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Bioeletricidade

Bioeletrogênese

Atividade elétrica na célula animal

Biofísica – Bio 2019 - FCAV/UNESP

Papel fisiológico dos eventos elétricos

Células excitáveis:

❖ neurônios

❖ células musculares

❖ células sensoriais

Importância na área biológica:

ECG

EEC

EM

Importância na área médica

❖ funcionamento dos sistemas biológicos

Sistema nervoso

Características gerais da sinalização

celular

Funções do sistema nervoso:

• receber e processar informações;

• analisá-las;

• gerar respostas coordenadas para controlar

comportamentos complexos.

1. Recepção e codificação das informações

2. Transmissão das informações – via neuronal

3. Processamento das informações – SNC

4. Efetuação de respostas

Fases do funcionamento do sistema nervoso

Receptores

Estímulos externos e

internos

Transmissão

Processamento

Transmissão

Resposta aos

Estímulos

Efetores

SNC

Requisitos para o funcionamento do sistema nervoso

Estruturas especializadas.

Transformação de energia.

Codificação das informações ➔ linguagem

do sistema nervoso ➔ sinais elétricos ➔

código neural.

Alterações eletroquímicas de ponto a

ponto.

SISTEMA NERVOSO CENTRAL (SNC)

• Encéfalo

• Medula

SISTEMA NERVOSO PERIFÉRICO

a) Sensitivo (aferente: periferia para o SNC)

- somático.

- visceral.

b ) Motor (eferente: SNC para periferia)

- somático: musculatura esquelética.

- autônomo: musculatura lisa visceral,

musculatura do coração e glândulas

exócrinas.

O sistema nervoso é dividido anatomicamente em:

O tecido nervoso é formado por dois tipos de células:

- Neurônios

- Células da glia (Gliócitos)

NEURÔNIO

ANATOMIA DE UM NEURÔNIO

REDE DE NEURÔNIOS

SINAPSES

CÉLULAS DA GLIA

Astrócitos

nutrição;

sustentação;

regulação iônica.

Oligodendrócitos

síntese de mielina.

Microgliócitos

Defesa (função fagocitária).

Astrócitos

nutrição;

sustentação;

regulação iônica.

SNC: Oligodendrócitos

Oligodendrócitos

síntese de mielina.

Relação do Sistema Nervoso Central e Periférico

Organização do Sistema Nervoso

Neurônios sensoriais (aferentes)

Neurônios motores somáticos

(eferentes)

Neurônios motores viscerais

(eferentes)

Composição iônica intra e extracelular

O K+ é principal íon intracelular.

O Na+ e o Cl- são os principais íons extracelulares.

Distribuição iônica determina a polaridade da célula

Potenciais biológicos

Importância biológicaAssimetria iônica

Potenciais biológicos através das membranas estabelecem uma

diferença de potencial (d.d.p.) estável nas células animais.

Esta d.d.p. possibilita o estabelecimento de fenômenos

bioelétricos essenciais à vida celular.

Forças que determinam o movimento dos íons

Na+

K+

1

2

Contribuição da bomba de Na+ K+ para a manutenção do

potencial de repouso

Potencial de repouso (Vrep ou Vm)

Movimentos do Na+ e K+ durante o potencial de repouso

Potencial de repouso

Potencial de membrana

OU

Potencial de repouso ➔ potencial medido quando nenhum

evento ativo está ocorrendo (varia de -20 a -100 mV).

Membranas das células excitáveis (neurônios, células

musculares e sensoriais) respondem a estímulos com

alterações na d.d.p. gerando um impulso elétrico (Potencial

de ação).

IMPULSOS ELÉTRICOS - gerados no corpo celular/dendritos - propagados

para o axônio.

4 5 6 7

Transmissão de Impulsos Elétricos (P.A.)

Potencial de Ação (PA)

• Alterações rápidas no Vm que se propagam pelo

axônio sem redução da intensidade ➔ evento

“tudo ou nada”.

• Geração do potencial de ação depende:

Presença de CANAIS IÔNICOS VOLTAGEM DEPENDENTES

✓ Permitem a passagem de íon específico.

Originam correntes iônicas que fluem através da

membrana.

Ex.: Canais de Na+ e canais de K+➔ mais

importantes na produção de um PA.

Potencial de ação

A alteração temporária no potencial de membrana mostra que

o neurônio é eletricamente excitável.

