2 Fisiologia - Potenciais de Membrana e Potenciais de Ação

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FUNÇÃO E DISFUNÇÃO I – FISIOLOGIA 
 
1. Potenciais de Membrana e Potenciais de Ação 
Todas as células do corpo têm uma diferença de potencial através de suas membranas (de dentro 
para fora), que, como já foi explicado anteriormente, é fundamental no controle da entrada e saída 
de íons e moléculas. Além disto, as células nervosas e musculares podem sofrer excitação, ou seja, 
são capazes de gerar impulsos eletroquímicos em suas membranas, e estes transmitem sinais ao 
longo da membrana. 
Como explicado anteriormente, a diferença de potencial criada entre ambos os lados de uma 
membrana, ocorre pela passagem de íons positivos de um lado onde se encontram em alta 
concentração para o lado de menor concentração, e com isto deixando o lado de origem mais 
negativo e o lado de destino mais positivo. 
Quando uma membrana é permeável a diversos tipos de íons, o potencial de difusão depende de 
três fatores: 
1) A polaridade da carga elétrica de cada íon 
2) A permeabilidade da membrana para cada íon 
3) A concentração de cada íon dentro e fora da membrana 
 
O sódio (Na⁺), cloro (Cl⁻) e potássio (K⁺) são os três íons mais importantes na formação de potenciais 
de membrana nos nervos e fibras musculares. A concentração de cada íon de cada lado da 
membrana ajuda a determinar a voltagem do potencial de membrana. 
A permeabilidade de cada membrana, de cada célula, a um íon específico varia, e com ela a 
importância que cada íon exerce naquela célula, mas sódio e potássio conseguem passar 
rapidamente pela membrana, e o cloro não, e por isto estes dois íons são envolvidos na transmissão 
de sinais pelos nervos. 
É importante saber que todo o resto do fluido intra e extracelular tem um número equilibrado de 
íons positivos e negativos, gerando neutralidade elétrica, e somente nas superfícies interna e externa 
das membranas ocorre diferença de potencial, com a membrana interna sendo negativa, e a externa 
positiva, em uma diferença de potencial de aproximadamente -90mV. Para garantir esta diferença de 
potencial, apenas uma quantidade ínfima de íons precisa atravessar a membrana, e uma quantidade 
menor ainda precisa atravessar de volta para inverter esta relação, gerando diferença de potencial 
de aproximadamente +35mV, em frações de segundos, o que é responsável por gerar os sinais 
nervosos. 
 
� Canais Iônicos 
Os canais iônicos são proteínas de membrana integrais que, quando abertos, permitem a passagem 
de certos íons, são seletivos. 
São controlados por comportas (gates) e, dependendo de sua posição, os canais podem abrir ou 
fechar. Existem dois tipos: 
• Canais dependentes de voltagem: têm comportas controladas por alterações do potencial 
de membrana, 
• Canais dependentes de ligantes: têm comportas que são controladas por hormônios, 
neurotransmissores e por segundos mensageiros. 
 
� Canais de voltagem 
Os canais de voltagem, em associação à bomba de sódio e potássio e os canais de vazamento, são 
responsáveis por fazer esta despolarização e, principalmente os canais de voltagem de sódio, mas 
também os de potássio. Eles são responsáveis pela repentina passagem de sódios para dentro da 
membrana, durante a despolarização. 
Os canais de voltagem são proteínas que possuem uns “portões” que em estado de repouso não 
permitem a passagem de íons, mas quando ativados, permitem. Os canais de sódio têm dois portões, 
um de ativação e um de desativação, enquanto os de potássio somente têm um de ativação. 
A ativação dos canais de sódio ocorre quando há leve alteração inicial do potencial de membrana, 
tornando esta menos negativa, entre -70 e -50mV, o que altera a conformação do canal de voltagem 
e “abre” estes “portões”rapidamente, aumentando a permeabilidade da membrana em 500 – 5000 
vezes, para o sódio. Os canais de inativação são fechados pelo mesmo mecanismo, mas frações de 
segundos depois, parando o influxo de sódio para dentro da célula. 
Os canais de potássio são mais lentos e se abrem quando os canais de inativação do sódio estão se 
fechando, e com isto participam da repolarização da membrana. 
É importante saber que outros íons têm papel importante no potencial de ação: alguns ânions de 
proteínas dentro da membrana são incapazes de sair por estas, ajudando a manter o potencial 
negativo em seu interior. Também o cálcio tem papel importante em muitas células, através de uma 
bomba semelhante à de sódio-potássio. Além disto, ocorrem também canais de voltagem de cálcio, 
também semelhantes aos de sódio, porém mais lentos (portanto são chamados de canais lentos, em 
contraste aos canais rápidos de sódio). Por serem mais lentos eles atrasam e aumentam o período do 
potencial. São muito mais numerosos no músculo cardíaco e nos músculos lisos (onde quase não há 
canais rápidos, por isto a contração destes é mais lenta). Quando há baixa concentração de cálcio, os 
canais de sódio se tornam mais excitáveis, disparando potenciais de ação com concentrações muito 
mais baixas do que o normal; esta é a causa da tetania na deficiência de cálcio. 
 
