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Íons no mecanismo celular

Podemos dizer que os seres vivos são máquinas que funcionam a base de eletricidade. Como a célula é a menor expressão se um ser vivo, logo é fácil observar diferenças de potenciais elétricos entre os lados da membrana celular.

   Praticamente todas ás células do corpo, (com exceção de algumas raras células vegetais, o interior é sempre negativo e o exterior positivo) algumas células como as células nervosas e musculares, são excitáveis, isto é, capazes de auto gerar impulsos eletroquímicos em suas membranas e, na maioria dos casos, utilizar esses impulsos para a transmissão de sinais ao longo de membranas.

   A origem desses potenciais é uma distribuição assimétrica de íons, especialmente de Na+, K+ , Cl- e HPO4 .
   Os fluidos dentro e fora da célula são sempre neutros, isto é, a concentração de ânions (íons negativos) em qualquer local é sempre igual ao de cátions (íons positivos) não podendo haver acúmulo local de cargas elétricas nesse fluido.
   Podemos imaginar a membrana como um capacitor no qual as duas soluções condutoras estão separadas por uma delgada camada isolante, a membrana.
   As cargas elétricas em excesso, que provocam a formação de um potencial elétrico, se localizam em torno da membrana celular: a superfície interna da membrana é coberta pelo excesso de ânios(-), enquanto que, na superfície externa, há o mesmo potencial cátions(+) falta de elétrons.

   O potencial de membrana existe sob duas formas principais: o potencial de repouso e o potencial de ação.

   Potencial de Repouso: Esse potencial tem sua origem em um mecanismo simples, de alternância entre o transporte ativo e o transporte passivo de pequenos íons. As figuras representam as concentrações e o tipo de transporte de cada íon.

    Fase 1- Os íons sódio (Na+) entram passivamente na célula, através do gradiente de concentração.

    Fase 2 - A célula expulsa esses íons (Na+) ativamente, ao mesmo tempo que introduz, também ativamente, um íon potássio (K+) .

    Fase 3 - O íon potássio (K+ ) tem grande mobilidade e volta passivamente, para o lado externo da membrana, conferindo-lhe carga positiva. Do lado interno, íons fosfato e especialmente proteínas aniônicas fornecem carga negativa.

    O íon Cl- acompanha, por atração elétrica o íon Na+ , e diminui o potencial elétrico, ficando a célula polarizada.

    Todas células possuem potencial de trans-membrana (repouso - 90 mV), que desaparece quando a célula morre.

    Potencial de Ação: É uma variação brusca do potencial de membrana , provocada por estímulos externos.

    Vários estímulos podem deflagrar o potencial de ação: como químicos, elétricos, eletromagnéticos, e até mecânicos. Há células especiais, auto-excitáveis, que geram ritmamente o potencial de ação. Essas céluLas são responsáveis pelo início dos movimentos repetitivos biológicos, como batimentos cardíacos e freqüência respiratória.

    O potencial de ação de uma célula excitável dura apenas alguns milésimos de segundo, e pode ser dividido nas seguintes fazes:

    1ª - Despolarização: Abertura dos canais de sódio, isso propicia um fluxo intenso de íons Na+ de fora para dentro da células, por um processo de difusão simples.

   Como resultado do fenômeno, o líquido intracelular se carrega positivamente e a membrana passa a apresentar um potencial inverso daquele encontrado nas condições de repouso. (positivo no interior e negativo no seu exterior)

   O potencial de membrana nesta fase é de aproximadamente +45mV.

   2ª - Repolarização:

   Durante este espaço de tempo, a permeabilidade aos íons sódio retorna ao normal e, simultaneamente, ocorre um aumento na permeabilidade aos íons potássio (saída), devido ao excesso de cargas positivas encontradas no interior da célula (maior concentração de potássio dentro da célula).

    Já os íons sódio que estavam em grande quantidade no interior da célula, vão sendo transportados ativamente para o exterior, pela bomba de sódio-potássio.

   Todo este processo faz com que o potencial da membrana celular volte a ser negativo. O potencial nesta fase passa a ser de aproximadamente de -95mV (pouco mais negativo que no potencial de repouso).

   3ª - Repouso: É a fase em que a célula volta a situação anterior a excitação. Nesta fase a permeabilidade aos íons potássio retorna ao normal e a célula retorna as condições iniciais com potencial de membrana em torno de -90mV.

