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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 3 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. 6 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. 8 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. 10 11 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. 17 18 pode-se imaginar a membrana celular como um capacitor no qual duas soluções condutoras estão separadas por uma delgada camada isolante - a membrana. 19 20 21 <langue=br><sujet=potentiel-de-repos><num=33><source=http://www.conhecer.org.br/enciclop/2006/bioeletrogenese.pdf> 22 23 bioeletrogênese e potencial de repouso: a 24 importância vital dos fenômenos elétricos nas células 25 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. 177 178 179 <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). 318 319 320 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. 327 328 329 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 1ª - 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 2ª - 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 3ª - 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 90º 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 90º 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 60ºc, 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 (60ºc 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 100ºc, 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 ºc. 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 (100ºc, 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 100º, 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 37ºc 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 ¾ a diferença de potencial é zero ¾, 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 ¾ capacitância ¾ 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 ¾ isolante 3133 dielétrico ¾ 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 ºc): 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 2ª 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+ ¾ solução 3743 polarizante ¾ 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 ¾ hipoglicemiantes 3760 orais ¾ 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 1º c e 6º 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)¹, 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 ¹a 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 cl¯ , 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