BIOELETROGÊNESE I

Introdução:

 Oser biológico e portanto o ser humano também é definido pelo que é e peloque faz. Considera-se que um ser humano está vivo, quando está em atividadebiológica, física, química e elétrica e mais recentemente eletromagnética.  Todosestes fenômenos devem trabalhar em conjunto para que a vida possa existir, etanto é assim que para definirmos a morte de um indivíduo, determinamos se háou não morte cerebral ou seja, investigamos com auxílio da semiologia e deexames subsidiários quais são as condições da vascularização cerebral,atividade reflexa de tronco cerebral e atividade elétrica cerebral.

Omestre médico, físico e matemático. Avicena (séc.X), postulou que o homemsó existia como tal pois interagia com o meio ambiente, e só o fazia pois omeio existia, e que disfunções orgânicas e mentais só existiam emsituações de extrema e traumática estimulação por parte do meio, e/ou umamá associação (interpretação dos fatos), e conseqüentemente uma resposta(motricidade), deturpada. Tal afirmação de Avicena mostrou-se correta, muitosséculos depois, com experimentos onde privou-se o animal de todo e qualquertipo de influxos sensitivos (através de lesões provocadas em áreasespecíficas do tronco cerebral), sendo que nesta situação o animal entrou emcoma.

Aatividade psicosocial existe quando o indivíduo relaciona-se com o meioambiente,  e obviamente para isto,ele deve ser teus sistemas funcionando adequadamente pois só assim seurelacionamento com o meio será pleno em todos os sentidos. Quem comanda estarelação é o  SISTEMA NERVOSOCENTRAL E PERIFÉRICO  através dasensibilidade responsável por receber as informações do ambiente (visual,auditiva, táctil, olfativa, gustativa e magnoelétrica, esta última carece demais estudos físicos quânticos), através da associação (atenção,memória, praxia, gnosia, linguagem, reflexos, etc ...) e através damotricidade que permite respondermos ao ambiente (motricidade esquelética,cardíaca e lisa, e secreções e etc...).

Bem,mas como o Sistema Nervoso comanda esta relação tão complexa com oambiente(relação psicoorgânicosocial),e consigo mesmo (relaçãohomeostática).?

 Basicamenteatravés de reações químicas, físicas e elétricas.

 Mas,como ele (oSN), é capaz de gerar eletricidade, codifica-la, conduzi-la edistribuí-la para o lugar exato no momento exato, para funções exatas (ex.:sensibilidade, motricidade, reflexo, emoção, memória, etc ...)?.

   Sabemos que todacélula pode ser considerada, mesmo que grosseiramente, como sendo umcompartimento com uma solução aquosa. Tal compartimento separa-se de um outrocompartimento (extracelular), por meio de uma membrana plasmáticasemi-permeável.

Comoa própria nômina permite-nos concluir, tal membrana semi-permeável permite apassagem de alguns elementos livremente (Na, K, C1...), e impede a passagem deoutros elementos (proteínas). A diferença de concentração dos diversoselementos intra e extracelulares faz-se presente em vista de um complicadosistema que os mantém aparentemente desequilibrados, e que assim permite aexistência de um potencial elétrico. Na verdade tal potencial só existe poishá uma diferença relativa de cargas elétricas entre o meio intracelular e omeio extracelular, sendo este (o intracelular), negativo e aquele (oextracelular), positivo.

 Emprimeiro lugar, quem ou o que carrega carga elétrica neste sistema permitindo a diferença de tal potencial?

Semdúvida, elementos como sódio, potássio, magnésio, cloreto e proteínas alémde muitos outros, mas de menor importância. Sabemos que o sódio, potássio emagnésio são cátions pois carregam cargas definidas como positivas (+), já ocloreto e as proteínas são ânions pois carregam cargas negativas (-).Naturalmente a distribuição destes elementos no meio intra e extracelular temde ser desigual, afim de manter o potencial elétrico, ou seja, afim de manter omeio intracelular eletricamente negativo quando comparado com o meioextracelular. Temos um gradiente de concentração maior no meio extracelularpara o sódio e cloreto, e para o meio intracelular para o potássio eproteínas. Tais elementos, exceto às proteínas trafegam pela membranaatravés de canais iônicos mais ou menos específicos que permitem ou não apassagem destes elementos dependendo de suas características físicas eelétricas.