   Este processo como um todo perdura por aproximadamente, 2 a 3 mili-segundos na grande maioria das células do corpo humano. Mas existe células excitáveis como por exemplo células do músculo cardíaco, cujo potencial de ação varia de 1,15 a 0,3 segundos, tais potenciais ocorrem na fase em que a célula está despolarizada. Esses potenciais são denominados Potenciais de Platô.

Fisiologia - Coração

As funções básicas do sistema cardiovascular são transportar oxigênio e outros nutrientes para as células do corpo, remover produtos do metabolismo celular e carregar substâncias de uma parte para outra do corpo. 

O funcionamento do coração é extraordinariamente complexo, sendo a resposta integrada de propriedades intrínsecas do miocárdio sob muitas influências extrínsecas tais como: fatores do sistema nervoso, fatores humorais, o volume de sangue e o retorno venoso, e também as impedâncias instantâneas da vasculatura periférica.

Chama-se circulação, o movimento que o sangue realiza ciclicamente dentro do sistema vascular. Este sistema compreende uma extensa rede de condutos ou tubos especialmente preparados para que o sangue circule em seu interior. As artérias são os vasos que levam o sangue do coração para os órgãos, músculos, ossos, enfim, para cada célula do nosso organismo. A parede das artérias é composta de três camadas: a camada adventícia, que é a camada mais externa; a camada média, formada por musculatura lisa e a camada íntima, que é um revestimento de endotélio. As artérias tem a propriedade especial de se contraírem assim que recebem o estímulo de substâncias contidas no próprio sangue (hormônios) produzindo o efeito que se chama de pressão arterial. O pulso arterial é produzido pela ejeção de sangue do ventrículo esquerdo dentro da aorta e grandes vasos. Esta pressão faz com que o sangue seja empurrado para a frente, chegando aos órgãos e as células.

Chama-se circulação, o movimento que o sangue realiza ciclicamente dentro do sistema vascular. Este sistema compreende uma extensa rede de condutos ou tubos especialmente preparados para que o sangue circule em seu interior. As artérias são os vasos que levam o sangue do coração para os órgãos, músculos, ossos, enfim, para cada célula do nosso organismo. A parede das artérias é composta de três camadas: a camada adventícia, que é a camada mais externa; a camada média, formada por musculatura lisa e a camada íntima, que é um revestimento de endotélio. As artérias tem a propriedade especial de se contraírem assim que recebem o estímulo de substâncias contidas no próprio sangue (hormônios) produzindo o efeito que se chama de pressão arterial. O pulso arterial é produzido pela ejeção de sangue do ventrículo esquerdo dentro da aorta e grandes vasos. Esta pressão faz com que o sangue seja empurrado para a frente, chegando aos órgãos e as células.

                 

A circulação        

As veias são os vasos que trazem o sangue de volta ao coração. Diferem das artérias por ter uma camada média menos espessa, isto porque a pressão de retorno do sangue para o coração é menor do que a de saída. O retorno do sangue ocorre devido ao pulso venoso gerado pela contração dos músculos e pela contração da própria veia. A isto, soma-se a ação das válvulas contidas no interior das veias ajudam a vencer a força da gravidade. Além disto o próprio átrio direito gera uma força ou pressão negativa, sugando o sangue na direção do coração.

A grande circulação ou circulação sistêmica é o movimento do sangue que sai pela aorta e retorna pelas veias cavas inferior e superior de volta ao átrio esquerdo.

A pequena circulação ou circulação pulmonar é o movimento do sangue que sai do ventrículo direito através da artéria pulmonar, passando pelos capilares pulmonares (local onde o sangue entra em contato com o leito alveolar e é oxigenado). Depois de oxigenado o sangue retorna para o átrio esquerdo através das veias pulmonares, seguindo para o ventrículo esquerdo e a grande circulação.

A terceira circulação ou circulação coronariana é o movimento o sangue a partir dos seios coronarianos localizados na raiz da aorta. Estes seios dão origem a artéria coronária direita e tronco da coronária esquerda. Assim que o miocárdio é irrigado, o sistema venoso coronariano trás de volta o sangue para o átrio direito.

O  Ciclo  Cardíaco

O ciclo cardíaco é uma das maravilhas da natureza. Para entender a sincronia que rege este fenômeno, antes é preciso descrever os dois fenômenos que acontecem durante o batimento cardíaco. O primeiro é um potencial elétrico que é gerado pelo nodo sino-atrial e o segundo é o potencial mecânico gerado pela contração ordenada do miocárdio. No primeiro evento ocorre um disparo de atividade elétrica que rapidamente se dissipa por cada célula miocárdica, o segundo evento é a resposta do conjunto de células miocárdicas que produz a contração e por conseguinte o movimento de sangue dentro de cada câmara cardíaca.