� Potencial de Difusão 
O potencial de difusão é a diferença de potencial gerada através da membrana, quando um soluto 
com carga (um íon) se difunde a favor de seu gradiente de concentração. Portanto, o potencial de 
difusão é causado pela difusão de íons e só pode ser gerado se a membrana for permeável a esse 
íon. 
 
� Potenciais de Equilíbrio 
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. 
No equilíbrio eletroquímico, as forças impulsoras química e elétrica atuantes sobre um íon são iguais 
e opostas, e nenhuma difusão efetiva adicional pode ocorrer. 
 
 
a) Potencial de repouso da membrana 
O potencial de repouso da membrana é a diferença de potencial que existe através da membrana 
das células excitáveis, como as nervosas e as musculares, no período entre dois potenciais de ação. 
O potencial de repouso dos nervos, ou seja, quando não estão transmitindo sinais, é de -90mV. Isto 
significa que o potencial dentro da membrana é 90mV mais negativo do que o potencial fora da 
membrana, no fluido extracelular. 
Em repouso, as membranas das células excitáveis são muito mais permeáveis ao K⁺ e ao Cl⁻ do que 
ao Na⁺ e ao Ca²⁺. Essas diferenças de permeabilidade são responsáveis pelo potencial de repouso da 
membrana. 
A bomba de Na⁺/ K⁺ já foi explicada, e faz com que o sódio saia e o potássio entre pela membrana, 
contra sua concentração, e com gasto de energia. Para voltar, o sódio para dentro e o potássio para 
fora, não há necessidade de gasto de energia, e estes íons passam por canais específicos, chamados 
canais de vazamento, que são muito mais permeáveis ao potássio (100x mais) do que ao sódio, o que 
faz com que sempre fique mais sódio fora do que potássio dentro, mantendo a membrana negativa 
por dentro e positiva por fora. 
Portanto, o potencial de repouso é garantido pela bomba de sódio e potássio que envia 3 sódios para 
fora (portanto 3 íons positivos), enquanto joga 2 potássios para dentro (portanto apenas 2 íons 
positivos de volta), e ainda pelos canais de vazamento, o sódio tem muito mais dificuldade em passar 
de volta para dentro, enquanto o potássio sai facilmente. Estes dois fatores garantem que durante o 
repouso, a membrana interna sempre seja 90mV mais negativa do que a externa. 
 
 
b) Potenciais de Ação 
O potencial de ação consiste na rápida despolarização do potencial de membrana. Os potenciais de 
ação são os mecanismos básicos para a transmissão da informação no sistema nervoso e em todos os 
tipos de músculos. 
A seguinte terminologia será utilizada para a abordagem do potencial de ação:• Despolarização: é o processo que torna o potencial de membrana menos negativo.A 
despolarização torna o interior da célula menos negativo, ou pode, até mesmo, fazer com 
que fique positivo. 
• Hiperpolarização: é o processo que torna o potencial de membrana mais negativo. 
• Corrente de influxo: é o fluxo de carga positiva para dentro da célula. Assim, as correntes de 
influxo despolarizam o potencial de membrana. 
• Corrente de efluxo: é o fluxo de carga positiva para fora da célula. Correntes de efluxo 
hiperpolarizam o potencial de membrana. 
• Limiar: é o potencial de membrana no qual é inevitável a ocorrência do potencial de ação. O 
limiar pode variar conforme a célula: 
− Célula nervosa: - 55mV 
− Célula cardíaca: - 45mV 
− Célula intestinal: - 70mV 
 
Cada potencial de ação se inicia com uma brusca mudança do potencial de membrana negativo, se 
tornando positivo, e então acaba com uma brusca mudança do potencial de membrana voltando a 
ser negativo. Estes estágios são descritos assim: 
• Estágio de repouso: é o potencial de membrana de repouso, antes que ocorra o potencial de 
ação. Nesta fase a membrana está polarizada. 
 
