Biofísica Médica - Resumão

UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA FACULDADE DE MEDICINA

BIOFSICA MDICA

1 PERODO

DAVIDSON AUGUSTO DE ARAJO MED 101

JUIZ DE FORA 2012

BIOELETRECIDADE

I. INTRODUO

Todas as clulas so verdadeiras pilhas eltricas. So pilhas eltricas porque

existe uma diferena de potencial eltrico (DDP) entre o meio intra e extracelular, a

qual pode ser modulada pelo estabelecimento de correntes eltricas atravs da

membrana celular.

Corrente eltrica fluxo ou movimento de eltrons de um ponto com excesso

dessas partculas para outro ponto com falta dessas partculas. Esse movimento

ocorre atravs de um meio metlico ou atravs de estruturas qumicas chamadas ons.

Convencionou-se chamar o ponto com excesso de eltrons de polo negativo, e o

ponto com falta de eltrons de polo positivo. So caractersticas importantes de uma

corrente eltrica:

A corrente eltrica sempre ocorre na menor distncia possvel entre os polos

positivo e negativo.

A medida da corrente est relacionada quantidade de eltrons que flui por um

determinado ponto ao mesmo tempo.

A potncia de um circuito proporcional corrente eltrica e diferena de

potencial eltrico entre os polos da pilha ou gerador.

Para haver uma pilha importante que existam dois pontos em um sistema com

eltrons armazenados. E entre esses dois pontos deve haver uma diferena na

concentrao de eltrons. Como h uma diferena na concentrao de eltrons entre

esses dois pontos, potencialmente h uma tendncia de os eltrons passarem do local

de maior concentrao at o local de menor concentrao.

Quanto maior a diferena de concentrao de eltrons entre os polos positivo e

negativo, maior a fora com que esses eltrons sero movidos de um polo a outro

atravs da corrente eltrica. Por isso, quanto maior a diferena, maior a velocidade de

trnsito desses eltrons entre os polos.

Voltagem ou diferena de potencial eltrico (DDP) a medida da diferena

da concentrao de eltrons entre os dois polos de uma pilha, gerador ou capacitor, a

qual determina a fora ou a velocidade com a qual esses eltrons potencialmente iro

trafegar entre os dois polos.

Gerador: um dispositivo que produz uma diferena de potencial eltrico

entre seus dois polos atravs de energia mecnica ou energia luminosa.

Capacitor: um dispositivo composto por placas condutoras separadas por

material isolante (dieltrico), capazes de armazenar carga e energia eltrica,

que funciona como uma pilha de descarga imediata.

Fora eltrica: Foras de atrao ou repulso entre cargas.

Entre os polos de uma pilha existe essa fora, determinada pela energia

potencial eltrica. Quanto maior a diferena da quantidade de eltrons entre os polos,

maior a fora eltrica entre eles.

NA CLULA:

Existe uma diferena na concentrao de eltrons entre os dois meios da

clula, a saber, o meio interior e o meio exterior. Esses meios so separados

por uma lmina isolante, a membrana celular.

Um dos meios o polo negativo (o meio interno) e o outro o polo positivo (o

meio externo).

Entre os polos eltricos da clula h uma DDP.

Uma corrente eltrica entre os meios interno e externo pode ocorrer se houver

condies para tal. Existe, assim, uma fora eltrica entre os meios interno e

externo da clula.

Quando ocorre uma corrente eltrica, a DDP entre os polos vai se alterando. E,

tambm, ocorre uma modificao no valor da fora eltrica entre os meios intra

e extracelular.

II. A PILHA CELULAR

Chamamos de despolarizao da clula quando a DDP entre os polos da clula

diminui. Isso acontece porque h uma corrente eltrica transferindo cargas eltricas

entre os meios da clula. Nas clulas, as correntes eltricas se estabelecem atravs

de outro tipo de condutor: solues inicas.

Quando ocorre uma corrente eltrica entre os meios intra e extracelular, pode

haver passagem tanto de nions do polo negativo para o polo positivo quanto de

ctions do polo positivo para o negativo. Em ambas as situaes, ocorre reduo da

DDP entre os meios, o que chamamos despolarizao (perda dos polos).

As correntes eltricas que acontecem em uma clula tambm so chamadas de

correntes inicas. Essas correntes acontecem atravs de canais proteicos da

membrana celular. Quando esses canais se abrem sob condies especficas, ocorre

passagem de um determinado on atravs da membrana. Essa corrente inica

promove a alterao da DDP entre os meios intra e extracelular.

O fenmeno de correntes eltricas contra a diferena de potencial (ou seja, que

promovem aumento da diferena de concentrao de cargas eltricas entre os dois

meios) promove aumento da fora eltrica entre os meios intra e extracelular, e

chamado hiperpolarizao (aumento da fora dos polos da clula).

