Biofísica: potencial de ação e de repouso

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POTENCIAL DE MEMBRANA OU POTENCIAL DE REPOUSO:
DEFINIÇÃO: diferença de cargas elétricas entre o meio intra e extracelular
DETERMINAÇÃO DO POTENCIAL DE MEMBRANA:
● íon K+ é 100 vezes mais permeável que o íon Na+
● íon K+ ao se difundir do meio intra para o meio
extracelular, carrega sua carga positiva deixando o meio
intracelular negativo em relação ao meio extracelular
POTÁSSIO É O PRINCIPAL ÍON RESPONSÁVEL PELO
POTENCIAL DE REPOUSO DA CÉLULA
Manutenção dessas concentrações:
1. Difusão pela membrana dos íons K+
2. Ação da bomba ATP, Na e K:
bombeamento de 3 Na+ para fora e 2 K+ para dentro = déficit de ion positivo no
interior
ALTERAÇÃO NAS CONCENTRAÇÕES PLASMÁTICAS DE POTÁSSIO:
↑ → ↓ do potencial de membrana𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎çã𝑜 𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎[ ] 
diminui a diferença de K+ do externo com o interno => gradiente de pressão menor =>
velocidade de saída de K+ menor => diminui a negatividade do interior da célula
↓ → ↑ do potencial de membrana 𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎çã𝑜 𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎[ ]
aumenta a diferença de K+ do externo com o interno => gradiente de pressão maior =>
velocidade de saída de K+ maior => aumenta a negatividade do interior da célula
(hiperpolarização interna)
Correlações clínicas:
1. Insuficiência Renal:
● perda da capacidade de manter os níveis plasmáticos de K+ dentro dos
valores normais
● desenvolvimento de hipercalemia por acúmulo de K+
● diminuição do potencial de membrana => células mais facilmente excitáveis
(limiar de ação mais facilmente alcançado)
● provoca: contrações musculares e câimbras
2. Depleção de potássio (gastroenterite, cólera, diarréia, vômito)
● perda de K+ => diminuição das concentrações plasmáticas
● hipocalemia => lentifica e impede a transmissão de impulsos nervosos
● provoca: fraqueza muscular, franca paralisia ou até anormalidades da função
miocárdica
*normalmente as patologias alteram as concentrações extracelulares de K+, pois a perda
intracelular é dificultada pela presença da membrana plasmática.
Tereza Ko - AD 2024
3. Uso crônico de diuréticos (alteração iônica intracelulares)
● eliminação de líquidos corporais juntamente com íons Mg, K, Na
● diminuição de magnésio => diminui eficiência de bomba ATP, Na, K:
○ K+ sairá da célula e não terá meio para voltar ao meio intracelular e
será excretado
○ meio extracelular se manterá igual
○ diminuição do gradiente de concentração => diminuição do potencial
POTENCIAL DE AÇÃO:
DEFINIÇÃO: alteração rápida do potencial de membrana em seu estado de repouso,
seguida por sua restauração
*para a transmissão de impulsos nervosos, é necessário alteração rápida do potencial de
membrana (alteração dos mecanismos de controle do fluxo de Na e K)
POTENCIAL DE AÇÃO DA CÉLULA: (nervosa e musculoesquelética)
Divisão em fases:
1. Repouso:
- potencial de membrana inalterado
- potencial de repouso = -90mV
2. Despolarização:
- estímulo torna a membrana mais
permeável => abertura dos canais
de rápidos de Na
- quantidade de Na que flui é capaz
de despolarizar a célula => eleva o
potencial interno a +45 mV
- entrada de Na inverte o potencial de
membrana (interior +; exterior -)
- quando o potencial alcança +45 mV => fechamento das comportas de inativação e
canais de Na voltagem-dependente
- variação do potencial => age sobre os canais lentos de K+ que se abrem
lentamente, ainda não permitindo fluxo na fase de despolarização
3. Repolarização:
- atingido o potencial +45 mV => canais de Na fecham-se e canais de K+ abrem-se
- enorme fluxo de K+ para o meio extracelular => volta ao potencial de repouso
- ação da bomba de Na e K atua para restaurar as concentração iniciais de Na e K no
meio intra e extracelular
4. Hiperpolarização:
- potencial de membrana mais negativo que o potencial de repouso
Tereza Ko - AD 2024
- em decorrência da lentidão dos canais lentos de K+ de se fecharem =>
permanecendo abertos => K continua saindo do meio intracelular => mais negativo
que o repouso
POTENCIAL DE AÇÃO NA CÉLULAS
CARDÍACAS:
