Potenciais de Membrana e Potenciais de Ação

Prévia do material em texto

POTENCIAIS DE MEMBRANA E POTENCIAIS DE 
AÇÃO 
POTENCIAIS DE MEMBRANA CAUSADOS PELA 
CONCENTRAÇÃO DE ÍONS 
DIFERENÇAS ATRAVÉS DE UMA MEMBRANA 
PERMEÁVEL SELETIVAMENTE 
 
• Na figura A, observa-se que, pela concentração, os 
íons de potássio têm a tendência de sair da fibra 
nervosa. Quando isso ocorre, eles levam cargas 
positivas para o exterior da membrana. Assim, cria-se 
uma diferença de potencial, chamada de potencial de 
difusão, que é suficiente para bloquear a difusão do 
potássio para o exterior. 
• Na figura B ocorre o mesmo processo, porém com os 
íons de sódio e do lado inverso da membrana. 
EQUAÇÃO DE NERST 
• Descreve a relação do potencial de difusão com a 
diferença de concentração de íons através de uma 
membrana; 
EQUAÇÃO DE GOLDMAN 
• Utiliza-se para calcular o potencial de difusão quando 
a membrana é permeável a vários íons diferentes. 
Quando a permeabilidade é a vários íons, o potencial 
de difusão depende de: 
o Polaridade das cargas elétricas de cada íon; 
o Permeabilidade da membrana para cada 
íon; 
o As concentrações dos respectivos íons nos 
lados interno e externo da membrana; 
• Íons de sódio, potássio e cloreto são os mais 
importantes envolvidos no desenvolvimento dos 
potenciais de membrana nas fibras musculares e 
nervosas. Por isso, o gradiente de concentração 
desses íons, através da membrana, ajuda a 
determinar a voltagem do potencial da membrana. 
• O grau de importância desses íons (sódio, potássio e 
cloreto) na determinação da voltagem é proporcional 
à permeabilidade da membrana para cada íon em 
particular: 
o Se a membrana tiver permeabilidade zero 
para os íons de potássio e cloreto, o 
potencial de membrana passa a ser 
totalmente dominado pelo gradiente de 
concentração do sódio, e o potencial 
resultante será igual ao potencial de Nerst 
para o sódio. 
• Gradiente positivo de concentração iônica de dentro 
para fora da membrana causa eletronegatividade no 
lado de dentro da membrana. 
o Isso ocorre porque o excesso de íons 
positivos se difunde para fora quando sua 
concentração é maior dentro do que fora. 
Essa difusão leva as cargas positivas para 
fora, deixando a carga negativa no lado 
interno, causando eletronegatividade na 
parte interna. 
• A permeabilidade dos canais de sódio e potássio 
passa por rápidas alterações durante a transmissão 
dos impulsos nervosos, enquanto a permeabilidade 
dos canais de cloreto não tem grandes alterações 
durante esse processo. Assim, os canais de sódio e 
potássio são primordiais para a transmissão de sinais 
nos neurônios; 
MEDIDA DO POTENCIAL DE MEMBRANA 
• Introduz-se uma pipeta com solução eletrolítica no 
interior da membrana celular. Outro eletródio 
(eletródio indiferente) é colocado no líquido 
extracelular, e a diferença potencial entre as partes 
interna e externa da fibra é medida usando-se um 
voltímetro; 
 
POTENCIAL DE REPOUSO DE MEMBRANA DOS 
NEURÔNIOS 
• O potencial de repouso, quando não estão 
transmitindo sinais nervosos, é de cerca de -90 
milivolts, ou seja, o potencial dentro da fibra é 90 
milivolts mais negativo do que fora; 
BOMBA SÓDIO-POTÁSSIO 
• Essa é uma bomba eletrogênica, porque mais cargas 
positivas são bombeadas para fora que para dentro 
(três íons Na+ para fora e dois íons K+ para dentro), 
deixando déficit real de íons positivos na parte de 
dentro (o que gera potencial negativo no lado 
interno); 
• Essa bomba produz o seguinte gradiente de 
concentração: 
 
VAZAMENTO ATRAVÉS DA MEMBRANA CELULAR 
NERVOSA 
• A proteína de canal pode ser conhecida por “domínio 
de duplo poro”, canal de potássio ou canal de 
“vazamento” de potássio (K+), na fibra nervosa, por 
onde o potássio pode vazar, mesmo na célula em 
repouso; 
o Esses canais de vazamento de K+ podem 
também vazar quantidades mínimas de íons 
sódio; 
ORIGEM DO POTENCIAL DE REPOUSO NORMAL DA 
MEMBRANA 
 
