From Bernstein Rheotome to Neher and Sakmann patch electrodes en pt

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Relatórios fisiológicos ISSN 2051-817X
ARTIGO DE REVISÃO
Do reótomo de Bernstein ao eletrodo patch de Neher-Sakmann. O potencial de ação
Edward Carmeliet
Katholieke Universiteit Leuven, Leuven, Bélgica
Edward Carmeliet estudou medicina na Universidade KULeuven, Bélgica (1948 -
1955). Ele obteve seu Ph.D. graduado em 1961 com um estudo realizado no laboratório de Silvio Weidmann 
(Bern) sobre a permeabilidade dos íons Cl- e a retificação interna da corrente de K + em fibras de Purkinje 
cardíacas. Ele foi promovido a professor da Universidade KULeuven em 1965. Seu principal interesse científico 
tem sido a análise do papel de diferentes íons (CL-, Na +, Ca 2+, e, especialmente, íon K +) na gênese e na 
duração do potencial de ação cardíaco, no efeito da taxa e no mecanismo de ação do fármaco antiarrítmico. Ele 
é emérito desde 1995.
Palavras-chave
Condução, teoria iônica, marca-passo, patch.
Abstrato
O objetivo desta revisão foi fornecer uma visão geral das etapas mais importantes no 
desenvolvimento da eletrofisiologia celular. O período coberto começa com a formulação de 
Bernstein da hipótese da membrana e a medição do potencial de ação do nervo e do músculo. 
As inovações técnicas tornam as descobertas possíveis. Foi o que aconteceu com o uso do 
axônio gigante de lula, permitindo a inserção de eletrodos intracelulares “grandes” e a derivação 
de potenciais transmembrana. A aplicação do método de fixação de tensão recentemente 
desenvolvido para medir correntes iônicas resultou na formulação da teoria iônica. Ao mesmo 
tempo, as medições transmembrana foram possíveis em células menores pela introdução do 
microeletrodo. Um aprimoramento desse eletrodo foi a próxima grande (r) evolução. O patch 
eletrodo tornou possível descer ao nível molecular e registrar a atividade de um único canal 
iônico. A técnica do patch provou ser excepcionalmente versátil. Em sua configuração de célula 
inteira, era a solução para medir as correntes de grampo de tensão em células pequenas.
Correspondência
Edward Carmeliet, Katholieke Universiteit Leuven, 
Leuven, Bélgica.
Tel: +32 16 402823; +32 475579068 Fax: +32 16 
372585
E-mail: edward.carmeliet@kuleuven.be
Informação de Financiamento
Nenhuma informação de financiamento fornecida.
Recebido: 25 de abril de 2018; Revisado: 10 de julho de 2018; 
Aceito: 28 de julho de 2018
doi: 10.14814 / phy2.13861
Physiol Rep, 7 (1), 2019, e13861, 
https://doi.org/10.14814/phy2.13861 Veja também: https://doi.org/10.14814/phy2.13860 & https://doi.org/10.14814/phy2. 13862
Hipótese de Bernstein e Membrana
Bernstein (1839 - 1919), que como pós-doutorado ficou primeiro com 
Emil du Bois-Reymond em Berlim e continuou depois com Hermann 
von Helmholtz em Heidelberg.Minha visão geral começa em meados do século 19 com três 
observações importantes. (1) Carlo Matteuci, 1842 mediu uma corrente 
de lesão entre o corte e a superfície intacta do nervo ou músculo; (2) 
Emil du Bois-Reymond, 1848, mostrou que essa corrente de lesão 
diminuiu durante a estimulação repetitiva; a diminuição foi chamada de 
variação negativa; (3) Hermann von Helmholtz, 1849 mediu a 
velocidade de condução do impulso nervoso a 30 m / seg. Este início 
foi continuado com sucesso por Julius
Teoria da Membrana
Em 1872, Bernstein foi promovido a professor em Halle. Sendo de origem 
judaica, ele poderia, estritamente falando, não ser nomeado na protestante 
Universidade Martinho Lutero. Mas ele obteve dispensa. Uma geração depois, na 
década de 1930, seus dois filhos, também professores universitários, tiveram 
uma diferente
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American Physiological Society.
Este é um artigo de acesso aberto sob os termos da Creative Commons Attribution License,
que permite o uso, distribuição e reprodução em qualquer meio, desde que a obra original seja devidamente citada.
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REVISÃO: Bernstein E. Carmeliet
tratamento. Em uma viagem aos Estados Unidos, um deles recebeu a 
notícia de que era melhor ficar nos Estados Unidos do que voltar para a 
Alemanha. O outro filho também fugiu da Alemanha.
Julius Bernstein foi nove vezes reitor da faculdade de medicina e 
reitor da Universidade por 1 ano (1890) (a foto da fig. 1A data desse 
período). A realização mais importante de Bernstein é a formulação da 
Hipótese da Membrana. Ele trabalhou nele durante a segunda metade 
do século 19 e publicou dois volumes importantes, Untersuchungen zur 
Thermodynamik der bioelektrischen Stro
€ eu, em 1902 (Bernstein 1902) e Elek-
trobiologie, Die Lehre von den elektrischen Vorg € angen im Organismus 
auf moderner Grundlagen dargestelt, em 1912 (Bernstein 1912). De 
acordo com a hipótese da membrana, a célula é circundada por uma 
membrana seletivamente permeável aos íons K +. Como a concentração 
intracelular de K + é maior do que a concentração extracelular, os íons K 
+ se movem para fora e geram um potencial intracelular negativo. 
Bernstein usou a análise termodinâmica para potenciais de difusão 
desenvolvida por Nernst (1864 - 1941) (Nernst 1889) para expressar o 
resultado pela equação:
permeabilidade não seletiva, o potencial de ação foi assumido como não 
apresentando overshoot. A propagação do impulso foi hipoteticamente 
proposta para ocorrer através do mecanismo de correntes locais. Ludimar 
Hermann, ex-assistente de du Bois-Reymond em Berlim, foi um defensor 
fervoroso dessa teoria. A natureza elétrica da propagação do impulso por 
meio de correntes locais estava longe de ser geralmente aceita.
Rheotome diferencial. Variação negativa
Uma segunda grande conquista de Julius Bernstein foi a construção em 
1868 de um reótomo diferencial ou “fatiador atual” (Hoff e Geddes 1957) (Fig. 
2). O objetivo de Bernstein era obter um registro preciso do curso de tempo 
do potencial de ação. A partir de experimentos sobre a preparação do nervo 
músculo e sua resposta à estimulação de frequência elevada, esperava-se 
que fosse um fenômeno rápido e curto (ordem de ms). Os instrumentos 
disponíveis para medição de eventos elétricos naquela época eram os 
galvanômetros. Mas um galvanômetro foi e alguns ainda são lentos em 
resposta (constante de tempo na ordem dos segundos). Bernstein resolveu o 
problema de registrar um fenômeno rápido com um instrumento de resposta 
lenta usando o reótomo em uma configuração especial. O reótomo consiste 
em três componentes: uma mesa giratória (diâmetro de 20 cm) com um 
came, um circuito estimulador (a bobina de indução Ruhmkorff) e um circuito 
de gravação com galvanômetro (Fig. 2A). Uma fotografia de um espécime 
real da mesa giratória é dada na Figura 2B. A largura do instrumento é de 20 
cm. Quando a mesa giratória está se movendo no sentido horário, o circuito 
do estimulador é primeiro ativado, seguido, após um determinado atraso, 
pela ativação do circuito de gravação durante um tempo predeterminado, o
V ¼ RT ½ K ºNo 
o
zF ½ ºK Eu
Em uma fibra intacta, uma dupla camada elétrica é formada através 
da membrana. Quando ferido, um curto-circuito é gerado entre o corte e 
a superfície intacta: a corrente de lesão. Com a estimulação catódica, a 
membrana perde sua permeabilidade seletiva aos íons K + e torna-se 
permeável a todos os íons: a corrente de lesão cai para zero, essa é a 
variação negativa, ou o que atualmente chamamos de potencial de 
ação. Por causa da mudança para
Figura 1. ( A) Fotografia de Julius Bernstein na época de seu reitor na Universidade de Halle (1890). Com permissão reproduzida de (Seyfarth 2006). (B) Desenho do primeiro potencial 
de ação no nervo. A variação negativa foi medida usando o reótomo construído por Bernstein. Com permissãoreproduzida de (Nilius 2003).
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E. Carmeliet REVISÃO: Bernstein
Figura 2. ( A) Esquema do reótomo de Bernstein (Seyfarth 2006). (B) Fotografia do instrumento real (largura 20 cm) construído em Heidelberg por volta de 1870 de acordo com (Nilius 2003). 
(C) Usando intervalos de amostragem muito curtos, o reótomo devido à sua inércia atua como integrador (Hoff e Geddes 1957). Reproduzido com permissão.
intervalo de amostragem. O estímulo foi repetido várias vezes às 5 - 10 / por 
segundo. Nessas circunstâncias, o galvanômetro lento, devido à sua 
inércia, atua como um integrador (Fig. 2C). Após a obtenção da leitura, o 
retardo foi alterado para cobrir toda a duração da variação negativa (fig. 
1B). As descobertas de Bernstein usando este instrumento foram as 
seguintes: (1) a variação negativa ou potencial de ação é um evento 
transiente curto (ordem de 1 mseg) que consiste em duas fases rápidas; 
uma primeira fase ou despolarização durante a qual o potencial de 
repouso ou lesão desaparece e uma segunda fase ou repolarização com 
uma cauda um pouco mais lenta; (2) nervosamente, Bernstein registrou 
um overshoot, claramente presente. Esta observação não foi enfatizada 
por ele porque ele suspeitou da existência de um potencial de junção e sua 
hipótese de membrana previu nenhum overshoot. A observação de uma 
inversão de polaridade, no entanto, foi mais tarde provado estar correto, 
(3) a variação negativa no músculo praticamente acabou antes do início da 
contração, (4) a taxa de propagação é de 28,7 m / s. Esta foi de fato a 
primeira medição objetiva e precisa do potencial de ação do nervo. O 
principal progresso técnico feito por Bernstein consistiu em alterar o tempo 
de resposta para medir um fenômeno elétrico transitório de dezenas de 
segundos para 10 4 seg. O tempo gasto e a paciência necessária para 
realizar tal leitura, entretanto, não foram desprezíveis e novas tentativas de 
aprimoramento técnico para medir a variação negativa foram iniciadas: a 
primeira foi por Gabriel Lippmann com seu eletrômetro em 1873. Era o tipo 
de instrumento usado por Augustus Waller para derivar em 1887 o primeiro 
eletrocardiograma humano, então ainda chamado de eletrograma. Willem 
Einthoven em seus primeiros anos continuou a usar o eletrômetro e foi 
capaz de descrever o
cinco ondas diferentes no eletrocardiograma humano: P, Q,
R, S, T, ainda usados na própria análise do eletrocardiograma. No 
início do século 20, a Einthoven iniciou o desenvolvimento do 
galvanômetro de cordas e publicou em 1902 as primeiras imagens de 
eletrocardiograma obtidas com este novo instrumento. Melhorias 
instrumentais e técnicas não pararam e foram possíveis graças à 
produção do primeiro tubo de vácuo em 1875 por William Crookes e do 
primeiro tubo de raios catódicos em 1897 por Karl Ferdinand Braun, 
ainda chamado de tubo de Braun.
Modelos de membrana
Embora Bernstein tenha formulado uma imagem clara sobre a função da 
membrana celular, a composição química e os componentes estruturais 
das membranas permaneceram um mistério. Por volta da virada do 
século, Meyer (1899, em Marburg) e Overton (1901, cientista britânico, 
primo distinto de Charles Darwin e morando em Zu
€ rico, mais tarde em
Wu€ Rzburg e Lund) realizaram uma série de experimentos interessantes 
sobre a permeabilidade da membrana celular aos anestésicos (Meyer 
1899; Overton 1901). Eles descobriram, independentemente, que quanto 
maior o coeficiente de partição óleo / água de um anestésico, maior o 
coeficiente de permeabilidade através da membrana e maior a potência 
da narcose. Eles concluíram que os lipóides devem ser um componente 
essencial da membrana celular.
Esta imagem da membrana sofreu novas melhorias. Do ponto de 
vista elétrico, a presença de lipídios previu a existência de uma 
capacidade. Em 1925, Fricke (Fricke e Morse 1925) trabalhando com 
eritrócitos mediu uma capacidade de membrana de 0,81 eu F /
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cm 2 Com uma constante dielétrica de 3 (aparentemente uma 
subestimação), ele calculou uma espessura transmembrana de 3,3 nm, 
implicando em uma estrutura monomolecular. Depois de descobrir que 
os lipídios extraídos dos eritrócitos tinham uma superfície em 
monocamada de duas vezes a superfície dos eritrócitos (Gorter e 
Grendel 1925), essa estimativa foi corrigida para uma estrutura em 
bicamada. O segundo componente químico, as proteínas globulares, 
fizeram sua entrada com Danielli (Danielli 1935). A pintura foi concluída 
muito mais tarde, em 1972, pelo modelo de mosaico fl uido de Singer. 
Overton (1865 - 1933) (Fig. 3A) já foi mencionado por seu trabalho sobre 
o papel dos lipídios na permeabilidade da membrana aos anestésicos 
(Overton 1901). Ele realizou, no entanto, também investigações 
importantes sobre outros aspectos da função da membrana. Em 1902, 
ele demonstrou que o sódio (ou lítio) era indispensável para provocar a 
contração muscular (Fig. 3B). Ele afirmou que após a aplicação de um 
pulso elétrico a membrana celular se tornou permeável ao sódio e 
como se sabia que a concentração de Na + no citoplasma da célula era 
bastante baixa, ele também previu a necessidade de um mecanismo, 
que agora chamamos de bomba Na + -K + . Essas conclusões foram 
baseadas na descoberta de que uma preparação gastrocnemiusnervus 
sciaticus se tornou eletricamente inexcitável em uma solução isenta de 
íons de sacarose (ou glicose). Era a presença de Na + (ou Li +) como 
cátion que era necessária para uma excitabilidade normal; o ânion do 
sal não tinha importância. Overton formulou a hipótese de que o Na + 
foi trocado pelo K + durante a curta latência entre o estímulo e o início 
da contração, que, como sabemos atualmente, corresponde ao tempo 
em que o potencial de ação se espalha pela superfície do músculo. 
