamente complacência pode ser definida como a mudança no volume dividida pela mudança na pressão.
4682
4683 a hemorragia é uma situação na qual uma alteração na pré-carga altera o volume sistólico. a perda rápida de uma quantidade substancial de sangue na circulação sistêmica resulta na diminuição da pressão venosa no lado direito do coração e, por isso, uma pressão atrial direita diminuída.
4684
4685 um aumento na contratilidade ventricular resulta num esvaziamento mais completo do ventrículo durante a sístole e, portanto, um volume sistólico final diminuído. a contratilidade pode ser definida como a habilidade bombeadora do ventrículo. um aumento na contratilidade pode causar um aumento no volume sistólico, sem alteração do volume diastólico final.
4686
4687 a contratilidade cardíaca pode ser aumentada pela atividade nervosa simpática por meio de ação do neurotransmissor noradrenalina, que ativa os receptores b-adrenérgicos sobre as células musculares ventriculares. como resultado desta ativação, maiores quantidades de cálcio intracelular ficam disponíveis para o início da contração.
4688 os glicosídios cardíacos são uma classe de drogas aumentam a contratilidade cardíaco, tornando disponível maior quantidade de cálcio.
4689
4690 aumentos substâncias na pressão sangüínea arterial comprometem a ejeção ventricular.
4691
4692 a ativação simpática encurta a duração da sístole, i.e, sob ação simpática, o coração não só se contrai mais freqüentemente (aumento da freqüência) e com mais força (aumento da contratilidade), como se contrai e relaxa mais rapidamente.
4693
4694 tipicamente, a sístole dura cerca de um terço do batimento, ou um terço de um segundo.
4695
4696
4697 sopros são sons cardíacos anormais causados pelo fluxo turbulento através de defeitos cardíacos
4698
4699 regurgitação - refluxo através da válvula mitral que não se fecha completamente. válvulas apresentando esta característica são chamadas de incompetentes ou insuficientes.
4700 a regurgitação aórtica é comum em eqüinos, porém não em cães.
4701
4702 turbulência sistólica - quando a válvula aórtica não se abre completamente, o sangue ejetado do ventrículo acelera e a sua velocidade e se espreme através da abertura aórtica estreita, provocando esta turbulência. uma válvula que apresenta esta característica (de não se abrir completamente) é chamada de válvula estenótica.
4703 a estenose aórtica e pulmonar são defeitos cardíacos congênitos comuns em cães.
4704
4705 por analogia, da mesma forma que o aumento do trabalho da musculatura esquelética causa sua hipertrofia, o mesmo acontece com a musculatura do coração.
4706
4707 <langue=br><sujet=potentiel-d-action><num=58><source=jararaca.ufsm.br/websites/fisiologia/download/fiscomp/nerv.doc>
4708
4709 sistema nervoso
4710
4711 introdução
4712
4713 a sobrevivência dos animais depende de um relacionamento adequado com o meio ambiente. essa relação consiste em captar as alterações do meio e responder às mesmas de forma coordenada. a tarefa de coletar essas mudanças do meio ambiente, bem como interpretá-las e controlar parte das respostas corporais é desempenhada pelo sistema nervoso. o sistema endócrino, que será abordado mais adiante, também participa do controle corporal.
4714
4715 neurônios
4716
4717 são células que fazem parte do sistema nervoso. a forma dos neurônios pode variar bastante nos diferentes filos, mas a estrutura e o funcionamento é semelhante em todos os animais, de modo que grande parte das conclusões obtidas de estudos realizados com algumas espécies podem ser estendidos a outras. a compreensão de como os neurônios funcionam é o passo inicial para se compreender o sistema nervoso.
4718 os neurônios possuem um corpo celular com ramificações. uma ramificação única, longa, com aproximadamente o mesmo diâmetro ao longo do seu comprimento é denominada axônio ou fibra nervosa. o axônio geralmente conduz o impulso nervoso para longe do corpo celular. um feixe de axônios é denominado nervo. existem também outras ramificações menores, em grande número, os dendritos. os dendritos servem como local de recepção dos impulsos de outros neurônios que chegam até o corpo celular.
4719 nos vertebrados os dendritos originam-se no corpo celular, enquanto que nos invertebrados os dendritos estão ligados ao corpo celular por outra ramificação, o neurito. em ambos os casos os axônios formam os nervos. os corpos celulares estão localizados no sistema nervoso central ou em gânglios.
4720
4721 classificação funcional
4722
4723 a - neurônio sensorial - respondem a estímulos não neuronais, ou seja, estímulos não originados de outros neurônios, como variações do meio ambiente ou do meio interno do animal. os axônios são chamados de fibras aferentes (levam impulso nervoso para snc). geralmente são específicos para detectar um determinado tipo de informação sensorial. por exemplo, mecanorreceptores que detectam estímulos sonoros.
4724
4725 b - neurônio motor - são neurônios cujos axônios terminam em órgãos efetores, como os músculos. os axônios são chamados de fibras eferentes (levam impulso nervoso do snc para órgãos).portanto, a ativação de um neurônio motor provocará a contração ou o relaxamento de um músculo (ou parte dele).
4726
4727 c - interneurônios - são neurônios intermediários, situados entre os neurônios sensoriais e os motores. de um modo geral, promovem a integração dos impulsos nervosos, ou seja, interpretam os sinais oriundos dos neurônios sensoriais, determinando se haverá ou não uma resposta dos neurônios motores. quanto maior o número de interneurônios, maior a capacidade de aprendizado e de coordenação de atividades complexas.
4728
4729 arco reflexo
4730
4731 são as redes neurais mais simples que existem para execução de movimentos em resposta a sinais sensoriais. o arco neural mais simples consiste de uma conexão de uma única célula, como por exemplo os neurônios magnocelulares do hipotálamo. estes neurônios detectam variações da osmolaridade do líquido extracelular. quando a osmolaridade aumenta, o neurônio perde água por osmose e encolhe, o que ativa canais iônicos, causando uma despolarização (ativação) e consequente liberação de adh. o arco reflexo também pode ser monossináptico (neurônio sensorial + neurônio motor) e polissináptico (neurônio sensorial + interneurônio + neurônio motor).
4732
4733 estimulação do neurônio
4734
4735 no seu estado de repouso, o neurônio possui uma alta concentração de k+ e baixa de na+ no seu interior (em relação ao meio extracelular). como o k+ passa através da membrana celular e a permeabilidade da mesma ao na+ é baixa, há um fluxo resultante de íons positivos para fora do neurônio. a saída de k+ deixa o neurônio negativo em relação ao meio extracelular. esta diferença de potencial entre os meios intracelular e extracelular é denominada potencial de repouso ou de membrana. este potencial é mantido através do funcionamento da bomba de na+/k+, que recoloca o k+ no meio intracelular e retira o na+ que entrar no neurônio.
