Disciplina ACH 4106 BIOLOGIA DO CORPO HUMANO Aula

Disciplina: ACH 4106 - BIOLOGIA DO CORPO HUMANO Aula: 03 TRANSMISSÃO NERVOSA E POTENCIAL DE AÇÃO Prof. Elidamar Nunes de Carvalho Lima email: elidamarnunes@gmail. com São Paulo, 03 de Setembro de 2020 1

ROTEIRO-CONTEÚDO 1. 2. 3. 4. Transmissão Nervosa – Sinapses Potencial de Ação Artigo Científico Referências 2

TRANSMISSÃO NERVOSA-SINAPSES • Ocorrem entre a terminação do axônio de uma célula e os dendritos da célula vizinha, onde neurotransmissores (mediadores químicos carregados em vesículas) induzem sinais químicos e estimulam o neurônio vizinho; • Ocorre potencial de ação/continuidade do impulso nervoso propagado na rede neuronal; onde o sentido da propagação é o mesmo (dendrito – corpo celular – axônio), percorrendo axônio, passando para a célula seguinte/vizinha; • O impulso nervoso propagado através do neurônio é de origem elétrica e resulta de alterações nas cargas elétricas das superfícies externa e interna da membrana celular.

TRANSMISSÃO NERVOSA-SINAPSES • O S. N. é formado por milhares de células nervosas, funcionando como uma rede de comunicações/ integração e regulação das funções dos diversos órgãos e sistemas corporais, enviando sinais químicos e elétricos, trabalhando em associação com o sistema endócrino; • A membrana de um neurônio em repouso apresenta-se com carga elétrica positiva do lado externo (voltado para fora da célula) e negativa do lado interno (em contato com o citoplasma da célula), nesta condição, a membrana esta polarizada, uma diferença de cargas elétricas mantida pela bomba de sódio e potássio; • Quando as cargas elétricas estão separadas, ocorre uma energia elétrica potencial através da membrana, denominado potencial de repouso, que é a diferença entre as cargas elétricas através da membrana;

TRANSMISSÃO NERVOSA-SINAPSES • O estímulo que gera o impulso nervoso deve ser forte o suficiente, mas variando entre os diferentes tipos de neurônios, para induzir a despolarização que transforma o potencial de repouso em potencial de ação; • Existe um estímulo limiar e abaixo desse valor, o estímulo só provoca alterações locais na membrana, que logo cessam e não desencadeiam o impulso nervoso; • Qualquer estímulo acima do limiar gera o mesmo potencial de ação, não existe variação de intensidade de um impulso nervoso em função do aumento do estímulo; o neurônio obedece à regra do “tudo ou nada”.

TRANSMISSÃO NERVOSA-SINAPSES • Ao ter um estímulo químico, mecânico ou elétrico, ocorrem alterações na permeabilidade da membrana neuronal, permitindo grande entrada de sódio e pequena saída de potássio dela, ocorrendo inversão de cargas ao redor da membrana que fica despolarizada, gerando potencial de ação/impulso nervoso; • Assim que passa o impulso, a membrana sofre repolarização, recuperando seu estado de repouso, parando a transmissão do impulso.

TRANSMISSÃO NERVOSA-SINAPSES • A intensidade das sensações depende do número de neurônios despolarizados e da frequência de impulsos (queimadura, dependendo da área, poderá estimular mais ou menos receptores e mais neurônios serão despolarizados); • A transmissão do impulso nervoso de um neurônio a outro, é realizada por meio de uma região de ligação especializada sinapse; • O tipo mais comum de sinapse é a química, em que as membranas de duas células ficam separadas por um espaço chamado fenda sináptica.

TRANSMISSÃO NERVOSA-SINAPSES • A comunicação pelo S. N. ocorre por sinais químicos ou elétricos; • Na porção terminal do axônio, o impulso nervoso proporciona a liberação das vesículas que contêm mediadores químicos/neuro-transmissores (acetilcolina e adrenalina), que caem na fenda sináptica dando origem ao impulsos nervosos na célula seguinte; • Quando na fenda sináptica, os neurotransmissores são degradados por enzimas específicas, cessando seus efeitos;

TRANSMISSÃO NERVOSA-SINAPSES • Liberação de neurotransmissores das vesículas do terminal pré-sináptico, onde o neurotransmissor se difunde através da fenda, e combina-se com receptor, podendo desencadear o impulso nervoso no neurônio pós-sináptico. Acredita-se que da combinação receptor / neurotransmissor resulte em abertura de canais de Na+ , permitindo sua entrada no axônio.