O ciclo cardíaco é composto por dois eventos: a diástole e a sístole.

  • A diástole é o enchimento das câmaras cardíacas com o volume de sangue.

  • A sístole é a expulsão do sangue das câmaras cardíacas. Existem dois tipos de sístole, a atrial e a ventricular. Cada uma é precedida por uma diástole.

Abaixo um diagrama apresentando as fases do ciclo cardíaco:

1. Início da diástole, abertura das válvulas tricúspide e mitral e enchimento ventricular
2. Fechamento das válvulas de entrada, final da diástole
3. Contração ventricular, abertura das válvulas pulmonar e aórtica - sístole ventricular
4. Final da sístole ventricular, fechamento das válvulas pulmonar e aórtica
5. Reinício da diástole atrial e ventricular.

        Uma das duas câmaras do coração, a aurícula direita, contém um grupo de células chamadas de nódulo sinusal que atua como um marca-passo, produzindo esses impulsos elétricos que fazem com que o músculo do coração se contraia e relaxe a cada ciclo cardíaco. A freqüência do ritmo cardíaco que determina tais impulsos elétricos depende da atividade no momento, variando desde 60 a 80 batidas por minuto em uma situação de descanso, a até mais de 200 batidas por minuto quando se faz exercícios, de modo a assegurar o direcionamento de nutrientes suficientes aos músculos e ao resto do organismo.

Fisiologia - Fígado

O fígado é a maior víscera do corpo humano, correspondendo a 1/50 do peso corporal em adultos e 1/20 do peso corporal de um neonato. Situa-se no quadrante superior direito do abdômen, aderido à superfície inferior do diafragma. É, essencialmente, uma massa de células permeada por um complexo mas organizado sistema de canais que transportam o suprimento sangüíneo e a bile. Recebe 25-30% do débito cardíaco.

   Suprimento  nervoso: fibras simpáticas de T7 a T10, fazendo sinapse no plexo celíaco, junto com o vago D e E e o nervo frênico D. As fibras nervosas acompanham a artéria hepática e os ductos biliares dentro do parênquima e inervam a cápsula de Glisson.

   Suprimento linfático: linfáticos emergem do porta-hepatis e a maioria acompanha a veia cava inferior para dentro do mediastino.

Histologia:

  • O fígado é constituído principalmente por células hepáticas ou hepatócitos. Os hepatócitos têm formato poliédrico e medem 20-30 mm. Estes se agrupam em placas que se anastomosam entre si formando unidades morfológicas chamadas lóbulos hepáticos. Nestes, os hepatócitos se dispõem em placas orientadas radialmente. Cada placa é constituída por células dispostas em uma só camada. Cada lóbulo é uma massa poliédrica de tecido hepático de cerca de 0.7 por 2 mm de tamanho. Os lóbulos se encostam uns nos outros em quase toda sua extensão. No entanto, em algumas regiões, os lóbulos ficam separados por tecido conjuntivo e vasos. Estas regiões ocupam os cantos do poliedro e recebem o nome de espaços-porta. 

Fisiologia:

  • Síntese proteica: o hepatócito renova suas próprias proteínas e sintetiza várias outras para exportação como albumina, fibrinogênio, protrombina e lipoproteínas.

  • Secreção de bile: função exócrina. Os principais componentes da bile são a bilirrubina (digestão da hemoglobina pela célula de Kupffer) e os ácidos biliares (90% circulação enterohepática e 10% hepatócito).

  • Depósito de metabólitos: glicogênio, vitamina A, gorduras neutras.

  • Metabolismo: gliconeogênese

  • Desintoxicação e Neutralização: muitas toxinas são neutralizadas pelos processos de oxidação, acetilação, metilação e conjugação. As enzimas que participam deste processo estão localizadas no retículo endoplasmático liso.