4736
4737
4738
4739 um estímulo sensorial (ou de outro neurônio) pode desencadear um processo de estimulação do neurônio. esta estimulação muda a carga elétrica do neurônio, ou seja, altera o potencial de repouso, iniciando um potencial de ação, o qual pode ser considerado um impulso nervoso. o potencial de ação inicia com a abertura de canais de na+ na membrana do neurônio. estes canais abrem ou fecham em função da carga elétrica ou voltagem da célula, por isso são denominados voltagem-dependentes. como o na+ está em maior concentração no líquido extracelular e, além disso, o meio intracelular é negativo em relação ao extracelular, o na+ entra por diferença de concentração e, inicialmente, também por ser atraído pela carga negativa do meio intracelular. a entrada do na+ provoca uma inversão da polaridade do meio intracelular, que fica positivo em relação ao meio extracelular. ao final desta fase, denominada despolarização, os canais de na+ se fecham, e, graças à mudança do potencial provocado pela entrada do na+, os canais de k+ voltagem-dependentes se abrem. o k+, que está em maior concentração no meio intracelular, sai para o meio extracelular, fazendo com que o potencial do neurônio volte a ficar negativo. no final desta fase (repolarização) os canais de k+ são inativados, e as concentrações dos íons são restabelecidas pela bomba de na+/k+.
4740 este processo ocorre da mesma maneira em todos os animais, mas em alguns a despolarização pode ocorrer pela entrada de ca2+ além de na+, como no mexilhão perna perna. chegou-se a pensar que em alguns insetos herbívoros, que têm baixa concentração de na+ e alta de k+ na hemolinfa, a geração do potencial de ação seria diferente, mas verificou-se que o processo é semelhante ao dos outros animais, pois o sistema nervoso é circundado por uma bainha que separa nervos da hemolinfa, denominada perineurium. no espaço delimitado por esta bainha, há uma alta concentração de na+, do mesmo modo que o líquido extracelular dos outros animais.
4741
4742 transmissão do impulso nervoso ao longo de um neurônio
4743
4744 existem dois tipos de transmissão nos neurônios, dependendo da presença ou não de um revestimento de mielina nos axônios (também denominados fibras nervosas). quando a fibra nervosa não apresenta mielina (fibra amielínica), a transmissão do impulso nervoso ocorre ao longo de toda a membrana da fibra. se o estímulo inicia no corpo celular, esta região sofre uma despolarização pela entrada de na+. a região adjacente, que ainda não mudou sua polaridade, apresenta uma diferença de potencial elétrico em relação à região estimulada. essa diferença de potencial provoca uma corrente elétrica entre a região já excitada e a não excitada, desencadeando a abertura dos canais de na+ da região não excitada. ocorre então a entrada de na+ e conseqüente excitação desta região. este processo se propaga ao longo de toda a fibra.
4745 a bainha de mielina que reveste algumas fibras nervosas (fibras mielínicas) fornece um isolamento elétrico e proteção mecânica para as mesmas. ou seja, não há troca de íons entre os meios interno e externo nas porções da membrana revestidas pela mielina. portanto, ocorre despolarização apenas nas regiões onde a bainha é mais fina ou ausente, os nódulos de ranvier. o processo de transmissão obedece o mesmo princípio das fibras amielínicas, com formação de corrente elétrica entre porções despolarizadas e não despolarizadas, mas apenas nos locais onde é possível o fluxo de íons entre os meios intra e extracelular, os nódulos de ranvier. deste modo, o impulso salta de um nódulo para o outro, aumentando a velocidade de transmissão.
4746
4747
4748 transmissão do impulso nervoso de um neurônio para outro
4749
4750 após ser excitado ao longo de toda a sua extensão, o neurônio precisa transmitir esse impulso nervoso para outro neurônio. a transmissão do impulso nervoso de um neurônio para o outro ocorre nos pontos de contato entre os neurônios, as sinapses. conforme o sistema de transmissão, as sinapses podem ser elétricas ou químicas.
4751
4752 elétricas: neste caso as membranas dos neurônios estão bem próximas uma da outra (cerca de 10 nm). ambas membranas estão conectadas por estruturas protéicas denominadas junções abertas (gap junctions). a corrente elétrica gerada pela entrada de na+ num dos neurônios pode fluir diretamente para o neurônio adjacente através destas junções abertas. em termos práticos, é como se os dois neurônios fossem um só. em geral a transmissão do impulso ocorre em ambas as direções, e a corrente elétrica é levemente reduzida após passar pela junção aberta. o número de estímulos no neurônio que está recebendo o estímulo vai determinar se ele vai ser estimulado ou não. a principal vantagem deste sistema de transmissão é a velocidade.
4753
4754 químicas: os neurônios estão um pouco mais afastados (20-50 nm), e a transmissão é unidirecional. o neurônio que vai transmitir o impulso (neurônio pré-sináptico) possui um terminal sináptico com vesículas cheias de uma substância denominada neurotransmissor. quando o terminal sináptico se despolariza, as vesículas liberam este neurotransmissor no espaço entre os neurônios. o neurotransmissor liga-se a receptores específicos no neurônio seguinte (neurônio pós-sináptico), e se o neurônio pré-sináptico for excitatório, o neurotransmissor provoca a abertura de canais de na+ (canais do tipo ligando-dependentes) e conseqüente despolarização do neurônio pós-sináptico. se o neurônio pré-sináptico for inibitório, o neurotransmissor provoca a abertura de canais de k+ e o neurônio pós-sináptico fica hiperpolarizado (mais difícil de ser estimulado). este processo demora alguns milissegundos, e esta demora na transmissão é denominada retardo sináptico.
4755 muitas sinapses químicas apresentam uma transmissão mais lenta. neste caso a ligação neurotransmissor - receptor não ativa diretamente um canal iônico, e sim proteínas g (na membrana, mas intracelulares), as quais disparam a produção de outras substâncias no interior celular, os chamados segundo mensageiros. esses segundo mensageiros vão provocar a abertura de canais iônicos ou outros efeitos nos neurônios pós-sinápticos.
4756
4757
4758 adaptações que aumentam a velocidade de condução dos impulsos nervosos
4759
4760 à medida que os animais foram aumentando seu tamanho e sua velocidade de movimentação, o sistema nervoso tornou-se mais complexo, e a condução dos sinais nervosos mais rápida, para que o animal pudesse responder rapidamente às mudanças do ambiente. um aumento na velocidade de transmissão dos impulsos permite, por exemplo, respostas mais rápidas ao ataque de predadores, bem como na detecção e captura de presas. tipos de adaptações:
4761
4762 a - redução do número de sinapses químicas: na passagem do impulso nervoso de uma fibra nervosa para outra, nas sinapses, há um retardo na transmissão. portanto, se as fibras forem mais longas, haverá um menor número de sinapses, e, conseqüentemente, um menor número de paradas ao longo de todo o nervo.
4763
4764 b - aumento do diâmetro da fibra nervosa: quanto maior o diâmetro, menor a resistência longitudinal à passagem dos íons. portanto, o fluxo dos íons dentro da fibra é facilitado, tornando a transmissão do impulso ao longo da fibra mais rápida. esta adaptação é mais comum em invertebrados.