TRANSMISSÃO NERVOSA-SINAPSES • No sistema nervoso, verifica-se que os neurônios dispõem-se diferenciadamente de modo a dar origem a duas regiões com coloração distinta entre si e que podem ser notadas macroscopicamente: a substância cinzenta (corpos celulares), e a substância branca (os axônios); • Os nervos são conjuntos de fibras nervosas organizadas em feixes, unidos por tecidos conjuntivo denso; - Como ocorre a passagem dos impulsos nervosos ao cérebro? • Os impulsos nervosos passam pelo sistema nervoso central e periférico. Essas células nervosas se localizam principalmente nos nervos que passam pela coluna vertebral e seguem para todo o corpo

TRANSMISSÃO NERVOSA –SINAPSE • Canais iônicos controlados por voltagem. Transferem um sinal elétrico ou corrente de uma célula para outra por junções comunicantes. Rápida condução • Sinal elétrico da célula pré-sináptica é convertido em sinal químico �Utilizam neurotransmissores. Ligação de neurotransmissor com o seu receptor na célula póssináptica inicia uma resposta elétrica; • A: principais tipos de sinalização. B: a célula emissora inicia o processo liberando moléculas sinalizadoras, que poderá se ligar a receptores específicos em células-alvo. A ativação dos receptores desencadeia cascatas de reações intracelulares que levam às respostas da célula; • POTENCIAL ELÉTRICO/AÇÃO OU DE CARGA ELÉTRICA é quando toda a membrana celular tem propriedades elétricas. Passagem de carga elétrica pela membrana são utilizados para transmissão de sinais, ativados para funções celulares

TRANSMISSÃO NERVOSA-SINAPSES • A transmissão do impulso nervoso é um fenômeno eletroquímico que ocorre nas células nervosas e faz o sistema nervoso funcionar; • É o resultado das mudanças das cargas elétricas na membrana dos neurônios, células especializadas no processamento de informações; • Como Ocorre a Propagação dos Impulsos Nervosos? • O impulso nervoso é um fenômeno eletroquímico, portanto envolve aspectos químicos e elétricos; • O aspecto elétrico é a propagação de um sinal dentro de um neurônio. Geralmente se inicia no corpo celular e é transmitido na direção dos axônios; • O fenômeno químico consiste nas sinapses, que são a transmissão do impulso de uma célula a outra, através de substâncias chamadas neurotransmissores.

TRANSMISSÃO NERVOSA-SINAPSES • Consiste na transmissão da alteração elétrica ao longo da membrana do neurônio, a partir do ponto em que ele foi estimulado; • A direção normal do impulso no organismo é do corpo celular para o axônio; - Como acontece a transmissão nervosa? • No neurônio, os estímulos se propagam sempre no mesmo sentido, recebidos pelos dendritos, seguem pelo corpo celular, percorrem o axônio e, da extremidade deste, são passados à célula seguinte (dendrito – corpo celular – axônio); • Quando um neurônio recebe um estímulo forte o suficiente, ocorre a produção de um impulso nervoso, ou transmissão da informação.

TRANSMISSÃO NERVOSA-SINAPSES TRANSMISSÃO DE INFORMAÇÃO • Quando um neurônio recebe um estímulo, se este é forte o suficiente, leva a produção de um impulso nervoso. O impulso nervoso corresponde a uma corrente elétrica que caminha rapidamente no axônio até os botões sinápticos; • O impulso nervoso para começar precisa encontrar a membrana numa condição denominada potencial de repouso; uma vez iniciado, se auto propagará, • No neurônio não estimulado ou em repouso, a superfície interna da membrana plasmática tem uma carga negativa comparada com o fluido tecidual adjacente (fig. 4. 4). A membrana plasmática esta assim polarizada.