CONTRIBUIÇÃO DO POTENCIAL DE DIFUSÃO DO 
POTÁSSIO (A) 
• O potencial de Nerst correspondente à proporção do 
potássio (35:1) é de -94 mV. Portanto, caso esse fosse 
o único fator, esse seria o potencial de repouso – o 
correto é -90 mV; 
CONTRIBUIÇÃO DA DIFUSÃO DO SÓDIO ATRAVÉS DA 
MEMBRANA NERVOSA (B) 
• O potencial de Nerst correspondente à proporção do 
sódio (0,1) é de +61mV. 
• Ao utilizar-se a equação de Goldman para cálculo dos 
dois íons (potássio e sódio), e considerando-se que a 
permeabilidade da membrana ao potássio é 100 
vezes maior do que ao sódio, teremos um potencial 
de -86mV – o correto é -90mV; 
CONTRIBUIÇÃO DA BOMBA DE NA+ - K- (C) 
• Pelo fato de cada vez que há o bombeamento três 
íons de sódio irem para fora e dois de potássio para 
dentro, há o equilíbrio, resultando no potencial de 
membrana efetivo de -90 mV; 
POTENCIAL DE AÇÃO DOS NEURÔNIOS 
• Cada potencial de ação começa por uma alteração 
súbita do potencial de membrana normal negativo 
para um potencial positivo, terminando com retorno 
quase tão rápido para o potencial negativo; 
ESTÁGIO DE REPOUSO 
• É o potencial da membrana antes do início do 
potencial de ação; 
• A membrana está “polarizada” durante esse estágio – 
90 mV; 
ESTÁGIO DE DESPOLARIZAÇÃO 
• A membrana fica subitamente muito permeável aos 
íons de sódio. Assim, com a entrada desses íons 
(positivos), há a despolarização; 
• Em fibras nervosas de maior calibre, é possível que a 
parte interna chegue a uma carga positiva, enquanto 
nas delgadas, ele apenas aproxima-se de zero, 
mantendo-se negativo; 
ESTÁGIO DE REPOLARIZAÇÃO 
• Após a membrana ter ficado muito permeável aos 
íons de sódio, os canais de sódio começam a se fechar 
e os de potássio a se abrir, reestabelecendo o 
potencial de repouso negativo – repolarização; 
 
 
 
Potenciais de ação são rápidas alterações do 
potencial de membrana que se propagam com 
grande velocidade por toda a membrana da 
fibra nervosa. 
OS CANAIS DE SÓDIO E POTÁSSIO REGULADOS PELA 
VOLTAGEM 
• O agente necessário para provocar a despolarização 
da membrana nervosa durante o potencial de ação é 
o canal de sódio regulado pela voltagem; 
o O canal de potássio regulado pela voltagem 
também tem participação importante, por 
aumentar a rapidez da repolarização; 
ATIVAÇÃO E INATIVAÇÃO DO CANAL DE SÓDIO 
REGULADO PELA VOLTAGEM 
• O canal de sódio tem duas comportas: 
o Comporta de ativação (perto da abertura 
externa); 
o Comporta de inativação (perto da abertura 
interna); 
 
ATIVAÇÃO DO CANAL DE SÓDIO 
• Quando o potencial de membrana se torna menos 
negativo que durante o estado de repouso – atinge a 
voltagem de -70 a -50 mV – o que provoca alteração 
conformacional da comporta de ativação, ficando em 
estado ativado (aumenta a permeabilidade); 
INATIVAÇÃO DO CANAL DE SÓDIO 
• O mesmo aumento da voltagem que faz com que a 
comporta seja ativada, faz com que seja inativada; 
• A alteração conformacional que provoca o 
fechamento da comporta de ativação é um processo 
mais lento que a alteração conformacional que abre 
a comporta de ativação; 
• A comporta inativada só vai reabrir quando o 
potencial de membrana retornar ou se aproximar do 
potencial de repouso na condição original; 
O CANAL DE POTÁSSIO REGULADO PELA VOLTAGEM E 
SUA ATIVAÇÃO 
 