1. Repouso:
- potencial de repouso = -90 mV
2. Despolarização:
- abertura dos canais rápidos de Na =>
entrada de Na => inversão do potencial de
membrana (interior +; exterior -)
3. Início da repolarização:
- não ocorre a repolarização total imediata da membrana como acontece nas células
musculoesqueléticas
- inativação completa dos canais de Na+ => pequena e rápida repolarização precoce
4. Platô:
- potencial de membrana permanece em platô
- entrada dos íons Ca++ => desencadeamento do processo contrátil
- canais lentos e longos => mantém a célula despolarizada por mais tempo =>
aumento do tempo de contração muscular
- canais de potássio lento => repolarização lenta
5. Repolarização:
- abertos os canais lentos de K+ => saída de K+ => restabelecimento do potencial de
repouso
- bomba de de ATP, Na, K restabelece os gradientes de concentração jogando Na e
Ca para fora e trazendo K para dentro
POTENCIAL DE AÇÃO NO MÚSCULO LISO:
● despolarização e repolarização mais lenta que as células esqueléticas
○ não apresentam canais rápidos de Na
● despolarização => canais lentos de Na e Ca
○ Ca é essencial para a contração da musculatura lisa
● repolarização => fecha os canais lentos de Na e Ca + abre os canais de K
● potencial de repouso = -60 mV
LEI DO TUDO OU NADA:
- um estímulo tem que ser suficiente para que a
quantidade Na consiga atingir o valor mínimo (liminar)
- alcançando o limiar da célula => potencial de ação se
desenvolve até o seu máximo
- ex: músculo esquelético: limiar -60 mV; máximo +45 mV
Tereza Ko - AD 2024
ACOMODAÇÃO DA CÉLULA:
- quando a despolarização de forma lenta não consegue provocar potencial de ação
mesmo ultrapassando o limiar da célula
- aumento gradual do potencial
=> abertura dos canais de ativação de Na e fechamento dos canais de inativação de
Na
=> abertura dos canais de potássio (“repolarização” antes da despolarização)
PERÍODO REFRATÁRIO:
- P.R. Absoluto: intervalo de tempo entre a repolarização depois de uma
despolarização até uma nova despolarização
- uma novo potencial não pode ter transmitido até que o de antes volte ao potencial de
repouso
- P.R. Relativo: a fibra encontra-se pronta para uma nova despolarização, apesar de o
valor do valor do potencial de repouso não ter recuperado totalmente
SOMAÇÃO DE ESTÍMULOS LOCAIS:
- dois estímulos subliminares podem somar-se e provocar uma resposta local
ANESTESIA LOCAL:
- drogas que impedem a transmissão de impulsos nervosos
- atuam bloqueando os canais de Na dependente ou reduzem a permeabilidade do
nervo ao Na e ao K
- não é acompanhado de qualquer modificação no potencial de repouso
CONDUÇÃO DO POTENCIAL DE AÇÃO:
- despolarização de um
local leva a inversão da
polaridade da membrana
(face interna passa a ser
positiva e a externa,
negativa)
- a diferença de polarização
com as áreas vizinhas
provoca o fluxo de
corrente => despolariza
outros segmentos da membrana
- Condução saltatória das fibras mielinizadas:
- os nódulos de Ranvier são locais onde a mielina não está presente
- aumenta gradualmente a velocidade de transmissão neural
- mielinizado: axônio diminui as perdas de energia
PRINCIPAIS ÍONS QUE ATUAM NO POTENCIAL DE MEMBRANA:
1. Potássio (K+):
- íon mais abundante no meio intracelular
- importante na manutenção da excitabilidade elétrica
Tereza Ko - AD 2024
Hipercalemia:
- aumento da taxa de K+ acima de 5,5 mEq/L
- causas: aumento da oferta (via oral ou endovenosa), diminuição da excreção renal
ou por saída do íon no meio intracelular (traumatismo, uso de drogas)
- consequências: condução elétrica demorada e lentificada, bloqueios
átrio-ventriculares, fibrilação ventricular, parada cardíaca
Hipocalemia:
- potássio sérico abaixo de 3,5 mEq/L
- causas: diminuição de ingesta (jejum prolongado, anorexia), perdas excessivas
(diarréia, vômito, diuréticos), medicamentos diuréticos, antibiótico e anticoagulante
- consequências: fadiga muscular, paralisia muscular, hiporreflexia, constipação,
retenção urinária, alterações sensoriais, letargia
2. Sódio (Na+):
- íon mais abundanteno meio extracelular
- responsável por desencadear o potencial de ação
- regula a osmolaridade dos líquido extracelulares
Hiponatremia:
- concentração sérica menor que 135