POTENCIAL DE AÇÃO Segmento de um axônio em repouso. Sódio (Na+) é bombeado para fora da célula, enquanto que o potássio (K+) é bombeado para dentro. Este processo ocorre contra o gradiente de concentração, pois há mais Na+ no meio extra celular do que K+, que predomina no interior da célula. Este é o papel da proteína transportadora de Na+ e K+, chamada bomba de Na+/K+. Devido à distribuição diferencial dos íons, a parte interna do axônio é carregada negativamente, comparada com o fluido externo. A presença de outras moléculas carregadas negativamente e outros íons contribuem para esta polaridade.

POTENCIAL DE AÇÃO • Quando cargas elétricas estão separadas desta maneira, há uma diferença de energia potencial elétrica através da membrana; • Se fosse permitido as cargas juntarem-se, teriam um potencial de trabalho. O trabalho que poderia ser realizado pode ser expresso em milivolts; • No neurônio em repouso, a diferença de potencial através da membrana plasmática é chamada de potencial de membrana ou potencial de repouso.

POTENCIAL DE AÇÃO • Quando os neurônios estão em repouso, sua membrana está negativamente carregada em relação a sua parte externa; • Existe uma diferença de potencial elétrico (cerca de 70 milivolts) chamada de potencial de repouso; • Acontece a inversão das cargas elétricas no interior da membrana de forma rápida e brusca, que se torna positiva em relação à sua superfície externa; • Essas mudanças das cargas elétricas produzem uma diferença no potencial elétrico entre a parte interna e externa da membrana, a que se dá o nome de potencial de ação;

POTENCIAL DE AÇÃO • Essa alteração elétrica ocorre em uma pequena área e vai se espalhando ao longo da célula; • Esse evento é chamado de despolarização e dura alguns segundos retornando em seguida à situação de repouso, é a repolarização; • A membrana plasmática alcança seu potencial de repouso pela atividade eficiente da bomba de sódio/ potássio/ ATPase, que transporta sódio e potássio para o interior e exterior do neurônio; • A proteína transportadora de Na+ e K+ é na realidade uma enzima, ATPase, que hidrolisa a molécula de ATP, "gerando" a energia necessária para o transporte destes íons através da membrana.

POTENCIAL DE AÇÃO • Três íons Na+ são bombeados fora da célula para cada dois íons K+ bombeados para dentro. Ambos os íons Na+ e K+ podem se difundir de volta através da membrana, a favor de seu gradiente de concentração. • Todavia, a membrana é mais permeável ao K+ do que ao Na+. Assim, grande amostra de K+ pode sair, e somente pequena amostra de Na+ volta para dentro. Como resultado, mais cargas positivas são mantidas fora da membrana que dentro. • Proteínas negativamente carregadas e outras moléculas grandes contribuem para as cargas negativas relativas ao lado interno da membrana plasmática, pois não se difunde para fora da célula; • Num certo ponto, a carga positiva externa torna-se tão alta que não é mais possível a saída de K+. Neste ponto o neurônio alcançou seu potencial de repouso, cerca de -70 milivolts

POTENCIAL DE AÇÃO Como ocorre o potencial de ação na transmissão da informação? a) O dendrito é estimulado suficientemente para despolarizar a membrana ao nível de disparo (o axônio em (a) é mostrado no estado de repouso; a) b) e c) o impulso é transmitido como uma onda que caminha ao longo do axônio, na região de despolarização, os íons Na+ movem-se para dentro da célula e assim que o impulso caminhar, a polaridade é rapidamente restabelecida.

POTENCIAL DE AÇÃO - Como se da a transmissão da Informação? • Cargas elétricas deslocam-se nos neurônios (íons, sódio (Na+) e potássio (K+)), que atravessam a membrana plasmática do neurônio através de canais proteicos e bombas de íons (encaixadas na bicamada fosfolipídica da membrana); • A bomba de sódio-potássio movimenta os íons contra seu gradiente de concentração (tirando o sódio e colocando potássio p/ dentro da célula), tudo com gasto de energia; • Os canais proteicos/poros na membrana, estão envolvidos por proteínas que permitem a difusão (sem gasto de energia), são geralmente específicos para tipos de íons.

