Neurofisiologia Células Nervosas Princípios da condução nervosa Neurotransmissão e Sistemas...

NeurofisiologiaNeurofisiologia

• Células NervosasCélulas Nervosas

• Princípios da condução Princípios da condução nervosanervosa• Neurotransmissão e Sistemas Neurotransmissão e Sistemas ModulatóriosModulatórios

• Sistemas de Reforço e Sistemas de Reforço e Dependência QuímicaDependência Química

• O Encéfalo, tronco encefálico, medula O Encéfalo, tronco encefálico, medula espinhal e sistema nervoso periféricoespinhal e sistema nervoso periférico

Células NervosasCélulas Nervosas

• NeurôniosNeurônios

• GliasGlias

ASTRÓCITOS

OLIGODENTRÓCITOS

MICRÓGLIA

CÉLULAS DE SCHWANN

SENSORIAIS

MOTORES

EFETORES

MODULADORES

Células NervosasCélulas Nervosas

NeurôniosNeurônios

Células NervosasCélulas Nervosas

Células NervosasCélulas Nervosas

NEURÔNIOS BIPOLARES :

Possuem 2 processos.

MULTIPOLARES:Possuem vários dendritos e um axônio

Neurônio motor.

PSEUDOUNIPOLAR:Axônio como um “T”

Neurônios sensoriais

Células Células NervosasNervosas

Células Células NervosasNervosas

Figure 4-18b, Sherwood, 2001

TERMINAIS PRÉSINAPTICOS CORPO CELULAR DO NEURÔNIO PÓS-SINAPTICO

Células NervosasCélulas Nervosas Neuroglia ou células Neuroglia ou células GliasGlias

• 100 bilhões de Neurônios

• 10x mais células gliais!

Dão suporte aos neurônios:

Recobrem os neurônios com mielina

“Limpam” o ambiente sináptico

FUNÇÃO DAS CÉLULAS GLIAS

Fornece sustentação física

Seleciona e disponibiliza Nutrientes

Modulam a atividade elétrica dos Neurônios

Aumenta a velocidade de condução do impulso

nervoso

Células NervosasCélulas Nervosas

OligodendrócitosOligodendrócitos

Células NervosasCélulas Nervosas

AstrócitoAstrócitoss

Formação da Formação da barreira hemato-barreira hemato-

encefálicaencefálica

Células NervosasCélulas Nervosas

Microglias e Células Microglias e Células EpendimaisEpendimais

Células Células NervosasNervosasCélulas de Schwan (SNP)Células de Schwan (SNP)

Células NervosasCélulas Nervosas

Células de Schwan (SNP)Células de Schwan (SNP)

Princípios da condução Princípios da condução nervosanervosa

• SinapsesSinapses

• Potencial RepousoPotencial Repouso

• Condução do Impulso Nervoso Condução do Impulso Nervoso pelos Nervos Mielinizadospelos Nervos Mielinizados

• Potenciais pós-Potenciais pós-sinápticossinápticos• Potencial AçãoPotencial Ação

SinapsesSinapses

• Tipos de SinapsesTipos de Sinapses

• Seqüência de Eventos na Transmissão Seqüência de Eventos na Transmissão

SinápticaSináptica

• Tipos de SinapsesTipos de Sinapses

Tipos de Tipos de SinapsesSinapses

• Sinapses Sinapses QuímicasQuímicas

• Sinapses ElétricasSinapses Elétricas

SinapseSinapse ElétrticaElétrtica

Junções do tipo “Gap”, formadas por

2 hemicanais (conexons), cada um

com 6 subunidades(conexinas)

Baixa resistência Alta condutância

Estimulação na fibra pré-sinaptica

Pulso de corrente para a fibra pré

Cél. pré

Cél. pós

Transmissão elétrica é virtualmente instantânea

Fluxo de corrente

Sinapse Sinapse ElétricaElétrica

Figura 11.1 A, Kandel et al. , 1995

Sinapse QuímicaSinapse Química

Sinapses podem ter

mais de uma zona ativa no

terminal

Axo-dendríticaAxo-dendrítica

Axo-somáticaAxo-somática

Axo-axônicaAxo-axônica

Ricardo Miledi e Bernard Katz Ricardo Miledi e Bernard Katz anos 60anos 60

Aumento do CaAumento do Ca2+ 2+ extracelular extracelular provoca a liberação quântica provoca a liberação quântica

(pacotes de NT), e a sua redução, (pacotes de NT), e a sua redução, diminui até o bloqueio completo.diminui até o bloqueio completo.

2.Registro2.Registro 1.Voltagem-fixada1.Voltagem-fixada

3.Registro3.Registro

33

22

11

Seqüência de Eventos na Seqüência de Eventos na

Transmissão SinápticaTransmissão Sináptica

• Observado nos terminais pré-Observado nos terminais pré-sinápticos por microscopia sinápticos por microscopia eletrônica .eletrônica .