Esse período tinha que ser curto porque, caso contrário, a célula 
ganharia muito sódio. E, como as células vivas não eram ricas em 
sódio intracelular, esse sódio teve que ser exportado posteriormente 
com perda de energia. Overton usou aqui o princípio da energia 
mínima e de fato descreveu o que acontece durante o potencial de 
ação de um nervo ou músculo esquelético.
1949) demonstraria como a teoria iônica.
John Z. Young (1907 - 1997) (Fig. 4A) foi um zool-
ogista, que após a graduação obteve uma bolsa para realizar pesquisas 
sobre cefalópodes na Napoli Stazione Zoologica. Seus primeiros artigos 
apareceram em 1929, mas ele retornou regularmente a Napoli e mais de 
150 artigos e vários livros foram publicados nesse campo. Em 1934 ele 
descreveu em lulas e chocos a presença de grandes tubos transparentes 
de 0,5 a 1,0 mm de diâmetro, começando na cabeça e descendo até a 
cauda. Young presumiu que essas estruturas eram axônios. 
Histologicamente, esses tubos eram sincícios e se originavam cada um de 
numerosos, entre 300 e 1.500, pequenos neurônios.
Young estava convencido de que essas estruturas eram axônios 
gigantes e poderiam ser de grande ajuda para os eletrofisiologistas. Em 
1936, ele foi para a Woods Hole US Marine Biological Station para 
convencer seus colegas de fisiologia de que essas estruturas curiosas 
eram de fato fibras nervosas. Ele pôde demonstrar que a estimulação dos 
axônios gigantes causava uma contração coordenada do músculo do 
manto e a expulsão de uma poderosa água ou jato de tinta, usado in vivo 
para se mover e escapar. As reações de fuga também são importantes 
para peixes e anfíbios. É interessante mencionar que essas espécies 
também usam axônios de grande diâmetro, as célulasde Mauthner, em 
reações de escape. John K. Young não teve problemas em convencer Alan 
Hodgkin, GB, Cambridge e Kenneth Cole, Estados Unidos, Columbia 
College, que iriam ser concorrentes na corrida científica para a teoria iônica 
do potencial de ação.
A honestidade ordena mencionar que um cientista americano LW 
Williams (1875 - 1912) (Fig. 4C) já havia publicado sobre essas 
estruturas anatômicas peculiares da lula em 1909, mas sem descrição 
anatômica detalhada ou sugestão de uma possível função. 
Aparentemente, não havia necessidade da comunidade 
eletrofisiológica para esse tipo de preparação naquela época. Em 
1912, 3 anos após a publicação de sua monografia, (Fig. 4D) ("A 
anatomia da lula comum Loligo pealii", Lesueur. Publ.
EJBrill, Leiden, Holanda, 1909) Williams morreu prematuramente em um 
acidente de elevador na Harvard Medical School e o trabalho foi esquecido 
por 25 anos.
Sua viúva, Martha Clarke, para conseguir apoio financeiro para a 
educação de seus dois filhos, alugou parte da casa para estudantes de 
Harvard. Foi uma virada do destino que Kenneth Cole, concorrente de Alan 
Hodgkin, mas o primeiro na fila para prender o axônio gigante com tensão, 
embarcou na casa de Martha Clarke e foi capaz de ler a tese de Williams 
sobre a lula antes de conhecer Young.
A monografia está disponível na internet e aproveitei para folheá-la. 
O trabalho não contém uma descrição anatômica completa do sistema 
nervoso da lula, mas, por outro lado, está claro que Williams estava 
convencido de que fibras grandes excepcionais estavam presentes na 
lula e que eram de origem nervosa.
O Axônio Gigante de Lula
O avanço na pesquisa científica depende fortemente de 
desenvolvimentos ocasionais na técnica, invenção de uma nova 
técnica, construção de um novo instrumento, uso de uma nova 
preparação. Este último foi o caso com a introdução do axônio gigante 
da lula por John Z. Young em eletrofisiologia (1936).
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Figura 3. ( A) Ernest Overton (1865 - 1933) conhecido por suas contribuições sobre a permeabilidade da membrana aos anestésicos lipossolúveis e pelo estudo dos efeitos iônicos na excitabilidade 
da membrana. (B) página de título do estudo sobre a indispensabilidade dos íons sódio (ou lítio) para a contração muscular (Overton, 1902). Reproduzido com permissão.
Em uma descrição dos dois nervos críticos, ele escreve (p. 72): "As fibras desse 
nervo são excepcionalmente grandes e tingem-se de maneira diferente, de 
modo que podem ser facilmente rastreadas a alguma distância no gânglio." E na 
página 74: “Um par de células, as duas maiores e mais notáveis células do 
corpo estão situadas no gânglio do pedal. . .. O citoplasma é granular e, como o 
processo nervoso muito grande que se origina dele, tinge-se de forma diferente 
com hemalum. Essas fibras, não descritas anteriormente em qualquer molusco, 
se assemelham muito às fibras de Mauthner nos vertebrados, que também são 
únicas no sistema nervoso do animal. . .. O próprio tamanho dos processos 
nervosos impediu sua descoberta, uma vez que é quase impossível acreditar 
que uma estrutura tão grande possa ser uma fibra nervosa. ”
É notável que Williams faça a comparação das fibras grandes da lula 
com as fibras de Mauthner nos vertebrados. Posteriormente, Young 
acentuará que, tanto na lula quanto nos vertebrados, as fibras grandes são 
usadas em reações de escape, justamente por causa de sua alta 
velocidade de condução devido ao seu grande diâmetro.
Como disse, este belo trabalho foi esquecido por 25 anos. No verão 
de 1936, Young estava em Woods Hole promovendo o uso do axônio 
gigante de lula. Ele estava dizendo a Cole: “Se você quiser descobrir 
mais sobre os nervos, precisa trabalhar neste axônio”. Durante essa 
conversa, Cole fez a pergunta como todos não perceberam esse tubo 
de meio mm como um axônio. Young disse que não havia feito a 
literatura antes de quase terminar em Nápoles e então encontrar uma 
monografia de 1912 - por um americano - no axônio gigante da lula. 
“Aquele americano seria LWWilliams?” Cole perguntou e disse a Young 
o
história do marido de sua senhoria. . .para total espanto de Young.
Gênese da Teoria Iônica
O período pré-guerra
Após o verão de 1936 em Woods Hole K.Cole e
A.Hodgkin voltou para casa e orientou sua pesquisa científica na direção do 
axônio gigante da lula.
Alan Hodgkin (Fig. 7) obteve sua educação de graduação no Trinity 
College Cambridge em 1932 - 1935 após ganhar uma bolsa aberta. No 
início, ele hesitou entre a fisiologia e a zoologia. Ele decidiu estudar 
fisiologia por conselho de um de seus professores, que "tudo o que os 
zoólogos experimentais fazem é repetir em muitos animais o que os 
fisiologistas demonstraram em um animal". Durante seu ano de 
pós-graduação, ele obteve uma bolsa de pesquisa no Trinity College 
Cambridge e em 1937 - 1938 passou um ano na Universidade Rockefeller 
de Nova York com Herbert Gasser. Foi então que Alan Hodgkin aprendeu 
com Kenneth Cole como dissecar e limpar um axônio gigante. Ele se 
tornou amigo dele e de Howard Curtis em Columbia.
Kenneth S. Cole (1900 - 1984) (Fig. 5A) foi um físico
de treinamento; ele obteve um Ph.D. Graduado em Física pela Cornell 
University NY. Na maioria das vezes, porém, ele fazia experimentos no 
domínio fisiológico. A direção fisiológica tornou-se definitiva após sua 
promoção a professor assistente de fisiologia no Columbia College of 
Physicians and Surgeons. Em experimentos anteriores em várias 
células, Cole obteve experiência em impedância
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da American Physiological Society.
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Figura 4. ( A) JZYoung (1907 - 1997), professor da Anatomy University College London. Foi o entusiasta do uso dos axônios gigantes da lula e do choco pelos neurofisiologistas. (B) foto 
de Loligo forbesi. Reproduções de (Schwiening 2012) com permissão. (C) LW Williams (1875 - 1912), professor de anatomia na Harvard Medical School, iniciou estudos sobre a 
anatomia da lula, mas morreu prematuramente em um acidente de elevador em Harvard em 1912. (D) Frontispício da tese de Williams sobre a anatomia da lula comum. Fotografia de 
Williams reproduzida de Kingsley (1913), com permissão.
Medidas. Parecia mais do que lógico que, com o axônio gigante, ele também 
partisse nessa direção. O axônio gigante foi montado em uma configuração 
de ponte de Wheatstone. Após a estimulação e produção de um potencial 
de ação, a ponte desequilibrou-se. O desequilíbrio indicou um grande 
aumento na condutância, mas nenhuma alteração na capacidade (Cole e 
Curtis 1939) (Fig. 5B). Exatamente no momento de realizar esses 
experimentos críticos, Hodgkin, terminando sua estada de 1 ano nos 
Estados Unidos, estava visitando Woods Hole para se despedir. Cole relata: 
“Hodgkin nos visitou quando tivemos a alteração da impedância no escopo. 
Ele era tão
mais animado do que nunca, pulando para cima e para baixo conforme 
explicamos ”. Todos concordarão que, de fato, a imagem tem uma beleza 
inerente. Esses também eram os sentimentos do grupo de Biofísica que o 
usava como logotipo. A imagem apareceu no jornal dinamarquês “La Femme” 
e foi usada no apartamento de um recém-casado como decoração. Nesse 
ínterim, o eixo do tempo foi alterado para a alteração da impedância. Você vai 
concordar que há música nesta foto.
O ano em Nova York foi muito importante para Alan Hodgkin em 
termos pessoais. Foi lá que ele conheceu o Prof Peyton Rous, prêmio 
Nobel, e sua filha Marion
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The Physiological Society e a American Physiological Society.
E. Carmeliet REVISÃO: Bernstein
que mais tarde se tornou a Sra. Hodgkin. Encontraremos a Sra. Hodgkin novamente 
nesta história.
Após seu retorno à Grã-Bretanha da estadia nos Estados Unidos, 
Alan Hodgkin, pesquisador do Trinity College Cambridge, pediu ao 
estudante de fisiologia Andrew Huxley (Fig. 7) para se juntar a ele 
durante o verão de 1939 em Plymouth para pesquisas sobre o axônio 
gigante . Foi o início de uma excelente e fecunda colaboração. Andrew 
Huxley era membro da proeminente família Huxley. Ele era neto de 
Thomas Huxley, conhecido como “o buldogue de Darwin, o defensor de 
Darwin contra os bispos da Igreja da Inglaterra”. Andrew tinha dois 
meio-irmãos Aldous Huxley (escritor) e Julian Huxley (biólogo). Andrew 
era forte em matemática e habilidoso em tecnologia. Já com a idade de 
12 anos, ele recebeu um torno de torno de seus pais. Não é anormal, 
então, que mais tarde a maior parte do equipamento usado nos 
experimentos tenha sido projetado e até mesmo construído por 
Andrew.
No verão de 1939, o plano de Hodgkin e Huxley era inserir um 
eletrodo no axônio e medir o potencial transmembrana. Eles 
aprenderam rapidamente que raspar a parede celular com o eletrodo 
resultava em uma membrana com vazamento. Andrew Huxley, 
entretanto, era um excelente técnico e era capaz de montar uma 
combinação de dois espelhos de tal forma que, olhando pelo 
microscópio, era possível ver em um campo os dois lados da 
membrana voltados para o eletrodo.
Depois de resolver esse problema prático, o resultado do experimento 
ficou claro. O potencial de repouso estava no
ordem de
foi não apenas para zero, mas revertido. Houve, portanto, um grande 
overshoot (Fig. 6A). Eles não tiveram tempo de con fi rmar os resultados 
realizando mais experimentos porque a guerra era iminente. Uma pequena 
carta foi enviada à Nature, uma página impressa, e continha apenas uma 
descrição resumida dos resultados, sem discussão. Ao mesmo tempo (1939), 
Cole e Curtis também estavam tentando inserir um eletrodo e também tiveram 
sucesso. Eles usaram, no entanto, um amplificador ACcoupled e, portanto, 
não puderam registrar fielmente o potencial de repouso, um sinal DC. Era 
agosto de 1939 e em 1o de setembro Hitler marchou para a Polônia.
50 mV e mediante estimulação o potencial
O período pós-guerra
Durante a guerra, em ambos os lados do oceano, os cientistas foram alistados 
no exército. Nos Estados Unidos, Cole e Curtis estavam envolvidos no projeto 
Manhattan e realizavam experimentos sobre os efeitos biológicos da radiação. 
Na Grã-Bretanha, uma situação semelhante: Hodgkin no radar 
aerotransportado e Huxley na artilharia naval. Seu tempo não foi 
completamente perdido. Ambos têm ampla experiência em mecanismos de 
feedback negativo.
Depois da guerra, de volta à eletrofisiologia. Tendo con fi rmado que 
houve um overshoot, o próximo passo lógico foi testar a possibilidade 
de um aumento na condutância do sódio. Hodgkin, entretanto, teve 
sérios problemas com a hipótese do sódio. Era difícil ver para ele como 
um íon Na + hidratado com uma dimensão maior do que o íon K + 
hidratado poderia se tornar mais permeante. Foi o contato renovado 
com o mundo exterior que iria
Figura 5. ( A) KS Cole, físico por formação, mas realizou muitos experimentos com impacto fisiológico. Ele mudou definitivamente na direção biológica quando foi promovido a professor 
de fisiologia no Columbia College of Physicians and Surgeons. Reproduzido de (Goldman 1985) com permissão. (B) Seu primeiro experimento usando o axônio gigante de lula foi medir 
a mudança de impedância durante o potencial de ação. Reproduzido de (Cole e Curtis 1949) com permissão. A medição da impedância não foi apenas um sucesso científico, mas 
também teve uma dimensão artística. A foto foi tirada pela seção de Biofísica da Biophysical Society como seu logotipo. Na Suécia, ele apareceu em apartamentos modernos em uma 
forma ligeiramente modificada com o eixo do tempo e o eixo da impedância trocados. O resultado foi muito apreciado.