 Mas,enfim o que é potencial elétrico?

Opotencial elétrico que tem como medida o volt (V), corresponde a diferença depotencial entre dois pontos por onde flui uma corrente elétrica de 1 ampèreatravés de uma resistência de 1 ohm (1ohm=1volt/ampère).

Masentão o que é corrente elétrica?

Assinaladacomo “E”, a corrente elétrica é o fluxo de cargas entre dois pontos e sóexiste se houver diferença de potencial entre estes dois pontos. Sua unidade demedida é o ampère (A) que é 1 coulomb x 1 seg. O Coulomb é a unidade decarga elétrica e sabemos que a carga de um elétron corresponde a cifra de 1,59x 10 elevado a –19 coulombs.

Muitobem, até aqui descobrimos o que é corrente elétrica. Que a corrente elétricaé o fluxo de cargas entre dois pontos que tem cargas diferentes (diferença depotencial). Que existe diferença de potencial entre o meio intra e extracelulare isto deve-se a diferença de concentração de elementos que carregam consigocarga elétrica, como o sódio (+) e o cloreto (-) no meio extracelular, e opotássio (+) e as proteínas (-) no meio intracelular, estas (as proteínas),diga-se de passagem não conseguem sair do interior da célula pois a membranasemi-permeável não é permeável a elas.

 Mas,porque existe uma maior concentração de sódio no exterior da célula e depotássio no interior, visto que ambos fluem livremente pela membrana atravésde seus canais iônicos?

Pordois motivos que atuam em conjunto, a busca incessante do equilíbrioeletroquímico e “um sistema translocador de cátions”ou também denominadode “sistema ATPásico, transporte ativo primário ou ainda bomba Na/K”, quegasta energia para manter este desequilíbrio que mantêm a diferença depotencial elétrico.

 Mascomo funciona este sistema?

Nãoconhecemos com exatidão a intimidade de tal sistema, mas postula-se que umaenzima chamada ATPase, presente na membrana da célula, tenha dois estadosfuncionais. O primeiro, chamado de E1, o qual teria maior afinidade ao sódio eo segundo, chamado de E2, o qual teria maior afinidade ao potássio, E1 napresença de magnésio e ATP captaria  o3 moléculas de Na do meio intracelular. O ATP perderia o ADP para o meiointracelular o que faria com que restasse o complexo “E1 + mg + Na + P” namembrana. Desta forma tal complexo torna-se instável, e o Na é liberado contraseu gradiente de concentração para o meio extracelular. Sobra na membranaentão o complexo “E1 +  mg + P”.Só que E1 na ausência do  Natorna-se mais ávido pelo potássio e por ter este segundo estado funcional foichamado de E2 ficando então: “E2 + mg + P”. Tal complexo incorpora 2moléculas de K captando-o do meio extracelular ficando então na membrana ocomplexo “E2 + mg + K + P”. Logo tal complexo torna-se instável e faz comque o mg e o P se despreendam sobrando outro complexo instável que é “E2 + K”.Então, o potássio se despreende e é liberado também contra um gradiente deconcentração, mas agora no meio intracelular, e então E2 fica ávido por Nasendo agora chamada de E1, e o ciclo se fecha.

Atravésde tal sistema, as células excitáveis, em particular os neurônios mantém umadiferença de potencial entre o meio intra e extracelular. É chamado potencialde repouso.

 Mas,o que é o potencial de repouso?

Opotencial de repouso ou também chamado de potencial de membrana corresponde adiferença de potencial elétrico encontrado entre a face interna e externa damembrana plasmática semi-permeável. Tal membrana deve estar livre deinfluências (estímulos), externas e tal potencial (em torno de –70 mv), deveser estável para que seja um potencial de repouso, ou seja, não pode estarvariando no período de tempo em que foi definido, pois se houver variaçãoreceberá outras nôminas como potencial eletrotônico, potencial de ação.

 Mas,como isto acontece?

Naverdade o potencial de repouso é um potencial de difusão de íons através deuma membrana plasmática semi-permeável, sendo que tal membrana funciona comoum condensador que carrega-se e descarrega-se dependendo da cinética dos íonsque levam consigo carga elétrica. Sendo assim, por exemplo, ao passar do meiointra para o extracelular, o potássio leva consigo carga positiva, carregando aface externa da membrana plasmática de carga positiva excedente. Chegamosentão a conclusão de que quando um íon passa de um lado ao outro da membranaplasmática, ele modifica os dois meios ( intra e extracelular ), pois de um ele“tira”um quanta de carga elétrica e de outro ele “doa”o mesmo quanta decarga elétrica.