A chamada hiperpolarizao ocorre porque no somente a fora eltrica que

atua entre os dois meios da clula. H uma outra fora que promove movimento de

partculas de soluto (mesmo que sejam ons) dentro do meio aquoso: a fora de

difuso.

A fora de difuso (ou fora de gradiente de concentrao) promove a difuso

de substncias em uma soluo, pois essa fora aponta do ponto em que h maior

concentrao de soluto para o(s) ponto(s) em que h menor concentrao de soluto.

Quando no ocorre alterao significativa da DDP da clula, seja porque foras

esto em equilbrio para determinados ons, seja porque no h condies para o

estabelecimento de correntes para outros ons (canais fechados), dizemos que essa

clula est em repouso, e eis o potencial eltrico de repouso da membrana celular.

1. O POTENCIAL DE REPOUSO DA CLULA

O valor do potencial de repouso varia de clula para clula (entre -50mV e -

90mV).

Todas as clulas do corpo mantm uma DDP de repouso em relao ao meio

que as circunda.

O motivo da existncia dessa DDP nas clulas que a DDP possibilita que haja

fluxo de corrente eltrica entre as clulas.

Inicialmente preciso compreender que o interior da clula no est em

equilbrio como o meio extracelular, pois se assim fosse, no seria possvel a

existncia dos potenciais de membrana. Quando dizemos que a clula no est em

equilbrio com o meio extracelular, queremos dizer que existem ons que so

predominantemente extracelulares, enquanto outros so predominantemente

intracelulares.

Mas quem o responsvel por essas diferenas de concentrao? So

protenas que, ativamente, contra o gradiente de concentrao, expulsam ons do

interior das clulas e puxam outros ons para seu interior. Como esse processo

envolve gasto energtico (para vencer os gradientes de concentrao), essas

protenas so conhecidas como bombas. O combustvel para essas bombas o ATP.

Uma das causas da negatividade interna da clula em repouso a presena, em

seu interior, de nions impermeveis membrana celular: em primeiro lugar as

protenas, e, em segundo lugar, os fosfatos (que compem as molculas de ATP,

DNA, RNA e diversas protenas).

Porm, o fator causal mais importante para a gnese do potencial de repouso

o seguinte: o interior da clula est repleto de potssio, que um on positivo

bombeado ativamente para o meio intracelular. H cerca de 30 vezes mais potssio

dentro da clula do que no meio exterior. A bomba puxa dois ons para dentro da

clula, ao mesmo tempo que expulsa trs ons para fora. Se a clula no tivesse

potssio em seu interior, a DDP da clula seria bem mais negativa: cerca de -200 a -

250mV. O potssio presente no interior da clula, por ser uma carga positiva, diminui a

DDP intracelular para valores prximos a -70mv.

Pelo visto, se levarmos em conta a fora de difuso, existe uma tendncia de o

sdio entrar e de o potssio sair. Acontece que a membrana em repouso 100 vezes

mais permevel ao potssio do que ao sdio. Com isso, comea a sair potssio

atravs da fora de difuso, e pelo fato de existirem canais de potssio abertos.

Entretanto, assim que o potssio comea a sair, o sdio que est fora da clula

comea a exercer uma fora eltrica de repulso; alm disso, as protenas

intracelulares tambm exercem uma fora eltrica de atrao pelo potssio. Quando

essas foras eltricas se equilibram com a fora de difuso, o potssio pra de sair e

tampouco volta para o meio intracelular. Dizemos ento que a membrana est em

repouso.

Mas a pequena quantidade de potssio que sai j suficiente para deixar a

superfcie interna da membrana mais negativa que a superfcie externa.

EQUILBRIO ELETROQUMICO E EQUAO DE NERNST:

Quando no h fora resultante sobre o on (as foras do gradiente de

concentrao e eltrico so iguais e opostas), nenhum movimento do on ocorre, e diz-

se que o on est em equilbrio eletroqumico atravs da membrana.

A equao de Nernst determina o valor potencial de equilbrio ( ) de um on

qualquer para o qual a membrana permevel.

=

ln

Onde,

: Potencial de equilbrio.

R : Constante dos gases.

T : Temperatura em K.

z : Valncia do on.

F : Constante de Faraday.

: Concentrao interna do on.

: Concentrao externa do on.

Esse seria o potencial de repouso da membrana caso ela fosse permevel

apenas ao on considerado.

POTENCIAL DE EQUILBRIO:

A tendncia natural de qualquer on que possa se mover atravs da membrana

a de procurar o equilbrio (at que sua diferena de p