4765 ex.: minhoca - fibras comuns (menos de 10 µm) - 0,6 m/s
4766 fibras gigantes (40 - 60 µm) - 15-45 m/s
4767
4768 em outros animais as fibras gigantes podem ter um diâmetro de até 1 mm. seu funcionamento está relacionado com movimentos rápidos e abruptos, como saltos de minhocas, grilos e gafanhotos, e retração de poliquetos tubícolas.
4769 na lagosta a batida da cauda é causada por contração de músculos flexores rápidos, que provocam flexão do abdômen para mover o animal vários centímetros na água a cada batida. as fibras gigantes estimulam a contração destes músculos flexores. em loligo (lula), neurônios de diferentes diâmetros saem do cérebro e fazem sinapse com fibras gigantes que inervam o manto, proporcionando uma contração simultânea da musculatura, causando a propulsão a jato para a fuga de predadores. os peixes e anfíbios urodelos possuem as células de mauthner, que são fibras gigantes que estimulam a contração dos músculos de um lado do corpo, de modo a deixar o corpo do animal com forma de 3c , seguida da contração de músculos do outro lado, provocando então a batida da cauda e propulsão do animal
4770
4771 c - mielinização: mais comum em vertebrados, mas encontrado também em oligoquetos, insetos e crustáceos decápodes. por exemplo, o axônio gigante de lula, que não possui mielina, tem um diâmetro de 650 µm e velocidade de transmissão de 25 m/s. já o nervo ciático de vertebrados é mielinizado, tem um diâmetro de 30 µm e uma velocidade de transmissão muito maior: 65 m/s. o nervo ótico dos vertebrados tem cerca de 3 mm de diâmetro. se fosse amielínico, para ter igual velocidade deveria ter um diâmetro de 300 mm. portanto, nem entraria na cabeça de muitos animais.
4772 um aumento do diâmetro da fibra mielínica também promove um aumento da velocidade de transmissão, pois diminui o número de nódulos de ranvier, fazendo com que os saltos sejam maiores. contudo, se a fibra é muito fina (menos de 1 µm), não é interessante que seja mielinizada, pois o axônio teria um diâmetro muito reduzido, levando a uma alta resistência interna, o que acabaria por diminuir muito a velocidade de transmissão, apesar da bainha de mielina.
4773
4774
4775 padrões de sistema nervoso
4776
4777 animais sem sistema nervoso
4778
4779 em animais unicelulares a mudança do comportamento pode ocorrer devido à abertura de diferentes canais iônicos. por exemplo, em paramecium os canais na porção anterior são específicos para ca2+. quando o animal bate em um obstáculo a sua frente, este canais abrem, entra ca2+ e ocorre uma despolarização. esta mudança no potencial provoca uma reversão do batimento ciliar, fazendo o animal retroceder. na região posterior existem canais específicos para k+, que quando abrem permitem a saída deste íon. a saída de k+ causa hiperpolarização e conseqüente aceleração do batimento ciliar.
4780 nos multicelulares as reações são locais e independentes. nos poríferos as respostas aos estímulos provavelmente são devido à dispersão de efeitos mecânicos, ou seja, a contração de um miócito estica células adjacentes, que se contraem em resposta. outra possibilidade seria a existência de transmissão de impulsos via sinapses elétricas (um sistema proto-nervoso?).
4781
4782 redes nervosas
4783
4784 ocorrem em celenterados e equinodermas. as redes nervosas são uma adaptação interessante para animais com simetria radial, pois nestes animais há pouca polarização da direção de onde deve vir a informação. as estruturas sensoriais, bem como os interneurônios e neurônios motores são distribuídos ao longo dos 360o, ou seja, não estão concentradas na parte anterior ou posterior do animal. isto permite uma interpretação e resposta local aos estímulos. o sistema nervoso apresenta uma forma de anel.
4785 as redes nervosas apresentam ausência de polaridade, ou seja, a condução dos impulsos nervosos ocorre em ambas direções, tanto nas sinapses elétricas dos hidróides como nas sinapses químicas dos antozoários. estas sinapses químicas também podem conduzir os impulsos nervosos em ambas direções porque as vesículas sinápticas estão presentes em ambos neurônios (pré e pós-sináptico). as redes nervosas são utilizadas para estimular a contração de tentáculos (velocidade de transmissão do impulso: 0,1 m/s) e a abertura da boca (0,03 m/s). nas colônias de hidróides a estimulação de um pólipo individual pode provocar a retração de vários pólipos. em algumas espécies, a estimulação repetida aumenta a intensidade da resposta. quando um estímulo é aplicado, alguns neurônios são estimulados, e como a transmissão por sinapse elétrica implica em uma redução da corrente elétrica quando ela passa nas junções abertas, os neurônios adjacentes apresentam apenas uma alteração local do potencial da membrana, sem desencadear um potencial de ação. esta mudança do potencial da membrana deixa o neurônio mais fácil de ser estimulado se ele logo receber uma nova corrente através das junções abertas. este processo é denominado facilitação. outra característica é a transmissão decremental, ou seja, quanto maior a distância do ponto de estimulação, menor a intensidade da resposta.
4786 as redes nervosas também possuem uma atividade espontânea para controlar atividades rítmicas, como a natação nas medusas e o enterramento de anêmonas. o ritmo básico é determinado pela rede nervosa, e variações neste ritmo são determinadas por informações sensoriais captadas do ambiente.
4787
4788 centralização do sistema nervoso
4789
4790 uma das etapas iniciais na evolução do sistema nervoso foi o surgimento de agrupamento de neurônios em gânglios. os gânglios são encontrados já a partir de celenterados e são comuns em todo o reino animal, inclusive mamíferos. este modo de organização permite uma grande interconexão entre os neurônios, mesmo com poucas ramificações. uma outra adaptação do sistema nervoso foi o surgimento de uma corda nervosa longitudinal. esta é a melhor estrutura para transmissão de sinais motores aos músculos distribuídos ao longo do corpo do animal.
4791 os platielmintos e pseudocelomados apresentam uma transição entre rede nervosa e o sistema nervoso centralizado de invertebrados superiores e vertebrados. os platielmintos geralmente têm um pequeno cérebro ou gânglio cerebral, dois troncos nervosos ao longo do corpo e uma rede nervosa acoplada, estendendo-se para a periferia do corpo. o cérebro está relacionado com a coordenação de alguns movimentos complexos, como a alimentação, por exemplo. ele determina a quantidade de alimento que o animal deve ingerir. sem cérebro, animal não pára de comer, mesmo com estômago cheio. a rede nervosa, por sua vez, exerce um controle local, incluindo reflexos musculares.
4792 nos anelídeos e artrópodes aumenta a centralização do sistema nervoso na parte anterior (agrupamento de gânglios ou cérebro). esta centralização parece estar relacionada com concentração de estruturas sensoriais na porção anterior do corpo de animais móveis e de simetria bilateral. os gânglios restantes formam os cordões nervosos ventrais. geralmente cada gânglio controla as atividades reflexas do segmento onde ele está localizado. o cérebro dos artrópodes pode ser dividido nas seguintes áreas:
4793
4794 protocérebro - recebe informações visuais
4795
4796 deuterocérebro - recebe informações das antenas (quimiorrecepção e movimento das antenas)
4797
4798 tritocérebro - inerva porção anterior do sistema digestório e cabeça
4799
4800 a proporção de cada uma destas áreas varia segundo o modo de vida do animal. por exemplo, o protocérebro representa 0,3-2,8 % do total do cérebro em aracnídeos e miriápodos com fotorreceptores epiteliais e ocelos. já em insetos com olhos compostos muito desenvolvidos, a proporção é de 33-80 % do total. o deuterocérebro, por sua vez, é maior em insetos de vôo noturnos que diurnos, pois os primeiros necessitam mais da quimiorrecepção do que os diurnos, que utilizam a visão para sua orientação.