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da American Physiological Society.
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mudar as idéias de Hodgkin. Na verdade, Londres 1945 estava atraindo 
novamente pessoas de fora. Em um dos seminários dados por Krogh, um 
cientista dinamarquês, conhecido posteriormente por sua análise da 
circulação capilar no músculo esquelético, Andrew Huxley aprendeu que os 
experimentos com substâncias radioativas 24 O Na (um subproduto da guerra) 
mostrou uma alta permeabilidade aos íons Na + em diferentes tecidos 
animais. Durante uma busca na biblioteca, Andrew fez outra descoberta 
fantástica. Em 1902 (na verdade não uma referência recente) Ernest 
Overton (mencionamos seu nome já em relação à permeabilidade das 
membranas às substâncias lipossolúveis) publicou um artigo sobre a 
indispensabilidade dos íons Na + (Li +) para a excitabilidade do músculo 
esquelético (Overton 1902). Esses dois argumentos experimentais 
convenceram Alan Hodgkin de que um teste da hipótese do Na + era 
imperativo. Era 1945 e Plymouth havia sido fortemente bombardeada e 
danificada. Demorou praticamente 2 anos até que o trabalho experimental 
com lulas pudesse ser reiniciado.
Nesse ínterim, Bernard Katz (Fig. 7), de volta da Austrália, onde 
havia trabalhado com John Eccles, que ganhou o Prêmio Nobel de 
Fisiologia-Medicina em 1963, juntou-se a Hodgkin e Huxley. Bernard 
Katz, de origem judaica, deixou a Alemanha em meados dos anos 30, 
após terminar a medicina em Leipzig. Ele esteve envolvido em 
pesquisa muscular com AV Hill University College London e em 
neurofisiologia com JC Eccles na Austrália. Após sua estada na guerra 
no exército australiano (ele havia obtido a cidadania), ele retornou ao 
University College London e nos meses de verão ele participou da 
pesquisa do grupo de Cambridge em Plymouth.
Os resultados naquele verão de 1947 foram diretos. O pico de sódio 
foi con fi rmado. Na publicação (Hodgkin e Katz 1949) (Fig. 6B) que 
saiu com um atraso substancial, o nome de Huxley está faltando. O 
que aconteceu? Andrew estava ausente: motivo? Fora em lua de mel, 
casamento com Jocelyn Pease, filha do geneticista Michael Pease.
O tempo estava pronto para uma nova abordagem: o grampo de tensão. 
No final dos anos 40, as equipes de Cole e Hodgkin estavam pensando em 
uma nova abordagem, que consistia em controlar a voltagem ou corrente 
sobre uma grande superfície de membrana. Isso fica evidente em uma troca 
de cartas (final de 1947). AL Hodgkin para KS Cole:
“. . .Estou interessado na possibilidade de estimular o axônio com um eletrodo 
difuso de tal forma que o axônio seja excitado uniformemente em um 
comprimento de 1 a 2 centímetros. . .. ”
E Cole para Hodgkin: “Tenho certeza de que você vai ficar animado em saber 
que passamos todo o verão com um eletrodo interno de 15 milímetros de 
comprimento e cerca de 100 mícrons de diâmetro. . . ”
Portanto, os experimentos do grampo já estavam em execução no verão 
de 1948. Em Plymouth, o ataque total do grampo de tensão foi atrasado por 
causa das destruições e ocorreu em agosto de 1949. As lulas estavam com 
bom suprimento e em 1 mês de experimentação praticamente todas as 
gravações do grampo de tensão foram obtidos que foram usados nos 
cinco artigos de 1952 (Hodgkin 1958). A Figura 8 resume os resultados 
essenciais. Um exemplo de lógica científica: simples, direto, bem planejado: 
correntes para diferentes
Figura 6. ( A) Agosto de 1939, início da segunda guerra mundial. Medição do potencial de repouso e ação no axônio gigante da lula com um eletrodo intracelular. Demonstração de um 
grande overshoot (Hodgkin e Huxley 1939). (B) Pós-guerra 1947 após a reconstruçãodos danos do laboratório de Plymouth. Confirmação da hipótese do sódio: a amplitude do 
potencial de ação do axônio gigante da lula muda como esperado para um eletrodo de sódio (Hodgkin e Katz 1949). Reproduzido com permissão.
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etapas de tensão; seguida por uma dissecação nas correntes de Na + e K +, 
relação IV das duas correntes e evolução temporal da condutância em 
diferentes tensões.
A análise e a escrita seguiram os experimentos. As perguntas 
importantes eram: sistema portador ou gating dependente de voltagem? 
Hodgkin e Huxley foram finalmente para o sistema com partículas 
eletricamente carregadas na via iônica, o m ³ he n 4 formulação. Todas as 
equações e constantes ficaram prontas em março de 1951. Finalmente, o 
potencial de ação teve que ser calculado a partir das equações. Eles 
esperavam obter a ajuda do Computador da Universidade de Cambridge, 
mas foram informados de que ele estava fora de serviço por 6 meses. 
Andrew Huxley decidiu então fazer o cálculo usando uma máquina 
Brunsviga operada manualmente (Fig. 9A). Com este “Cérebros de aço”, e 
após milhares de rotações da manivela da calculadora mecânica, ele liberou 
o trabalho em 3 semanas.
Os resultados foram satisfatórios e certamente justificaram a 
distribuição do Prêmio Nobel em 1963. Nesse contexto, você me 
perdoa por tornar-me um pouco mais pessoal. Em 1958, 5 anos antes 
do Prêmio Nobel, Hodgkin recebeu um doutorado honoris causa na 
Universidade de Leuven por iniciativa do departamento de Fisiologia. 
Na época eu era assistente de Fisiologia e fui promovido a motorista e 
guia turístico do professor Hodgkin. Como recompensa pela 
orientação, fui convidado, juntamente com minha esposa, a ficar uma 
semana com os Hodgkins em sua Cambridge House. Foi uma 
experiência fantástica. Lembro-me muito bem da Sra. Hodgkin subindo 
todas as noites com os filhos para ler um livro antes de dormir. A Sra. 
Hodgkin, de origem americana, era editora da seção de Livros Infantis 
da MacMillan Publishing Company.
seus filhos por citarem os versículos da Bíblia de cor. E o jantar do Trinity 
College. . .sem comentários.
O que aconteceu nesse ínterim com o grupo de Cole? Esta é, em 
minha opinião, uma história triste. Cole e Marmont (Curtis saiu durante a 
guerra, em 1942), compartilhavam um laboratório na Marine Biological 
Station em Woods Hole, mas seu relacionamento estava longe de ser 
ideal. Cole preferia a abordagem do grampo de tensão à corrente 
constante, Marmont, o oposto. Eles se comprometeram: Marmont usava o 
equipamento durante o dia no modo de grampo de corrente e Cole 
trabalhava à noite e à noite depois de mudar a instalação para grampo de 
tensão por um segundo plug-in. Por insistência de Cole, eles realizaram 
alguns experimentos com grampos de voltagem e tiveram bastante 
sucesso. Isso fica evidente na comparação das correntes registradas por 
(Cole 1949) (Fig. 9B) e nas gravações de Hodgkin et al. (1952) (Fig. 8A).
A esse respeito, posso citar algumas observações que encontrei nas 
memórias sobre Cole, de Andrew Huxley, e que ilustram a honestidade 
intelectual e científica dos autores de Cambridge: “Esses registros mostraram 
qualitativamente todas as características principais que Hodgkin e eu 
encontramos em nossos experimentos em 1948 e 1949: eles mostraram uma 
defasagem apreciável entre a etapa do potencial de membrana e o aumento da 
corrente interna transitória (devido à entrada de sódio). . . Mais tarde, con fi 
rmamos totalmente a característica genuína da resposta da membrana, e foi 
um fator importante na determinação da formulação que finalmente adotamos 
em nossa representação matemática das mudanças de permeabilidade 
(Hodgkin
1958) ”. Cole teve, no entanto, problemas com a interpretação de suas 
descobertas. Marmont aparentemente realizou muitos experimentos, mas 
nem mesmo tentou uma descrição quantitativa e deixou o campo (Marmont 
1949).
Figura 7. Esquerda: Autores da saga dos grampos de tensão, vencedores do Prêmio Nobel no trabalho. A capa do Programa do Prêmio Nobel de 1963, disponibilizada por Deborah Hodgkin 
para Schwiening. Com permissão. À direita: Fotografia de Katz B. de Weidmann Silvio. Cortesia de Weidmann.
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Figura 8. Teoria iônica. (A) Compilação das etapas essenciais da medição de correntes em diferentes tensões, corrente de entrada mostrada como de fl exão para cima; (B) dissecção na 
corrente Na + e K +, (C) corrente - relação de tensão das duas correntes e (D) evolução temporal da condutância em diferentes tensões, resultando na formulação de equações e cálculo 
do potencial de ação (Hodgkin 1958). Com permissão.
plasma. Este método encurtou e melhorou substancialmente o 
tratamento de pacientes hemofílicos. Ela se tornou membro dos 
comitês de assessoria científica dos National Institutes of Health e da 
National Hemophilia Foundation, que renomeou sua bolsa de pesquisa 
de Judith Graham Pool Research Fellowship em sua homenagem.
A segunda tentativa de desenvolvimento de microeletrodos foi 
reservada a um estudante chinês de biologia, Gilbert Ning Ling. Em 
1944, Ling ganhou uma bolsa para continuar seus estudos de biologia 
nos Estados Unidos. Em Chicago, sua tarefa era melhorar a qualidade 
do microeletrodo desenvolvido por Judith Graham. Ele atendeu a esse 
requisito reduzindo o diâmetro da ponta para 0,5 eu ou menos e 
corrigindo o estreitamento. A publicação ocorreu em 1949 e se tornou o 
texto que a maioria dos jovens pesquisadores de minha geração 
tiveram que ler e, eventualmente, traduzir na prática, fabricando tal 
eletrodo (Ling e Gerard 1949a; Ling e Gerard 1949b; Ling e Woodbury 
1949; Ling e Gerard 1950 )
Antes da publicação de Ling, a mensagem já era espalhada por 
palavra. Em 1948, Alan Hodgkin visitou Chicago para se encontrar com 
Cole e discutir os planos para o grampo de tensão do axônio gigante da 
lula. Na ocasião, ele também visitou Gerard e Ling e aprendeu como 
fazer microeletrodos. Hodgkin, por sua vez, deu sua contribuição e 
propôs usar a solução de KCl 3 molar em vez da solução isotônica para 
diminuir a resistência do eletrodo.
As primeiras publicações de Ling eram no estilo da "teoria iônica". Mas 
logo após seus primeiros quatro artigos sobre
O Microeletrodo Intracelular 1949
No restante da revisão, vou me concentrar nas informações relacionadas 
ao tecido e às células cardíacas. Esta seção não inclui atividade 
espontânea e propagação, tópicos que serão tratados separadamente.
Gerard, Graham, Ling: os primórdios
Na época em que os primeiros experimentos de pinça de voltagem 
resultaram na formulação de “A teoria iônica”, outra inovação técnica 
importante aconteceu, o nascimento do microeletrodo intracelular. Isso 
criou um grande passo em frente na eletrofisiologia. Teve lugar no 
departamento de Fisiologia da Universidade de Chicago com o 
Professor Ralph W. Gerard (1900 - 1974) como chefe e Ph.D. alunos 
Judith Graham e Ning Ling em sucessão no banco (Fig. 10). O objetivo 
era fabricar uma micropipeta que pudesse ser inserida em tecidos 
excitáveis e registrar os potenciais transmembrana.
Uma primeira tentativa foi feita por Judith Graham em 1946, mas os 
resultados não foram ótimos (Graham e Gerard 1946). O diâmetro da 
ponta do eletrodo estava acima de 1 eu e causou muitas lesões. A 
largada foi dada, entretanto, e Judith Graham obteve seu merecido 
doutorado. licenciatura na Chicago University. Mais tarde, ela mudou 
para a pesquisa clínica no Stanford Research Institute, na Califórnia.Ela 
ficou famosa ao descobrir um método para concentrar o fator 
anti-hemofílico ou fator VIII no sangue
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Figura 9. Esquerda: A histórica máquina operada manualmente, também chamada de “Cérebros de aço” pelos anunciantes, que substituiu o computador da Universidade de Cambridge fora de 
serviço por 6 meses. Fotografia tirada por Schwiening 2012. Com permissão. À direita: correntes de pinça de tensão originais, registradas por Cole em 1947, publicadas em 1949 (Cole, 1949). 
Reproduzido de (Cole 1979), com permissão. Compare com as correntes do grupo Cambridge na Figura 8.
o potencial de membrana das células musculares da rã, ele expressou 
dúvidas sobre a existência de uma barreira de membrana ao redor das 
células e a existência de um transporte ativo para íons e canais de Na 
+. Ele publicou cinco livros (entre eles “Hipótese de indução de 
associação” e “Base física da vida” em 1982) e 200 artigos tentando 
refutar a visão geralmente aceita da célula. Em 1988 seu laboratório foi 
fechado: cessação dos fundos do NIH. Ele continuou com subsídios 
privados. Em uma publicação de 2008, sua conclusão ainda era que a 
bomba ativa de Na +, K + não existe, mas que o nanoprotoplasma é a 
base última da vida.