- causa: excesso de líquido, insuficiência renal, hiperglicemia, carência nutricional,
uso de diuréticos
- consequências: letargia, confusão, alteração sensorial, estupor e coma, edema
cerebral, herniação tentorial
Hipernatremia:
- concentração maior ou igual a 145
- causa: perda de líquido corporal (desidratação),
- consequência: desidratação das células, irritabilidade, agitação psicomotora,
espasticidade, convulsão e coma
3. Cálcio (Ca++)
- ativação e inativação dos canais de Na e K
- determinam o platô na repolarização das células miocárdicas
Hipocalcemia:
- cálcio sérico menor que 9 mEq/L
- abertura dos canais rápidos de Na => Na entra na célula => fibras tornam-se muito
excitáveis
- despolarização sem estímulo acontece com frequência
- quadro clínico: crises convulsivas, contrações musculares, arritmia cardíaca,
hipotensão, insuficiência cardíaca
- causas: carência de vitamina D, hipoparatireoidismo, insuficiência renal, alcoolismo
Hipercalcemia:
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- níveis séricos maior que 11 mEq/L
- manifesta-se por anorexia, náuseas, vômito, constipação, poliúria, fraqueza
muscular, hiporreflexia, letargia, confusão psicomotora
- causas: excesso de vitamina D, hiperparatireoidismo, insuficiência adrenal,
síndromes paraneoplásicas, metástases ósseas
Bloqueadores dos canais de cálcio no tratamento anti-hipertensivo:
- aumento do Ca => aumento da contração do miocárdio
- nos hipertensos: bloqueadores dos canais de Ca => reduz o fluxo de Ca para o meio
intracelular
- efeitos: aumento do fluxo sanguíneo, diminuição da resistência vascular coronariana,
bloqueio de espasmos coronarianos, redução da pressão arterial, diminuição da
frequência cardíaca e vasodilatação coronariana e sistêmica
4. Magnésio (Mg++):
- importância na ação da bomba de ATP, Na e K
- hipomagnesia: paralisia parcial da bomba eletrogênica => diminuição do potencial de
membrana => geração de potenciais de ação involuntária ou convulsões
5. Lítio (Li+)
- tratamento de doenças psíquicas
- potente inibidor da enzima intracelular inositomonofosfatase => diminui a resposta
celular aos neurotransmissores
TRANSMISSÃO SINÁPTICA:
SINAPSE: transmissão de um impulso nervoso entre células excitáveis
Elementos:
- Pré-sináptico: estrutura terminal; axônio
- Pós-sináptico: estrutura seguinte; dendrito, corpo, axônio, terminações glandulares
ou musculares
SINAPSES ELÉTRICAS:
- transmissão direta de um potencial de ação de uma célula a outra pelo fluxo direto
de corrente
- unidas por junções tipo gap
- presença de alta frequência na transmissão
- não ocorre nenhum retardo sináptico
- transmissão bidirecional
SINAPSES QUÍMICAS:
- possui uma distância entre os elementos pré o pós sináptico
- potencial de ação não atravessa a fenda sináptica
- o receptor pode ser ionotrópico (canal iônico) ou metabotrópico (proteína G)
- transmissão unidirecional
- causa a liberação de neurotransmissores que podem ser de natureza excitatória ou
inibitória
Tereza Ko - AD 2024
- Excitatória:
- membrana pós-sináptica é despolarizada
- neurotransmissor: acetilcolina, glutamato
- entrada de Na ou Ca
- Inibitória:
- hiperpolarização da membrana pós-sináptica
- neurotransmissor: GABA, glicina (ativam canais de Cl-)
- saída de K+ ou entrada de Cl-
PLACA MOTORA:
- neurônio libera na fenda sináptica => acetilcolina => receptores da placa motora =>
canais iônicos acetilcolina-dependentes => entrada de Na => despolarização =>
abertura dos canais de Ca => contração muscular
- acetilcolina mantém sua ação de ativar dos canais acetilcolina-dependentes
enquanto permanecerem na fenda sináptica
- remoção rápida => segundo potencial de ação poder agir
- acetilcolina é destruída ou inativada pela acetilcolinesterase ou restante da
acetilcolina dissipa-se para fora da fenda sináptica
PRINCIPAIS NEUROTRANSMISSORES:
1. Acetilcolina:
- receptores muscarínicos e nicotínicos
- maioria dos casos é excitatória mas também pode ser inibitória
- antagonista:
a. Antagonista muscarínico:
- antropina: competir pelos receptores muscarínicos cessando o efeito
inibitório de Ach no músculo cardíaco -> reversão de paradas cardíacas
- toxina botulínica: compete pelos receptores de Ach no músculo esquelético