POTENCIAL DE AÇÃO - Despolarização produzida pelo estimulo excitatório • Potencial local é a mudança do potencial de repouso onde qualquer estímulo (químico, elétrico ou mecânico) permite que o neurônio fique mais permeável ao sódio ou potássio, mudando seu potencial de repouso (-70 m. V); • Estímulos excitatórios abrem canais de sódio/potássio, formados por proteínas que estão embebidas na membrana, permitindo a entrada do íon Na+ na célula. Esta passagem de Na+ para dentro da célula produz um potencial de membrana menos negativo o que é conhecido como despolarização.

POTENCIAL DE AÇÃO • Esta despolarização causa um fluxo de corrente elétrica. Se a despolarização da membrana for de 15 m. V (o que significa uma alteração do potencial de repouso para 55 m. V), a despolarização será apenas local; • Quando a despolarização ultrapassa -55 m. V, a membrana alcança um ponto crítico chamado "nível de disparo", o que resulta uma onda de despolarização, que se espalha ao longo do axônio.

POTENCIAL DE AÇÃO • O gradiente eletroquímico estabelecido é chamado de impulso nervoso ou potencial de ação; • Quando o nível de disparo é alcançado, um potencial de ação explosivo ocorre a membrana do neurônio rapidamente alcança o potencial "zero" e sobe para +35 m. V; • Ocorre uma "inversão momentânea da polaridade", ou seja, o lado interno da membrana tem uma carga positiva, comparada a membrana adjacente e esse aumento rápido no potencial de ação é chamado de spike. Quando o axônio despolariza para -55 m. V, é gerado um potencial de ação.

POTENCIAL DE AÇÃO - Resumindo, potencial de ação é: 1) Uma corrente elétrica forte suficiente para causar uma mudança no potencial de repouso e produzir impulso nervoso; 2) É constante a velocidade e amplitude do impulso nervoso movida ao longo do axônio; 3) Quando a onda de despolarização se desloca ao longo do axônio, o estado de polarização de repouso é rapidamente restabelecido (membrana é repolarizada) e os canais de Na+ se fecham e não há mais entrada de Na+ na célula até a repolarização da membrana - período refratário.

POTENCIAL DE AÇÃO Resumindo, potencial de ação é: 4) Ocorre a abertura dos canais de potássio (que saem) e o fechamento dos canais de sódio, simultaneamente e essa redução de íons positivos dentro da célula, resulta em sua repolarização; 5) O potencial de repouso só é alcançado com o auxílio da bomba de sódio e potássio, que transporta ativamente o excesso de sódio para fora do neurônio; 6) Esta transmissão ao longo dos axônios ocorre nos neurônios que não possuem bainha de mielina, e nos neurônios mielinizados é diferente.

POTENCIAL DE AÇÃO Resumindo, potencial de ação é: • A transmissão da informação/potencial de ação ao longo dos axônios neurônios mielinizados ocorre nos nódulos de Ranvier, pontos em que a membrana plasmática faz contato direto com o fluido intersticial; • Assim, o potencial de ação "salta" de um nódulo de Ranvier para o seguinte - condução saltatória (é uma condução mais rápida e com menos gasto de energia). Condução de um potencial de ação saltatório, que "salta" de um nódulo de Ranvier para o próximo.

POTENCIAL DE AÇÃO - Qual a velocidade dos impulsos nervosos? • Impulso nervoso é uma corrente elétrica que passa pela membrana dos neurônios e propaga-se ao longo dessas células, sendo esses impulsos que garantem que um sinal seja percebido e que uma resposta seja transmitida; • Em fibras nervosas mielinizadas, o impulso nervoso, em vez de se propagar continuamente pela membrana do neurônio, pula diretamente de um nódulo de Ranvier para outro. Nesses neurônios mielinizados, a velocidade de propagação do impulso pode atingir velocidades de até 200 m/s (720 km/h).

ARTIGO CIENTÍFICO - DISCUTIR POSSIVEIS TRABALHOS PESQUISA. . . • Susan A. Greenfield. Biotechnology, the brain and the future. TRENDS in Biotechnology Vol. 23 No. 1 January 2005.

Referencias • Susan A. Greenfield. Biotechnology, the brain and the future. TRENDS in Biotechnology Vol. 23 No. 1 January 2005. • Guyton. Tratado de Fisiologia Medica. Elsevier, 12. Ed. 2011. • Douglas Wilkin, Jean Brainard. Human Biology. Flexbook, 2015, www. ck 12. org.