Os primeiros eletrodos foram confeccionados manualmente após 
aquecimento em aparelho de Bunsen com micro-queimador. A produção de 
microeletrodos era uma questão de paciência e tempo. Otto Hütter 
expressou a atmosfera quando começou com Stephen Kuf fler em Baltimore 
neste simples e nu
palavras: “Recebi um quarto, um balde, vidro e um bico de Bunsen.” Mais 
tarde, “puller ” sistemas foram desenvolvidos. O procedimento manual não 
foi apoiado com entusiasmo pela comunidade científica. A história diz que 
JC Eccles, o ganhador do Prêmio Nobel, nunca havia feito um 
microeletrodo de vidro. Um estudante de graduação do Líbano na 
Universidade de Washington, Seattle, Suhayl Jabbur, usou esse fato como 
um argumento para não seguir o conselho de seu tutor de fazer seus 
próprios microeletrodos. Se Eccles pudesse ganhar o prêmio Nobel sem 
aprender a fazer microeletrodos, argumentou Jabbur, então eu, vindo de 
uma importante família libanesa, estou convencido de que é uma 
habilidade da qual posso passar sem. Segundo Halliwell e Whitaker 
(1987), o principal motivo da falta de entusiasmo pelo procedimento 
manual era a falta de reprodutibilidade. Isso é certamente correto, mas 
aqueles que usaram o método afirmam que também houve aspectos 
positivos no uso de seu
Figura 10. Dois Ph.D. os alunos da Universidade de Chicago Judith Graham (1946) e Gilbert Ning Ling (1949) estavam no início da saga dos microeletrodos. Seu diretor no 
Departamento de Fisiologia era Ralph W. Gerard. A fotografia de Graham foi concedida pelo Stanford Medical History Center; fotografia de Ling pela Wikipedia.
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mãos. Eles mencionam, por exemplo, que no momento de se retirarem 
da chama do bico de Bunsen eles podiam sentir quão grande seria a 
resistência elétrica do eletrodo, naturalmente com um desvio padrão 
apropriado. Por outro lado, é reconfortante que, no final de sua 
recomendação, Halliwell e Whitaker adicionaram: “ Grandes artistas 
podem aquecer um capilar em um Bunsen e puxar uma ponta fina. ” Muitos 
eletrofisiologistas foram grandes artistas.
maravilhoso overshoot (Fig. 11B) foi visto e Silvio explica:
“Os potenciais de ação sem ultrapassagem foram obtidos em 18 de 
agosto, pouco antes de Edouard Coraboeuf deixar Cambridge. Além 
disso, os dois ap's da primeira comunicação eram os únicos que 
tínhamos naquele momento. Em 29 de agosto, gravei o primeiro 
overshoot, para grande alívio de Alan Hodgkin. Pedimos a Ali Monnier 
que suprimisse a primeira comunicação. Mas ele já tinha comunicado ao 
Soc Biol Biol de Paris e não se sentiu mal com a história. ”
Aplicação do microeletrodo às células cardíacas
O que tinha acontecido? Ouvimos novamente Weidmann: “Devíamos 
estar cientes do fato de que em 1949 os termostatos não estavam 
disponíveis no laboratório de fisiologia da adega em Cambridge. As 
soluções de perfusão tiveram, portanto, de ser aquecidas pelo bico de 
Bunsen. Como a distância entre o banho de perfusão e o local de 
aquecimento era bastante longa e a temperatura na sala não muito alta, a 
temperatura no frasco que foi aquecido teve que ser aumentada para 
níveis onde o Ca 2+ os sais saíram da solução e precipitaram. ” As 
preparações de Purkinje foram assim em uma situação não fisiológica de 
Ca 2+ deficiência e nossos dois eletrofisiologistas descobriram 
inesperadamente que o Ca 2+ Os íons têm um forte efeito no aumento da 
condutância do Na +.
Via Alan Hodgkin, Weidmann e Coraboeuf foram os responsáveis 
pela disseminação do microeletrodo na Europa. Quando Weidmann 
mostrou a Alan Hodgkin os primeiros potenciais de ação transmembrana 
com um belo overshoot, Hodgkin disse a Silvio: Agora você pode 
reinventar e
Os primeiros na Europa a usar microeletrodos em células cardíacas foram 
Weidmann (1921 - 2005) e Coraboeuf (1926 - 1998) (Fig. 11) durante sua 
estada em Cambridge com Hodgkin. Seu resultado inicial é mostrado em 
duas comunicações que foram enviadas à Comptes Rendus Societe de 
Biologie Paris (Coraboeuf e Weidmann 1949a, b). O Comptes Rendus 
naquela época era a maneira mais fácil de uma publicação rápida, porque 
o Societa se reunia quinzenalmente em Paris, também em cidades do 
interior da França e em outros países, como Suíça e Bélgica, onde as 
pessoas deveriam entender francês. A impressão seguiu de forma regular.
Como pode ser visto na Figura 11A, e ao contrário das expectativas dos 
achados no axônio gigante, o movimento ascendente do potencial de ação 
mal atingiu o nível zero. A fibra de Purkinje não estava seguindo as regras do 
axônio gigante e mostrando um aumento não seletivo na permeabilidade, 
conforme previsto por Bernstein? A resposta foi dada em uma comunicação 2 
semanas depois no mesmo Comptes Rendus. UMA
Figura 11. ( A) A mensagem do microeletrodo se espalhou pelo mundo. Na Europa, Weidmann e Coraboeuf aprenderam a técnica durante sua estada em Cambridge, via A. Hodgkin. Suas 
primeiras gravações foram provavelmente muito apressadas e não mostraram um overshoot (Coraboeuf e Weidmann 1949a, b). (B) A mensagem errada foi corrigida 2 semanas depois, 
mostrando um overshoot forte e bonito (Coraboeuf e Weidmann 1949a, b). Reproduzido com permissão. (C) Fotografia de Coraboeuf reproduzida com permissão de (Escande 1999); (D) 
fotografia de Weidmann, cortesia de Ruth Weidmann.
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traduzir em termos modernos os aspectos mais importantes da 
eletrofisiologia cardíaca. E sim, isso aconteceu.
Na costa leste dos EUA, Brian Hoffman (1925 - 2013) em
O laboratório de Chandler McC Brooks, Universidade Estadual de Nova 
York, aprendeu a técnica do microeletrodo lendo o artigo original de Ling. 
Brian havia estudado medicina no Long Island College of Medicine e 
estava fazendo estágio em Nova York quando uma doença o forçou a 
interromper seu treinamento clínico. Ele se inscreveu na Downstate 
Medical School e foi aceito pelo Professor Brooks no Departamento de 
Fisiologia. Era 1949, o ano da publicação de Ling sobre o microeletrodo. 
Brian Hoffmann estava tão entusiasmado com a pesquisa eletrofisiológica 
usando umanova técnica que sua interrupção temporária do treinamento 
clínico tornou-se uma mudança definitiva. Seu primeiro objetivo era 
compreender os registros eletrocardiográficos obtidos de eletrodos 
extracelulares em termos de mudanças nos potenciais transmembrana no 
nível celular. Ele foi acompanhado por Paul F. Cranefield, Ph.D. - 2003). A 
união destas duas personalidades suplementares excepcionais foi muito 
fecunda. Resultou em um artigo de revisão fisiológica claramente escrito 
em 1958 (Cranefield e Hoffman 1958), seguido por uma notável 
monografia em 1960, Eletrofisiologia do Coração (Hoffman e Cranefield 
1960). O livro, de acordo com Weidmann, representa “um texto 
abrangente, legível tanto por cientistas básicos quanto por médicos (que) 
foi essencial para diminuir a lacuna entre as disciplinas.” Um verdadeiro 
exemplo de abordagem translacional eficiente. A publicação foi um 
sucesso e em tal escala que uma tradução russa pirateada apareceu em 
1962. Uma tradução japonesa autorizada foi publicada em 1977. Em 
1981, ela foi adicionada à lista de “Clássicos de citação desta semana” do 
Current Contents. Um objetivo importante no Departamento de Fisiologia 
junto à pesquisa produtiva era a educação. Este já era o caso antes do 
advento do microeletrodo, mas agora estava amplificado; o centro 
tornou-se uma meca para pesquisadores estabelecidos e jovens 
estudantes interessados em obter o título de doutor. Brian gostava de 
atuar como mentor e professor. Ele recebeu o Prêmio de Orientação 
Acadêmica da American Heart Association. Em 1963, Hoffman e 
Cranefield mudaram-se para o Colégio de Médicos e Cirurgiões da 
Universidade de Columbia, Departamento de Farmacologia. Alguns anos 
depois, P Cranefield mudou para a Universidade Rockefeller. Ele foi 
convidado a se tornar o editor-chefe do The Journal of General 
Physiology e permaneceu na função por quase 30 anos. Brian Hoffman 
continuou na Columbia University. Ele continuou tão envolvido com o 
trabalho acadêmico que sua aposentadoria foi adiada três vezes. Como o 
anúncio do atraso foi tardio, as festividades planejadas prosseguiram. 
Pela primeira vez em
1990, com um simpósio fantástico sobre aposentadoria em Islamorada, na 
Flórida, uma segunda vez 5 anos depois e novamente pouco antes da data 
fatal, Brian mudou de ideia. No
segundo atraso, houve um jantar restrito para os ex-colegas de 
Downstate e Columbia no Hudson River Club. E pela terceira vez a 
restrição resultou em um jantar para dois.
Walter Woodbury foi o responsável pela disseminação da técnica dos microeletrodos para 
a costa oeste dos Estados Unidos e com seu irmão Lowell para o Japão. Walter Woodbury, 
Ph.D. Um estudante da Universidade de Utah ficou por 6 semanas com Ling, cumprindo 
parcialmente sua tese e aprendeu a técnica em detalhes. Sua primeira publicação (Woodbury 
et al. 1950) foi sobre tecido ventricular de sapo com co-autores Lowell Woodbury, o irmão mais 
velho de Walter, e Hans Hecht, que de acordo com Silvio Weidmann foi o primeiro e 
provavelmente o único presidente da Medicina Interna que poderia puxar microeletrodos por 
mão (outro artista) e inseri-los em preparações ventriculares de sapo (uma das preparações 
mais difíceis de usar). A contribuição de Woodbury para a promoção do microeletrodo foi 
substancial. Ele fez vários estudos sobre diferentes preparações e espécies, mesmo na 
medula espinhal da vida do gato e no ventrículo esquerdo humano durante a cirurgia de 
coração aberto. A preparação da medula espinhal foi posteriormente explorada por JC Eccles 
com parte do prêmio Nobel junto com Hodgkin e Huxley. O grupo de Woodbury também foi o 
primeiro a derivar potenciais de ação transmembrana do coração humano. O experimento foi 
transmitido ao vivo pela TV local de Seattle. Um tipo de microeletrodo fl exível e fl utuante, 
desenvolvido por Woodbury e Brady (1956) foi usado para evitar danos pelo movimento do 
músculo. A ideia inicial de gravar a partir do ventrículo humano foi gerada por J. Lee, um 
estudante de medicina, que passou o verão no laboratório de Woodbury. Na verdade, ele 
também foi o intérprete da acrobacia. A preparação da medula espinhal foi posteriormente 
explorada por JC Eccles com parte do prêmio Nobel junto com Hodgkin e Huxley. O grupo de 
Woodbury também foi o primeiro a derivar potenciais de ação transmembrana do coração 
humano. O experimento foi transmitido ao vivo pela TV local de Seattle. Um tipo de 
microeletrodo fl exível e fl utuante, desenvolvido por Woodbury e Brady (1956) foi usado para 
evitar danos pelo movimento do músculo. A ideia inicial de gravar a partir do ventrículo 
humano foi gerada por J. Lee, um estudante de medicina, que passou o verão no laboratório 
de Woodbury. Na verdade, ele também foi o intérprete da acrobacia. A preparação da medula 
espinhal foi posteriormente explorada por JC Eccles com parte do prêmio Nobel junto com 
Hodgkin e Huxley. O grupo de Woodbury também foi o primeiro a derivar potenciais de ação 
transmembrana do coração humano. O experimento foi transmitido ao vivo pela TV local de Seattle. Um tipo de microeletrodo fl exível e fl utuante, desenvolvido por Woodbury e Brady (1956) foi usado para evitar danos pelo movimento do músculo. A ideia inicial de gravar a partir do ventrículo humano foi gerada por J. Lee, um estudante de medicina, que passou o verão no laboratório de Woodbury. Na verdade, ele também foi o intérprete da acrobacia. O experimento foi transmitido ao vivo pela TV local de Seattle. Um tipo de microeletrodo fl exível e fl utuante, desenvolvido por Woodbury e Brady (1956) foi usado para evitar danos pelo movimento do músculo. A ideia inicial de gravar a partir do ventrículo humano foi gerada por J. Lee, um estudante de medicina, que passou o verão no laboratório de Woodbury. Na verdade, ele também foi o intérprete da acrobacia. O experimento foi transmitido ao vivo pela TV local de Seattle. Um tipo de microeletrodo fl exível e fl utuante, desenvolvido por Woodbury e Brady (1956) foi usado para evitar danos pelo movimento do músculo. A ideia inicial de gravar a partir do ventrículo humano foi gerada por J. Lee, um estudante de medicina, que passou o verão no laboratório de Woodbury. Na verdade, ele também foi o intérprete da acrobacia.
“ A reinvenção da eletrofisiologia cardíaca ”(Dixit Hodgkin)
O movimento ascendente do potencial de ação cardíaco. Depois de ter 
con fi rmado que as células cardíacas mostram um overshoot, a 
próxima etapa foi testar se a hipótese do sódio também poderia ser 
aplicada ao tecido cardíaco. A resposta a esta pergunta foi dada em 
três etapas: (1) a resistência da membrana durante o movimento 
ascendente do potencial de ação, conforme estimado a partir da 
mudança no potencial durante o voo de volta da varredura de raios 
catódicos, descobriu-se que estava dramaticamente diminuída (Fig. 
12A ) (Weidmann 1951a); (2): a amplitude do overshoot variou em 
função do log da concentração externa de Na + de uma forma 
esperada para um eletrodo de sódio, enquanto o potencial de 
membrana em repouso não foi afetado (Fig. 12B) (Draper e Weidmann 
1951);
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comportamento do parâmetro h para o axônio gigante da lula (Fig. 12C) 
(Weidmann 1955a).
Logo, porém, desvios dessa visão clássica apareceram na literatura 
(Coraboeuf e Otsuka 1956; Deleze 1959). Na cobaia e no ventrículo da 
rã (Niedergerke e Orkand 1966b), a amplitude total do potencial de ação 
foi encontrada para ser menos reduzida com uma queda da 
concentração externa de Na + do que o esperado (Fig. 13A), mas, em 
vez disso, era mais sensível às mudanças em Ca externo 2+
(Fig. 13B). Na verdade, a amplitude seguiu a regra para um Ca 2+ eletrodo. 