4801 o sistema nervoso de muitos insetos apresenta áreas denominadas geradores de padrão central, que controlam atividades rítmicas como caminhar, nadar e voar através da , mas não são essenciais para a produção destas atividades motoras. por exemplo, o vôo de um gafanhoto pode ser iniciado e mantido através do vento na sua cabeça. este vento estimula pêlos sensoriais localizados na sua cabeça, os quais enviam sinais ao interneurônios cerebrais que excitam o gânglio torácico, que provoca contração dos músculos das asas. à medida que as asas se contraem, os receptores de tensão dos músculos do vôo enviam informações sensoriais sobre a posição das asas para o gânglio torácico. cortando-se as ligações neurais do cérebro para o gânglio torácico ou dos receptores de tensão para este gânglio, o gafanhoto ainda consegue voar (mas em um ritmo mais lento), pois o ritmo básico do vôo é determinado por este gânglio, que é então um gerador de padrão central. os estímulos sensoriais servem para reforçar ou iniciar a atividade do gânglio torácico. quando um gafanhoto salta para começar a voar, os pêlos sensoriais na sua cabeça são estimulados pelo movimento do ar, e ativam o gânglio torácico. o mesmo princípio de controle (um grupo de neurônios determinando o ritmo básico de movimento) já observado na natação de moluscos nudibrânquios e na respiração e em alguns movimentos simples e rítmicos de vertebrados.
4802 em insetos e crustáceos as informações sensoriais sobre o substrato são importantes para um ajuste fino do movimento das patas. no gafanhoto verificou-se que os receptores que informam a posição das asas enviam continuamente impulsos ao gânglio que controla o batimento das asas, o qual modifica o ritmo básico se necessário.
4803 nos moluscos o sistema nervoso é assimétrico e a sua estrutura e complexidade varia de acordo com a habilidade sensorial e comportamento do animal. os gastrópodes apresentam 4 pares de gânglios conectados (‘cérebro ) e agrupados ao redor do esôfago. existem outros gânglios junto às vísceras. em alguns casos pode ocorrer fusão dos gânglios. cada gânglio coordena uma função específica do animal. por exemplo, o gânglio bucal dos gastrópodes coordena os músculos da rádula e massa bucal para raspagem do substrato (para retirar algas do substrato, por exemplo) ou mastigação. já nos moluscos filtradores, como os bivalvos, o gânglio bucal controla a musculatura esofágica para engolir ou rejeitar o alimento.
4804 os cefalópodes são animais com movimentação muito mais rápida e comportamento mais complexo do que os outros moluscos. os neurônios estão organizados em lobos, os quais são fundidos e formam um verdadeiro cérebro. o sistema nervoso periférico destes animais é bem elaborado: no octopus, por exemplo, cada ventosa dos tentáculos tem seu próprio gânglio periférico, o qual está ligado ao cordão nervoso existente nos tentáculos. o gânglio interpreta informações sensoriais locais (químicas, mecânicas e motoras) das ventosas.
4805
4806 vertebrados
4807
4808 o sistema nervoso dos vertebrados é usualmente dividido em sistema nervoso central e sistema nervoso periférico. o sistema nervoso periférico é composto por nervos e gânglios. por sua vez, os neurônios eferentes (que conduzem impulsos do sistema nervoso central para o resto do corpo) são divididos dois sistemas: somático e autonômico. o sistema somático é também chamado voluntário, pois os seus motoneurônios controlam os músculos esqueléticos, os quais produzem movimentos voluntários. o sistema autonômico controla as atividades vegetativas, como batimento cardíaco, digestão, termorregulação.
4809 nos vertebrados a cefalização, ou seja, formação de regiões anteriores dominantes (concentração de órgãos sensoriais e integração de diversas atividades) aumenta de ciclostomados a mamíferos. contudo, ainda existe uma segmentação básica, principalmente na medula espinhal. o tamanho das diferentes porções do sistema nervoso central varia com o comportamento e sua importância para o animal. divisões do sistema nervoso central:
4810
4811 medula espinhal: controla reflexos motores (atividades motoras rítmicas), como caminhar, nadar (em peixes). nos vertebrados inferiores a medula tem mais autonomia com relação ao controle de atividades motoras. nos vertebrados superiores, como mamíferos, aumentam as conexões da medula com o encéfalo, de modo que o controle do encéfalo sobre atividades reguladas pela medula é muito maior. por exemplo, em elasmobrânquios a medula controla praticamente todos movimentos de natação e funções viscerais. contudo, nos primatas sem centros superiores não há coordenação dos membros e funções viscerais são mal controladas. as vias aferentes (que conduzem informações sensoriais dos receptores para o encéfalo) e as vias eferentes (que conduzem estímulos motores para os músculos) na sua maioria passam pela medula espinhal.
4812
4813 bulbo: é a parte posterior do cérebro, situada junto à medula espinhal. no bulbo encontram-se os centros do sistema nervoso autonômico que regulam o ritmo cardíaco, respiração, motilidade do aparelho digestivo, entre outros. nos teleósteos em geral os lobos vagais (uma porção do sistema autonômico) estão relacionados com a interpretação da quimiorrecepção, mas nos peixes elétricos o bulbo é responsável pela ativação dos órgãos elétricos.
4814
4815 cerebelo: localizado dorsalmente ao bulbo, consiste de dois hemisférios com uma superfície lisa em vertebrados inferiores e pregueada nos superiores. as pregas aumentam a área superficial, fornecendo mais espaço para os neurônios. está relacionado com equilíbrio e correção de movimentos rápidos e finos, incluindo natação. recebe informações de vários receptores sensoriais relacionados com equilíbrio e movimento, bem como uma cópia dos comandos enviados por outras áreas do cérebro para controlar os movimentos. o cerebelo analisa as informações recebidas e envia impulsos corretivos para estas áreas cerebrais se necessário. não há nenhuma inervação direta do cerebelo com os músculos.
4816 a importância do cerebelo é variável nos vertebrados. o anfioxus, que não possui o aparelho vestibular, estrutura relacionada com o equilíbrio, não apresenta cerebelo. já nos teleósteos e elasmobrânquios o cerebelo é mais desenvolvido, pois coordena movimentos relacionados com natação e compensação de variações da direção e velocidade de correntes de água, movimentos verticais, controle da profundidade. em alguns peixes com eletrorreceptores detectou-se um cerebelo bem desenvolvido. acredita-se que este cerebelo bem desenvolvido poderia estar relacionado com a eletrorrecepção.
