Fisiologia Excitabilidade Celular

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Fisiologia – Excitabilidade Celular
Os canais iônicos são proteínas de membrana integrais que, quando abertos, permitem a passagem seletiva de íons. 
Essa seletividade é possível graças à diferença de tamanho entre os íons, à agua de solvatação e à carga do íon.
Os canais iônicos podem ser canais de repouso ou regulados.
Os canais regulados podem ser dependentes de voltagem, dependentes de ligantes ou mecanodependentes.
Canais mecanodependentes são abertos por meio do estiramento de algumas proteínas.
Canais dependentes de voltagem tem comportas controladas por alterações do potencial de membrana.
Canais dependentes de ligantes tem comportas que são controladas por meio de hormônios, neurotransmisossores e segundos mensageiros.
Potencial de difusão é a diferença de potencial gerada através da membrana quando um soluto com carga se difunde a favor de seu gradiente de concentração. Portanto o potencial de difusão é causado pela difusão de íons. Segue-se, então, que um potencial de difusão só pode ser gerado se a membrana for permeável a esse íon. Se a membrana não for permeável ao íon, nenhum potencial de difusão será gerado, não importando se existe gradiente de concentração para esse íon.
Potencial de equilíbrio é uma extensão do conceito de potencial de difusão. Se existir diferença de concentração para um íon através da membrana e se a membrana for permeável a esse íon, é gerada um diferença de potencial (o potencial de difusão)
O potencial de equilíbrio é o potencial de difusão que equilibra ou se opõe precisamente à tendência para a difusão a favor do seu gradiente de concentração. 
A equação de Nernst calcula o potencial de equilíbrio de um íon para uma dada diferença de concentração através da membrana, supondo que a membrana seja permeável a esse íon.
A equação de Nernst converte a diferença de concentração de um íon em voltagem.
Por convenção, o potencial de membrana é expresso como potencial intracelular em relação ao potencial extracelular.
Potencial de repouso da membrana é a diferença de potencial que existe através da membrana das células excitáveis, no período entre dois potenciais de ação.
É convencional referir-se ao potencial intracelular em relação ao extracelular.
O potencial de repouso da membrana é estabelecido pelos potenciais de difusão, que resultam das diferenças de concentração para vários íons através da membrana celular.
Cada íon permeante tenta impulsionar o potencial de membrana em direção ao seu próprio potencial de equilíbrio.
-70 mV é a média do potencial de repouso das células excitáveis.
Esse valor pode ser explicado através das permeabilidades relativas da membrana celular.
O potencial de repouso está próximo ao potencial de equilíbrio do potássio e do cloreto, por a permeabilidade a esses íons em repouso é alta.
O potencial de repouso está longe do potencial de equilíbrio do sódio e do cálcio, pois a permeabilidade a esses íons em repouso é baixa.
A equação de Goldman, Hodgkin e Katz avalia a contribuição de cada íon em relação ao potencial de membrana.
Existe pequena contribuição eletrogênica direta da bomba, que se baseia na estequiometria de três íons sódio bombeados para fora da célula para cada dois íons potássio bombeados para dentro.
Indiretamente, a bomba de sódio e potássio é necessária para gerar e manter o gradiente de concentração do potássio, que estabelece o potencial de repouso da membrana.
O potencial de ação é um fenômeno das células excitáveis, como as nervosas e as musculares e consiste na rápida despolarização, seguida por repolarização do potencial de membrana.
Mecanismos báscios para a tansmissão da informação no sistema nervoso e em todos os tipos de músculo.
Características do potencial de ação:
O potencial de ação normal, para um dado tipo celular, é sempre o mesmo.
Um potencial de ação em um local causa despolarização em locais adjacentes, levando-os até o limiar. A propagação de um potencial se faz sem decremento.
O potencial ocorre ou não, efeito do tudo-ou-nada.
Etapas do potencial de ação:
Potencial de repouso:
Membrana em -70 mV
Alta permeabilidade ao potássio
Canais de potássio quase totalmente abertos permitindo a difusão do potássio para fora da célula, de acordo com o gradiente de concentração existente.