• Estágio de despolarização: Neste momento a membrana se torna repentinamente 
permeável a íons de sódio, o que faz com que números enormes destes íons passem para o 
interior do axônio. Nesta situação o estado polarizado da membrana a -90mV se perde, com 
o potencial subindo rapidamente, se tornando positivo, e isto é chamado de despolarização. 
 
• Estágio de repolarização: em frações de segundos, os canais de sódio começam a se fechar e 
os de potássio se abrem mais do que o normal, o que faz com o lado externo da membrana 
se torne positivo novamente, mais rapidamente, e isto é chamado de repolarização da 
membrana. 
 
� Início do potencial de ação 
A membrana tende a permanecer em repouso até que qualquer alteração leva a voltagem de -90mV 
até um nível, mais próximo de zero, que é chamado de limiar de polarização: que varia com o 
tamanho da fibra; o que inicia a abertura dos canais de voltagem, que rapidamente invertem a 
polaridade da membrana. 
 
� Propagação do potencial de ação 
Após o início do potencial de ação, esta excitação em um ponto da membrana tende a se propagar 
pela membrana, com a despolarização da membrana adjacente, e esta por sua vez causa a 
despolarização da membrana adjacente a ela. E assim ocorre a propagação desta despolarização, no 
que é chamado de impulso nervoso ou impulso muscular (dependendo do tecido que afeta). 
 
� Resposta tudo ou nada 
É importante entender que a despolarização somente ocorre quando o potencial da membrana 
atinge um limiar adequado, e nesta situação, ocorre despolarização total, propagando o sinal. Ele 
somente é propagado se as condições são adequadas, e se não forem, nem se inicia este potencial, o 
que é chamado de princípio do “tudo ou nada”. 
Após a “passagem” do potencial de ação, o sódio e o potássio voltam às suas quantidades originais 
através do funcionamento da bomba de sódio-potássio. 
Em algumas situações, o potencial de ação é um pouco prolongado, atingindo um pico máximo (na 
abertura dos canais de sódio) e demorando um pouco mais para se repolarizar. Um exemplo disto é 
o coração, em que pela presença maior de canais de cálcio (canais lentos), apresenta um platô de 
despolarização, e depois rápida repolarização, quando ocorre fechamento dos canais de cálcio e 
abertura dos canais de potássio. No momento da despolarização ocorre a contração do coração. 
Alguns tecidos sofrem excitação rítmica, com disparos repetitivos e auto induzidos: o coração 
(mantendo a frequência cardíaca), músculos lisos (fazendo a peristalse, por exemplo), e sistema 
nervoso central (mantendo o ritmo respiratório, por exemplo). 
 
Célula em repouso (-) 
↓ 
Canais de K⁺ abertos e de Na⁺ fechados 
↓ 
Célula Polarizada 
↓ 
Limiar de Polarização 
↓ 
Canais de K⁺ fechados e Na⁺ abertos 
↓ 
Célula despolarizada (+) 
↓ 
Canais Voltagem Dependentes abertos 
↓ 
Entra Ca⁺⁺ (acontece a contração – Platô) 
↓ 
Canais de K⁺ se abrem e de Na⁺ se fecham 
↓ 
Sai K⁺ (bomba de Na⁺/K⁺ mantém o equilíbrio) 
↓ 
Repolarização 
↓ 
Célula volta a ficar (–) 
 
Fase 1: potencial de repouso 
Fase 2: limiar de despolarização 
Fase 3: despolarização 
Fase 4: repolarização 
Fase 5: hiperpolarização 
 
 
c) Fibras mielínicas e não mielínicas 
Algumas fibras nervosas são envolvidas por bainhas de mielina, que são interrompidas por nodos de 
Ranvier. Esta bainha é depositada por células de Schwann. A bainha é composta de um lipídeo 
chamado de esfingomielina, que é um isolante excelente, dificultando muito o fluxo de íons através 
desta, porém os íons fluem muito bem nos nodos de Ranvier, permitindo que os potenciais de ação 
ocorram nestas regiões, o que determina uma condução “saltatória” do estímulo, que vai saltando 
de nodo em nodo. 
 