4817 os anfíbios apresentam um cerebelo menor do que o dos peixes, pois seus movimentos para locomoção são comparativamente mais simples: os movimentos do tronco de urodelos são semelhantes ao da natação dos peixes. no entanto, os anfíbios não precisam se preocupar com variações de profundidade, correntes de água, etc... a coordenação dos movimentos nos anfíbios é efetuada principalmente pela medula.
4818 aparentemente o mesmo princípio pode ser utilizado para explicar porque o cerebelo das aves é maior que o dos mamíferos. as aves apresentam uma maior complexidade no controle dos movimentos, pois precisam analisar aspectos relacionados com uma movimentação tridimensional (vôo), enquanto que a maioria dos mamíferos apresenta um deslocamento bidimensional.
4819 nos répteis, aves e mamíferos existe uma parte adicional do cerebelo, o neocerebelo. esta porção está relacionada com o controle de movimentos finos dos membros, e está bem desenvolvida nos primatas, que necessitam de um controle bem preciso das extremidades dos membros superiores (dedos). a importância do cerebelo varia também conforme o hábito do animal. no homem a retirada do cerebelo altera bastante o controle dos movimentos (ficam trêmulos, imprecisos). contudo, na preguiça a perda do cerebelo praticamente não altera os movimentos.
4820
4821 ponte: conecta a medula e o cerebelo com centros superiores, e trabalha em conjunto com o bulbo no controle de várias atividades descritas naquele item.
4822
4823 teto ou lobo óptico: parte mediana do sistema nervoso central. está relacionado com a integração de sinais sensoriais (visuais, táteis, auditivos). nos peixes e anfíbios também participa do controle de movimentos corporais.
4824
4825 hipotálamo: é uma estrutura situada na porção média do cérebro, e produz neuro-hormônios, controla a termorregulação, o balanço hídrico e outras atividades vegetativas, bem como a expressão de emoções, pois possui os centros de raiva, prazer, saciedade e fome. uma estrutura localizada acima do hipotálamo é o tálamo, centro integrador de informações sensoriais (exceto olfativas) e motoras.
4826
4827 telencéfalo: parte anterior. está relacionada com a integração de estímulos olfativos. em peixes, a estimulação do telencéfalo pode levar a um comportamento de busca de alimento. a retirada do telencéfalo pode levar a uma perda completa ou alteração do comportamento reprodutivo. tanto o comportamento alimentar como o reprodutivo estão relacionados com a atividade olfativa, pois o olfato é importante na procura do alimento e na percepção de substâncias químicas liberadas durante a reprodução (feromônios). o telencéfalo também está relacionado com o aprendizado, pois está relacionado com a concentração para executar uma determinada atividade. sem esta área, o animal se distrai e não consegue aprender nada.
4828
4829 córtex cerebral de mamíferos superiores: é a camada que cobre os hemisférios cerebrais. possui áreas com funções bem definidas de integração sensorial, coordenação motora, ou de associação, onde há uma análise final das informações sensoriais através da comparação com dados armazenados na memória. o tamanho de cada área varia em função do modo de vida de cada espécie. por exemplo, a área somatosensorial, que recebe informações sobre dor, tato e temperatura, é maior em ratos que primatas, pois os ratos dependem muito deste tipo de informação sensorial. por outro lado, os primatas possuem grandes regiões que não estão associadas nem com a parte sensorial nem com o controle motor. são áreas responsáveis por associações intersensoriais (tato e visão, por exemplo), memória e comunicação. outro exemplo: tanto morcegos quanto aves voam, mas a percepção sensorial é diferente. morcegos dependem da ecolocação, enquanto que aves utilizam a visão. portanto, as porções do córtex relacionadas com a audição são grandes e complexas nos morcegos, enquanto as regiões relacionadas com interpretação de estímulos visuais são pequenas. no caso das aves as regiões corticais relacionadas com a visão são bem desenvolvidas.
4830
4831 <langue=br><sujet=potentiel-d-action><num=59><source=http://www.nuclear.radiologia.nom.br/trabalho/estudo/anatomia/pesquisa/papelfun.htm>
4832
4833 estudando fisiologia do trato digestório
4834
4835
4836 papel funcional.
4837
4838 a boca e responsável pela ruptura mecânica em grandes pedaços e lubrificação com saliva dos alimentos; faringe, responsável pela deglutição fazendo junção com o esôfago superior onde recebe o nome de esfíncter esofágico superior; esôfago, responsável pelo transporte de alimentos da faringe ao estômago onde possui a junção denominada de esfíncter esofágico inferior; no estomago, o antro e responsável pelo armazenamento inicial de alimentos, o corpo, responsável pelo armazenamento e secreção, o fundo, responsável pela mistura vigorosa do alimento com as secreções formando quimo semi-sólido e possuído o esfíncter pilórico que separa o estomago do duodeno; no intestino delgado, o duodeno e responsável pelo recebimento das secreções do fígado e pâncreas tendo importante função na regulação e coordenação geral do trato gastrointestinal, o jejuno, responsável pela absorção da maioria dos produtos finais da digestão, o ílio, sendo responsável pela reabsorção dos líquidos e fazer a junção com o intestino grosso através do esfíncter íliocecal; no intestino grosso, o cólon ascendente, transverso e descendente, são responsáveis pela absorção de líquido, o cólon sigmóide e responsável pelo armazenamento de fezes, o reto, responsável pelo armazenamento e eliminação de fezes e o ânus, sendo a abertura distal do intestino grosso sendo responsável pela eliminação das fezes possuído o esfíncter interno de controle simpático e o esfíncter externo de controle parassimpático.
4839
4840 funções secretoras e absortivas da mucosa.
4841 as células epiteliais do tubo gastrointestinal executam duas funções gerais: absorção e secreção. as células epiteliais do absortivas contêm numerosos sistemas de transporte e enzimas digestivas apicais (voltadas para o lúmen) e tem bombas de na,+-k+ em suas superfícies basolaterais. elas transportam açucares, aminoácidos e água do lúmen para o líquido intersticial e, depois, para o sangue capilar. as células epiteliais adjacentes têm junções fechadas em suas superfícies apicais que possibilitam a passagem de pequenos solutos mas impedem o movimento para o espaço intersticial.
4842 o tipo mais abundante de células secretoras, as células caliciformes, está distribuído por todo o tubo gastrointestinal. a região voltada para o lúmen das células caliciformes secretoras de muco tem grandes vesículas cheias de mucinas glicoprotéicas. quando a vesículas cheias de mucina sofre exocitose, a mucina liberada combina-se com a água, formando muco. no intestino, as células absortivas são mais numerosas, enquanto o revestimento do estômago é composto principalmente de células secretoras.
4843 a composição de mucinas e o ph do liquido aquoso que a acompanha são diferentes nas diferentes regiões do tubo gastrointestinal. em geral o líquido é semelhante no plasma, porém mais rico em hco3-, de modo que a camada mucosa que reveste o lúmen e ligeiramente alcalina. a proteção proporcionada pelo muco alcalino é mais importante para as células do estomago e da parte inicial do intestino delgado, especialmente o duodeno, porque o quimo acidificado proveniente do est6omago chega a essa região e seu ph só é neutralizado gradualmente pelas secreções pancreáticas. a intensidade da secreção de muco e de líquido aumenta com a ingestão de líquido. o muco também serve para aglomerar os materiais não-digeríveis no intestino grosso.