Por outro lado, a taxa máximade despolarização, que ocorria mais cedo 
durante o movimento ascendente, era muito sensível ao Na + externo e 
tendia a zero na ausência de Na + na solução. Os resultados sugerem que 
o movimento ascendente nessas preparações consiste em dois 
componentes. Um componente rápido inicial sensível ao Na + externo e 
obedecendo a regra para um eletrodo de Na + seguido por um componente 
menor sensível ao Ca externo 2+ e abordando o comportamento de um Ca 2+ eletrodo.
Poucos anos depois, foram apresentadas evidências de que o rápido 
movimento ascendente sensível ao Na + e o Ca 2 + - movimento ascendente lento 
e sensível pode ocorrer independentemente (Fig. 13C) (Carmeliet e Vereecke 
1969). Ao bloquear o aumento da condutância do Na + por meio de um aumento 
no K + externo ou adição de TTX e, simultaneamente, aumentar o Ca 2+ condutância 
pela adrenalina a primeira despolarização rápida devido ao influxo de íons Na + 
desaparece, mas a despolarização secundária que supostamente é devida a um 
aumento de Ca 2+
a condutância permanece e é aumentada. Isso resulta em Ca conduzido 
lentamente 2+ - potenciais de ação dependentes (Carmeliet e Vereecke 1969). 
Potenciais de ação de aumento lento semelhantes podem ser obtidos quando o 
Ca 2+ é substituído por Sr 2+
íons na ausência de Na + na solução (Vereecke e Carmeliet 1971). 
Potenciais de ação gerados por Ca 2+ íons são mesmo a regra em tecidos 
de invertebrados (Fatt e Ginsborg
1958).
Cloreto e repolarização precoce (Fig. 13D). Nas fibras de Purkinje, a 
substituição de íons Cl por acetilglicinato tem um efeito fraco sobre o 
potencial de repouso, mas a repolarização rápida após o pico do movimento 
ascendente é reduzida em amplitude e desacelerada. Quando o nitrato 
substitui os íons Cl, por outro lado, o pico é acentuado e a duração do 
potencial de ação encurtada. Em medições de resistência do declive da 
membrana em diferentes níveis de potencial de membrana, a substituição 
do Cl por acetilglicinato ou nitrato teve um efeito crescente, 
respectivamente, decrescente sobre a resistência. Essas descobertas 
sugeriram que a permeabilidade das fibras de Purkinje aos ânions Cl é 
pequena no potencial de repouso, mas aumenta com a despolarização e 
pode desempenhar um papel na repolarização rápida e na gênese do 
entalhe para o platô (Carmeliet 1961b).
Resistência de platô e retificação interna; queda na condutância de K + 
após a despolarização. Em sua monografia, Weidmann enumera 
diferentes mecanismos para a geração do longo platô, mas não a 
possibilidade de uma queda na condutância do potássio; embora de 
acordo com um curto
Figura 12. ( A) A impedância muda durante o curso do potencial de ação de Purkinje. Injeção de pulsos hiperpolarizantes curtos. Calibração de tensão em etapas de 10 mV. Duração do vôo 
de volta do ciclo de varredura de aproximadamente 12 mseg (Weidmann 1951a). (B) Inversão da membrana e potencial de repouso em função da porcentagem de sódio normal (Draper e 
Weidmann, 1951). (C) Relação entre o potencial de “grampo” e a taxa máxima de aumento do potencial de ação. Círculos abertos: solução Tyrode, cruzamentos: 25% de sódio normal, 
círculos completos após voltar ao normal (Weidmann 1955a). Com permissão.
2019 | Vol. 7 Iss. 1 | e13861 Página 14 ª 2019 Os autores. Relatórios Fisiológicos publicado por Wiley Periodicals, Inc. em nome de
The Physiological Society e a American Physiological Society.
E. Carmeliet REVISÃO: Bernstein
Figura 13. ( A) Dependência da amplitude do potencial de ação da concentração externa de sódio no ventrículo da rã. Da direita para a esquerda: 100, 75, 50 e 25% do normal. A inclinação da 
relação entre o overshoot e a mudança no sódio externo foi de apenas 17,3 mV para uma variação de dez vezes (Niedergerke e Orkand 1966a). (B) Efeito da mudança na concentração 
externa de cálcio: da esquerda para a direita, 0,3, 1, 3 e 5 mmol / L Ca2 + Ringer (Niedergerke e Orkand 1966b). (C) Potencial de ação registrado em fibras de Purkinje de bezerro, presença 
de adrenalina (5,5 9 10 6 mol / L). A corrente de sódio foi progressivamente bloqueada com doses crescentes de TTX. (a): controle, (b): 3 9 10 8, ( c): 3 9 10 7, ( d) e (e): 3 9 10 6 mol / L. (Carmeliet e 
Vereecke 1969). (D): Os potenciais de ação em cloreto de Tyrode são comparados com os potenciais de ação em soluções de acetilglicinato e nitrato (Carmeliet 1961b). Com permissão.
comunicação em Amer J Physiol (Weidmann 1955b) ele mediu a resistência 
do declive da membrana em diferentes potenciais e encontrou um aumento 
na resistência por um fator 4 em níveis correspondentes ao platô. Uma 
aparente lacuna de memória? Weidmann tinha dúvidas sobre o método 
usado e, provavelmente, mais importante, ele não viu por que as células do 
coração deveriam ser diferentes do axônio gigante: a lógica exigia que um 
aumento na condutância do Na + fosse seguido por um aumento na 
condutância do K +. Isso é evidente a partir da redação da breve nota do 
American Journal of Physiology: "Os resultados atuais podem indicar que o permeabilidade 
da membrana de fibra cardíaca para íons K + não aumenta apreciavelmente sob 
a influência de uma despolarização de longa duração enquanto a 
permeabilidade ao Na +
torna-se aproximadamente igual à permeabilidade ao K +. E em outro 
comentário: “Como o gK na membrana do axônio da lula aumenta com a 
despolarização, não me ocorreu que se pudesse supor que o gK caísse nas 
células cardíacas.” A situação mudou, quando um dia em 1959 Edouard 
Coraboeuf veio de Paris para Berna com um manuscrito na bagagem 
(Coraboeuf et al. 1958) e tentou convencê-lo de uma queda dependente de 
voltagem na condutância durante o planalto. “Eu me sentia um tanto 
herético em relação a Hodgkin e Huxley, mas tive que ceder.” A partir desse 
momento, Silvio Weidmann estava pronto para reinterpretar suas 
descobertas publicadas no resumo de 1955 do Am J Physiol.
As primeiras medições de resistência da membrana foram feitas por 
Weidmann (Weidmann 1951b) na presença de
ª 2019 Os autores. Relatórios Fisiológicos publicado por Wiley Periodicals, Inc. em nome da The Physiological Society e 
da American Physiological Society.
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REVISÃO: Bernstein E. Carmeliet
íons de sódio externos e não permitiu uma explicação direta em termos de 
uma queda na condutância de K +. As medições de resistência foram 
repetidas em soluções livres de Na + em uma ampla faixa de potenciais pelo 
método da corrente constante, independentemente por Hutter e Noble (1960), 
Hall et al. (1963) e por mim (Carmeliet 1961a). O método era diferente na 
medida em que Hall et al. passei longas correntes constantes a partir do 
potencial de repouso (Fig. 14A) e usei pulsos curtos de hiperpolarização no 
topo de pulsos longos para níveis diferentes (Fig. 14B). Os resultados foram 
bastante semelhantes. Na concentração normal de K + externo (2,7 - 4 mmol / 
L) a relação IV mostrou retificação interna; a resistência de declive relativa 
aumentou de 1,0 no potencial de repouso para um máximo de cerca de 5,0 
em
40 mV, para diminuir em mais
potenciais despolarizados (em torno do nível zero) para 1,0. Em 
concentrações mais altas de K + (13,5 mmol / L), a resistência no potencial 
de repouso diminuiu e o aumento relativo nos níveis despolarizados foi 
menor. Acima do nível de tensão zero, a resistência era independente do 
potencial de membrana e da concentração externa de K +.
Repolarização rápida final. Em experimentos com radioativos 42 K + no ventrículo da 
tartaruga, Wilde et al. (1953) mostrou que cada potencial de ação está associado a uma 
descarga relativamente grande de íons K + no leito vascular. A perda pulsátil de K + foi 
assumida como resultando em uma elevação temporária da concentração local de K + perto da 
membrana. Tal aumento no K + local foi claramente demonstrado no ventrículo da rã usando 
eletrodos sensíveis ao K + (Kline e Morad 1976).Esse aumento no K + externo favoreceu a 
repolarização? Para responder a essa pergunta, Weidmann (1957) usou o ventrículo da 
tartaruga de contração lenta com um platô de 4 se equipado com uma circulação coronária, a 
mesma preparação que Wilde e O'Brien haviam usado. Ele injetou uma dose de solução rica 
em K + na artéria coronária durante o curso do potencial de ação longo e observou uma 
repolarização precoce seguida por uma diminuição transitória no potencial de membrana 
diastólica. Uma possível explicação é que um aumento na concentração extracelular de K + 
causa um aumento na condutância elétrica da membrana (Fig. 14), devido a um maior effluxo 
de K + (Fig. 15B) e por meio de um feedback positivo resulta em um nível mais alto de K + 
extracelular. Em meus anos iniciais como estudante de medicina, usei a hipótese de um 
aumento na concentração de K + como parte de uma explicação para o encurtamento do 
potencial de ação cardíaca da rã com frequência (Carmeliet 1955; Carmeliet e Lacquet 1958) 
(Fig. 15) . Uma possível explicação é que um aumento na concentração extracelular de K + 
causa um aumento na condutância elétrica da membrana (Fig. 14), devido a um maior effluxo 
de K + (Fig. 15B) e por meio de um feedback positivo resulta em um nível mais alto de K + 
extracelular. Em meus anos iniciais como estudante de medicina, usei a hipótese de um 
aumento na concentração de K + como parte de uma explicação para o encurtamento do 
potencial de ação cardíaca da rã com frequência (Carmeliet 1955; Carmeliet e Lacquet 1958) 
(Fig. 15) . Uma possível explicação é que um aumento na concentração extracelular de K + 
causa um aumento na condutância elétrica da membrana (Fig. 14), devido a um maior effluxo de K + (Fig. 15B) e por meio de um feedback positivo resulta em um nível mais alto de K + extracelular. Em meus anos iniciais como estudante de medicina, usei a hipótese de um aumento na concentração de K + como parte de uma explicação para o encurtamento do potencial de ação cardíaca da rã com frequência (Carmeliet 1955; Carmeliet e Lacquet 1958) (Fig. 15) .
Figura 14. ( A) Atual - relações de voltagem na concentração de K + externo de 4 e 141 mM em 
fibras de Pu cardíacas de ovelhas. As linhas que cortam o eixo da tensão são medidas de 
resistência durante a mudança de potencial entre os dois extremos. Aplicação de correntes 
retangulares longas (Hall et al. 1963). (B) Resistência do declive da membrana relativa das 
fibras de Purkinje cardíacas de ovelha em função do potencial de membrana em duas 
concentrações externas de K +. Pulsos curtos foram sobrepostos a longos pulsos de 
polarização a níveis despolarizados e hiperpolarizados (Carmeliet 1961a). Com permissão.
a aplicação do grampo de tensão ao axônio gigante foi certamente um 
grande passo à frente. Foi este também o caso com a aplicação da pinça de 
voltagem ao tecido cardíaco?
O método veio em dois formatos: o dois microeletrodos (Deck et al. 
1964; Deck e Trautwein 1964) (Fig. 16A) e o grampo de tensão de gap de 
sacarose (Rougier et al. 1968) (Fig. 16B). Para uma pinça de tensão 
eficiente, o potencial de membrana da preparação cardíaca deve ser 
mantido uniforme no tempo e no espaço. Um problema sério é a 
existência de uma resistência em série com a membrana. Os 
componentes dessa resistência são: o microeletrodo condutor de 
corrente, as fendas no espaço extracelular e a camada endotelial. 
Especialmente nas fibras de Purkinje, o contato
Tecido cardíaco de pinça de tensão: 
preparações multicelulares
Insuficiências, problemas e críticas
O progresso na pesquisa básica é condicionado pelo desenvolvimento 
de novas ferramentas técnicas. A invenção e
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The Physiological Society e a American Physiological Society.
E. Carmeliet REVISÃO: Bernstein
Figura 15. ( A) Mudanças na concentração pulsátil de K + no espaço extracelular medidas por eletrodos sensíveis a K + em diferentes taxas de estimulação no ventrículo da rã (Kline e Morad 
1976). (B) Efeito da concentração externa de K + na taxa de 42K + ef fl ux em fibras de Purkinje de ovelha (Carmeliet, 1961a). Com permissão.
das células mais profundas dentro da solução a granel é formada por estreitas fendas 
intercelulares que podem representar uma resistência apreciável ao fluxo de corrente. O 
controle de tensão é suficiente quando a corrente de entrada é pequena (Fig. 16C), mas muito 
lento e insuficiente com possíveis fenômenos de escape como consequência quando a 
corrente é alta (Fig. 16D). Nos casos de instabilidade, a relação da tensão da corrente é 
deslocada para níveis de potencial mais negativos com um aumento acentuado da corrente 
entre o limiar e a intensidade máxima (Fig. 17). A corrente nesses potenciais é superestimada 
e subestimada em níveis mais despolarizados (Beeler e Reuter 1970a, b; Coraboeuf 1978). A 
existência de uma resistência em série causa também um prolongamento do tempo necessário 
para carregar a capacidade da membrana, resultando em séria sobreposição com o curso do 
tempo das correntes de sódio e / ou cálcio. Outra complicação dos estreitos espaços 
extracelulares é a ocorrência de depleção e acúmulo de íons. O resultado é má interpretação 
dos potenciais de reversão, geração de correntes falsas, distinção difícil entre as correntes de 
entrada e saída (ver artigo sobre marcapasso do nó sinoatrial). Em comparação com as fibras 
de Purkinje, as fendas nas preparações dos músculos atriais e ventriculares são menos 
estreitas. No entanto, o número total de células, cada uma rodeada por um espaço extracelular 
não é desprezível (estimado em 1000 células em O resultado é má interpretação dos 
potenciais de reversão, geração de correntes falsas, distinção difícil entre as correntes de 
entrada e saída (ver artigo sobre marcapasso do nó sinoatrial). Em comparação com as fibras 
de Purkinje, as fendas nas preparações dos músculos atriais e ventriculares são menos 
estreitas. No entanto, o número total de células, cada uma rodeada por um espaço extracelular 
não é desprezível (estimado em 1000 células em O resultado é má interpretação dos 
potenciais de reversão, geração de correntes falsas, distinção difícil entre as correntes de 
entrada e saída (ver artigo sobre marcapasso do nó sinoatrial). Em comparação com as fibras 
de Purkinje, as fendas nas preparações dos músculos atriais e ventriculares são menos estreitas. No entanto, o número total de células, cada uma rodeada por um espaço extracelular não é desprezível (estimado em 1000 células em
secção transversal) e constitui uma resistência importante.
