Potencial de Ação

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Potencial de Ação
Fisiologia - Aula 3
CÉLULAS MARCA-PASSO: capacidade de gerar o potencial de ação
espontaneamente
Estrutura em azul claro no topo do átrio direito, na desembocadura da
veia cava: nodo sinoatrial
Estrutura amarela marcada na divisão entre os átrios e os ventrículos:
nodo atrioventricular
Feixe comum: feixe de His, que se bifurca em 2 ramos, esquerdo e
direito, dando origem às fibras de Purkinje
Sequência normal de ativação cardíaca
- Nodo sinoatrial, indo em direção aos ventrículos, de cima para
baixo e da direita pra esquerda
- O nodo sinoatrial tem capacidade de gerar batimentos espontâneos
e quando ele dispara seus potenciais de ação, esse potencial é
transmitido para o átrio direito pelos feixes marcados em
coloração verde e ao átrio esquerdo através do feixe de Bachmann
- Todo o sinal que foi disparado e conduzido pelos átrios converge
para o nodo atrioventricular e, a partir dele, esses estímulos
passam através de um esqueleto fibroso, feixe de His, que se
bifurca nos ramos direito e esquerdo através do septo
atrioventricular e depois as fibras de Purkinje distribuem a onda
despolarizante para as células de trabalho (ventriculares -
marcadas em cinza)
- Cada célula marca-passo tem um potencial de ação bastante
característico → cada um deles tem uma forma e duração diferente
- Precisa saber cada uma para estudar o eletrocardiograma
Eletrocardiograma
- Onda P: Contração atrial
- Intervalo PR: Compreende a passagem do estímulo dos átrios para
os ventrículos
- Complexo QRS: Despolarização ventricular
- Segmento ST: Platô do potencial de ação
- Onda T: Onda de repolarização ventricular
Potencial de ação: Mudança de voltagem "estereotipada” em função do
tempo
- Mudança de voltagem que tem uma característica própria
Despolarizar: Tornar a voltagem (potencial) mais positivo
Hiperpolarizar: Tornar a voltagem (potencial) mais negativo
Quando a célula vai sofrer uma despolarização?
- Quando houver a entrada de cargas positivas (quase
exclusivamente sódio ou cálcio) ou saída de cargas negativas dessa
célula (pode ser cloreto)
Quando a célula vai sofrer hiperpolarização?
- Saída de cargas positivas (íon potássio) ou entrada de cargas
negativas (íon cloreto)
OBS: O cloreto não participa muito desse processo, então fala-se
basicamente de saída e entrada de cargas positivas
Correntes de entrada: influxo
Corrente de saída: efluxo
Potencial de ação do axônio gigante de lula
- À medida que ocorre a despolarização do axônio, a subida de
condutância ao sódio ocorre concomitantemente → Abertura de
canais de sódio, que levou a célula a uma despolarização
- Quase instantaneamente, ocorre também a queda da condutância
ao sódio e a célula começa a se repolarizar
- A hiperpolarização ocorre concomitantemente com a subida da
condutância ao potássio, que atinge valores máximos na fase de
repolarização
Potencial de ação típico das células cardíacas ventriculares
- Células de trabalho pintadas em cinza
- Potencial de ação mais complexo e demorado, composto por 5 fases
- Grande diferença do potencial de ação entre as células do músculo
estriado esquelético e as células do músculo estriado cardíaco
Fase 0 do potencial de ação cardíaco
- Fase de subida rápida do potencial: despolarização
- Entrada de cargas positivas: ativação de canais rápidos de sódio
- Aminoácidos carregados positivamente funcionam como “sensores
de voltagem” transmembrana: sentem o potencial de membrana e
se posicionam de maneira a deixar o canal fechado, ou se
movimentam em direção ao meio extracelular, fazendo com que o
canal se abra
Os três estados conformacionais do canal para Na+
1. Canal fechado
➢ Segmento m (s4)
➢ Segmento h: alça intracelular do canal
➢ Quando a célula está em repouso, sendo o lado interno mais
negativo que o lado externo, o segmento m está fechado e o
segmento h está aberto
➢ Os íons sódio não conseguem entrar porque o segmento s4
está travando o poro do canal
2. Canal aberto
➢ O canal recebe uma onda despolarizante
➢ Após a despolarização rápida, o segmento s4 se move e
permite a abertura do canal, com a entrada de sódio
➢ A manutenção da despolarização faz com que o canal passe
do estado aberto para o estado inativado
3. Canal inativado
➢ No estado inativado, o segmento s4 continua aberto, porque a
célula permanece despolarizada e é essa despolarização que
leva à abertura do canal, mas a alça intracelular (segmento h)
se fecha → O sódio não consegue mais passar
➢ O canal não é condutível
➢ Para esse canal voltar a ser condutível, ele deve voltar para o
estado fechado com a repolarização da célula, sendo possível
passar de novo para o estado aberto em caso de nova
despolarização
Solução Cardioplégica → Parada cardíaca
- Em potenciais de membrana próximos ao repouso, a célula tem um
canal fechado (segmento s4 fechado), pronto para se abrir mediante
a um estímulo
- Em potenciais de membrana muito positivos, a alça de inativação
bloqueia o poro do canal, passando-o para o estado inativado
Alça de inativação: Alça intracelular que liga os domínios 3 e 4 de
membrana e se movimenta no sentido de tapar o poro de canal,
inativando-o, quando a célula fica bastante tempo despolarizada
Por que a inativação é importante?
