Resumo Capítulo 4 Bear: O potencial de ação

Prévia do material em texto

O potencial de ação 
Introdução 
Potencial de ação/pico de potencial/ potencial em ponta/impulso/descarga: sinal 
que leva a informação ao longo do sistema nervoso. 
O citosol do neurônio em repouso está carregado negativamente em relação ao 
fluido extracelular, o potencial de ação é uma inversão rápida dessa situação, de forma 
que, por um instante, o lado citosólico da membrana torna-se carregado positivamente 
com relação ao lado externo. 
Os potenciais de ação são todos similares em tamanho e duração e não diminuem 
à medida que são conduzidos ao longo do axônio. A frequência e o padrão dos potencias 
de ação constituem um código utilizado pelos neurônios para transferir informações de 
um local ao outro. 
Propriedades do potencial de ação 
Os altos e baixos de um potencial de ação 
Quando a membrana neuronal está em repouso, o voltímetro registra um ddp 
estável de cerca de -65 mV. Durante o potencial de ação, entretanto, o potencial de 
membrana torna-se positivo por um breve momento. 
 
A primeira parte, fase ascendente, é caracterizada por uma rápida despolarização 
da membrana. Essa mudança no PA continua até que o Vm alcance um pico de cerca de 
40 mV. A parte do PA em que o lado de dentro do neurônio está carregado positivamente 
em relação ao lado externo é chamado de pico de ultrapassagem. 
A fase descendente do PA é uma rápida repolarização até a membrana ficar de 
fato mais negativa do que o potencial de repouso. A última parte da fase descendente é 
chamada de pós-hiperpolarização, ha, finalmente, uma restauração gradual do potencial 
de repouso. 
Geração de um PA 
A percepção de uma dor aguda, quando uma tachinha penetra em seu pé, é causada 
pela geração de PA em certas fibras nervosas da pele. 
1. A tachinha penetra na pela 
2. A membrana das fibras nervosas da pele é distendida 
3. Canais permeáveis ao Na+ abrem-se. 
Devido ao grande gradiente de concentração e a carga negativa do citosol, íons Na+ 
entram na fibra através desses canais e despolariza a membrana, isto é, a superfície 
citoplasmática da membrana torna-se menos negativa. 
Esse potencial gerador pode gerar um PA se alcançar um nível crítico, o nível crítico 
de despolarização que deve ser alcançado a fim de disparar um PA é chamado de limiar. 
PA são causados pela despolarização da membrana além do limiar. 
Em interneurônios, a despolarização é normalmente causada pela entrada de Na+ 
através de canais ativados por neurotransmissores liberados por outros neurônios. 
A aplicação de uma despolarização crescente a um neurônio não tem qualquer efeito 
até que se cruze o limiar e, então, “zás”- surge um PA. Por essa razão, diz-se que os PA 
são tudo ou nada. 
A geração de múltiplos PA 
Se, por exemplo, injetarmos continuamente corrente despolarizante em um 
neurônio através de um microelétrodo, produziremos não somente um, mas muitos PA 
em sucessão. 
A frequência de disparo de PA reflete a magnitude da corrente despolarizante. 
Essa é uma das formas pelas quais a intensidade do estimulo é codificada no sistema 
nervoso. 
- Se a corrente injetada despolariza a membrana além do limiar, PA são gerados 
- A f de disparo do PA aumenta à medica que a corrente despolarizante aumenta. 
Entretanto, a f máxima de disparo é de cerca de 1000 Hz: uma vez iniciado um 
PA, é impossível iniciar outro durante cerca de 1 ms. Esse período de tempo é chamado 
de período refratário absoluto. Durante esse período refratário relativo, a quantidade de 
corrente necessária para despolarizar o neurônio até o limiar do PA é maior do que a 
normal. 
O PA na teoria 
A despolarização da célula durante o PA é causada pelo influxo (entrada) de íons 
Na+ através da membrana, e a repolarização é causada pelo efluxo (saída) de íons K+ 
Correntes e condutâncias da membrana 
Uma membrana tem três tipos de moléculas proteicas: bombas de sódio e potássio, 
canais de potássio e canais de sódio. 
Vamos supor que o K+ esteja 20x mais concentrado dentro da célula e que o Na+ 
esteja 10x mais concentrado fora dela 
Ek= -80 mV 
Ena= 62 mV 
Vm=0, tanto os canais de potássio quanto os de sódio estão fechados 
Abramos, agora, somente os canais de potássio, os íons K+ fluirão para fora da 
célula, ao longo de seu gradiente de concentração, até que o interior fique negativamente 
carregado, e Vm=Ek, o movimento dos íons K+ levam o potencial de membrana de 0 a -
80 mV. 