Além do problema do tempo, deve-se também considerar que o tamanho da 
preparação a ser fixada deve ser mantido pequeno e certamente menor do que 
a constante de espaço em repouso. O efeito de aumentar a condutância para 
um determinado íon é reduzir a constante de espaço e, portanto, a área que 
pode ser controlada por voltagem. No caso da corrente de sódio, que é 
acompanhada por um aumento de cem vezes na condutância da membrana, a 
constante espacial foi estimada como reduzida para 0,2 - 0,5 mm (New e 
Trautwein 1972). A maioria das condições de grampo em publicações 
anteriores não atendia aos requisitos mencionados acima. A conclusão é que a 
corrente de sódio e em alguns casos até o componente rápido do Ca 2+ a 
corrente não foi fixada com eficiência. Em "O surpreendente coração" (Noble 
1984) escreve (p25): "Assim, é provável que a primeira corrente lenta para 
dentro registrada por Reuter (1967) em fibras de Purkinje não continha 
virtualmente nenhum iCa.f, uma vez que atingiu um pico em um momento em 
que a maior parte da corrente rápida já estaria inativada. ” A sobreposição do 
artefato de longa capacidade com a corrente rápida precoce (Na + e Ca 2+) foi 
provavelmente a razão pela qual o Ca 2+
corrente foi descrita como uma correntelenta, ou "courant lent". A parte 
rápida da corrente foi de fato perdida no artefato de capacidade e apenas 
uma parte mais lenta do Ca 2+ atual
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da American Physiological Society.
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REVISÃO: Bernstein E. Carmeliet
Figura 16. ( A) O grampo de tensão de dois microeletrodos. A corrente é injetada pelo eletrodo no meio da preparação; o potencial de membrana é medido entre um eletrodo intra e 
extracelular (Deck et al. 1964). (B) Método de lacuna de sacarose (Rougier et al.
1968). A corrente é injetada no compartimento esquerdo, passa pelas fibras do preparo no gap de sacarose, pela membrana das células do compartimento direito e é medida. O potencial 
da membrana é registrado entre um eletrodo intracelular e extracelular. As Figuras 16A e B são reproduzidas de Fozzard e Beeler (1975), com permissão. (C) Testes de estabilidade de 
tensão no tempo. Trabécula ventricular canina em lacuna de sacarose, microeletrodo intracelular único. Diferença de potencial entre dois microeletrodos internos (traço do meio) durante o 
fl uxo de uma pequena corrente de entrada (traço superior), excitado por uma corrente de despolarização de 10 mV do potencial de retenção de 40 mV para inativar o INa. (D) diferença 
de potencial entre um eletrodo intracelular e um extracelular (traço do meio) durante uma grande corrente de entrada rápida (INa traço superior) mostrando escape; potencial de retenção 
de 80 mV (Beeler e Reuter 1970b). Com permissão.
misturado com outras correntes (NCX, corrente catiônica e Iti) foi registrado 
(ver Noble 1984).
Julgamentos rígidos apareceram na literatura (Johnson e Lieberman 
1971); veja a seguinte citação sobre o uso da fibra de Purkinje encurtada: 
“Esses fatores, juntamente com o comprimento excessivo da preparação de 
1 - 2 mm em comparação com a constante de comprimento CC de repouso, 
em nossa opinião, coloca esta combinação de método de fixação de tensão 
e preparação em primeiro lugar como a configuração experimental mais 
anti-higiênica que foi disponibilizada. . .., ”e
o controle do potencial de membrana que deve ocorrer, pelo menos algumas vezes, 
em uma preparação de tal comprimento e com fendas tão profundas e estreitas 
entre as fibras, é completamente desconsiderado ”(Johnson e Lieberman 1971).
A crítica foi justificada, nem sempre a redação. Em defesa dos 
autores que publicaram resultados contestáveis, devo mencionar que 
em muitos casos os autores estavam mais ou menos cientes das 
deficiências em que tiveram de manobrar. O leitor atento levará em 
consideração comentários curtos na linha lateral como o seguinte: “O 
apêndice mostra que, embora essas medições não analisar o 
componente interno quantitativamente. . . ”
“. . . Além disso, não só a morfologia complexa da preparação é 
supersimpli fi cada, mas a não uniformidade de
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E. Carmeliet REVISÃO: Bernstein
(Beeler e Reuter 1970b). Não se pode ignorar a existência de um 
sentimento geral de inquietação; felizmente, como reação positiva, havia 
também a convicção de que o desenvolvimento de preparações 
monocelulares ou de um tipo diferente de eletrodo poderia levar a uma 
solução. Os cientistas perceberam a necessidade de diminuir o tamanho 
da preparação. Ver, por exemplo, o uso de grades para “triturar” as fibras 
de Purkinje e reduzir a dimensão prática da preparação de Purkinje para 
1,0 mm (Aronson et al. 1973). Eles também se tornaram mais críticos para 
testar a capacidade dos eletrodos de passagem de corrente de passar 
grandes correntes e limpar, se necessário, as pontas do microeletrodo de 
vidro para eliminar os potenciais de junção. Eles tentaram evitar 
problemas restringindo a experimentação a correntes lentas e pequenas. 
Apesar de todas as objeções críticas, as informações coletadas em 
experimentos com alicate de tensão não eram totalmente inúteis. Portanto, 
antes de entrar na era do patch clamp e da célula única, parece útil fazer 
uma breve visão geral dos dados obtidos com o clamp de tensão 
“clássico”.
O Na + - Ca 2+ corrente do trocador (INCX)
Um acoplamento entre Na + e Ca 2+ movimento foi sugerido pela primeira vez 
como um antagonismo de ação entre ambos os íons na contração do músculo 
cardíaco (Lu € ttgau e Niedergerke
1958), e posteriormente descrito mais diretamente como um mecanismo de 
troca (Reuter e Seitz 1968). Uma análise mais detalhada revelou a 
existência de eletrogenicidade com uma estequiometria de três íons de sódio 
para um íon de cálcio (Horackova e Vassort 1979). Ele desempenha um 
papel importante na regulação do Na + e Ca intracelular 2+ concentração. 
Atua como uma corrente interna durante o platô e o potencial diastólico do 
marcapasso.
A corrente dinâmica positiva, Iqr
No mesmo período foi feita uma descrição do Iqr, uma corrente que não 
mudou de nome, mas se dividiu em duas, e mudou no mecanismo de 
ativação e na natureza iônica. Os primeiros registros do grampo de tensão 
mostraram uma corrente de saída para despolarizações positivas a 20 mV. 
Era sensível à substituição do íon Cl (Dudel et al. 1967a; Fozzard e Hiraoka 
1973) e, portanto, proposto para ser transportado por íons Cl. As 
observações a seguir, no entanto, causaram uma mudança de uma corrente 
Cl ativada por voltagem para uma Cai 2 + -
corrente K + ativada: a corrente foi considerada bloqueada por Mn 2+ e 
D600, e injeção de EGTA (Siegelbaum et al. 1977); desapareceu 
quando Ca 2+ foi substituído por Sr 2+
ou Ba 2+ ( Siegelbaum e Tsien 1980), e adicionando TEA ou 4-AP 
(Kenyon e Gibbons 1979).
Era a hipótese de Iqr ser um Ca 2 + - ativado K + atual final? Em 1981, 
Edouard Coraboeuf decidiu fazer uma pausa e veio para Leuven para 
um ano sabático. Usamos uma versão melhorada da preparação 
Purkinje de ovelha para pinça de tensão desenvolvida por Aronson, na 
qual o tamanho dos segmentos curtos de Purkinje foi reduzido para
1,0 mm usando uma alça de arame de compressão (Aronson et al.
1973). Este estudo (Fig. 18) resultou na descrição de Iqr como a soma de 
duas correntes (Coraboeuf e Carmeliet 1982); cafeína (Fig. 18Ba e Bb) foi 
usada para bloquear um componente ativado por cálcio, e 4-AP (Fig. . 
18AB e Bb) para bloquear um componente de corrente K +. Os resultados 
foram os seguintes: a corrente de saída transitória total consiste em: (1) 
um componente curto que era sensível à cafeína e foi considerado Ca 2 + - ativado; 
sua natureza iônica é desconhecida (veja a seção patch eletrodo): foi 
denominado Ibo para “breve para fora”; atualmente é denominado Ito2. (2) 
um componente longo e de maior amplitude, Ilo para long out, atualmente 
Ito1. Este último componente mostrou inativação lenta e não era Ca 2 + - ativado 
porque resistiu ao tratamento com Mn 2+, cafeína e Sr 2+ íons. Presumimos 
que fosse uma corrente de K +, pois Vereecke et al. (1980) teve
Visão geral dos dados obtidos com o grampo de tensão inicial
Conforme explicado nas páginas anteriores, um registro fiel da corrente 
rápida de sódio era impossível (Reuter e Beeler 1969). Até a corrente 
de cálcio foi deixada de fora. Os tempos de resposta foram da ordem de 
alguns ms, enquanto eu segundos são necessários para evitar a 
sobreposição da capacidade e das correntes iônicas. Além disso, o 
tamanho da preparação era muito grande, com fugas e desvios de 
tensão de até 50 mV. Algumas melhorias ocorreram por ser mais 
severo na seleção da preparação e eletrodos e reduzindo o tamanho da 
preparação.
No entanto, embora o período inicial tenha sido difícil devido a 
insuficiências técnicas, o período será lembrado como o período em que a 
atividade do marcapasso foi explicada por uma correntede K + pura 
dependente da tensão e do tempo, o IK2. Foi a época em que a 
eletrogenicidade de dois trocadores foi comprovada. O Na + - A bomba de K 
+ é metabolicamente alimentada diretamente pela hidrólise de ATP, o Na + -
Ca 2+ trocador usa o gradiente Na + configurado pelo Na + -
Trocador K +.
O transporte de câmbio Na + –K +
O Na + - Foi demonstrado que o transporte de troca de K + nas células é 
devido a uma enzima descrita por Skou (1957). Foi a primeira enzima 
conhecida a produzir uma corrente elétrica com uma estequiometria de 3 íons 
Na + para 2 íons K + (Haas et al. 1970; Isenberg e Trautwein 1974), 
bloqueada farmacologicamente por glicosídeos cardíacos.
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Figura 17. A comparação dos resultados do grampo de tensão no axônio gigante da lula (eletrodos de tensão e corrente intracelular longos e grandes) e no ventrículo do cão (dois 
microeletrodos). (A) Atual - relação de voltagem das correntes de Na + e K + no axônio gigante da lula (Hodgkin et al. 1952). (B) Atual - relação de tensão da corrente de pico de Na + em Tyode 
normal (x) e em solução com 31% da concentração normal de Na + (o). Correntes positivas (para fora) foram medidas no final da etapa de fixação de 500 ms. Ventrículo de cachorro. Lacuna 
de sacarose e microeletrodo intracelular único (Beeler e Reuter 1970b). Com permissão.
observaram que a ativação repetitiva desta corrente foi acompanhada por 
um aumento 42 K ef fl ux sob condições de fixação de tensão e 4-AP 
suprimiram o ef fl uxo K + extra, bem como a corrente de saída dinâmica.
Células individuais, o eletrodo de sucção e o eletrodo 
de patch
No final dos anos 1970, a imagem da eletrofisiologia mudou completamente com o 
desenvolvimento da célula única, o eletrodo de sucção e o eletrodo patch. Para o 
eletrofisiologista que usa o eletrodo de sucção, o objetivo é medir as correntes iônicas sem as 
deficiências e erros envolvidos no uso do microeletrodo ou da pinça de tensão de gap de 
sacarose. Eletrofisiologistas de patch queriam medir correntes iônicas através de canais 
únicos. É a ironia do desenvolvimento histórico que, no final, o grupo patch forneceu 
inesperadamente (Neher em sua palestra para o prêmio Nobel chamou de “benefícios 
inesperados”) também a solução para o primeiro grupo. Na verdade, a fórmula de célula inteira 
é o método de excelência para obter informações sobre as correntes iônicas (cardíacas) no 
nível celular. Isso não significa que o eletrodo de sucção não obteve sucesso. Pelo contrário, 
dados excelentes sobre a corrente de sódio em células cardíacas foram obtidos com o (s) 
eletrodo (s) de sucção. Como exemplos, posso referir-me a experiências em células de 
Purkinje únicas por Makielski et al. (1987) usando uma pipeta de sucção-perfusão (Fig. 19) e 
Brown et al. (1981a) usando o método de duas pipetas de sucção em células cardíacas únicas 
de rato (Fig. 20). Neste último caso, o sinal capacitivo e o sinal de corrente de sódio foram bem 
separados, mas esse resultado exigiu a aplicação de duas pipetas de sucção. Veja a pinça 
inadequada ao usar um único eletrodo de sucção no experimento da Figura 20. O advento do 
patch eletrodo também não excluiu o uso e fi ciente dos dois (1987) usando uma pipeta de 
sucção-perfusão (Fig. 19) e Brown et al. (1981a) usando o método de duas pipetas de sucção 
em células cardíacas únicas de rato (Fig. 20). Neste último caso, o sinal capacitivo e o sinal de 
corrente de sódio foram bem separados, mas esse resultado exigiu a aplicação de duas 
pipetas de sucção. Veja a pinça inadequada ao usar um único eletrodo de sucção no 
experimento da Figura 20. O advento do patch eletrodo também não excluiu o uso e fi ciente 
dos dois (1987) usando uma pipeta de sucção-perfusão (Fig. 19) e Brown et al. (1981a) 
usando o método de duas pipetas de sucção em células cardíacas únicas de rato (Fig. 20). 