4844 muitas células exócrinas do tubo gastrointestinal estão localizadas nas glândulas da mucosa e submucosa e estão ligadas ao lúmen por meio de dutos. no estômago, porém, as aberturas das glândulas gástricas aparecem como fossas na superfície.
4845 o tubo gastrointestinal contém um número pequeno de células endócrinas ou endocriniformes, denominadas células enteroendócrinas ou argentafins, concentradas especialmente no estômago e no intestino delgado. essas células enteroendócrinas atuam como quimiorreceptoras ou mecanorreceptoras. sua superfície apical está em contato com o lúmen, onde microvilosidades sensoriais monitoram as propriedades químicas e físicas do quimo. muitas células enteroendócrinas secretam substancias no sangue que satisfazem a definição de um hormônio. entretanto, algumas dessas células liberam substâncias que agem localmente e não passam à circulação geral.
4846 em alguns casos, é quase impossível fazer-se a distinção entre um hormônio e um agente parácrino, por ser difícil determinar-se quão generalizadas são as ações do agente e onde estão localizados os receptores. dois agentes parácrinos muito conhecido, a histamina e a prostaglandina, tem efeitos opostos sobre a secreção gástrica de acido.
4847
4848 motilidade gastrintestinal
4849 a motilidade do tubo gastrintestinal divide-se em três categorias: peristaltismo, segmentação e movimentos de misturar das vilosidades e microvilosidades. o peristaltismo envolve ondas de contração e relaxamento que seguem por distâncias variáveis, dependendo da localização e da fase da digestão. a primeira fase do peristaltismo é a contração da camada muscular longitudinal e o relaxamento do músculo circular. na segunda fase, a camada muscular contrai-se e a camada longitudinal relaxa-se. esse padrão é repetido numa região adjacente à medida que a onda peristáltica se difunde ao longo do tubo gastrintestinal. em geral o padrão exato de ondas peristálticas faz o conteúdo mover-se na direção distal.
4850 a distancia percorrida pela onda é determinada em parte, pela eficácia das conexões elétricas entre as células musculares da região do sistema gastrintestinal que está sendo considerada. a onda de contração cria um gradiente de pressão que pode mover parte do conteúdo ao longo do tubo gastrintestinal. o peristaltismo só ocorre quando o sistema nervoso entérico está intacto. a propagação da onda é auxiliada pela distensão da parede do tubo pelo quimo. embora ocorra em todo tubo, o peristaltismo é mais forte na resposta de deglutição do esôfago (de modo que se pode deglutir até de cabeça para baixo), moderadamente forte no estômago e relativamente fraco no intestino.
4851 a segmentação ocorre apenas no intestino, onde domina os movimentos peristálticos. ela envolve contração e relaxamentos alternados da camada muscular circular numa região limitada do intestino, com o trecho de segmentação passando de um local a outro sem deslocar o conteúdo intestinal muito longe nas duas direções. como ocorre com a onda peristáltica de contração, a coordenação da segmentação é auxiliada pela estimulação mecânica decorrente da distensão. a conseqüência da segmentação é misturar e fazer circular o quimo, pela divisão periódica do intestino em segmentos.
4852
4853 músculo liso gastrintestinal
4854 as células musculares lisas do tubo gastrintestinal são tipicamente do tipo efetor unitário. as células musculares lisas gastrintestinais têm 50 a 100 ( de comprimento e 2 a 5 ( de largura. os potenciais de ação do músculo lisos têm amplitude menor e duração maior (10 a 20 milissegundos) que os neurônios, mas são mais breves que os potenciais de ação cardíacos. como no músculo cardíaco, uma corrente de ca++ dirigida para dentro é componente importante do potencial de ação nos músculos lisos. a velocidade de condução dos potenciais de ação ao longo das fibras musculares lisas é baixa, porque a ativação desses canais de ca++ é lenta.
4855 as células musculares lisas geralmente são dispostas em lâminas, orientadas longitudinalmente ou circularmente. a dupla orientação é necessária para a produção dos movimentos peristálticos e de segmentação. as células musculares lisas podem ser excitadas por potenciais de ação de outras células ou podem apresentar padrão intrínseco de despolarizações periódicas, denominadas atividade de marcapasso. em muitas partes do tubo gastrintestinal, essa atividade assume a forma de ondas lentas de despolarização. cada onda lenta dura de 3 a 20 segundos, dependendo da localização. as ondas lentas constituem o ritmo elétrico básico que controla a freqüência e a progressão das ondas peristálticas. grupos de células na camada muscular longitudinal atuam geralmente como os marcapassos das ondas lentas.
4856 as despolarizações das ondas lentas mantêm o nível de tensão tônica no músculo liso, mas essas despolarizações, por si só, não são suficientemente intensas par produzir contração apreciável. em certas condições, porém, uma onda lenta pode superar o limite de geração de potenciais de ação, caso em que um ou mais potenciais de ação ocorram durante a onda. esses potenciais de ação desencadeiam a contração do músculo liso. o músculo liso contrai-se lentamente e a força produzida depende do número de potenciais de ação que ocorre no pico da onda lenta.
4857 no intervalo entre os surtos de potenciais de ação desencadeados pelas ondas lentas, a tensão do músculo liso fica geralmente acima de zero, sendo designada como tônus basal. a maior parte do controle intrínseco da motilidade ocorre pela modificação do tônus co músculo liso gastrintestinal. a distenção produz duas respostas: (1) na ativação por estresse, uma distensão breve e vigorosa pode aumentar a força de contração e é um meio de dar início ao peristaltismo e à segmentação; (2) no relaxamento por estresse, o estômago e o colo intestinal podem ajustar seu volume para acomodar maior carga com pequeno aumento da pressão interna. as vilosidades são individualmente capazes de movimentar-se devido à presença de feixes de músculo liso na submucosa. o movimento das vilosidades é muito mais intenso na presença de alimento; a maior movimentação é atribuída a um hormônio, ainda não identificado, supostamente liberado por células endócrinas do tubo gastrintestinal.
4858 a estrutura das microvilosidades sugere que elas também podem ser capazes de movimento. cada microvilosidade contém 20 a 30 microfilamentos de actina, que se estendem por alguma distância pelo citoplasma apical das células epiteliais, região designada rede terminal. a actina esta envolvida na contração muscular e pode tornar possíveis a movimentação e a extensão das microvilosidades. o movimento das vilosidades e microvilosidades ajuda a reduzir o efeito da camada não misturada de líquido imediatamente adjacente à superfície apical das células. nessa camada, o movimento dos solutos é lento por ocorrer principalmente por difusão, e não por fluxo de volume.