• Contendo Neurotransmissores, Contendo Neurotransmissores, aproximadamente 5.000 em uma aproximadamente 5.000 em uma vesícula (quantum)vesícula (quantum)

• A liberação evocada é Quântica e A liberação evocada é Quântica e produz Potenciais Pós-Sinápticosproduz Potenciais Pós-Sinápticos

Vesículas SinápticasVesículas Sinápticas

Figura 5.3, Bear, 2001

ME da Sinapse ME da Sinapse QuímicaQuímica

Zona Ativa

mitocondriamitocondria

Terminal Pré-Sináptico

Terminal Pós-Sináptico

Vesículas

Outras Outras vesículas, vesículas, filamentos filamentos de actinade actina

Sinapsina ISinapsina I

CAMK-II

SinaptotagminaSinaptotagmina

SinaptobrevinaSinaptobrevina

Proteínas da Proteínas da MPMP

SinaptofisinaSinaptofisina

rab 3rab 3

CitoplasmaCitoplasma

SV2SV2

Transportador de

Transportador de

Neurotransmissor

Neurotransmissor

Bomba de Bomba de prótonsprótons

ATPATP

ADPADP+Pi+Pi

HH++Lúmen vesicularLúmen vesicular

v-SNAREsv-SNAREs se liga com se liga com t-SNAREs t-SNAREs para acoplar as para acoplar as membranas e induzir a fusão (exocitose).membranas e induzir a fusão (exocitose).

SNARE: Proteínas SNARE: Proteínas Direcionadoras da FusãoDirecionadoras da Fusão

v-SNAREs

t-SNAREs

6.1

Transportador vesicular

Transportador de membrana

Neurônio pré-sináptico

Célula Glial

Receptores pós-sinápticos

Neurônio pós-sináptico

Enzima de metabolização

Transportador de membrana

Auto-Receptores

Precursores para síntese de

sinalizadores

Rab: previne o Rab: previne o ancoramento ao ancoramento ao poro de fusão. poro de fusão. Necessita de Necessita de atividade atividade GTPásicaGTPásica

Entrada de Ca2+ e a CAMKII: Entrada de Ca2+ e a CAMKII: Fosforila a actina:Fosforila a actina:

mobilização das vesículas do mobilização das vesículas do compartimento de estocagem compartimento de estocagem para o compartimento de para o compartimento de liberação. liberação.

AtracamentoAtracamento

Potenciais da membranaPotenciais da membrana

• Potencial de RepousoPotencial de Repouso

• Potenciais Graduados ou Potenciais Potenciais Graduados ou Potenciais pós-sinápticospós-sinápticos

• Potenciais de AçãoPotenciais de Ação

MOVIMENTOS DE ÍONSPELA MEMBRANA

PLASMÁTICA

DIFUSÃO

(Gradiente Químico) (Gradiente/Corrente Elétrica)ELETRICIDADE

CANAIS IÔNICOSCanais de Na, K, Ca, Cl

BOMBAS IÔNICASBomba de Na/K

Bomba de Ca2+

MEMBRANA PLASMÁTICAPROTEÍNAS DE MEMBRANA!

CORRENTE ELÉTRICA = I (ampéres)

Corrente iônica ou fluxo iônico: movimento de íons por canais iônicos

É o movimento de elétrons ou íons (partículas carregadas) induzido por um campo elétrico: “cargas opostas se atraem e cargas iguais de repelem”

RESISTENCIA ELÉTRICA = R (ohms)A resistência da membrana plasmática é dada pelos Fosfolipídeos (gordura)

CONDUTÂNCIA ELÉTRICA = g (siemens)É a capacidade relativa que uma partícula elétrica (íon) pode migrar (fluir) de um ponto ao outro

A condutância da membrana plasmática é dada pelos CANAIS IÔNICOS

POTENCIAL ELÉTRICO OU VOLTAGEM = V (volts)É a força ou impulso exercido sobre a partícula carregada e reflete a diferença de carga entre o ânodo e o cátodo.Quanto Maior a diferença de potencial/ Maior é o fluxo/corrente iônica

Essa diferença de potencial ocorre os dois compartimentos (interno e externo) separados pela Membrana Plásmatica

POTENCIAL DE AÇÃO NA TEORIA

I = g V

Expressão de Ohm I=gV

Condutância do íon = está associada a permeabilidade

CorrenteIônica = passa pelos canais

Voltagem = voltagem real da membrana menos voltagem do potencial de equilíbrio do ìon

• Movimento de líquido de íon gera uma corrente iônica

• O Número de canais para o íon abertos é proporcional a condutância elétrica deste íon = g

• Aqui temos a força impulsora do íon. Quanto maior essa diferença maior é a força impulsora!