Potencial de repouso Hiperpolarização

Despola

rização R

epola

rização

Potencial de ação

Potencial de ação

Despolarização

Repolarização

Hiperpolarização

Potencial de repouso- 70 mV

- 70 mV

- 55 mV

+ 35 mV

- 70 mV

- 85 mV

Movimento de íons

Potencial de ação

REPOUSO

Bomba Na+ / K+

Bomba Na+ / K+

HIPERPOLARIZAÇÃO

REPOUSO

Bomba Na+ / K+

Potencial de ação (fases)

Anestésicos locais bloqueiam a condução do PA nos

axônios sensoriais, por se ligarem a sítios específicos

dentro dos canais de Na sensíveis a voltagem, reduzindo a

capacidade de despolarização da membrana .

Cocaína - primeiro anestésico a ser usado, mas por causa

da toxicidade e potencial para dependência, alternativas

foram desenvolvidas.

O primeiro análogo sintético da cocaína usado para

anestesia local, a procaína, foi produzida em 1905.

Outros anestésicos locais deste tipo incluem a lidocaína e

a tetracaína

POTENCIAL DE AÇÃO DE UMA CÉLULA CARDÍACA

Despolarização

(platô) – abertura dos

canais “rápidos” de

sódio e “lentos” de

cálcio.

Estímulo sublimiar

Estimulo limiar

Estímulo supra-limiar

O que determina o potencial de

ação?

(ESTÍMULO LIMIAR → corrente de estimulação

suficiente para desencadear um PA.

EVENTO TUDO-OU-NADA

Estímulo sublimiar (E1, E2): não causa PA.

Estimulo limiar (E3): causa um único PA.

Estímulo supra-limiar: causa mais de 1 PA, sem alterar a

amplitude.

Uma vez iniciado o PA, é impossível impedi-lo de acontecer.

E1 E2

E3

Limiar de excitabilidade

Lei do tudo ou nada

Estímulo

Potencial local

Potencial graduado

Fluxos iônicos durante

o potencial de ação

Fluxos iônicos

durante o potencial

de ação

Alterações

eletroquímicas ponto- a-

ponto

PA vai sendo propagado

pela célula

Impulso elétrico

Transmissão do impulso elétrico (PA)

SENTIDO ORTODRÔMICO

(corpo celular ➔ axônio)

Transmissão do impulso elétrico (PA)

Mielinização dos axônios

Células de Schwann (periféricos)

Oligodendrócitos (glia)

Célula de Schwann

Nódulo de Ranvier

Bainha de mielina

Bainha de mielina

Potencial de ação nas fibras com mielina

Informação chega rapidamente ao SNC, onde é

processada

Condução saltatória

Potencial de ação nas fibras com mielina

Condução saltatória

Neurônio amielinizado

Sensação de DOR LENTA

Conduzida por neurônios

amielinizados

Informação é transmitida

ponto-a-ponto

Velocidade de

transmissão

Aula prática

Bioeletrogênese em peixes

Tuvira

Nome Popular: Tuvira / Sarapó

Nome Científico: Gymnotus carapo

Família: Gymnotidae

Habitat: América do Sul: da

Amazônia ao Norte da Argentina

Poucos volts

Poraquê (o que faz dormir)

Electrophorus electricus

Gymnotidae

Bacia Amazônica

600 volts

Eletrolocação e eletrorrecepção

• Água turva;

• Visibilidade precária;

• Visão pouco desenvolvida.

Vantagens

• Explorar o meio quando a visão é

inadequada

• Independe do ciclo diurno-noturno

Desvantagens

• Alcance limitado (poucos

metros)

Formação de campo elétrico

Órgão elétrico – tecido muscular

modificado ou neurônios

especializados.

Eletroplacas empilhadas (5000

a 10.000) de cada lado do corpo

Dispara um fluxo continuo de

pulsos, a frequência variável;

Durante cada descarga, a

extremidade da cauda fica

momentaneamente negativa em

relação à cabeça.

Uma corrente elétrica flui em

direção à água ao redor.

Eletrorrecepção Configuração do campo elétrico depende

da condutividade do meio e é distorcida

se um objeto com condutividade superior

ou inferior à água for introduzido no

campo

Objeto Linha de fluxo de corrente

Condutividade mais alta convergem

Condutividade mais baixa divergem

Peixe nariz de elefante