Neurofisiologia

1. 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

2. Células Nervosas SENSORIAIS MOTORES • Neurônios EFETORES MODULADORES • Glias CÉLULAS DE SCHWANN ASTRÓCITOS OLIGODENTRÓCITOS MICRÓGLIA

3. Células Nervosas Neurônios

4. Células Nervosas

5. Células Nervosas • PSEUDOUNIPOLAR: • Axônio como um “T” • Neurônios sensoriais • NEURÔNIOS BIPOLARES : • Possuem 2 processos. • MULTIPOLARES: • Possuem vários dendritos e um axônio • Neurônio motor.

6. Células Nervosas

7. Células Nervosas

8. CORPO CELULAR DO NEURÔNIO PÓS-SINAPTICO TERMINAIS PRÉSINAPTICOS Figure 4-18b, Sherwood, 2001

9. Células Nervosas Neuroglia ou células Glias • 100 bilhões de Neurônios • 10x mais células gliais! Fornece sustentação física Seleciona e disponibiliza Nutrientes FUNÇÃO DAS CÉLULAS GLIAS Dão suporte aos neurônios: Aumenta a velocidade de condução do impulso nervoso Recobrem os neurônios com mielina Modulam a atividade elétrica dos Neurônios “Limpam” o ambiente sináptico

10. Células Nervosas Oligodendrócitos

11. Células Nervosas Formação da barreira hemato-encefálica Astrócitos

12. Células Nervosas Microglias e Células Ependimais

13. Células Nervosas Células de Schwan (SNP)

14. Células Nervosas Células de Schwan (SNP)

15. Princípios da condução nervosa • Sinapses • Potencial Repouso • Potenciais pós-sinápticos • Potencial Ação • Condução do Impulso Nervoso pelos Nervos Mielinizados

16. Sinapses • Tipos de Sinapses • Tipos de Sinapses • Seqüência de Eventos na Transmissão Sináptica

18. Tipos de Sinapses • Sinapses Químicas • Sinapses Elétricas

19. SinapseElétrtica Junções do tipo “Gap”, formadas por 2 hemicanais (conexons), cada um com 6 subunidades(conexinas) Baixa resistência Alta condutância

20. Estimulação na fibra pré-sinaptica Cél. pré Pulso de corrente para a fibra pré Cél. pós Sinapse Elétrica Fluxo de corrente Figura 11.1 A, Kandel et al. , 1995 Transmissão elétrica é virtualmente instantânea

21. Sinapse Química Axo-axônica Axo-dendrítica Axo-somática Sinapses podem ter mais de uma zona ativa no terminal

22. Seqüência de Eventos na Transmissão Sináptica Ricardo Miledi e Bernard Katz anos 60 1.Voltagem-fixada 2.Registro 3 2 3.Registro 1 Aumento do Ca2+ extracelular provoca a liberação quântica (pacotes de NT), e a sua redução, diminui até o bloqueio completo.

23. Vesículas Sinápticas • Observado nos terminais pré-sinápticos por microscopia eletrônica . • Contendo Neurotransmissores, aproximadamente 5.000 em uma vesícula (quantum) • A liberação evocada é Quântica e produz Potenciais Pós-Sinápticos

24. ME da Sinapse Química mitocondria Terminal Pré-Sináptico Terminal Pós-Sináptico Zona Ativa Figura 5.3, Bear, 2001 Vesículas

25. Outras vesículas, filamentos de actina Sinaptotagmina CAMK-II Proteínas da MP Sinapsina I Sinaptobrevina Bomba de prótons ATP Sinaptofisina H+ Lúmen vesicular rab 3 ADP +Pi Transportador de Neurotransmissor SV2 Citoplasma

26. v-SNAREs t-SNAREs SNARE: Proteínas Direcionadoras da Fusão v-SNAREs se liga com t-SNAREs para acoplar as membranas e induzir a fusão (exocitose).