• Ao longo do estado de repouso, a comporta do canal 
de potássio está fechada, e os íons potássio são 
impedidos de saírem pela membrana. Quando o 
potencial aumenta de -90 mV para 0, essa alteração 
provoca alteração conformacional da comporta, 
permitindo a difusão do potássio para fora; 
• Devido ao retardo na abertura dos canais de potássio, 
eles só abrem no mesmo momento em que os canais 
de sódio estão se fechando (em função da 
inativação). Assim, a redução da entrada de sódio e 
aumento da saída de potássio faz com que a 
repolarização seja acelerada; 
RESUMO DOS EVENTOS CAUSADORES DO POTENCIAL 
DE AÇÃO 
 
PARTICIPAÇÃO DE OUTROS ÍONS NO POTENCIAL DE AÇÃO 
• Íons (ânions): eles não podempassar pelos canais de 
membrana e ficam “presos” internamente. Assim, 
qualquer déficit de íons positivos no lado interno, cria 
excesso de ânions. Por isso, esses ânions são responsáveis 
pela carga negativa dentro da fibra; 
• Íons cálcio: assim como a bomba de sódio, a bomba de 
cálcio transporta os íons de cálcio para o exterior da 
célula. Além disso, também há canais de cálcio regulados 
por voltagem, os quais são ligeiramente permeáveis ao 
sódio e potássio também. Quando o canal se abre, em 
resposta ao estímulo que despolariza, os íons de cálcio 
fluem para o interior da célula, ou seja, contribui para a 
fase de despolarização; 
o Frequentes nos músculos cardíaco e liso; 
• Permeabilidade aumentada dos canais de sódio quando 
há déficit de íons cálcio: quando há déficit de íons cálcio, 
os canais de sódio são ativados por pequeno aumento do 
potencial de membrana (mas ainda é muito negativo) – 
isso é chamado de tetania muscular; 
o Esse fenômeno ocorre porque os íons de cálcio 
parecem se ligar à superfície externa dos canais 
de sódio. A carga positiva dos íons cálcio, por sua 
vez, altera o estado elétrico da própria proteína 
do canal de sódio, o que altera o nível da 
voltagem necessário para abrir o canal de sódio. 
INÍCIO DO POTENCIAL DE AÇÃO 
CICLO VICIOSO DE FEEDBACK POSITIVO ABRE OS CANAIS 
DE SÓDIO 
• Quando há aumento inicial do potencial de 
membrana (por algum evento qualquer), há influxo 
rápido de íons sódio, resultando em maior aumento 
do potencial de membrana e, consequentemente, 
abrindo mais canais regulados pela voltagem, o que 
permite maior fluxo de íons sódio para o interior da 
fibra. Isso ocorre até que todos os canais de sódio 
regulados por voltagem tenham sido ativados; 
O LIMIAR PARA O INÍCIO DO POTENCIAL DE AÇÃO 
• O potencial de ação só ocorre se o aumento inicial do 
potencial for suficiente para iniciar o feedback 
positivo. Isso ocorre quando o número de íons sódio 
que entram na fibra fica maior do que o número de 
íons potássio que saem. Assim, quando houver esse 
limiar – 65mV – é o momento em que ocorre a 
estimulação. 
PROPAGAÇÃO DO POTENCIAL DE AÇÃO 
 
• A: repouso normal; 
• B: estímulo na parte central, na qual desenvolve 
permeabilidade aumentada aos íons de sódio; 
• C e D: despolarização progressiva em virtude do 
estímulo (em B); 
DIREÇÃO DA PROPAGAÇÃO 
• O potencial de ação trafega em todas as direções, 
afastando-se da região estimulada, até que toda a 
membrana tenha sido despolarizada; 
PRINCÍPIO DO TUDO OU NADA 
• Para que ocorra propagação contínua do impulso, a 
proporção entre o potencial de ação e o limiar de 
excitação deve sempre ser maior que 1, o qual é o 
fator de segurança para a propagação; 
• Caso haja algum impeditivo ao decorrer da 
propagação (despolarização), ela é interrompida; 
REESTABELECIMENTO DOS GRADIENTES IÔNICOS DO 
SÓDIO E DO POTÁSSIO APÓS O TÉRMINO DO 
POTENCIAL DE AÇÃO – A IMPORTÂNCIA DO 
METABOLISMO ENERGÉTICO 
• A transmissão do potencial reduz pouco a diferença 
de concentração de sódio e potássio dentro e fora da 
membrana, devido à difusão para o interior dos íons 
de sódio na despolarização, e pela difusão para o 
exterior do potássio na repolarização; 
• Ainda assim, é necessário o restabelecimento das 
diferenças de concentração entre o sódio e o 
potássio, o que ocorre através da bomba de sódio-
potássio – ou seja, os íons sódio que se difundiram 
para o interior durante o potencial de ação, voltam 
para o exterior, e o mesmo acontece com o potássio 
(ao contrário). Esse é um processo ativo, então 
necessita de energia, a qual é derivada dos ATPs do 
sistema de energia da célula; 
O PLATÔ EM ALGUNS POTENCIAIS DE AÇÃO 
• Em alguns casos, a membrana não repolariza 
imediatamente, ao contrário, o potencial permanece 
como platô perto do pico do potencial em ponta, 
iniciando a repolarização pouco tempo depois; 
 