Essa difusão gera um potencial de membrana do potássio em direção ao seu potencial de equilíbrio
Baixa condutância ao sódio
Alta condutância ao cloreto para o interior da célula
Despolarização
Um estímulo despolariza a membrana celular
Abrem-se os canais de sódio e a condutância deste íon para o interior da célula é superior a condutância do potássio.
Esse influxo aumenta o potencial de membrana, que passa a ser positivo.
Repolarização
Os canais de sódio se fecham e tornam-se inativos. Porém sua resposta é muito mais lenta do que a abertura das comportas de ativação. Assim após um retardo, as comportas de inativação fecham os canais de sódio, terminando o curso ascendente do potencial de ação.
A despolarização abre os canais de potássio voltagem dependentes e aumenta a condutância desse íon para um valor até mais alto do que o que ocorre no repouso. O efeito combinado do fechamento dos canais de sódio e da maior abertura dos canais de potássio torna a condutância deste íon muito maior que a do sódio. Isso resulta uma corrente de efluxo de potássio, e a membrana é repolarizada.
Hiperpolarização
Após a repolarização, a condutância ao potássio é mais alta do que em repouso e o potencial de membrana é impulsionado para mais próximo do potencial de equilíbrio do potássio (pós-potencial hiperpolarizante)
A condutância ao potássio retorna ao nível de repouso e o potencial de membrana se despolariza ligeiramente voltando ao potencial de repouso.
Período refratário é aquele em que as células excitáveis são incapazes de produzir potenciais de ação normais.
Absoluto
Dura grande parte do potencial de ação. Durante esse período, mesmo aumentando o estímulo, outro potencial não pode ser gerado.
Ocorrre por conta do fechamento das comportas de inativação do canal de sódio, em resposta à despolarização. Essas comportas de inativação estão na posição fechada até que a célula seja repolarizada de volta ao potencial de repouso.
Relativo
Começa ao final do absoluto e coincide, principalmente com o período de pós potencial hiperpolarizante.
Um novo estímulo só gera potencial de ação se a corrente de despolarização for maior que a antecedente.
Como o potencial de membrana está muito mais próximo do potencial de equilíbrio do potássio, é necessária maior corrente de influxo para levar a membrana até o limiar, para iniciar o próximo potencial de ação.
Acomodação 
Quando a célula nervosa ou muscular é despolarizada lentamente ou mantida em nível despolarizado, o limiar habitual pode ser atingido sem ser deflagrado um potencial de ação. 
Ocorre porque a despolarização fecha as comportas de inativação dos canais de sódio.
Se a despolarização for suficeintemente lenta, os canais de sódio se fecham e permanecem fechados.
O curso ascendente do potencial de ação não ocorre, pois não há canais de sódio disponíveis para conduzirem a corrente de influxo.
Condição vista na hipercalemia.
Estímulo negativo fraco pode não ser suficiente para excitar a célula. Todavia, quando a voltagem do estímulo é aumentada, atinge-se o valor no qual ocorre excitação. Estímulos aplicados sucessivamente, de intensidade progressivamente crescente. Um estímulo muito fraco faz com que o potencial de membrana varie, mas essa alteração não é suficiente para que o processo regenerativo automático do potencial de ação se desenvolva. Contudo, esse estímulo modifica o potencial de membrana local, por 1 ms ou mais. Essas alterações são conhecidas como potenciais graduados.
Somação espacial – vários potenciais graduados aplicados em pontos diferentes da célula.
Somação temporal – vários potenciais graduados aplicados sucessivamente num mesmo local.
Na hipercalemia as membranas das células nervosas e musculares são muitopermeáveis ao potássio; o aumento da concentração extracelular deste íon causa despolarização do potencial de repouso. Essa despolarização traz a membrana celular para mais próximo do limiar, e pareceria mais provável a deflagração de um novo potencial de ação. Contudo, a célula está menos apta, pois a despolarização fecha as comportas de inativação dos canais de sódio.
A tetrodotoxina e os anestésicos locais atuam diretamente sobre as comportas de ativação dos canais de sódio, dificultando de forma muito acentuada a abertura dessas comportas, e, desse modo, reduzindo a excitabilidade da membrana.