4859
4860 controle neural e hormonal da motilidade
4861 tanto a segmentação como o peristaltismo são iniciados pelas despolarizações intrínsecas de células musculares lisas, mas, a coordenação das camadas musculares circular e longitudinal requer que o sistema nervoso entérico funcione como um cérebro visceral para o tubo gastrintestinal. a camada mucosa contém terminações de células sensoriais especializadas para a quimiorrecepção e mecanorrecepção. os corpos celulares dessas células receptoras ficam no plexo submucoso. os interneurônios entéricos transmitem informações entre o plexo submucoso e o plexo mientérico. neurônios efetores no plexo mientérico respondem aos sinais sensoriais, dando origem a respostas secretoras ou contráteis locais. alguns neurônios motores mientéricos inervam as camadas musculares longitudinais e circulares na musculatura externa e a musculatura da mucosa, enquanto outros fazem sinapse com os neurônios do plexo submucoso que controlam as células secretoras.
4862 o sistema nervoso entérico também e influenciado por estímulo do sistema nervoso autônomo. fibras pré-ganglionares parasinpáticas chegam ao plexo mientérico e ativam neurônios motores ou interneurônios, de modo a influenciar a contração ou secreção. o controle autonômico do suprimento circulatório do sistema gastrintestinal é coordenado no sistema nervoso central, de forma a corresponder aos estímulos para os músculos e glândulas, de modo que, quando a digestão é iniciada, um suprimento sanguíneo apropriadamente grande para o est6omago e o intestino favorece a captação dos nutrientes. alem disso, o sistema nervoso entérico possui receptores para vários hormônios que podem modificar seu funcionamento.
4863
4864 <langue=br><sujet=potentiel-d-action><num=60><source=http://www.icb.ufmg.br/fib/neurofib/engenharia/joao_henrique/sistema_muscular.htm>
4865 o sistema muscular
4866
4867 figura 1: músculos e tendões do corpo.
4868
4869
4870 introdução
4871
4872 esse trabalho não tem a pretensão de servir como base no estudo da anato-fisiologia muscular, mas como mera fonte de consulta a aspectos gerais dos mecanismos de contração muscular.
4873
4874 todos os assuntos abordados referem-se à contração dos músculos esqueléticos, responsáveis pelo acionamento voluntário de membros, além do involuntário – o ato reflexo.
4875
4876 foi tentado o uso de uma linguagem voltada à engenharia, fruto da abordagem de tópicos de biologia vistos por um estudante de engenharia de controle e automação. na medida do possível, são traçados paralelos entre a máquina humana – o tecido muscular, especificamente, e um sistema físico, com suas variáveis de processo, elementos controladores, atuadores e medidores.
4877
4878
4879 estruturas do tecido muscular
4880
4881 fibras musculares
4882
4883 o tecido muscular é formado por conjuntos de fibras musculares. na maioria dos músculos, se estendem por todo o comprimento do músculo, e cada uma é inervada por apenas uma junção neuro-muscular, localizada no meio da fibra. as fibras são formadas por milhares de miofibrilas, agrupadas em unidades funcionais denominadas sarcômeros.
4884
4885 figura 2: tecido muscular.
4886
4887 figura 3: fibra muscular vista no microscópio.
4888
4889 figura 4: músculos da coxa (feito a partir de peça real, com recursos de computação gráfica).
4890
4891 miofibrilas
4892
4893 são formadas por milhares de filamentos protéicos de miosina – filamentos delgados, e actina – filamentos grossos, sendo que esses últimos se encontram em quantidades duas vezes maiores que os primeiros. os filamentos protéicos são reunidos uns aos outros por estruturas denominadas discos (também chamadas linhas ou membranas) z.
4894
4895 figura 5: desenho esquemático da miofibrila.
4896
4897 retículos sarcoplasmáticos
4898
4899 estão presentes nos sarcômeros retículos endoplasmáticos especiais, denominados retículos sarcoplasmáticos. são bastante extensos e compostos por dois tipos de microtúbulos: os longitudinais e os do tipo t. esses últimos fornecem um meio de comunicação entre o exterior da fibra muscular e suas porções mais internas, pois contêm líquido extra-celular condutor, responsável pela condução dos impulsos elétricos.
4900
4901 figura 6: retículo sarcoplasmático.
4902
4903 fuso neuro-muscular
4904
4905 é composto de fibras musculares especializadas, as fibras intra-fusais. nelas, os filamentos contráteis estão presentes apenas nos pólos da célula, de modo que, ao se contraírem, essas fibras têm a sua porção central distendida. ao detectar alongamento passivo do músculo, o fuso neuro-muscular produz impulsos elétricos que atingirão a medula. esta retorna sinais ao músculo, fazendo com que ele mantenha um certo nível de contração muscular, denominado tônus muscular.
4906
4907 figura 7: desenho esquemático do fuso neuro-muscular.
4908
4909 figura 8: ação do fuso neuro-muscular: estiramento muscular x potenciais de ação.
4910
4911
4912 órgão tendinoso de golgi
4913
4914 o órgão tendinoso de golgi (otg) é um receptor de tensão muscular, e fica localizado no tendão do músculo esquelético. quando a tensão no tendão atinge um certo limiar, o otg dispara potenciais de ação nas fibras aferentes (que vão para a medula), e através de conexões com interneurônios inibitórios, produz inibição do músculo homônimo, que se relaxa, aliviando a tensão excessiva. trata-se de um medidor de um sistema realimentado, com rápida resposta. percebe-se a ação dessa malha de controle quando estamos carregando um objeto muito pesado e, de repente, o soltamos, como se nosso músculo tivesse sido desligado abruptamente. o também chamado aparelho tendinoso de golgi também impede que danifiquemos nosso próprio tecido esquelético ou muscular com contrações exageradamente fortes.
4915
4916
4917 processo de contração muscular
4918
4919 após a descoberta dos filamentos protéicos (actina e miosina), alguns pesquisadores passaram a acreditar que a contração muscular se daria por encurtamento desses filamentos. mais tarde surgiu a teoria dos filamentos deslizantes.
4920
4921 segundo essa teoria, os filamentos não se encurtam, mas deslizam uns sobre os outros. após receber um estímulo químico – gerado anteriormente por um impulso nervoso, os filamentos mais finos ligam-se à extremidade dos mais grossos (denominada cabeça). assim, os filamentos grossos sofrem uma deformação – com gasto de energia, que resulta no deslocamento horizontal do conjunto. após esse deslocamento, há o desligamento dos filamentos. o processo se repete entre vários filamentos, até quando persistir a ação química proporcionada pelo estímulo elétrico, o que garante a contração muscular. o tempo de resposta de uma fibra muscular gira em torno de 3 ms.
4922
4923 a substância que proporciona a deformação protéica necessária para o ligamento dos filamentos finos e grossos é o cátion de cálcio (ca 2+). ele se encontra estocado dentro dos retículos sarcoplasmáticos, nos túbulos longitudinais. o potencial de ação age diretamente sobre as paredes do túbulo longitudinal, fazendo com que liberem cálcio. entretanto, o cálcio não permanece no interior das miofibrilas por muito tempo: tão logo a corrente elétrica causadas pelo potencial de ação tenha passado, os túbulos longitudinais reabsorvem quase que imediatamente os íons de cálcio. no fim desse pulso, o cálcio é bombeado de volta, com conseqüente gasto de energia, e o músculo relaxa imediatamente.