Neste último caso, o sinal capacitivo e o sinal de corrente de sódio foram bem separados, mas 
esse resultado exigiu a aplicação de duas pipetas de sucção. Veja a pinça inadequada ao usar um único eletrodo de sucção no experimento da Figura 20. O advento do patch eletrodo também não excluiu o uso e fi ciente dos dois
Correntes atrasadas do retificador
Nas fibras de Purkinje, duas correntes atrasadas de K + foram 
descritas (Noble e Tsien 1969). O primeiro Ix1 é ativado entre 50 e +10 
mV com constantes de tempo de
0,5 a 0,7 seg. E o segundo, Ix2 é ativado entre 40 e +20 mV com 
constantes de tempo na ordem dos segundos. O x significa "natureza 
de íon indeciso". Os potenciais de reversão de fato estavam em torno 
de 80 mV para Ix1 e -30 mV para Ix2. O Ix2 é provavelmente devido 
em parte ao acúmulo de K +. No músculo atrial da rã, foram descritas 
duas correntes de saída Ixfast e Ixslow. Para despolarizações muito 
longas, um terceiro componente I3 foi encontrado e considerado 
devido ao acúmulo de K + (Noble 1976).
No músculo dos mamíferos, uma corrente crescente para fora após a 
despolarização estava ausente ou pequena em ovelhas, bezerros e cães, mas 
um achado regular em gatos e porquinhos-da-índia. No gato, a corrente tem a 
característica de uma corrente K + pura, IK (McDonald e Trautwein 1978). Para 
pinças de despolarização muito longas, uma corrente de saída muito lenta 
(constantes de tempo de muitos segundos) é encontrada, mas provavelmente 
devido ao acúmulo de K +. Posteriormente, o IK foi dissecado em dois 
componentes, IKr e IKs (Sanguinetti e Jurkiewicz
1990).
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The Physiological Society e a American Physiological Society.
E. Carmeliet REVISÃO: Bernstein
composição de íons intracelulares. Quando a ponta é levemente 
pressionada na superfície da membrana, pequenos pulsos de sucção 
são aplicados, o eletrodo faz uma vedação à membrana, proporcionando 
um bom isolamento entre o interior do eletrodo e o meio externo. A 
resistência do selo é tipicamente da ordem de 10 giga Ω ( isso justi fi ca o 
nome gigaseal), garantindo que o vazamento de corrente entre o 
eletrodo e o meio extracelular seja insignificante. São necessárias 
algumas frases neste texto para descrever como o gigaseal nasceu. 
Demorou Neher e Sakmann (1976b) cerca de 5 anos, entre o primeiro 
artigo de 1976 sobre os canais sensíveis à acetilcolina na junção 
neuromuscular (Fig. 21C) e o conhecido artigo mestre de 1981 (Hamill et 
al. 1981), para descobrir que a sucção era o segredo para evitar ruídos 
dos discos e entrar na era do gigaseal. Por favor, aprecie o efeito de 
sucção na Figura 22. Aparentemente, não é apenas a sucção que é 
importante; de acordo com um conselho de Bert Sakmann deve ser 
precedido soprando um pouco. Como tantas descobertas na ciência, o 
desvendamento do mistério ocorreu em uma tarde de sábado. Erwin 
Neher não sabia o que tinha acontecido quando o sinal muito barulhento 
de repente mudou para uma gravação limpa. Na próxima segunda-feira, 
no entanto, todos os colaboradores em Go
€ ttingen sabia e estava usando o
truque, gostando de pesquisa.
Muitas configurações do patch eletrodo foram desenvolvidas (Fig. 22C): 
anexado à célula, patch perfurado, macro patch, fora / fora, dentro / fora. 
Existe a possibilidade de aplicar diálise intracelular ou evitá-la. Para 
eletrofisiologistas cardíacos, é o método ideal que substitui os antigos 
métodos de pinça de voltagem e o uso de preparações multicelulares. O 
eletrodo em sua configuração de célula inteira tem alta resistência de 
vedação e baixa resistência de entrada, permitindo a passagem de grandes 
correntes sem vazamento. Repetindo grampos no modo conectado à célula 
e fazendo a média
Figura 18. Análise dacorrente dinâmica positiva, Iqr. Efeito do 4-AP e da cafeína nas 
correntes externas transitórias eliciadas na fibra de Purkinje cardíaca de ovelha por 
pulsos despolarizantes de um potencial de retenção de 55 mV a 15 mV. (A): Controle 
(a) e 1 mmol / L 4AP (b). (B): 10 mmol / L de cafeína na ausência (a) e presença (b) 1 
mmol / L de 4-AP (b). (Coraboeuf e Carmeliet 1982). Reproduzido com permissão.
método de microeletrodos em células individuais. Comparado ao eletrodo de 
sucção, o eletrodo patch não é apenas mais e fi ciente, mas também muito mais 
fácil de usar; além disso, possui um domínio de aplicação muito mais amplo. Uma 
mudança progressiva para o tipo de patch era inevitável (Hamill et al. 1981)
O patch eletrodo foi introduzido por Neher e Sakmann (1976a, fig. 
21) e Hamill et al. (1981). É um eletrodo extracelular com um grande 
diâmetro de boca de alguns micrômetros e, portanto, de resistência 
relativamente baixa (Fig. 21A e B). A ponta do eletrodo é polida a fogo 
para fazer uma ponta lisa e o eletrodo é preenchido com uma solução 
que se aproxima tanto do extracelular quanto do
Figura 19. ( A) Fotografia de uma única célula de Purkinje canina na pipeta de sucção-perfusão. (B): Resposta de corrente a uma despolarização de pinça de voltagem de 
150 mV a 40 mV imposta através da pipeta de sucção (Makielski et al. 1987). Com permissão.
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REVISÃO: Bernstein E. Carmeliet
e para a análise de endo- e exocitose seguindo as mudanças na 
capacidade da membrana.
A versatilidade da técnica do patch é ainda claramente demonstrada 
pelo fato de agora ser usada na busca industrial de drogas 
farmacologicamente ativas. Nesta aplicação, um chip plano horizontal é 
usado para separar dois volumes que representam um meio 
intracelular e um extracelular. O chip é feito de sylgart (Klemic et al. 
2002) (Fig. 23C), vidro (quartzo) (Fertig et al. 2002) ou poliimida (Stett 
et al. 2003). Aberturas de um determinado diâmetro no eu m intervalos 
são feitos no chip, as células são adicionadas ao compartimento 
extracelular superior e forçadas a se mover para uma abertura na 
película de plástico por um diferencial de pressão até formarem uma 
vedação. A formação do selo ainda é um aspecto fraco. Apenas no 
caso do sylgart, foram obtidos gigaseals de qualidade suficiente 
(Klemic et al. 2002); nos demais casos o selo ainda está entre 1/3 e 1/5 
do valor desejado e em muitas outras tentativas o selo permaneceu no 
mega- Ω
alcance. Usando a abordagem planar até 384 células podem ser 
estudadas simultaneamente, o que certamente facilita a avaliação 
estatística dos resultados (Klemic et al. 2002; Sigworth e Klemic 2002).
Os primeiros avanços após a introdução da célula única e do patch 
clamp
Desde a introdução da célula única combinada com o patch clamp, o 
estudo das correntes iônicas foi muito facilitado. Registros não 
distorcidos da corrente rápida de Na + (Fig. 24A) e da parte inicial do Ca 2+ 
corrente (Fig. 24B) eram possíveis. Atual - as relações de voltagem para a 
corrente Na + sensível a TTX de miócitos ventriculares únicos de ratos 
neonatais e exemplos de correntes obtidas (ver inserção) ilustram a 
qualidade melhorada dos resultados (Kunze et al. 1985). O CA 2+ corrente 
em miócitos ventriculares únicos bovinos em vez de mostrar apenas uma 
corrente "lenta" agora consiste em uma deflexão inicial rápida seguida 
por um componente lento (Isenberg e Klo
€ ckner 1982). No
Nos parágrafos seguintes, gostaria de apresentar sumariamente uma visão 
geral das descobertas mais importantes sobre as correntes iônicas obtidas ao 
longo das duas últimas décadas.
Figura 20. ( A) Atual - relações de voltagem da corrente de sódio obtidas com pipeta de sucção 
simples (esquerda) e pipeta de sucção dupla (direita). O potencial de retenção era de 80 mV. 
Mesma célula em ambos os casos (Brown et al. 1981b). (B) Os traços de corrente ilustram a 
separação entre os transientes de corrente capacitivos e a ativação da corrente interna de Na 
+. Registros de voltagem e corrente usando duas pipetas de sucção para o grampo de 
voltagem de uma célula ventricular de rato. Observe a sobreposição mínima de sinal capacitivo 
e de corrente (Brown et al. 1981b). Com permissão.
resultados, a informação é obtida de forma semelhante à con fi guração 
integral.
O patch clamp pode ser adaptado para medir canais em organelas 
intracelulares (Fig. 23A), como as membranas mitocondriais, nucleares e 
reticulares endoplasmáticas (Sorgato et al. 1987; Mazzanti et al. 1990). A 
aplicação direta do eletrodo patch foi realizada em células gliais em cultura, 
em fatias de neurônios in vitro ou no cérebro, em canais expressos em 
células HEK. As membranas bacterianas podem ser estudadas em 
esferoplastos E Coli (Fig. 23B), que são moldados a partir de membranas 
plasmáticas bacterianas por meio de cultura na presença de antibióticos, 
que inibem a síntese da parede celular (Kikuchi et al. 2015). O campo de 
interesse foi estendido para células não excitáveis, como epitélios 
secretores
Correntes de sódio
A corrente tardia de sódio (também chamada de corrente persistente, 
corrente lenta, corrente de inativação lenta) (Makielski 2016; Giles e 
Carmeliet 2016) estende o efeito da corrente de sódio do movimento 
ascendente rápido do potencial de ação e seu papel na condução para a 
fase de platô e repolarização.
A primeira sugestão da corrente de sódio desempenhando um papel 
durante o platô do potencial de ação foi o
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Figura 21. Fotografia de Erwin Neher-1944 e Bert Sakmann-1942. A permissão para usar as fotografias foi concedida pelo Instituto Max Planck de Química Biofísica. O Prêmio Nobel de 
Fisiologia ou Medicina de 1991 foi concedido em conjunto a Erwin Neher e Bert Sakmann "por suas descobertas sobre a função dos canais de íon único nas células". (A) Micrografia 
eletrônica de varredura de uma visão da abertura da pipeta. O anel mais escuro representa a borda da pipeta. O diâmetro de abertura da ponta é 1,1 eu m. A largura do aro é 0,2 eu m. (B) 
vista lateral da mesma pipeta (Sakmann e Neher 1985). (C) Correntes de canal único do músculo peitoral cutâneo de rã desnervada (Rana pipiens). Dois microeletrodos para medir o 
potencial de membrana; abaixo: eletrodo patch. A pipeta do patch continha suberildicolina 0,2 eu toupeira; potencial de membrana 120 mV (Neher e Sakmann 1976b). Com permissão.
Figura 22. ( A) Formação gigaseal entre a pipeta e o sarcolema de músculo de rã. Diagrama esquemático mostrando uma pipeta pressionada contra a membrana. A resistência do selo 
está entre 50 e 100 M Ω. A aplicação de sucção resultou na formação de um gigaseal; parte da membrana é puxada para a pipeta. (B) Registro atual antes, durante e depois da sucção. 
A sucção fez com que a vedação aumentasse de 150 M Ω a 60 giga Ω.
Observe a queda no ruído. Aberturas curtas de canal são causadas pela presença de suberildicolina. (C) Uma infinidade de configurações possíveis para medir canais e correntes de 
células inteiras (Hamill et al. 1981). Com permissão.
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REVISÃO: Bernstein E. Carmeliet
Figura 23. ( A) Estudo de canais em organelas intracelulares in vivo. O patch eletrodo é introduzido por meio de um grande microeletrodo (afiado), que é retirado após o patch eletrodo entrar na 
célula (Jonas et al. 1997). (B) Estudo de canais iônicos bacterianos usandoo esferoplasto. Um sheroplasto é uma estrutura que é moldada a partir de membranas plasmáticas bacterianas por meio 
de cultura na presença de antibióticos que inibem a síntese da parede celular. (C) A caminho da automação. Registro de eletrodo de patch PDMS (polidimetil siloxano) planar das correntes do 
canal. Esquema do sistema de gravação de patch planar. Os 200 eu Uma partição de PDMS oxidada de m de espessura está imprensada entre as câmaras do banho (superior) e do eletrodo 
(inferior). Um oócito desvitelinizado é deixado cair na abertura (8 eu m). Gigaseals são possíveis. O sistema planar permite a criação de matrizes de tal configuração em paralelo. Alto rendimento 
(Klemic et al. 2002). Com permissão.
descoberta de um encurtamento do potencial de ação induzido por TTX em 
fibras de Purkinje cardíacas (Dudel et al. 1967b; Coraboeuf et al. 1979). Esse 
efeito de encurtamento foi explicado pela primeira vez como devido a um 
bloqueio da corrente da janela de Na + (Attwell et al. 1979). A corrente iônica 
subjacente, no entanto, mostrou dependência do tempo (Carmeliet e Saikawa
1982). Na fibra de Purkinje de coelho, a corrente diminui durante dezenas 
de segundos. Sua cinética é completamente diferente daquela da corrente 
de pico de Na +. As constantes de tempo de inativação aumentam em 
potenciais mais despolarizados e a recuperação é relativamente rápida 
(Carmeliet 1987). A corrente é sensível ao TTX e bloqueada pela 
ranazolina. A corrente tardia desempenha um papel importante no 
prolongamento da duração do potencial de ação e pode causar 
despolarizações e arritmias ventriculares logo após. Também foi 
hipotetizado que provoca sobrecarga de Na + intracelular e, 
secundariamente, Ca 2+ acumulação. Um hipotético
“Espaço difuso” (Lederer et al. 1990) facilitaria tal fenômeno. Esta 
afirmação está longe de ser comprovada e recentemente a hipótese foi 
enfraquecida por experimentos em manchas gigantes do ventrículo de 
cobaia, que de acordo com a análise de Lu e Hilgemann (2017) 
sugerem fortemente que um espaço fuzzy com restrição de difusão 
livre de íons Na + não existe nas células cardíacas. Lu e Hilgemann 
concluem que as medições da “bomba Na / K
inativação, Na subcelular e cinética de renovação de íons citoplasmáticos 
contradizem os espaços de Na restritos em miócitos cardíacos murinos. ”
Canais neuronais de Na + expressos em células cardíacas
A presença de proteínas do canal de Na + neuronal no sistema tubular T 
das células cardíacas foi inicialmente descrita por Maier et al. (2002, 
2004). Os seguintes tipos de canais foram encontrados expressos: 
nNav1.1, nNav1.3, nNav1.6, dos quais nNav1.6 é o mais abundante. 