 
Desta maneira estes neurônios mielinizados fazem com que o potencial, ao invés de ter que 
percorrer todo o seu comprimento, “salte” ao longo dele, levando a uma transmissão muito mais 
rápida do sinal, além de conservar energia. Nestas fibras, o sinal passa tão rapidamente que não há 
tempo para a abertura dos canais de potássio voltagem dependentes, e, portanto, o sinal é 
praticamente dependente apenas de canais de sódio voltagem dependentes. 
 
 
d) Transmissão sináptica e neuromuscular 
A sinapse é o local onde a informação é transmitida de uma célula a outra. A informação pode ser 
transmitida eletricamente (sinapse elétrica) ou por meio de um transmissor químico. 
 
• Sinapses Elétricas: permitem à corrente fluir de uma célula excitável para a seguinte, por 
meio de vias de baixa resistência entre as células, chamadas junções comunicantes (gap 
junctions). Elas são encontradas no musculo cardíaco e em alguns tipos de musculo liso e são 
responsáveis pela condução muito rápida nesses tecidos. 
 
• Sinapses Químicas: existe um espaço (gap) entre a membrana celular pré-sináptica e 
membrana celular pós-sináptica, conhecido como fenda sináptica. A informação é 
transmitida através da fenda sináptica, por meio de um neurotransmissor, uma substância 
que é liberada do terminal pré-sináptico e se liga a receptores no terminal pós-sináptico. 
 
 
 
A seguinte sequência de eventos ocorre nas sinapses químicas: 
1) O potencial de ação, na célula pré-sináptica, abre os canais de Ca²⁺; 
2) Um influxo desse íon para o terminal pré-sináptico provoca a liberação, por exocitose, do 
neurotransmissor, que está armazenado em vesículas sinápticas; 
3) O neurotransmissor se difunde através da fenda sináptica, liga-se a receptores na membrana 
pós-sináptica e produz variação no potencial de membrana da célula pós-sináptica. 
 
A variação do potencial de membrana da célula pós-sináptica pode ser excitatória ou inibitória, 
dependendo da natureza do neurotransmissor liberado pelo terminal nervoso pré-sináptico. 
 
• Neurotransmissor excitatório: aumenta a permeabilidade da membrana para o Na⁺⁺, causa 
despolarização da célula pós-sináptica. Ex.: Glutamato 
 
• Neurotransmissor inibitório: aumenta a permeabilidade da membrana para Cl⁻ e K⁺, causa 
hiperpolarização da célula pós-sináptica. Ex.: GABA (Ácido Gama-aminobutírico) 
 
� Junção Neuromuscular 
Junção neuromuscular é a sinapse entre um motoneurônio e uma fibra muscular. 
• Motoneurônios: são os nervos que inervam as fibras musculares. 
• Unidade Motora: compreende um motoneurônio único e as fibras musculares que ele 
inerva. As unidades motoras variam consideravelmente de tamanho. 
Um potencial de ação no motoneurônio produz um potencialde ação na fibra muscular que ele 
inerva, pela sequência dos seguintes eventos: 
 
1) Potenciais de ação se propagam ao longo do motoneurônio até o terminal pré-sináptico ser 
despolarizado causando a abertura dos canais de Ca²⁺ dependentes de voltagem; 
2) Quando esses canais de Ca²⁺ se abrem, aumenta a permeabilidade a esse íon no terminal 
pré-sináptico e íon flui para dentro de acordo com seu gradiente eletroquímico. 
3) A captação do Ca²⁺ pelo terminal causa a liberação do neurotransmissor acetilcolina (ACh). 
4) A ACh se difunde através da fenda sináptica até a membrana pós-sináptica. Essa região 
especializada da fibra muscular é chamada de placa motora, contendo receptores nicotínicos 
para a acetilcolina. A ACh se liga às subunidades α do receptor nicotínico e causa uma 
alteração conformacional. Quando ocorre essa alteração, é aberta a parte central do canal e 
a permeabilidade da placa motora aumenta, tanto para o Na⁺ quanto para o K⁺. 
5) Quando esses canais se abrem, Na⁺ e K⁺ fluem tentando impulsionar a placa motora para seu 
potencial de equilíbrio. Como resultado a placa motora é despolarizada. 
6) Uma vez que a placa motora seja despolarizada, as áreas adjacentes da fibra muscular são 
despolarizadas e potenciais de ação são propagados ao longo das fibras musculares. 
7) A ACh é degradada em colina e acetato pela acetilcolinesterase (AChE); a colina é captada de 
volta pelo terminal pré-sináptico por um co-transportador Na⁺ -colina, para serem 
reutilizadas na síntese de nova ACh. 
 