Comojá demonstramos, a concentração de íons estão em desequilíbrio havendoassim uma diferença de carga elétrica entre o meio intra e extracelular,diretamente pela difusão passiva dos íons, sobretudo Na e K que estão sempredifundindo-se no sentido de alcançarem seus equilíbrios eletroquímicosindividuais(equação de Nerst), onde o K tem potencial de equilíbrio, PE=-105mv e o Na tem PE= +67mv. Sendo assim a força elétrica que atua sobre o Ktem sentido oposto a da concentração.

Tendoem vista que a diferença de potencial está entre –70 mv a –90 mv, a forçade concentração é superior a força elétrica e há uma tendência natural doK sair da célula obedecendo a um gradiente eletroquímico. Já a situação doNa é diferente, pois tanto o gradiente de concentração quanto o elétricoconduzem o Na do meio intracelular já que seu PE= +67 mv,e a diferença depotencial está entre  

-70 e–90 mv (lembremos que o gradiente eletroquímico que é expresso emenergia/mol, conduz o íon do local com maior gradiente para o local com menorgradiente).

           Alémdeste mecanismo de difusão passiva graças a um gradiente eletroquímico dosíons Na e K, temos um outro mecanismo que auxilia a geração do potencial de membrana de maneira indireta, este mecanismo é o sistematranslocador de cátions que mantém o meio assim, “desequilibrado” pois “bombeia”3 moléculas de Na para o meio extracelular enquanto bombeia somente 2moléculas de K para o meio intracelular, mantendo o meio intracelularrelativamente negativo quando comparado com o meio extracelular, e estadiferença de cargas entre os meios, finalmente, resulta em um potencialelétrico ( ou seja, fluxo de corrente com diferença de potencial), deaproximadamente –70 mV .

Estesistema translocador de cátion, também auxilia na manutenção de um volumecelular adequado, visto que enviando um quantidade maior de Na para o meioextracelular, estará também enviando água para aquele meio, água queanteriormente havia sido atraída pela pressão oncótica (protéica) para omeio intracelular, já que as proteínas não são difundíveis pela ou através da membrana.

Comoos íons passam através da membrana?

Atravésde canais específicos para cada íon que permite a passagem de tais íonsdependendo de seu tamanho molecular e de suas cargas elétricas, pois taiscanais também têm cargas elétricas específicas que atraem este ou aqueleíon, mudando a sua configuração molecular ( abrindo os portões ), e assimpermitindo o influxo ou efluxo do íon. Existem muitas teorias de como estescanais funcionam, mas todas são passíveis de comprovação científica final.

Comopodemos medir o potencial de repouso?

Bastainserirmos dois eletrodos interligados por voltímetro de alta sensibilidade,sendo um eletrodo inserido no meio intra e outro no meio extra celular. Haveráentão passagem de corrente de um meio a outro ( por motivos já apresentados )que modificará a posição do ponteiro que indicará a passagem de corrente ( diferença de potencial ), em medida de potencial (volt), em –70 mV.Está formado e mensurado o potencial de repouso.

Bem, naprimeira parte vimos como um célula gera uma corrente elétrica entre o meiointra e extra celular e conseqüentemente ( diferença de potencial). Vimos como os íons distribuem-se nestes dois meios em quesempre estão tentando buscar, cada um deles, seu equilíbrio osmótico eelétrico, portanto, eletroquímica. Vimos que a busca incansável de seuequilíbrio eletroquímico faz com que os íons fluam, via canais iônicos maisou menos específicos de um meio ao outro, e sejam redistribuídos, mesmo contraum gradiente eletroquímico graças `a ação de um sistema que consome energia,o sistema ATPásico (bomba Na/K). Tal sistema aliado à busca incessante de umequilíbrio eletroquímico por parte de cada íon, gera um potencial de repouso( de membrana ) que basicamente nada mais é que a média ponderada entre ospotenciais de equilíbrio iônico, sobretudo do Na e K.

Apartir da próxima página  começaremos a abordar a geração e conduçãodos potenciais de ação.