Considere: 
1. O movimento liquido de íons K+ através da membrana é uma corrente elétrica. Ik 
2. O número de canais de potássio abertos é proporcional a uma condutância elétrica. 
Gk 
3. Tem-se Ik enquanto Vm≠Ek. A força impulsora do K+ é definida como sendo a 
diferença entre o potencial de membrana real e o potencial de equilíbrio e pode 
ser escrito como Vm-Ek 
Logo, Ik= Gk (Vm-Ek) 
A corrente de potássio apenas flui quando estipulamos que a membrana tenha 
canais de potássio abertos, e então gk>0. Nesse caso, os íons K+ fluem para fora da célula 
enquanto o potencial de membrana diferir do potencial de equilíbrio do potássio. Quando 
Vm=Ek, a membrana estará em equilíbrio, e não haverá corrente. Nessa condição, embora 
haja uma grande condutância de potássio, Gk, já não existira qualquer força impulsora 
sobre os íons K+. 
O entra e sai de um PA 
O que está acontecendo com os íons Na+ concentrados fora da célula? 
Uma vez que o potencial de membrana é tão negativo com relação ao potencial de 
equilíbrio do sódio, haverá uma força impulsora muito grande sobre o Na+. Entretanto, 
não pode haver corrente de Na+ enquanto a membrana for impermeável ao Na+. 
Abrindo-se os canais de Na+ os íons passam através da membrana no sentido que 
leva Vm a Ena; nesse caso, a corrente de sódio cruzando a membrana, Ina, é de entrada. 
Supondo que a permeabilidade da membrana seja bem maior para o sódio do que para o 
potássio, esse influxo se sódio despolarizara o neurônio até que Vm se aproxime de Ena, 
62 V. 
Simplesmente trocando a permeabilidade dominante da membrana de K+ para 
Na=, fomos capazes de rapidamente inverter o potencial da membrana. Em teoria, então, 
a fase ascendente do potencial de ação poderia ser explicada se, em resposta a 
despolarização da membrana além do limiar, os canais de sódio da membrana se abrissem. 
Isso permite ao Na+ entrar no neurônio, causando uma despolarização maciça até que o 
potencial de membrana atingisse o Ena. 
Como podemos explicar a fase descendente do PA? 
Considerando que os canais de sódio se fecham rapidamente, e os canais de 
potássio permanecem abertos, o K+ fluirá para fora da célula até que o potencial de 
membrana novamente se iguale ao Ek. 
A fase ascendente do PA é explicada por uma corrente de entrada de sódio, e a 
fase descendente é explicada por uma corrente de saída de potássio. 
O PA pode ser explicado simplesmente pelo movimento de íons através de canais 
que são acionados por mudanças no potencial de membrana. 
O PA na realidade 
O aumento na Gna permite a entrada de íons Na+, o que despolariza o neurônio. 
A restauração do potencial de membrana negativo será ainda auxiliada pelo 
aumento temporário na Gk durante a fase descendente, permitindo que os íons K+ deixem 
o neurônio despolarizado mais rapidamente. 
A fixação de voltagem permitiu a Hodgkin e Huxley “fixar” o potencial de 
membrana de um axônio em qualquer valor que escolhessem. Para explicar as alterações 
temporárias de Gna, propuseram a existência de “portões” para o sódio na membrana 
axonal. Sua hipótese era que esses portões eram ativados – abertos – por uma 
despolarização acima do limiar – e inativos – fechados e trancados – quando a membrana 
adquirisse um potencial de membrana positivo. Esses portões eram reengatilhados – 
destrancados de forma que pudessem ser novamente acionados – apenas quando o 
potencial de membrana retornasse a seu valor negativo. 
O canal de sódio dependente de voltagem 
O canal de sódio dependente de voltagem é uma proteína queforma um poro na 
membrana que é altamente seletivo aos íons Na+, sendo que o poro é aberto e fechado 
por alterações no potencial elétrico da membrana. 
Estrutura do canal de sódio: o poro fica fechado quando a membrana está em seu potencial 
de repouso negativo. Quando a membrana é depolarizada até o limiar, entretanto, a 
molécula sofre uma alteração conformacional para permitir a passagem de Na+ através 
do poro. 
Aparentemente, os íons Na+ perdem a maioria das moléculas de agua a ele 
associadas, mas não todas, à medida em que passam pelo canal. 
O complexo íon-agua pode ser utilizado para selecionar Na+ e excluir K+. 
O canal de sódio é ativado por uma alteração na voltagem através da membrana. 
A despolarização empurra o S4 do interior da membrana para fora, e essa mudança 
conformacional na molécula faz com que o portão se abra. 