 
 
 
e) Neurotransmissores 
A transmissão da informação, nas sinapses químicas, envolve a liberação de neurotransmissor pela 
célula pré-sináptica, sua difusão através da fenda sináptica e sua ligação a receptores específicos na 
membrana pós-sináptica, produzindo uma alteração do potencial de membrana. 
As substancias neurotransmissoras podem ser agrupadas nas seguintes categorias: acetilcolina, 
aminas biogênicas, aminoácidos e neuropeptídios. 
 
 
 
 
 
� Acetilcolina (ACh) 
A ACh é o único neurotransmissor que é utilizado na junção neuromuscular, é liberado por todos os 
neurônio pré-ganglionares e pela maioria dos pós-ganglionares no sistema nervoso parassimpático, e 
por todos os neurônios pré-ganglionares no sistema nervoso simpático. É também o 
neurotransmissor liberado pelos neurônios pré-sinápticos da medula adrenal. 
 
� Aminas Biogênicas 
 
• Norepinefrina, Epinefrina e Dopamina: têm um precursor em comum, a tirosina, e também 
uma via biossintética em comum. O neurotransmissor específico a ser secretado depende de 
que porção ou porções da via enzimática estão presentes no tipo particular de nervo ou de 
glândula. Assim: 
− Neurônios dopaminérgicos – secretam dopamina; 
− Neurônios adrenérgicos – secretam norepinefrina; 
− Medula Adrenal (contém a via enzimática completa) – secreta principalmente, 
epinefrina. 
 
A degradação da dopamina, da norepinefrina e da epinefrina, para inativá-las, ocorre por meio de 
duas enzimas: 
− Catecol-O-metiltransferase (COMT): não é encontrada nos terminais nervosos, mas está 
amplamente distribuída em outros tecidos, incluindo o fígado. 
− Monoamina Oxidase (MAO): está localizada nos terminais nervosos pré-sinápticos e catalisa 
desaminação oxidativa. 
 
Cada uma das aminas biogênicas pode ser degrada somente pela MAO, somente pela COMT ou por 
ambas. 
 
• Serotonina: é produzida a partir do triptofano nos neurônios serotoninérgicos, no cérebro e 
no aparelho gastrointestinal. 
• Histamina: é sintetizada a partir da histidina, está presente em neurônios do hipotálamo, 
bem como em tecidos que não os nervosos, como os mastócitos do trato gastrointestinal. 
 
� Aminoácidos 
 
• Glutamato: é o mais prevalente de todos os neurotransmissores excitatórios do cérebro, 
desempenha um papel significativo na medula espinhal e no cerebelo. 
• Glicina: é um neurotransmissor inibitório que é encontrado na medula espinhal e no tronco 
encefálico. Seu mecanismo de ação é o de aumentar a condutância ao Cl⁻ da membrana 
celular pós-sináptica fazendo com que ela fique hiperpolarizada ou inibida. 
• Ácido Gama-aminobutírico (GABA): é um neurotransmissor inibitório distribuído 
amplamente no sistema nervoso central em neurônios GABAérgicos. É sintetizado do ácido 
glutâmico (Glutamato). 
 
 
� Neuropeptídeos 
Ao contrario dos neurotransmissores clássicos, sintetizados nos terminais nervosos pré-sinápticos, os 
neuropeptídeos são sintetizados no corpo celular, como ocorre com toda síntese de proteínas. Além 
de neurotransmissores, os neuropeptídeos também funcionam como neuromoduladores e neuro-
hormônios. 
− Neuromoduladores: são substancias que atuam na célula pré-sináptica, alterando a 
quantidade liberada de neurotransmissor em resposta à estimulação. 
− Neuro-hormônios: semelhante a outros hormônios, são liberados pelas células secretoras 
(nesses casos, os neurônios) para o sangue, agindo em local distante. 
 
f) Estabilizadores 
Algumas substâncias são capazes de estabilizar a membrana, diminuindo sua excitabilidade. Altas 
concentrações de cálcio extracelular diminuem a permeabilidade da membrana ao sódio, diminuindo 
sua excitabilidade. Anestésicos locais também têm esta capacidade, como a procaína e a tetracaína, 
que diminuem a permeabilidade da membrana a íons, o que faz com que os estímulos não consigam 
passar pela membrana.