- Formação do período refratário
- Situações que levam a alterações no período refratário podem
implicar em patologias, que vão estar relacionadas a inativação dos
canais de sódio, podendo ser uma inativação incompleta, tardia,
prematura, e alterações nessa inativação vão implicar em arritmias
Características do Potencial de Ação Cardíaco
- Período refratário absoluto:
- Intimamente relacionado com a inativação dos canais de
sódio - canais sensíveis a voltagem
- Relacionado ao valor de potencial de membrana da célula
naquele momento
- Após o disparo do potencial de ação, a célula fica bastante
tempo em potenciais de membrana bastante positivos: canais
de sódio totalmente inativados
- À medida que a célula vai se repolarizando, a célula sai do
período refratário absoluto e entra no período refratário
relativo → Os canais de sódio vão saindo da inativação
lentamente e vão passando para o estado fechado
- Quanto mais próximo do potencial de repouso, mais canais
de sódio inativados vão passando para o estado fechado
- Os canais de sódio permanecem inativados porque a célula
estava muito positiva em relação ao seu potencial de repouso
- Período normal:
- Período em que o potencial de membrana já está bem
próximo ao potencial de repouso da célula
- Canais de sódio já no estado fechado, podendo receber um
novo estímulo para uma nova despolarização
Fase 1 do potencial de ação cardíaco
- Demarcada por uma pequena repolarização após a fase de
despolarização (fase 0): repolarização parcial
- Ativação dos canais de potássio: saída de potássio da célula
- Canais de potássio = canais transientes de efluxo → Eles se abrem
com a despolarização, mas sua abertura é muito rápido,
inativando-se também rapidamente, de modo que ele consiga
trazer a célula para valores um pouco mais negativos, mas não
trazer de volta para o potencial de repouso da célula
- Canais Ito (corrente transiente de efluxo)
- Ativados por despolarização
- Inativação dependente de voltagem e tempo
- Carreada por íons potássio
Fase 2 do potencial de ação cardíaco
- Platô do potencial de ação cardíaco: potencial de membrana
praticamente constante (por isso platô) e em um valor ainda
bastante despolarizado (bastante positivo)
- Balanço entre correntes despolarizantes e repolarizantes: canais
para cálcio e canais para potássio, respectivamente
- Correntes despolarizantes:
- Canais para cálcio tipo L (maior contribuição nessa
fase)
- Canais para cálcio tipo T
- Fechamento de canais Ik1: manutenção da membrana
despolarizada
- Correntes repolarizantes:
- Canais para potássio do tipo Ikrs (ativação lenta)
Fase 3 do potencial de ação cardíaco
- Fase de repolarização celular
- Ação decanais para potássio (Ikrs)
- Canais retificadores retardados: abrem-se muito lentamente
- Os canais para cálcio se abrem durante a fase 0, têm sua ação
máxima durante o platô, mas quando a célula fica despolarizada
por muito tempo, eles se inativam, perdem seu estado condutivo
- Os canais para potássio não se inativam com a voltagem, então
permanecem abertos e, agora sozinhos, colocam potássio para fora
da célula, conseguindo repolarizar a célula
Fase 4 do potencial de ação cardíaco
- Ativação de canais de potássio Ik1: retificadores anômalos
- Ativados por hiperpolarização: quanto mais negativa a célula,
mais eles se abrem
- Dependentes da concentração externa de potássio
- Hipocalemia: Hiperpolarização
- Hipercalemia: Despolarização
- Manutenção do potencial de repouso
- Juntamente com os canais de vazamento (sempre abertos, não se
abrem com o potencial de repouso), os canais de potássio Ik1
também estão abertos durante o repouso
Células Marcapasso: Potencial de ação lento
- Essas células possuem estruturas especializadas que conferem a
elas a capacidade de serem marca-passo
Potencial de ação lento
- Nodo sinoatrial: marca passo primordial
- Não há as 5 fases características de potencial de ação ventricular:
somente fases 0, 3 e 4
Fase 0
- Entrada de cálcio através dos canais de cálcio tipo L:
Despolarização lenta
- Os canais de sódio são muito mais rápidos que os canais de
cálcio tipo L, sendo, por isso, chamada de lenta
- Os canais de cálcio tipo L também se inativam porque a
voltagem fica muito positiva
Fase 3
- Fase de repolarização celular
- Abertura de canais para potássio (Ik): saída de potássio →
cargas positivas para fora, repolarizando-a
- À medida que vai se repolarizando a célula, também há a
abertura de If (canal que se abre com a hiperpolarização,
assim como Ik1)
Fase 4
- Corrente catiônica (sódio e potássio) através dos canais If e
ICaT: Despolarização diastólica lenta
- Canais If
- Passagem de cátions monovalentes (Sódio e potássio)
- Quando se abrem: entrada de sódio e saída de potássio
→ Despolarização celular (resultante de entrada maior
de sódio)
- O potencial de membrana vai ficando cada vez mais positivo