Propriedades funcionais do canal de sódio: a mudança do potencial de membrana de uma 
porção axonal de -80 para -65 mV tem pouco efeito sobre os canais de sódio dependentes 
de voltagem. A mudança do potencial de membrana de -65 para -40 mV, entretanto, 
provoca a abertura desses canais. 
- Eles abrem com pouco atraso (ativação rápida). 
- Eles permanecem abertos por cerca de 1 ms e, então, fecham-se (são inativados). 
- Eles não podem ser abertos novamente mediante despolarização até que o potencial de 
membrana retorne para um valor negativo próximo do limiar. 
Um único canal não determina um PA. A membrana de um axônio pode conter 
milhões de canais de sódio, e uma ação orquestrada desses canais é necessária para gerar 
o que medimos como sendo o PA. 
= O fato de que canais unitários não abrem até que um nível crítico de despolarização da 
membrana seja atingido explica o limiar do PA 
= A abertura rápida desses canais em resposta a despolarização explica por que a fase 
ascendente do PA ocorre tão rapidamente. 
= O curto período durante o qual os canais permanecem abertos antes de serem inativados 
explica, em partes, por que o PA é tão breve. 
= A inativação dos canais pode explicar o período refratário absoluto: outro PA não pode 
ser gerado até que os canais sejam reengatilhados. 
Mutações em um único AA da região extracelular de um canal de sódio causava 
um distúrbio geneticamente transmissível comum em crianças, a epilepsia generalizada 
com convulsões febris (canalopatia), as mutações tornam lentas a inativação dos canais 
de sódio, entre outros efeitos, prolongando o PA. 
Efeitos de toxinas sobre os canais de sódio: a tetrodotoxina (TTX) obstrui o poro 
permeável ao Na+ ao se ligar firmemente a um sitio especifico no lado externo do canal. 
A batracotoxina faz com que os canais se abram em potencias mais negativos e 
permanecem abertos por um período muito mais longo do que o normal, de forma a 
prejudicar a codificação da informação pelos PA. 
Os canais de potássio dependentes de voltagem 
Hodgkin e Huxley também descobriram um aumento transitório na Gk, que 
acelerava a restauração do potencial de membrana negativo após o pico. Eles postularam 
a existência de portões de potássio na membrana que, assim como os portões de sódio, 
abrem em resposta a despolarização da membrana. Os portões de potássio não abrem 
imediatamente após a despolarização: é necessário cerca de 1 ms para que eles se abram. 
A condutância ao potássio, também chamada de retificador com retardo, serve para 
recompor o potencial de membrana. 
A maioria deles abre-se quando a membrana esta despolarizada, e eles funcionam 
diminuindo qualquer despolarização adicional, pois dão passagem aos íons K+ para que 
esses deixem a célula, cruzando a membrana. 
Quando a membrana esta despolarizada, acredita-se que as subunidades mudem 
de forma que permitam a passagem dos íons potássio através do poro. 
Juntando as peças do quebra-cabeça 
Limiar: é o potencial de membrana no qual um número suficiente de canais de 
sódio dependentes de voltagem se abrem, de forma que a permeabilidade iônica relativa 
da membrana favoreça o sódio sobre o potássio 
Fase ascendente: enquanto o lado citosólico da membrana está negativo em 
relação ao lado externo, há uma grande força impulsora sobre os íons Na+. Assim, quando 
os canais de sódio se abrem, os íons Na+ precipitam-se para dentro da célula através de 
seus poros, causando despolarização rápida da membrana. 
Ultrapassagem: uma vez que a permeabilidade relativa da membrana favorece 
enormemente o sódio, o PM atinge um valor próximo do Ena, que é maior do que 0 mV. 
Fase descendente de repolarização: primeiro, os canais de sódio dependentes de 
voltagem são inativados. Segundo, os canais de potássio dependentes de voltagem 
terminam de se abrir. Existe uma grande força impulsora sobre os íons K+ quando a 
membrana está fortemente despolarizada. Assim, os íons K+ se precipitam para fora da 
célula através dos canais adicionais abertos, fazendo com que o potencial de membrana 
volte – agora não tão rapidamente – a ser negativo. 
Pós-hiperpolarização: os canais de potássio dependentes de voltagem que estão 
abertos aumentam ainda a permeabilidade ao potássio em relação ao que era quando a 
membrana estava em repouso, causando uma hiperpolarização até que os canais de 
potássio dependentes de voltagem completem seu fechamento. 
Período refratário absoluto: os canais de sódio são inativados quando a membrana 
se torna fortemente despolarizada. Esses canais não podem ser ativados novamente, e 
outro PA não pode ser gerado até que o PM esteja suficientemente negativo para 
reengatilhar os canais. 