Movimento dos íons é gerado:

Membrana sem canais tem condutância zero

(1) Existência de Canais permeáveis aos íons

(2) Existência de uma diferença de potencial elétrico através da membrana

Para forçar os íons a cruzar a membrana é preciso:

DIFUSÃO

FACILITADA PELOS CANAIS IÔNICOS

POTENCIAL DE EQUILÍBRIO DE UM NEURÔNIO

A FACE INTERNA DA MEMBRANA DE UM DADO NEURÔNIO TENDE A SER 65X (VEZES) MAIS NEGATIVA QUE A FACE EXTERNA = -65 mV

EQUILÍBRIO ELETROQUÍMICO DO POTÁSSIO EM UMA MEMBRANA SELETIVAMENTE PERMEÁVEL (K)

EQUILÍBRIO ELETROQUÍMICO DO SÓDIO EM UMA MEMBRANA SELETIVAMENTE PERMEÁVEL (Na)

AQUI TEMOS O ESTADO DE EQUÍLIBRIO

ONDE AS FORÇAS DE DIFUSÃO E ELÉTRICA SÃO IGUAIS E OPOSTAS

QUAL O POTENCIAL DE MEMBRANA?

QUAL A CONCENTRAÇÃO DOS ÍONS ENTRE OS COMPARTIMENTOS SEPARADOS PELA MEMBRANA?

FORÇAS QUE CRIAM OS POTENCIAIS DE MEMBRANA

ExRTzF

log[X] externa

[X] interna

=

Potencial de equilíbrio do íon

OBS : quando o gradiente químico se equipara com o

gradiente elétrico

Temperatura absoluta (Kelvin)Constante dos gases

Constante de Faraday

Valência do íon permeante

(carga elétrica)

Concentração externa do íon

Concentração interna do íon

EQUAÇÃO DE NERNST OBS : determina o equilíbrio eletroquímico de um dado íon

ExRTzF

log[X] externa

[X] interna

=

Potencial de equilíbrio do íon

OBS : quando o gradiente químico se equipara com o

gradiente elétrico

Temperatura absoluta (Kelvin)Constante dos gases

Constante de Faraday

Valência do íon permeante

(carga elétrica)

Concentração externa do íon

Concentração interna do íon

Ek581

log[1mM] externa

[10mM] interna

=

Potencial de equilíbrio do íon

OBS : quando o gradiente químico se equipara com o

gradiente elétrico

Temperatura absoluta (Kelvin)Constante dos gases

Constante de FaradayValência do íon permeante

(carga elétrica)

EQUAÇÃO DE NERNST Aplicada a concentrações hipotéticas de K,

considerando uma membrana permeável ao K

Ek = 58 log 1

10Ek = - 58 mV

Este é o valor do potencial de equilíbrio para o Potássio neste sistema

COMO ESSA EQUAÇÃO NERNST FUNCIONA NA PRÁTICA?

VAMOS PEGAR COMO EXEMPLO O ÍON POTÁSSIO!

Equação de Nerst

Potencial de equilíbrio do KPotencial de equilíbrio do K++

EK+= -58mV Vm neurônio= -65mV

Muito próximo

Ek = - 58 log ____________

[ 10mM K+]int

[1mM K+] ext

Equação de Nerst

Potencial de equilíbrio do NaPotencial de equilíbrio do Na++

ENa+= + 58 mV Vm neurônio= -65mV

ENa = - 58 log ____________

[ 1mM Na+] int

[10mM Na+] ext

Muito longe

Potencial de RepousoPotencial de Repouso

CONCLUSÃOCONCLUSÃO

A face interna da membrana celular A face interna da membrana celular possui potencial elétrico negativopossui potencial elétrico negativo

ESSE POTENCIAL SE APROXIMA DO ESSE POTENCIAL SE APROXIMA DO POTENCIAL DE EQUILIBRIO DO ÍON POTENCIAL DE EQUILIBRIO DO ÍON

POTASSIOPOTASSIO

(Potencial de Repouso)(Potencial de Repouso)

COMO CALCULAR O POTENCIAL

DE REPOUSO DA MEMBRANA

LEVANDO EM CONSIDERAÇÃO

“TODOS” OS ÍONS?

É PRECISO LEVAR EM CONTA:

A PERMEABILIDADE RELATIVA DE CADA ÍON A MEMBRANA PLASMÁTICA NO MOMENTO DO REPOUSO

K+Na+Ca+Cl-

Mais permeável Menos permeável

Membrana plasmática em repouso

Expressão de Ohm

I=gV

POTENCIAL DE AÇÃO NA TEORIA

I = g V

Expressão de Ohm I=gV

Condutância do íon = está associada a permeabilidade

CorrenteIônica = passa pelos canais

Voltagem = voltagem real da membrana menos voltagem do potencial de equilíbrio do ìon

• Movimento de líquido de íon gera uma corrente iônica

• O Número de canais para o íon abertos é proporcional a condutância elétrica deste íon = g

• Aqui temos a força impulsora do íon. Quanto maior essa diferença maior é a força impulsora!