• Isso ocorre nas fibras musculares do coração, onde o 
platô dura de 0,2 a 0,3 segundo, e faz com que a 
contração dure esse tempo; 
• A causa é a combinação de vários fatores: 
o No músculo do coração, dois tipos de canais 
participam da despolarização: os canais 
usuais de sódio (regulados por voltagem - 
conhecidos como canais rápidos) e os canais 
de cálcio-sódio (regulados pela voltagem - 
canais de cálcio de tipo L -, conhecidos como 
canais lentos). A abertura dos canais rápidos 
causa a parte em ponta (spike) do potencial 
de ação, enquanto a abertura dos canais 
lentos permite, principalmente, o influxo de 
íons cálcio para a fibra, sendo responsável 
pelo platô; 
o A abertura dos canais de potássio regulados 
por voltagem é mais lenta do que a usual, se 
abrindo completamente somente até o final 
do platô; 
RITIMICIDADE DE ALGUNS TECIDOS EXCITÁVEIS – 
DESCARGA REPETITIVA 
• Essas descargas rítmicas causam: 
o Batimento ritmado do coração; 
o Peristaltismo rítmico dos intestinos; 
o Alguns eventos neuronais, como o controle 
ritmado da respiração; 
• Essa descarga pode ocorre quando há a presença da 
substância veratridina, que ativa os canais do íon 
sódio, ou quando a concentração dos íons cálcio cai 
abaixo do valor crítico, aumentando a 
permeabilidade ao sódio; 
PROCESSO DE REEXCITAÇÃO NECESSÁRIO PARA A 
RITMICIDADE ESPONTÂNEA 
• Para que ocorra a ritmicidade espontânea, a 
membrana deve ser suficientemente permeável aos 
íons sódio (ou aos íons cálcio e sódio pelos canais 
lentos), para permitir a despolarização automática da 
membrana; 
• Sequência de etapas: 
o Alguns íons sódio e cálcio fluem para o 
interior; 
o Essa atividade aumenta a voltagem da 
membrana na direção positiva, o que 
aumenta a permeabilidade; 
o Ainda mais íons fluem para dentro; 
o Permeabilidade aumenta, até que o 
potencial se ação seja gerado; 
o Ao final do potencial, a membrana 
repolariza; 
o Esse ciclo ocorre ininterruptamente, 
causando a excitação rítmica auto induzida 
dos tecidos excitáveis; 
• A membrana do centro de controle do coração não se 
despolariza logo depois da repolarização porque, 
perto do término de cada potencial de ação, a 
membrana torna-se mais permeável ao potássio. O 
aumento do efluxo dos íons potássio transfere muitas 
cargas positivas para fora, deixando o interior muito 
mais negativo do que deveria. Desse modo, desloca o 
potencial de membrana para valor mais próximo do 
potencial de Nerst para o potássio – hiperpolarização. 
Enquanto esse estado existir, não ocorre a 
autoreexcitação. Entretanto, essa hiperpolarização 
desce gradualmente, permitindo que o novo 
potencial de ação comece, até seu limiar de 
excitação. 
CARACTERÍSTICAS ESPECIAIS DA TRANSMISSÃO DOS 
SINAIS NOS TRONCOS NERVOSOS 
FIBRAS NERVOSAS MIELINIZADAS E AMIELINIZADAS 
• As fibras calibrosas são mielinizadas, enquanto as 
delgadas são amielinizadas – a maioria dos troncos 
nervosos contém o dobro de fibras amielinizadas; 
 