Período refratário relativo: a membrana permanece hiperpolarizada até que os 
canais de potássio dependentes de voltagem fechem. Então, mais corrente despolarizante 
é necessária para levar o PM ao limiar. 
É importante lembrar que a bomba de sódio e potássio estão trabalhando em 
silencio no pano de fundo deste cenário. 
A condução do PA 
Para transferir informação de um ponto a outro no sistema nervoso, é necessário 
que o PA, uma vez gerado, seja conduzindo ao longo do axônio. 
A propagação de um PA ao longo do axônio é semelhante a propagação da chama 
ao longo do pavio. Quando o axônio está suficientemente despolarizado para atingir o 
limiar, canais de sódio dependentes de voltagem abrem-se, e o PA é iniciado. O influxo 
de carga positiva despolariza o segmento de membrana imediatamente à frente até que 
ele alcance o limiar e gere seu próprio PA. Dessa forma, o PA faz seu caminho ao longo 
do axônio até alcançar o terminal do axônio, assim iniciando a transmissão sináptica. 
Um PA iniciado em uma extremidade de um axônio apenas se propaga em um 
sentido: ele não volta pelo caminho já percorrido. Isso ocorre porque a membrana por 
onde passou esta refrataria como resultado da inativação dos canais de sódio recém 
utilizados. No entanto, um PA pode ser gerado por despolarização em qualquer sentido 
(normalmente os PA se propagam em apenas um sentido, condução ortodrômica). 
Uma vez que a membrana axonal é excitável ao longo de toda sua extensão, a 
potencial ira propagar-se sem decaimento. 
As velocidades de condução do PA variam, mas 10 m/s é uma taxa típica. 
O período do início até o final do PA dura cerca de 2 ms. 
Fatores que influenciam a velocidade de condução 
A velocidade na qual o PA se propaga ao longo do axônio depende de quão longe 
a despolarização se projeta à frente do PA, o que, por sua vez, depende de certas 
características físicas do axônio. 
Ha dois caminhos que as cargas positivas podem tomar: um, pelo interior do 
axônio; o outro, através da membrana axonal. Se o neurônio for estreito e houver muitos 
poros abertos na membrana, a maior parte da corrente fluirá através da membrana. Se o 
axônio for largo e houver poucos poros abertos na membrana, a maior parte da corrente 
fluirá por dentro do axônio. Quanto mais longe a corrente propagar-se ao longo do axônio, 
mais longe o PA despolariza a sua frente e mais rápido ele irápropagar-se. Portanto, a 
velocidade de condução do PA aumenta com o diâmetro axonal. 
O tamanho axonal e o número de canais dependentes de voltagem na membrana 
também afetam a excitabilidade neuronal. Axônios menores necessitam de uma maior 
despolarização para alcançar o limiar do PA e são mais sensíveis ao bloqueio por 
anestésicos locais. 
Mielina e condução saltatória 
O que há de bom acerca dos axônios gordos é que eles conduzem o PA mais 
depressa; ruim é que eles ocupam muito espaço. 
Uma estratégia dos vertebrados para aumentar a velocidade de condução do PA: 
envolver o axônio com um material isolante chamado mielina. A bainha de mielina 
consiste em muitas voltas de membrana fornecidas por células da glia, as células de 
Schwann no sistema nervoso periférico e os oligodendrócitos no SNC. 
A mielina facilita o fluxo de corrente pelo interior do axônio, aumentando assim 
a velocidade de condução do PA. 
A bainha de mielina não se estende continuamente ao longo de todo o axônio. 
Existem quebras de isolamento, onde os íons podem cruzar a membrana para gerar PA. 
Essas quebras a bainha de mielina são os nodos de Ranvier. Canais de sódio dependentes 
de voltagem estão concentrados na membrana desses nodos. 
Em axônios mielinizados, o PA pula de um nodo a outro. Esse tipo de propagação 
do PA é chamado condução saltatória. 
PA, axônios e dendritos 
As membranas dos dendritos e dos corpos celulares neuronais não geram PA 
causados pelo sódio porque possuem muito poucos canais de sódio dependentes de 
voltagem. 
A parte do neurônio onde o axônio se origina do soma, o cone de implantação 
axonal, é frequentemente chamada também zona de disparo. 
Em um neurônio típico no encéfalo ou na medula espinhal, a despolarização dos 
dendritos e do soma causada pelo estimulo sináptico de outros neurônios leva a geração 
de PA se a membrana do cone de implantação axonal for despolarizada além do limiar. 
Na maior parte dos neurônios sensoriais, entretanto, a zona de disparo localiza-se próxima 
aos terminais nervosos sensoriais, onde a despolarização causada pela estimulação 
sensorial leva a geração de PA que se propagam ao longo dos nervos sensoriais.