Movimento dos íons é gerado:

EQUAÇÃO DE GOLDMAN

OBS : determina o equilíbrio eletroquímico da membrana levando em consideração a permeabilidade

relativa dos íons

ExRTzF

logPk [K] externa

[K] interna

=

Potencial de equilíbrio do íon

OBS : quando o gradiente químico se equipara com o

gradiente elétrico

Temperatura absoluta (Kelvin)

Constante dos gases

Constante de Faraday

Valência do íon permeante

(carga elétrica)

RTPk

Pcl [Cl] externa

[Cl] internaPcl

PNa [Na] externa

[Na] internaPNa

Permeabilidade do íon a membrana

Dá o valor real do Potencial de membrana

Na membrana em repouso a permeabilidade da membrana para os outros íons é baixa, nesse estado a permeabilidade da membrana só é alta para o íon POTÁSSIO

Ek = - 58 mV V = -58 mV

COMO SE COMPORTARÁ A

VOLTAGEM DA MEMBRANA

CASO OCORRA VARIAÇÕES NAS

CONCENTRAÇÕES DE

POTÁSSIO?

(despolarização da membrana)

- 50 mV

efluxo líquido do íon K

interno externo

10 mM K 20 mM K

+-

+

+

-

-

voltímetro

- +- 58 mV

Não há fluxo líquido do íon K

interno externo

10 mM K 1 mM K

+-

+

+

-

-

- +

voltímetro

- 20 mV

efluxo líquido do íon K

interno externo

10 mM K 200 mM K

+-

+

+

-

-

+-

voltímetro

COMO SE COMPORTARÁ AS

CONCENTRAÇÕES DE POTASSIO

CASO OCORRA VARIAÇÕES

NAS NA VOLTAGEM DA

MEMBRANA?

Há influxo do íon K(de fora para dentro)

interno externo

10 mM K 1 mM K

-

-

-

+

+

+

Bateria ligada

- 116 mV

- +

- 58 mV

Não há fluxo líquido do íon K

interno externo

10 mM K 1 mM K

+-

+

+

-

-

- +

Bateria ligada

Há efluxo do íon K(de dentro para fora)

interno externo

10 mM K 1 mM K

- +

Bateria desligada

0 mV

1- PEQUENAS VARIAÇÕES NA CONCENTRAÇÃO GERAM GRANDES VARIAÇÕES NA

VOLTAGEM

2 - GRANDES VARIAÇÕES NA VOLTAGEM GERAM

PEQUENAS VARIAÇÕES NA VOLTAGEM

POR QUE APENAS AS VARIAÇÕES NA

CONCENTRAÇÃO DE POTÁSSIO

ACARRETAM ALTERAÇÕES NOS

POTENCIAIS DE MEMBRANA DAS

CÉLULAS EXCITAVEIS?

OBS: Variações na concentração externa ou interna de Sódio, Cálcio, Cloro e outros íons (exceto o potássio) não modificam os potenciais de repouso.

DEPENDÊNCIA DO POTENCIAL DE MEMBRANA À CONCENTRAÇÃO EXTRACELULAR DE POTÁSSIO

DESPOLARIZAÇÃO

[K]0 concentração externa

(despolarização da membrana)

- 50 mV

efluxo líquido do íon K

interno externo

10 mM K 20 mM K

+-

+

+

-

-

voltímetro

- +- 58 mV

Não há fluxo líquido do íon K

interno externo

10 mM K 1 mM K

+-

+

+

-

-

- +

voltímetro

- 20 mV

efluxo líquido do íon K

interno externo

10 mM K 200 mM K

+-

+

+

-

-

+-

voltímetro

POTENCIAL DE REPOUSO

DEPENDE DIRETAMENTE DAS VARIAÇÕES DE CONCENTRAÇÃO DE ÍONS POTÁSSIO

ENTRE OS COMPARTIMENTOS SEPARADOS PELA MEMBRANA

POTENCIAL LIMIAR

POTENCIAL DE AÇÃO

SEMPRE ELETRONEGATIVO

- 65 mV

- 80 mV

(PRÓXIMO AO POTENCIAL DE EQUILÍBRIO DO POTÁSSIO)

(DESPOLARIZAÇÃO DA MEMBRANA)

(DESPOLARIZAÇÃO DA MEMBRANA)

- 40 mV

+ 40 mV

CANAIS DE POTÁSSIO “VAZANTES”