• Axônio é preenchido por axoplasma – líquido 
intracelular víscido (viscoso); 
• A bainha de mielina é depositada ao redor do axônio 
pelas células de Schwann, as quais envolvem o axônio 
e giram em torno dele, formando camadas múltiplas 
de membrana celular de Schwann, contendo a 
substância lipídica esfingomielina – reduz o fluxo 
iônico substancialmente. Na junção de duas células 
de Schwann, há um espaço sem essa substância, por 
onde os íons podem passar livremente, chamado de 
nodo de Ranvier. 
CONDUÇÃO “SALTATÓRIA” DE NODO A NODO NAS 
FIBRAS MIELINIZADAS 
 
• Os potenciais só ocorrem nos nodos de Ranvier – 
condução saltatória; 
• Pelo fato de fazer com que o processo de 
despolarização pule longos trechos, esse mecanismo 
aumenta a velocidade da transmissão nervosa nas 
fibras mielinizadas; 
• Conserva energia para o axônio porque somente os 
nodos se despolarizam, permitindo menor perda de 
íons – e consequente menor necessidade de gasto de 
energia para reestabelecer a concentraçãodos íons; 
• O excelente isolamento – e redução da capacitância - 
também permite que a repolarização ocorra com 
pequena transferência de íons; 
VELOCIDADE DE CONDUÇÃO NAS FIBRAS NERVOSAS 
• Varia de: 
o 0,25 m/s nas fibras amielinizadas; 
o 100 m/s nas fibras mielinizadas; 
EXCITAÇÃO – O PROCESSO DE GERAÇÃO DO 
POTENCIAL DE AÇÃO 
• Qualquer fator que promova a difusão de muitos íons 
de sódio para o interior da célula pode desencadear a 
abertura regenerativa automática dos canais de 
sódio, a qual pode resultar de distúrbio mecânico 
(para excitar terminações sensoriais nervosas da 
pele), de efeito químico (para transmitir sinais de um 
neurônio para outro no cérebro) ou da passagem de 
eletricidade (para transmitir sinais entre as sucessivas 
células musculares no coração e no intestino); 
EXCITAÇÃO DA FIBRA NERVOSA POR UM ELETRÓDIO 
METÁLICO COM CARGA NEGATIVA 
• Para excitar um nervo ou músculo no laboratório, 
aplica-se eletricidade por meio de dois eletródios de 
cargas contrárias – nesse caso, a membrana excitável 
é estimulada no eletródio negativo. Isso ocorre 
porque o potencial de ação se inicia pela abertura dos 
canais de sódio regulados por voltagem, e 
posteriormente outros canais também são abertos. 
De modo análogo, no eletródio positivo, a injeção de 
cargas positivas no lado externo gera a 
hiperpolarização, o que diminui a excitabilidade, ao 
invés de causar o potencial de ação. 
O LIMIAR PARA A EXCITAÇÃO E O “POTENCIAL LOCAL 
AGUDO” 
 
• Potenciais locais agudos: qualquer alteração no 
potencial; 
• Potenciais sublimes agudos (A e B): quando não é 
suficiente para desencadear o potencial de ação; 
• Para que desencadeie o potencial de ação, é 
necessário que ultrapasse o limiar; 
“PERÍODO REFRATÁRIO” APÓS O POTENCIAL DE 
AÇÃO, DURANTE O QUAL UM NOVO ESTÍMULO NÃO 
PODE SER EVOCADO 
• Um novo potencial de ação não pode ocorrer 
enquanto a fibra ainda estiver despolarizada. Isso 
ocorre porque logo após o potencial ser 
desencadeado, os canais de sódio (e/ou de cálcio) 
ficam inativos, e qualquer quantidade de sinal 
excitatório não vai abrir as comportas de inativação; 
• O período em que o potencial de ação não pode ser 
produzido, mesmo com estímulo intenso, é chamado 
de período refratário absoluto – dura 1/2500 
segundo; 
INIBIÇÃO DA EXCITABILIDADE – “ESTABILIZADORES” E 
ANESTÉSICOS LOCAIS 
• Os íons de cálcio diminuem a excitabilidade, pois a 
alta concentração desses no líquido extracelular 
diminui a permeabilidade aos íons sódio, e por isso 
são chamados de estabilizadores; 
• Anestésicos locais são um dos mais importantes 
estabilizadores, principalmente procaína e 
tetracaína, os quais atuam diretamente sobre as 
comportas dos canais de sódio, dificultando a 
abertura delas, o que reduz a excitabilidade da 
membrana. Quando a excitabilidade tiver reduzido ao 
ponto em que a proporção entre a intensidade do 
potencial de ação e o limiar da excitabilidade estiver 
menor que 1, os impulsos nervosos deixam de passar 
pelos nervos anestesiados.