neurofisiologia
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Neurofisiologia. Células Nervosas. Princípios da condução nervosa. Neurotransmissão e Sistemas Modulatórios. O Encéfalo, tronco encefálico, medula espinhal e sistema nervoso periférico. Sistemas de Reforço e Dependência Química. Células Nervosas. SENSORIAIS. MOTORES. Neurônios. EFETORES. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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”