Fisiologia - Baço

Nos mamíferos, o baço está localizado no quadrante superior esquerdo do abdômem e possui uma rede de vasos sanguíneos aferentes e eferentes que torna esse órgão local por onde passa todo o sangue corporal. Origina-se a partir da proliferação mesenquimal no mesentério dorsal, sendo o local de maior acúmulo de mesênquima ativo no embrião. Um dos fatores que determinam a origem do baço em camundongos é expressão do gene Hox11. Os animais que não expressam esse gene nascem asplênicos. Os sinais que definem a estrutura do baço ainda não estão totalmente elucidados, mas já é conhecido que componentes da família do TNF contribuem para formação e manutenção da estrutura anatômica do órgão.
O baço pertence ao sistema linfo-reticular, mas diferentemente dos linfonodos, está situado na circulação sangüínea. O tecido esplênico é parte essencial do sistema reticuloendotelial e é um dos principais sítios de produção de linfócitos, monócitos e células reticuloendoteliais.
Vários compartimentos com diferenças morfológicas e fisiológicas podem ser definidos no baço de mamíferos. A atividade imunológica do baço pode ser observada na polpa branca; já as funções metabólicas, como acúmulo de ferro, são observadas na polpa vermelha.
            A polpa vermelha é considerada o filtro do sangue, tendo a função de remoção dos eritrócitos velhos presentes na corrente sangüínea. Nessa região, o sangue chega pelas veias esplênicas aferentes, onde há a formação de um arranjo entre fibras reticulares, fibroblastos e macrófagos que fagocitam os eritrócitos que passam por essas fibras. A recirculação de eritrócitos também é importante para o turn over de ferro. O grupamento heme derivado da lise das hemáceas é catabolizado em biliverdina, monóxido de carbono e íon ferroso, depois disso o ferro é distribuído para as demais células ou estocado ligado a ferritina.
            A polpa branca é o componente imunologicamente ativo do baço e pode ser dividida em três domínios principais: bainha linfóide periarteriolar (PALS), folículos linfóides e zona marginal que é rica em macrófagos. As células T são encontradas predominantemente nas PALS e as células B nos folículos linfóides.

Fisiologia - Neurônio

            Dentro de um neurônio existe uma alta concentração de íons de potássio e uma baixa concentração de íons de sódio. A nível extracelular a concentração dos íons se inverte. Esse desequilíbrio é mantido pelas características físicas da membrana junto com seu sistema enzimático, a bomba de sódio, que retira sódio de dentro da célula. Controlando esse balanço, os neurônios em seu estado “dormente” tem um  potencial elétrico interno que é negativo em relação ao meio externo, em torno de –70 milivolts (mV) em grandes neurônios. Quando um estímulo provoca uma despolarização, o potencial de membrana é revertido de –70 para +40 mV.

           Na escala evolutiva, o sistema nervoso dos animais se desenvolve a partir dos poríferos (esponjas marítimas), nos quais já existe um “sistema nervoso” constituído por nodos sensitivos dispersos pelo corpo do animal e interligados por feixes nervosos muito parecidos com os nervos dos animais superiores. Os primeiros animais a apresentar um sistema nervoso central são os peixes, já entre os cordados (animais que apresentam a notocorda, mesmo que apenas na fase embrionário, como no caso dos humanos). Nos peixes aparece apenas o arquicórtex que comanda todas as funções orgânicas e instintivas do animal, sendo estas transmitidas através do genótipo dos pais aos alevinos. Nos anfíbios já aparece o paleocórtex e nos Répteis já pode ser encontrado traços de neocórtex. Nas aves o neocórtex é um pouco mais evidente e nos mamíferos ele preenche grande parte dos hemisférios cerebrais. No homem, o arquicórtex aparece no hipocampo, o paleocórtex no giro para-hipocampal, enquanto o neocórtex preenche as demais regiões do cérebro, indo desde o giro do cíngulo (centro das emoções e comportamentos cognitivos) até a zona cortical exterior, onde são comandados os sentidos.

           Está provado que o arquicórtex está envolvido com os comportamentos instintivos, que são transmitidos geneticamente, pois são inerentes a uma espécie – a humana, no caso. O paleocórtex lida com informações mistas, tanto aprendidas como transmitidas geneticamente e o neocórtex lida essencialmente com informações aprendidas, sendo nessa zona do cérebro que se processam os estímulos elétricos eliciadores dos movimentos que dependem do aprendizado, bem como está envolvido também com a percepção da dor, do frio, do tato, etc.

           Poderíamos facilmente dividir, utilizando as teorias da psicanálise, o Behaviorismo, a bioenergética e demais áreas da psicologia, o cérebro humano da seguinte forma:

  • Arquicórtex = inconsciente.

  • Paleocórtex = pré-consciente

  • Neocórtex = consciente.

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