Capítulo 5 - Potenciais de Membrana - Guyton

Prévia do material em texto

Capítulo 5 – Potenciais de Membrana e Potenciais de Ação
Células nervosas e musculares geram impulsos eletroquímicos que se modificam nas membranas;
Esses impulsos são utilizados para transmissão de sinais;
Em células glandulares, macrófagos e células ciliadas alterações locais dos potenciais de membrana ativam funções celulares;
Física Básica dos Potenciais de Membrana
A concentração de potássio é maior na parte interna da membrana que externamente;
Devido ao gradiente de concentração do potássio, existe maior tendência à difusão externa;
Quando ocorre, levam cargas positivas para fora, criando eletropositividade na face externa e eletronegatividade na face interna (presença de ânions no interior);
A ddp entre as partes interna e externa da membrana (potencial de difusão) é suficientemente grande para bloquear a difusão efetiva do potássio para fora, apesar do gradiente de concentração;
Nas fibras normais dos mamíferos, a ddp necessária é de 94 milivolts, com negatividade interna;
Com o sódio ocorre de forma semelhante: grande difusão para dentro, gerando potencial de membrana, tornando o interior positivo e o exterior negativo. O potencial de membrana aumenta o suficiente para bloquear a difusão efetiva para o interior. Nas fibras normais, a ddp necessária é de 61 milivolts, com positividade interna;
*As diferenças entre concentrações iônicas nos lados da membrana podem criar potencial de membrana;
*Variações rápidas dos potenciais de membrana, durante a transmissão de impulsos nervosos e musculares, resultam da ocorrência dessas rápidas variações dos potenciais de difusão;
Relação do Potencial de Difusão com a Diferença de Concentração – Potencial de Nernst
Potencial de Nernst → valor do potencial de difusão, em toda a membrana, que se opõe exatamente ao da difusão efetiva de um íon em particular através da membrana. A grandeza é determinada pela proporção entre as concentrações do íon nos dois lados da membrana. Quanto maior a proporção, maior a tendência de difusão do íon em uma mesma direção, e maior o potencial de Nernst necessário para evitar difusão efetiva adicional. O sinal do potencial é positivo (+) se o íon, dentro para fora, for negativo, e negativo (-) se o íon for positivo. Tendência para acontecer a difusão;
Cálculo de Potencial de Difusão - Membrana Permeável
Quando a membrana é permeável a vários íons diferentes o potencial de difusão depende de 3 fatores:
A polaridade das cargas de cada íon;
A permeabilidade da membrana para cada íon;
As concentrações dos íons no lado interno e externo da membrana;
Equação de Goldmann → dá o potencial calculado do lado interno quando dois íons positivos univalentes – sódio e potássio – e um íon univalente negativo – cloreto – estão envolvidos;
Íons sódio, potássio e cloreto são os mais importantes no desenvolvimento dos potenciais de membrana;
O grau de importância de cada um deles na determinação da voltagem é proporcional à permeabilidade da membrana para cada um. Ex.: se a membrana tiver permeabilidade zero para potássio e cloreto, o potencial passa a ser totalmente dominado pelo gradiente de concentração do sódio, e o potencial resultante será igual ao potencial de Nernst para o sódio;
A permeabilidade dos canais de sódio e potássio passa por rápidas alterações durante a transmissão de impulsos nervosos (responsáveis pela transmissão de sinais nos neurônios), enquanto a permeabilidade dos canais de cloreto não têm muitas alterações;
Potencial de Repouso das Membranas dos Nervos
O potencial de repouso das fibras nervosas calibrosas é de – 90 milivolts → potencial interno é de 90 milivolts mais negativo que o potencial do líquido extracelular;
 