Eles são caracterizados por uma alta sensibilidade ao bloqueio TTX na 
escala de concentração nanomolar, em comparação com o canal 
cNav1.5 da membrana superficial dos discos intercalados, que é inibido 
por concentrações TTX micromolares. O típico canal cardíaco de Na + é 
responsável por uma condução eficiente do potencial de ação. Os canais 
neuronais nos túbulos T desempenham um papel na excitação -
acoplamento de contração. Eles são responsáveis pela rápida 
despolarização que resulta na ativação do Ca 2+ atual e elicitar Ca 2+ liberação 
ocorrendo simultaneamente na periferia e no centro da célula. Em 
células sem túbulos T (células atriais e fibras de Purkinje), liberação de 
Ca 2+
íons começam na periferia e depois se espalham para o centro (Hu
€ ser et al. 1996). Na presença de excessivo
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pode ser bloqueado por dihidropiridinas, fenilalquilaminas e 
benzotiazepinas (Tsien et al. 1986).
Um chamado Ca tipo T 2+ atual (T significa “transiente”) foi descrito por 
dois grupos no mesmo ano de 1985 (Bean 1985; Nilius et al. 1985). Tem 
curta duração e é ativado em potenciais mais negativos do que o limite 
para canais do tipo L. A ativação e a inativação são rápidas; a inativação 
está completa. É bloqueado pelo mibefradil e insensível à estimulação do 
receptor beta (Tytgat et al. 1988). O canal desempenha um papel 
importante no marcapasso, como portador da corrente interna não só, 
mas também como indutor de Ca 2+ faíscas e, secundariamente, ativando 
o Na +, Ca 2+ transportador de câmbio.
Corrente dinâmica positiva: acompanhamento
Na seção anterior dos resultados iniciais do clamp de voltagem em 
células cardíacas, a corrente dinâmica positiva foi descrita primeiro como 
uma corrente Cl ativada por voltagem, seguida depois como um Cai 2 + - corrente 
K + ativada. Com o aprimoramento da técnica de fixação de tensão, a 
corrente foi dividida em dois componentes: Ito1, uma corrente K + ativada 
por tensão e Ito2, um Cai 2 + - corrente ativada de natureza iônica 
desconhecida. Com o patch eletrodo e fl uorescência intracelular de Ca 
simultânea 2+ a medida-
mentos em células individuais da fibra de Purkinje de coelho, foi apresentada 
evidência de que um Ca 2 + - a corrente de Cl ativada é responsável pela 
corrente Ito2 (Sipido et al. 1993). O círculo é fechado novamente; uma 
corrente semelhante também está presente (Zygmunt e Gibbons 1991; 
Zygmunt e Gibbons
1992) em miócitos ventriculares e atriais de coelho. Atualmente, a 
existência de dois componentes da corrente dinâmica positiva foi 
confirmada em muitas preparações cardíacas (Tseng e Hoffman 1989; 
Duran et al. 2010).
Figura 24. ( A) Atual - relações de voltagem para a corrente TTX-sensível de Na + de miócitos 
ventriculares únicos de ratos neonatos. Registros inteiros de correntes em 40 mmol / L Na + 
externos (ver inserção) (Kunze et al. 1985). (B) Miócitos ventriculares únicos bovinos. Pinça 
de tensão de dois microeletrodos em células individuais. A etapa de clamp despolarizou a 
célula de 50 mV para 0 mV. Medição da corrente de cálcio tipo L e efeito da adrenalina 0,2 eu
toupeira (Isenberg e Klo
€ ckner 1982). Permissão garantida.
Os canais nNav de estimulação catecolaminérgica podem ser fosforilados e 
mostrar um aumento da corrente de Na + tardia (Radwanski et al. 2016).
Correntes de potássio
Retificador interno IK1
Na seção sobre a reinvenção da eletrofisiologia cardíaca, o IK1 foi descrito 
como uma corrente independente do tempo, importante e economizadora de 
energia para a gênese do potencial de ação longa. Um acúmulo transitório de 
K + extracelular foi assumido para desempenhar um papel durante a 
repolarização rápida. No período após a introdução do eletrodo patch, a 
corrente IK1 foi encontrada para sofrer mudanças dependentes do tempo 
rápidas durante o curso do potencial de ação, devido ao bloqueio por Mg 2+ íons 
na despolarização (Matsuda et al. 1987; Vandenberg 1987). Alguns anos 
mais tarde, a putrescina, a espermidina e a espermina foram adicionadas 
como bloqueadores e fi cientes de IK1 (Lopatin et al. 1994). De acordo com 
um estudo de Shimoni et al. (1992) usando a ação
Ca 2+ correntes
Já mencionei a transformação do Ca 2+ atual de um tipo lento para um 
rápido. Uma parte substancial é inativada rapidamente, mas o resto mostra 
uma inativação lenta a muito lenta. Isso forneceu o nome de L-tipo Ca 2+ atual; 
L permanece por "muito tempo". O processo de inativação é voltagem e Cai 2 
+ -
dependente. A maior parte do Ca 2+ o responsável pela inativação é 
proveniente do RS (retículo sarcoplasmático). O CA 2 + - a inativação 
dependente é um fenômeno rápido (primeiros 50 mseg) (Sipido et al. 
1995), a inativação dependente de voltagem é muito mais lenta. O Ca tipo 
L 2+ a corrente é responsável pelo acoplamento excitação-contração. A 
atividade do canal é aumentada pela estimulação beta-adrenérgica e
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da American Physiological Society.2019 | Vol. 7 Iss. 1 | e13861
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REVISÃO: Bernstein E. Carmeliet
pinça de tensão potencial, IK1 não é apenas bloqueado, mas sofre uma 
“inativação” significativa durante o platô. Ele exibe reativação dependente 
do tempo e da voltagem durante a repolarização, bem como durante o 
início da diástole. É a corrente primordial durante a repolarização final.
estado (despolarizações de longa duração) IKs é 10 vezes maior que 
IKr. Para despolarizações mais curtas que correspondem à duração do 
potencial de ação, ambas as correntes, por causa da diferença na 
velocidade de ativação, são de amplitude semelhante. A corrente IKr 
mostra uma retificação interna pronunciada. O mecanismo subjacente foi 
analisado por Shibasaki (1987) e é devido à rápida inativação 
precedendo parcialmente o processo de ativação. O mecanismo 
subjacente à gênese da retificação interna em IKr é, portanto, diferente 
do bloqueio por cargas intracelulares positivas descrito para o canal IK1.
Um terceiro membro é o retificador atrasado ultrapídeo IKur, com 
inativação nenhuma ou muito lenta (Nerbonne, 2000). A recuperação da 
inativação é muito lenta; a corrente é acentuadamente reduzida em 
frequências elevadas. Está presente em diferentes preparações cardíacas, 
incluindo átrios humanos e muito sensível ao 4-AP; é aumentada pela 
estimulação do receptor beta e inibida pela ativação do receptor alfa.
Correntes de K + ativadas por ligante
Canal KATP
Foi demonstrado que a hipóxia e a aplicação de inibidores metabólicos (DNP 
ou CN) encurtam a duração do potencial de ação cardíaca em miócitos 
ventriculares únicos de porquinhos-da-índia (Isenberg et al. 1983). No mesmo 
estudo, as medições do grampo de tensão demonstraram que esse efeito foi 
devido a um aumento na corrente externa independente do tempo. No mesmo 
ano Noma (1983) demonstrou em células atriais e ventriculares de cobaias e 
coelhos a existência de um canal dependente de ATP, que foi ativado por uma 
queda na concentração de ATP intracelular. Independentemente de Trube G. e 
Hescheler
J. (citado por Noma) relatou também em 1983, um canal dependente de ATP 
semelhante em células ventriculares de porquinhos da índia. Uma curva 
dose-resposta obtida no patch de dentro para fora indica uma ativação de 50% a 
0,1 mmol / L ATP. Não é ativado por Ca intracelular 2+ íons. No pâncreas, ele está 
interagindo com as células beta para determinar a manutenção da concentração 
de glicose no sangue entre os limites apropriados. Nas células cardíacas, 
encurta o potencial de ação e, eventualmente, causa inexcitabilidade.
Fim
Bernstein nos deu uma explicação para a gênese do potencial de 
membrana em repouso em tecidos excitáveis. Esta tese ainda é válida. 
Sua explicação para o potencial de ação teve que ser alterada quando as 
medições do potencial transmembrana mostraram a existência de um 
overshoot e sua dependência da concentração externa de Na +, e logo 
depois pela descrição detalhada das mudanças de condutância para os 
íons Na + e K + no axônio gigante da lula.
A intuição de JZYoung teve sorte para a pesquisa eletrofisiológica quando 
ele, sendo um anatomista, convenceu os fisiologistas a usar o axônio gigante 
da lula em suas investigações.
Escrevendo “From Bernstein's reotome to Neher - Patch eletrodo de 
Sakmann ”era minha intenção descrever a evolução, primeiro nos nervos, 
mas depois limitada ao coração, de fatos e hipóteses sobre a gênese do 
potencial de ação.
Fiquei calado sobre a gênese da atividade espontânea e a propagação do 
potencial de ação. Esses dois tópicos importantes serão tratados em 
pequenas revisões separadas.
Corrente K + sensível a ACH
A corrente IKAch é ativada após a ligação de Ach ao receptor muscarínico 
M2, acoplado ao canal por meio de uma Giproteína. O canal é muito 
seletivo para íons K +. É expressa no nó sinoatrial, nos átrios, no sistema 
condutor e em várias células ventriculares, mas não em todas. A corrente 
é fracamente retificadora para dentro. A ativação causa diminuição da 
frequência cardíaca, hiperpolarização do potencial de repouso e 
encurtamento do potencial de ação (Heidbu
€ chel
et al. 1987).
Agradecimentos
Correntes de K + atrasadas
Tenho que agradecer a pessoas diferentes por motivos diferentes. Na minha 
apresentação de Denis Noble como o quinto intérprete do Carmelieta - Coraboeuf
- Palestra de Weidmann em Glasgow2016 Mencionei algumas notas históricas 
pessoais. Posteriormente, Andras Varro entrou em contato comigo e sugeriu 
que eu escrevesse uma revisão mais substancial sobre a evolução histórica da 
eletrofisiologia cardíaca. A viabilidade da ideia foi testada em duas 
apresentações orais, uma em Szeged e outra em Pecs com reações positivas. 
Via David Eisner I foi convidado por Susan Wray a escrever tal avaliação para 
Physiological
No início da década de 80, a repolarização nas células cardíacas era 
explicada pela ativação de uma corrente de K + de ativação lenta, chamada 
IK. Era evidente, porém, que mais de uma corrente estava envolvida. Em 
1990 (Sanguinetti e Jurkiewicz 1990) Sanguinetti e Jurkiewicz foram 
capazes, usando a droga sulfonamida E-4031, para dissecar a corrente 
complexa em duas unidades, IKr e IKs. IKr, bloqueado por E-4031, é 
rapidamente ativado e rapidamente inativado. IKs mostra ativação lenta e 
nenhuma inativação. Em totalmente ativado
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The Physiological Society e a American Physiological Society.
E. Carmeliet REVISÃO: Bernstein
Relatórios. Devo agradecer a Andras Varro pela iniciativa, Martin Morad 
pelo apoio e ajuda na busca de alguns documentos, Johan Vereecke, 
Andre Kleber e William Coetzee pela leitura crítica do primeiro rascunho 
e por ajudar na compreensão e apreciação dos mais recentes 
desenvolvimentos científicos. Susan Wray e David Eisner pelo convite. 
Meus agradecimentos adicionais vão para Morten Thomsen, Editor 
Associado, e sua equipe administrativa; a Ilse Debaille, VIB-KULeuven, 
pela ajuda com questões de direitos autorais.
Carmeliet, E. e T. Saikawa. 1982. Encurtamento da ação
potencial e redução da atividade do marcapasso por lidocaína, quinidina e 
procainamida em fibras de Purkinje cardíacas de ovinos. Um efeito nas correntes de 
Na ou K? Circ. Res. 50: 257 - 272.
Carmeliet, E. e J. Vereecke. 1969. Adrenalina e o planalto
fase do potencial de ação cardíaco. Importância da condutância de Ca ++, 
Na + e K +. P fl u € gers Arch. 313: 300 - 315.
Cole, KS 1949. Características elétricas dinâmicas. Arco. Sci.
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Cole, KS 1979. Principalmente membranes. Ann. Rev. Physiol. 41: 1 -
24
Cole, KS e HJ Curtis. 1939. Impedância elétrica do
Squid Giant Axon durante a atividade. J. Gen. Physiol. 22: 649 - 670.
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2019 | Vol. 7 Iss. 1 | e13861 Página 30 ª 2019 Os autores. Relatórios Fisiológicos publicado por Wiley Periodicals, Inc. em nome de
The Physiological Society e a American Physiological Society.