bioeletrogenese e potencial de repouso marques

Fenômenos Elétricos das Células

Biofísica Aplicada a BiomedicinaProf. Dr. Marcio F. M. Alves

A Eletricidade Animal

A Eletricidade Animal

• Luigi Galvani

– Observou a contração da pata da rã decapitada, quando a pata tocava um ferro próximo ao balcão

– Ele também aplicou choques em rãs mortas, produzindo contração muscular

– Observou que os músculos também se contraiam com a estimulação dos nervos

A Eletricidade Animal

• Alejandro Volta

– Em 1800, concluiu que os metais podiam conduzir eletricidade e construiu o primeiro gerador químico de eletricidade

– Ele concluiu que os músculos e os nervos são apenas condutores de eletricidade

A Eletricidade Animal

• Galvani e Volta

– As estruturas nervosas são capazes de iniciar e de propagar estímulos elétricos e estes participam decisivamente na promoção da resposta contrátil muscular

A Eletricidade Animal

• Registro do fenômeno elétrico no coração

– Waller (1887, 1899)

• Descobriu que os batimentos cardíacos ocorriam concomitantemente com o aparecimento de correntes elétricas e que elas podiam ser detectadas na superfície do corpo

A Eletricidade Animal

• Registro do fenômeno elétrico no coração

– Einthven (1913)

• Inventou o galvanômetro de mola

• Registrou pela primeira vez as correntes elétricas no corpo corpo humano

– Primeiros eletrocardiogramas

A Eletricidade Animal

• Potencial transmembrana– A membrana das células vivas se encontra

submetida a uma diferença de potencial– Células não excitáveis

• Potencial de membrana constante de -20mV

– Nervos e músculos• Potenciais chegam a -90mV

– Célula quiescente• Potencial de repouso

O Potencial de Repouso

• O campo elétrico no interior das membranas biológicas vivas

– Rigidez dielétrica das membranas

• A membrana celular tem uma rigidez dielétrica suficientemente alta para permitir o desenvolvimento de um campo elétrico

• Aparecimento de força elétrica de grande magnitude

O Potencial de Repouso

• Parâmetros elétricos da membrana celular

– Capacitância das membranas

• Por separa dois meios condutores, as membranas têm propriedades capacitivas

– Resistência das membranas

O Potencial de Repouso

• A assimetria iônica existente nos meios separados pela membrana celular– O potencial de repouso é gerado em virtude de a

membrana apresentar permeabilidade diferente a certos íons

– Pela assimetria na distribuição de iônica entre os lados intra e extracelular

– Bomba de Na/K - eletrogênica

O Potencial de Repouso

• A suspeita de DEAN

– A membrana superficial das células, mesmo em repouso, é permeável a vários íons

– Baixa concentração de sódio e alta concentração do potássio no meio extracelular

– Levantou a suspeita de que esses íons podiam estar sendo bombeados

O Potencial de Repouso

• Transporte ativo– Bomba de sódio e potássio

• Funciona como uma “porta giratória”• Para que o Na+ saia da célula, o K+ tem que ser

transportado para o seu interior (transporte acoplado)• Para cada molécula de ATP gasta, três íons sódio são

removidos da célula e dois íons K são levados para dentro dela

• A cada ciclo uma carga positiva é transferida para o meio extracelular

• Gera um potencial transmembrana

Potencial de Equilíbrio

• Potencial de equilíbrio de um íon

– É a diferença de potencial existente entre as faces de uma membrana permeável ao íon, quando o fluxo desse íon é nulo, isto é quando é nulo o gradiente eletroquímico do íon dos dois lados da membrana

Potencial de Repouso

• Potencial de repouso das fibras nervosas

– Quando não estão transmitindo sinais nervosos

• Potencial = -90 milivoltes

• O potencial dentro da fibra é 90 milevoltes mais negativo que o potencial no lado extracelular da fibra

Potencial de Membrana

Potencial de DifusãoFibra Nervosa Fibra Nervosa

Potencial de Repouso

• Bomba de sódio e potássio

– Está localizada na membrana celular

– Bombeia sódio (Na+) para fora da célula

– Bombeia potássio (K+) para dentro da célula

– Bombeia três Na+ para fora e dois K+ para dentro

– Bomba eletrogênica

Bomba de Sódio e Potássio

Potencial de Repouso

• Gradiente de concentração Na/K

– Na+ (fora) = 142 mEq/L– Na+ (dentro) = 14 mEq/L

– K+ (fora) = 4 mEq/L– K+ (dentro) = 140 mEq/L

Extravasamento de Potássio

Origem do Potencial de Repouso

• Contribuição da difusão do potássio

– Olhando apenas o movimento do potássio

• Difusão de íons K por canais abertos

• Razão entre potássio dentro e fora da célula é de 35 para 1

• Caso o íon potássio fosse o único fator causador do potencial de repouso, o potencial resultante seria -94 mV

Potencial do potássio

Origem do Potencial de Repouso

• Contribuição da difusão do sódio– Olhando apenas o movimento do sódio

• Potencial de membrana para o sódio = +61 mV

• Razão entre sódio dentro e fora da célula é de 0.1

• A permeabilidade da membrana para o sódio é 100 vezes menor do que para o potássio

• Quando combinados, sódio e potássio, o potencial interno da membrana é -86 mV

Potencial do Sódio e de Potássio

Origem do Potencial de Repouso

• Contribuição da bomba sódio/potássio

– Fluxo contínuo de 3 íons sódio para fora para cada 2 íons potássio para dentro

• Causa uma perda contínua de cargas positivas

• Causa uma negatividade no interior da célula em cerca de -4 mV

Origem do Potencial de Repouso

• Resumindo:– Os potenciais de difusão, sozinhos, causados pela

difusão do sódio e do potássio, resultam em um potencial de membrana de cerca de -86 mV

– Quase todo esse potencial se deve a difusão de potássio

– A bomba de sódio/potássio adiciona mais – 4mV

– O potencial da membrana no repouso é de -90mV