pela abertura de If
- A partir do momento que ele atinge o potencial limiar para a
abertura dos canais para cálcio tipo T, eles de abrem e o
cálcio entra na célula, promovendo o final da despolarização
até que se atinja o potencial limiar para a abertura dos canais
para cálcio tipo L, que despolariza mais a célula
Corrente de marca-passo: If
- Canal exclusivo da célula marcapasso
- Característica de despolarizar a célula espontaneamente
- Pessoas com mutações pontuais nesse canal: bradicardia
(diminuição da frequência cardíaca) → Colocação de marcapasso
cardíaco, porque seus batimentos são tão baixos que é
praticamente incompatível com uma vida normal
Nodo sinoatrial
- Marcapasso primordial
- Frequência intrínseca (de disparo): 60-80 bmp
- Ausência de correntes para sódio: A fase 0 do seu potencial de ação
se deve à presença e abertura de canais para cálcio tipo L
Nodo sinoatrial
- Fase 4 um pouco inclinada e não realmente um potencial de
repouso → abertura de canal If que está despolarizando a célula
para que atinja um limiar de excitação e leve ao potencial de ação
de fato
- Potencial de ação que ocorre espontaneamente devido a abertura
de canais If que leva ao disparo da célula
- Potencial diastólico máximo: - 65 mV
Potencial de ação ventricular
- Fase 4: potencial estável (de repouso)
- O potencial de ação só ocorre mediante a um estímulo
despolarizante, que vem, em última análise, do nodo sinoatrial, que
“caminhou” pelas células especializadas de condução e chegou até
as células ventriculares através das células de Purkinje
- Potencial diastólico de: - 80 a - 90 mV
Por que as células do nodo sinoatrial não tem o potencial de repouso
tão negativo quanto as células ventriculares?
- A fase 4 das células ventriculares se deve à abertura de um canal
para potássio que não está presente no nodo sinoatrial: Canal Ik1 →
Esse canal se abre, coloca potássio para fora, repolarizando a célula
ainda mais e deixando ela em um potencial de membrana bem mais
negativo
- Nas células do nodo sinoatrial, esse canal Ik1 não existe: potencial
de repouso bem mais positivos que das células ventriculares
Células marcapasso do coração
- Por que as fibras de His/ Purkinje ou o nodo atrioventricular não
são um marcapasso natural ou um primeiro marcapasso cardíaco e
sim as células do nodo sinoatrial?
- Tracejado em verme: potencial limiar → Quando o potencial de
membrana atinge esse limiar, a célula dispara
- Para que a célula atinja esse potencial é necessário que haja
uma despolarização constante, causada, em última análise,
pela abertura dos canais If
- A fase 4 (despolarização diastólica lenta) é muito mais rápida
que essa taxa nas células de His-Purkinje → Fase 4 mais
inclinada
- O nodo sinoatrial tem maior taxa de disparo, seguido do
nodo atrioventricular e, por fim, as fibras de His-Purkinje
- Essa via culmina na ativação da proteína quinase A
- Efeitos da ativação da proteína quinase A:
- Aumento da taxa de despolarização diastólica: Fase 4 do
potencial de ação lenta vai ficar mais inclinada, atingindo
mais rapidamente o limiar → Aumento da frequência cardíaca
- Isso acontece por causa da fosforilação dos canais iônicos
(ICaL, If e IKrs): acarreta o aumento dessas correntes
- O limiar de disparo do nodo sinusal é atingido mais cedo
pela ativação adrenérgica
- Diminuição da frequência cardíaca
- Diminuição da corrente de cálcio tipo L (diminuição do AMPc):
diminuição da proteína quinase A ativa → Todos os canais iônicos
que antes estavam fosforilados pela via simpática deixam de estar
nesse momento pela ativação da cascata via proteína G inibitória
- Abertura dos canais para potássio ativados por acetilcolina, que
promovem o efluxo de potássio, que acontece no momento de
potencial de ação que eu consiga controlar a frequência cardíaca
(fase 4 do potencial de ação lento) → A taxa de inclinação da fase 4
diminui porque não só o If está atuando, tentando despolarizar a
célula, como também há o canal para potássio sensível à
acetilcolina, tentando repolarizar a célula (corrente despolarizante
+ corrente repolarizante = atraso na fase 4)
- A célula demora mais para atingir seu limiar de potencial de ação,
fazendo com que a frequência cardíaca caia
Como ocorre a comunicação entre as células ventriculares (de trabalho)
entre si?
- O estímulo chega até elas pelas células de Purkinje
- Contudo, não existe uma célula de Purkinje para cada célula de
trabalho (fisicamente impossível) → O estímulo se propaga para as
células vizinhas através de junções comunicantes (Gap Junctions)
- Junções comunicantes: Canais iônicos presentes nas membranas
dessas células (conexinas) → Pontes intercelulares com baixa
resistência (o impulso consegue passar de forma bastante rápida,
fazendo com que o coração consiga se contrair como um todo).