Vazamento de Sódio e Potássio Através da Membrana Nervosa
Proteína Canal → nesse caso pode chamar-se “domínio de duplo poro”, canal de potássio ou canal de “vazamento” de potássio, presente na fibra nervosa, por onde o potássio escapa mesmo que a célula esteja em repouso. Esses canais de vazamento podem vazar quantidades pequenas de sódio, mas são mais permeáveis ao potássio (100x mais). Esse diferencial de permeabilidade é um fator-chave na determinação do nível do potencial de repouso normal da membrana;
Contribuição da Bomba de Sódio e Potássio
Os potenciais de difusão causados pela difusão do sódio e do potássio atuando isoladamente produzem um potencial de membrana de -86 milivolts;
Então, -4 milivolts são somados ao potencial de membrana pela bomba eletrogênica de sódio e potássio, resultando em potencial efetivo de -90 milivolts;
Potencial de Ação dos Nervos 
Potencial de Ação → começa por alteração súbita do potencial de membrana normal negativo para postivo, terminando com retorno ao potencial negativo;
Estágio de Repouso → antes do potencial de ação. A membrana está polarizada (-90 milivolts);
Estágio de Despolarização → a membrana fica muito permeável ao sódio, permitindo a entrada de muitos íons no axônio. O estado normal de polarização (-90 milivolts) é neutralizado, aumento para valor zero ou positivo. Em fibras nervosas maiores, a entrada de sódio pode ser tão grande que o potencial ultrapassa (overshoot) o nível zero e torna-se positivo;
Estágio de Repolarização → os canais de sódio começam a se fechar e os de potássio e a se abrir. A rápida difusão de potássio para fora restabelece o potencial de repouso negativo da membrana;
Canais de Sódio e Potássio Regulados por Voltagem
Canal de Sódio Regulado por Voltagem → agente necessário para provocar a despolarização e repolarização da membrana nervosa durante o potencial de ação. Possui duas comportas, uma perto da abertura externa (comporta de ativação) e outra perto da abertura interna (comporta de inativação). No repouso, a comporta de ativação está fechada, impedindo a entrada de sódio. Quando o potencial de membrana torna-se menos negativo que o estado de repouso há alteração conformacional da comporta de ativação fazendo com que o canal fique aberto (estado ativado) permitindo entrada de sódio. O mesmo aumento da voltagem que ativa a comporta também a inativa. A alteração conformacional que provoca o fechamento da comporta de ativação é mais lenta que aquela que a abre. O canal é inativado e se fecha, impedindo a entrada de sódio. Nesse momento, o potencial de membrana volta ao estado normal de repouso (repolarização). A comporta inativada só vai reabrir quando o potencial de membrana retornar ao potencial de repouso original. Por isso, não é possível para o canal de sódio voltar a se abrir sem que a fibra tenha sido totalmente repolarizada;
Canal de Potássio Regulado por Voltagem → também tem participação importamte por aumentar a velocidade de repolarização da membrana. Durante o repouso, a comporta está fechada impedindo a passagem de potássio. Quando o potencial da membrana aumenta (-90 para 0) há a abertura da comporta, permitindo difusão do potássio para fora. Esses canais só se abrem exatamente no momento em que os canais de sódio estão se fechando. A redução da entrada de sódio e o aumento da saída de potássio fazem com que o processo de repolarização seja acelerado;
*Ambos atuam de forma adicional com a bomba de sódio e potássio e os canais de vazamento de potássio e sódio;
Resumo dos Eventos Causadores do Potencial de Ação
Durante o período de repouso a condutância para potássio é 50 a 100 vezes maior que para sódio. Isso é devido ao vazamento maior de potássio pelos canais de vazamento. Com o desencadeamento do potencial de ação, o canal de sódio é ativado permitindo aumento de 5000 vezes na condutância do sódio. O processo de inativação fecha esses canais rapidamente. O desencadeamento do potencial de ação também causa a regulação por voltagem da abertura dos canais de potássio, fazendo com que ocorra mais lentamente. No final do potencial de ação, o retorno ao estado normal negativo faz com que os canais de potássio se fechem, voltando ao estado original mas somente após um retardo adicional.Durante o início do potencial de ação, a proporção da condutância de sódio/potássio aumenta mais de 1000 vezes. Muito mais íons sódio fluem para dentro do que íons potássio para fora. Essa é a causa do potencial de membrana ficar positivo no começo do potencial de ação. Depois, os canais se sódio começam a se fechar e os de potássio a se abrir, de modo que a proporção de condutância varia, aumentando muito a do potássio e reduzindo a do sódio. Isso permite perda rápida de potássio para fora e fluxo nulo de sódio para o interior. Consequentemente, o potencial de ação retorna rapidamente ao nível normal.
Papeis de Outros Íons no Potencial de Ação
Íons Impermeantes Com Carga Negativa no Interior do Axônio → esse íons não podem sair do axônio. Por isso, qualquer déficit de íons positivos internamente causa excesso de íons negativos. Esses íons negativos são reponsáveis pela carga negativa interna quando há saída de íons positivos;
Íons Cálcio → em algumas células causa a maior parte do potencial de ação. Existem canais de cálcio regulados por voltagem. Quando esses canais se abrem, em resposta ao estímulo que despolariza a membrana, íons cálcio fluem para o interior. A principal função desses canais regulados por voltagem é contribuir para a fase de despolarização do potencial de ação em algumas células. A regulação desses canais é lenta, por isso são chamados de canais lentos, enquanto os de sódio são chamados de canais rápidos (os canais de cálcio promovem despolarização mais prolongada, enquanto os canais de sódio promovem início dos potenciais de ação). A concentração de cálcio no líquido extracelular também exerce intenso efeito sobre o valor da voltagem em que os canais de sódio são ativados. 
Círculo Vicioso de Feedback Positivo
Caso ocorra um evento capaz de provocar aumento do potencial de membrana, a própria voltagem crescente causa abertura de vários canais de sódio regulados por voltagem;
Isso permite influxo rápido de sódio, aumentando o potencial de membrana, abrindo mais canais regulados por voltagem, permitindo mais influxo de sódio para a fibra (círculo vicioso de feedback positivo);
Esse processo continua até que todos os canais regulados por voltagem tenham sido abertos. O aumento do potencial de membrana causa fechamento dos canais de sódio e abertura dos de potássio, e o potencial de ação termina;
Limiar Para o Início do Potencial de Ação → o potencial de ação só ocorre se o aumento inicial do potencial de membrana for forte o suficiente para gerar feedback positivo. Isso ocorre quando o o número de sódios que entram é maior que o número de potássios que saem. Qualquer aumento do potencial de membrana da fibra de -90 para -65 milivolts desencadeia o potencial de ação. Esses -65 milivolts são definidos como limiar para a estimulação;