27. 6.1 Célula Glial Transportador de membrana Precursores para síntese de sinalizadores Auto-Receptores Neurônio pré-sináptico Neurônio pós-sináptico Receptores pós-sinápticos Transportador vesicular Enzima de metabolização Transportador de membrana

28. Entrada de Ca2+ e a CAMKII: Fosforila a actina: mobilização das vesículas do compartimento de estocagem para o compartimento de liberação. Atracamento Rab: previne o ancoramento ao poro de fusão. Necessita de atividade GTPásica

29. Potenciais da membrana • Potencial de Repouso • Potenciais Graduados ou Potenciais pós-sinápticos • Potenciais de Ação

30. CANAIS IÔNICOS Canais de Na, K, Ca, Cl BOMBAS IÔNICAS Bomba de Na/K Bomba de Ca2+ DIFUSÃO ELETRICIDADE (Gradiente Químico) (Gradiente/Corrente Elétrica) MEMBRANA PLASMÁTICA PROTEÍNAS DE MEMBRANA! MOVIMENTOS DE ÍONS PELA MEMBRANA PLASMÁTICA

31. CORRENTE ELÉTRICA = I (ampéres) É o movimento de elétrons ou íons (partículas carregadas) induzido por um campo elétrico: “cargas opostas se atraem e cargas iguais de repelem” Corrente iônica ou fluxo iônico: movimento de íons por canais iônicos POTENCIAL ELÉTRICO OU VOLTAGEM = V (volts) É a força ou impulso exercido sobre a partícula carregada e reflete a diferençade 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 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 A resistência da membrana plasmática é dada pelos Fosfolipídeos (gordura) RESISTENCIA ELÉTRICA = R (ohms)

32. POTENCIAL DE AÇÃO NA TEORIA Movimento dos íons é gerado: Condutância do íon = está associada a permeabilidade Corrente Iônica = passa pelos canais I = g V Voltagem = voltagem real da membrana menos voltagem do potencial de equilíbrio do ìon Expressão de Ohm I=gV • Aqui temos a força impulsora do íon. Quanto maior essa diferença maior é a força impulsora! • 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

33. DIFUSÃO Membrana sem canais tem condutância zero FACILITADA PELOS CANAIS IÔNICOS Para forçar os íons a cruzar a membrana é preciso: (1) Existência de Canais permeáveis aos íons (2) Existência de uma diferença de potencial elétrico através da membrana

34. 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

35. EQUILÍBRIO ELETROQUÍMICO DO POTÁSSIO EM UMA MEMBRANA SELETIVAMENTE PERMEÁVEL (K) EQUILÍBRIO ELETROQUÍMICO DO SÓDIO EM UMA MEMBRANA SELETIVAMENTE PERMEÁVEL (Na) QUAL ACONCENTRAÇÃODOS ÍONS ENTRE OS COMPARTIMENTOS SEPARADOS PELA MEMBRANA? QUAL OPOTENCIAL DE MEMBRANA? AQUI TEMOS O ESTADO DE EQUÍLIBRIO ONDE AS FORÇAS DE DIFUSÃO E ELÉTRICA SÃO IGUAIS E OPOSTAS

36. FORÇAS QUE CRIAM OS POTENCIAIS DE MEMBRANA Temperatura absoluta (Kelvin) Temperatura absoluta (Kelvin) Constante dos gases Constante dos gases Concentração externa do íon Concentração externa do íon [X] externa [X] externa RT RT Ex Ex log log = = zF zF [X] interna [X] interna Potencial de equilíbrio do íon OBS : quando o gradiente químico se equipara com o gradiente elétrico Potencial de equilíbrio do íon OBS : quando o gradiente químico se equipara com o gradiente elétrico Concentração interna do íon Concentração interna do íon Valência do íon permeante (carga elétrica) Valência do íon permeante (carga elétrica) Constante de Faraday Constante de Faraday EQUAÇÃO DE NERNST OBS : determina o equilíbrio eletroquímico de um dado íon