-> provoca paralisia muscular localizada temporária (usado para fins
estéticos: suavizar as linhas de expressão)
b. Antagonista nicotínicos: Curares
- competem com a acetilcolina pelos receptores da membrana pós-sináptica ->
bloqueia a transmissão do impulso nervoso na placa motora -> paralisia
- usado pelos índios nas flechas, nas cirurgias para relaxamento muscular
- *não atravessa a barreira hematoencefálica: o paciente só com curare é
consciente de tudo, só não se mexe
2. Catecolaminas: dopamina, noradrenalina e adrenalina
a. Dopamina:
- nas regiões mesencefálicas
- controle de movimentos complexos, sistema límbico
b. Noradrenalina:
- regulação de humor, sono e vigília, excitação e sonhos
c. Adrenalina:
- situações de estresse
Tereza Ko - AD 2024
- aumento do ritmo cardíaco, pressão arterial
* Fármacos betabloqueadores: utilizados no tratamento de hipertensão, por bloquear os
efeitos adrenérgicos no músculo cardíaco -> redução do trabalho do miocárdio
3. Serotonina:
- modulação dos estados de humor, fome, sexo, sono, …
- controla a musculatura lisa, excitação nervosa, vasodilatação
- capaz de aliviar crises de enxaqueca
- fármaco para depressão: bloqueia a recaptação de serotonina -> mantém a
serotonina na fenda sináptica
4. Glutamato e aspartato:
- transmissores excitatórios no cérebro
- glutamato tem efeito tóxico quando liberado em excesso: em casos de falta de
aporte sanguíneo ou ação de drogas como cocaína que inibe a recaptação da
dopamina -> superexcitabilidade
5. GABA:
- atuação inibitória
- relacionada ao aumento da condutância de cloro e potássio nas células nervosos
- em caso de consumo de álcool: etanol se liga aos receptores ligados a canais de
cloro -> influxo do íon cloro -> inibição de vários sistemas
6. Encefalinas e endorfinas:
- opióides endógenos
- atividade excitatória
- regulação da percepção de dor e função cognitiva
PATOLOGIAS:
1. Doença de Parkinson:
- sintomas de tremor de repouso, rigidez, bradicinesia, instabilidade postural
- diminuição de dopamina nos neurônios
- medicamentos: causam a diminuição da recaptação de dopamina
2. Miastenia Gravis:
- doença autoimune que lesa os receptores de acetilcolina
- sintomas como ptose, diplopia, fraqueza em membros
- incapacidade da placa motora de transmitir sinais da fibra nervosa para a fibra
muscular
- medicamentos: substâncias anticolinesterásicas: acúmulo de acetilcolina na goteira
sináptica para facilitar a transmissão do impulso
3. Intoxicação por organofosforados:
- compostos anticolinesterásicos: fármacos que interrompem a ação da
acetilcolinesterase
Tereza Ko - AD 2024
- gases paralisadores de nervos
- inativação irreversível da acetilcolinesterase -> ativação inibitória de longa duração
4. Esclerose Múltipla:
- sem causa conhecida - auto-imune, crônica
- doença desmilienizante
- distúrbios sensoriais e motores: fraqueza muscular, rigidez articular, perda de
equilíbrio, falta de coordenação motora
DROGAS:
1. ESTIMULANTE: Cocaína e Anfetaminas
- bloqueio da recaptação de catecolaminas (dopamina e noradrenalina)
- estímulo para liberação de dopamina
- as drogas prolongam e intensificam os efeitos das catecolaminas
- mecanismo de dependência: estimulação excessiva -> diminuição de receptores ->
tolerância à droga -> precisa de doses cada vez maiores para atingir o efeito
desejado.
2. ALUCINÓGENOS: LSD, psilocibina, mescalina, cogumelos
- aumento extremo da percepção sensorial
- com estrutura semelhante a serotonina
3. Nicotina:
- causa tanto a excitação neuronal quanto a dessensibilização dos receptores
- causando bloqueio sináptico
- aumenta a liberação de dopamina
4.Heroína:
- droga opióide
- aumento do limiar à dor em áreas corticais
- interfere nas vias dopaminérgicas mesolímbicas corticais
5. Etanol:
- ação neurodepressor -> potencializa a ação do GABA
- inibe efeitos excitatórios do glutamato e interage com as vias dopaminérgicas
mesolímbicas
- droga dose-dependente
- perda de equilíbrio -> grande quantidade de neurônios gabaérgicos no cerebelo
6. Maconha:
- ativa receptores gabaérgicos, opióides e canabinoides
- produz efeito psicotomiméticos e depressores
- provoca inibição de sinapses
Tereza Ko - AD 2024