4924
4925 o impulso elétrico, além de controlar o início e o término do processo, também faz uma modulação na amplitude da contração: quanto maior a sua freqüência, mais intensa será a contração das fibras musculares. quando o músculo é estimulado a altas freqüências, ele não é mais capaz de relaxar entre contrações sucessivas: isso causa fusão das contrações; com estímulos a 100 hz, por exemplo, ocorre uma única contração sustentada, que é chamada de tétano fundido . gerado no cérebro ou na medula, o estímulo nervoso percorre um caminho pré-determinado na rede de neurônios até atingir o alvo: a placa motora, onde ele age. a interface nervo/músculo é denominada junção neuro-muscular. aqui o potencial elétrico é denominado potencial de ação.
4926
4927 esse potencial de ação é propagado rapidamente pela superfície da fibra e conduzido para o seu interior pelos túbulos t . eles recebem essa denominação devido ao seu formato, ideal para penetrar nas regiões mais profundas da fibra muscular.
4928
4929 uma unidade motora é o conjunto formado por um motoneurônio – neurônio que se liga à placa motora, com as fibras musculares por ele inervadas. já foi demonstrado que durante o aumento progressivo de força de uma contração muscular, unidades motoras progressivamente maiores vão sendo recrutadas.
4930
4931 há uma relação entre tempo de resposta e resistência à fadiga: quanto mais rápida a resposta, mais suscetível à fadiga é o músculo, e vice-versa. a panturrilha, por exemplo, tem contração lenta, embora resista mais. os músculos extra-oculares, por outro lado, são mais rápidos, e mais fatigáveis também.
4932
4933 os músculos não são capazes de se contrair e relaxar de modo suficientemente rápido para acompanhar variações grandes na freqüência de disparo de estímulos aplicados ao nervo motor. é como se houvesse, na entrada do sistema muscular, um filtro passa-baixas, permitindo somente as respostas a estímulos de baixas freqüências. quando há a necessidade de realização de movimentos bruscos, ocorre uma engenhosa alternância na contração de músculos antagonistas.
4934
4935
4936 arco reflexo
4937
4938 o arco reflexo medular representa o nível mais simples, na hierarquia dos mecanismos de controle motor. a medula espinhal recebe estímulos sensoriais do músculo, e envia impulsos motores para ele. um exemplo de arco reflexo é o reflexo patelar , no qual há uma súbita contração do músculo mediante um estímulo direcionado ao tendão do joelho.
4939
4940 alguns músculos possuem, em suas entranhas, o fuso neuro-muscular. a ele são ligadas fibras nervosas que se dirigem à medula espinhal.
4941
4942 ao receber os impulsos elétricos provenientes de um fuso neuro-muscular, a medula gera potenciais de ação nos axônios motores, e o músculo irá se contrair, retornando ao comprimento inicial. as fibras intra-fusais são capazes de gerar potenciais de ação com freqüências que refletem fielmente tanto o comprimento inicial e final do músculo que se alonga (aspectos estáticos do alongamento), quanto a velocidade com que se processa tal alongamento (aspectos dinâmicos do alongamento).
4943
4944 como vemos, o arco reflexo simples visa fornecer um mecanismo de manutenção do comprimento do músculo dentro de parâmetros constantes. o arco reflexo simples, é, pois, um exemplo de mecanismo servo, com realimentação.
4945
4946
4947 figura 9: desenho esquemático da malha de controle que envolve músculo, tendão, fuso muscular e fibras nervosas.
4948
4949
4950 tipos de contração muscular
4951
4952 contração muscular isométrica
4953
4954 nesse tipo de contração, o comprimento do músculo não se altera –não ocorre deslizamento das miofibrilas nem realização de trabalho. o gasto de energia é menor.
4955
4956 contração muscular isotônica
4957
4958 aqui há o encurtamento do músculo, mas a tensão sobre ele permanece constante. acontece na movimentação de uma carga, o que envolve princípios de inércia: o peso deve ser primeiramente acelerado – o movimento continua mesmo após o término da contração. sua duração é maior que a contração isométrica. os músculos podem contrair-se tanto isométrica quanto isotonicamente. mas a maioria das contrações é uma mistura dos dois tipos.
4959
4960
4961 fadiga muscular
4962
4963 a contração forte e prolongada de um músculo leva-o ao estado de fadiga muscular. isso decorre da incapacidade dos processos metabólicos e contráteis das fibras musculares em continuarem proporcionando o mesmo trabalho. o nervo continua a funcionar adequadamente, os impulsos nervosos passam normalmente através da junção neuro-muscular, mas a contração vai se tornando cada vez mais débil por causa do decaimento do fornecimento de energia pelas mitocôndrias das fibras musculares. a interrupção do fluxo sangüíneo para um músculo leva-o rapidamente à fadiga em aproximadamente um minuto, devido à evidente perda de suprimento nutritivo.
4964
4965
4966 hipertrofia e atrofia musculares
4967
4968 hipertrofia
4969
4970 ocorre quando há atividade muscular excessiva ou forçada, culminando, a médio ou a longo prazo, num aumento do tamanho do músculo.
4971
4972
4973 atrofia
4974
4975 ocorre sempre que um músculo não é usado, ou quando o é apenas para contrações muito fracas. assim, quando um membro é imobilizado por muito tempo, como acontece em fraturas e paralisias, o músculo em questão se atrofia.
4976
4977 uma maneira de realizar hipertrofia ou evitar a atrofia de músculos é a utilização da ginástica passiva. ela é realizada através de aparelhos que geram pulsos elétricos sincronizados e com a intensidade certa – sinais devem chegar com amplitudes maiores que 80mv na membrana da fibra muscular, para causar despolarização da membrana e conseqüente disparo do processo de contração muscular. esses pulsos são aplicados diretamente sobre o músculo, através de eletrodos ligados à superfície da pele. porém, o efeito não é o mesmo. além da atenuação do sinal devido à passagem pela pele – o que pode ser corrigido através de um aumento da amplitude do sinal aplicado, o sinal não atinge de modo satisfatório o interior das fibras. como resultado, o músculo não é exercitado por igual.
4978
4979
4980 músculos x malhas de controle
4981
4982 o sistema muscular apresenta diversas malhas de controle cujo controlador é o sistema nervoso central – quer seja a medula, em movimentos involuntários, quer seja o cérebro, quando abordados movimentos voluntários. os atuadores, para todas as malhas de controle dentro do sistema, sempre serão as fibras musculares. as medições – informações sobre o estado atual da máquina , são feitas periodicamente, no caso de malhas realimentadas. os elementos responsáveis por esta etapa do processo são o aparelho tendinoso de golgi e o fuso neuro-muscular, se considerarmos elementos apenas do sistema muscular. sua ação limita-se a malhas de controle para movimentos involuntários. para movimentos voluntários, observam-se órgãos não pertencentes ao sistema, como olhos e pele. em controle de arco reflexo de dor (movimento involuntário), os sensores de dor sob a pele fazem o papel dos medidores.
4983