37. EQUAÇÃO DE NERNST Aplicada a concentrações hipotéticas de K, considerando uma membrana permeável ao K Temperatura absoluta (Kelvin) Constante dos gases [1mM] externa 58 Ek log = 1 [10mM] interna Potencial de equilíbrio do íon OBS : quando o gradiente químico se equipara com o gradiente elétrico Constante de Faraday Valência do íon permeante (carga elétrica) Este é o valor do potencial de equilíbrio para o Potássio neste sistema Ek = 58 log 1 Ek = - 58 mV 10

38. COMO ESSA EQUAÇÃO NERNST FUNCIONA NA PRÁTICA? VAMOS PEGAR COMO EXEMPLO O ÍON POTÁSSIO!

39. Potencial de equilíbrio do K+ Equação de Nerst [1mM K+] ext Ek = - 58 log ____________ [ 10mM K+]int EK+= -58mV Vm neurônio= -65mV Muito próximo

40. Potencial de equilíbrio do Na+ Equação de Nerst [10mM Na+] ext ENa = - 58 log ____________ [ 1mM Na+] int ENa+= + 58 mV Vm neurônio= -65mV Muito longe

41. Potencial de Repouso CONCLUSÃO A face interna da membrana celular possui potencial elétrico negativo ESSE POTENCIAL SE APROXIMA DO POTENCIAL DE EQUILIBRIO DO ÍON POTASSIO (Potencial de Repouso)

42. COMO CALCULAR O POTENCIAL DE REPOUSO DA MEMBRANA LEVANDO EM CONSIDERAÇÃO “TODOS” OS ÍONS?

43. É PRECISO LEVAR EM CONTA: A PERMEABILIDADE RELATIVA DE CADA ÍON A MEMBRANA PLASMÁTICA NO MOMENTO DO REPOUSO K+ Cl- Ca+ Na+ Mais permeável Menos permeável Membrana plasmática em repouso

44. Expressão de Ohm I=gV

45. POTENCIAL DE AÇÃO NA TEORIA Movimento dos íons é gerado: Condutância do íon = está associada a permeabilidade Corrente Iônica = passa pelos canais I = g V Voltagem = voltagem real da membrana menos voltagem do potencial de equilíbrio do ìon Expressão de Ohm I=gV • Aqui temos a força impulsora do íon. Quanto maior essa diferença maior é a força impulsora! • 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

46. EQUAÇÃO DE GOLDMAN OBS : determina o equilíbrio eletroquímico da membrana levando em consideração a permeabilidade relativa dos íons

47. Temperatura absoluta (Kelvin) Constante dos gases Permeabilidade do íon a membrana PNa [Na] externa RT RT Pk [K] externa Pcl [Cl] externa Ex log = zF [K] interna Pk [Cl] interna PNa [Na] interna Pcl Dá o valor real do Potencial de membrana Valência do íon permeante (carga elétrica) Constante de Faraday 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 Potencial de equilíbrio do íon OBS : quando o gradiente químico se equipara com o gradiente elétrico Ek = - 58 mV V = -58 mV

48. COMO SE COMPORTARÁ A VOLTAGEM DA MEMBRANA CASO OCORRA VARIAÇÕES NAS CONCENTRAÇÕES DE POTÁSSIO?

49. voltímetro voltímetro voltímetro - 58 mV - 50 mV - 20 mV - - + + - + - + - + - + + + + - - - - + - + - + interno externo interno externo interno externo 10 mM K 10 mM K 10 mM K 20 mM K 1 mM K 200 mM K Não há fluxo líquido do íon K efluxo líquido do íon K efluxo líquido do íon K (despolarização da membrana)

50. COMO SE COMPORTARÁ AS CONCENTRAÇÕES DE POTASSIO CASO OCORRA VARIAÇÕES NAS NA VOLTAGEM DA MEMBRANA?