Potenciais de membrana e potencial de ação

Resumo – Fisiologia (Neuro)

Cap. 5 – Potenciais de Membrana e Potencial de Ação

• A concentração de K é maior do lado interno da membrana da fibra nervosa, existindo uma tendência para que este se difunda para fora (considerando a membrana permeável só a esse único íon); quando o faz, cria eletropositividade do lado externo da membrana (carrega íons +).

• O potencial de difusão (diferença de potencial entre as partes interna e externa), em cerca de um milissegundo, torna-se grande o suficiente (−94 milivolts nos mamíferos) e bloqueia a difusão do K.

• O mesmo fenômeno ocorre com o Na, no entanto, o mesmo encontra-se concentrado do lado externo da membrana e tem um potencial de difusão de +61 mV.

• Conclusão: as diferenças entre as concentrações iônicas nos dois lados de uma membrana seletivamente permeável, podem criar um potencial de membrana.

• Potencial de Nernst: nível do potencial de difusão em toda a membrana que se opõe exatamente ao da difusão efetiva de um íon particular através da membrana; determinado pela proporção entre as concentrações desse íon nos dois lados da membrana.

EMF (milivolts) = + 61 log Concentração interna

Concentração externa

 EMF: força eletromotiva

 (+) se o íon (difundindo-se de dentro para fora) for negativo

 (−) se for positivo

• Quanto maior a proporção, maior a tendência para que o íon se difunda e, com isso, maior deve ser o potencial de Nernst para evitar uma difusão efetiva adicional.

• O potencial elétrico medido no lado externo da membrana é zero (potencial do líquido extracelular); na camada do dipolo elétrico (área de variação da voltagem na membrana celular), o potencial passa para −90 mV.

• Um número ínfimo de íons precisa ser transferido através da membrana para estabelecer o potencial de repouso (−90 mV) ou inverter o potencial para o máximo (+35 mV); essa alternância de íos causa os sinais nervosos.

• O potencial dentro da fibra é 90 mV mais negativo do que o potencial no líquido extracelular, do lado de fora.

• A bomba de Na+-K+ é eletrogênica, pois, mais cargas positivas são bombeadas para fora que para dentro (3 Na+ saem/2 K+ entram), deixando um déficit de íons positivos na parte de dentro (gera potencial negativo dentro).

• Os íons atravessam a membrana nervosa através de canais protéicos (canais de extravasamento de potássio-sódio), que são muito mais permeáveis ao K que ao Na (100 vezes mais).

• Se o único movimento de íons através da membrana fosse o de K, este geraria um potencial de repouso de −94 mV; se o mesmo ocorresse com o Na, o potencial seria de +61 mV; a interação entre os dois, gera um potencial de −86 mV e, com a interação da bomba, que gera um grau adicional de negatividade do lado interno de −4 mV, é produzido o potencial de membrana efetivo de −90 mV.

• Potenciais de ação: rápidas alterações do potencial de membrana que se propagam com grande velocidade por toda a membrana da fibra nervosa, transmitindo os sinais nervosos. Apresenta estágios sucessivos:

 Estágio de Repouso: potencial de repouso da membrana, antes do início do potencial de ação (membrana polarizada - −90 mV).

 Estágio de Despolarização: a membrana fica permeável aos íons Na, os quais se difundem para o interior do axônio (membrana despolarizada - potencial + nas fibras de maior calibre (overshoot) e próximo a zero nas delgadas).

 Estágio de Repolarização: os canais de Na se fecham e os de K se abrem muito, levando a uma rápida difusão de íons K para o exterior (membrana repolarizada – potencial de repouso negativo).

• Juntamente com a bomba e os canais de extravasamento, atuam os canais de Na e K regulados pela voltagem; nesse sentido, o canal de Na é o principal agente na repolarização e despolarização das membranas durante o potencial de ação.

• O canal de Na tem duas comportas: de ativação (perto da abertura externa) e de inativação (perto da abertura interna); quando o potencial aumenta (se torna menos negativo), o canal se abre (estado ativado) e se fecha pouquíssimo tempo depois (estado inativado), abrindo-se novamente só após a repolarização da fibra.

• O canal de K permanece fechado no estado de repouso e se abre quando o potencial de membrana aumenta; devido a um pequeno retardo, eles se abrem ao mesmo tempo em que os canais de Na estão se fechando, acelerando o processo de repolarização.

• A tetrodotoxina, aplicada na parte externa da membrana celular, bloqueia os canais de Na e o íon tetraetilamônio, quando aplicado no interior da fibra, bloqueia os canais de K.

• A variação da condutância mostra a abertura abrupta dos canais de Na (que se fecham automaticamente) e lenta dos de K (que permanecem abertos durante todo o potencial).

• Outros íons, além de Na e K, participam da geração de potencial, como os ânions negativos, responsáveis pela carga negativa dentro da fibra, quando existe déficit de íons positivos, e os íons Cálcio, que apresentam uma bomba, semelhante à de Na, que transfere os íons para o exterior da membrana; além disso, existem canais de Ca regulados por voltagem que são ligeiramente permeáveis aos íons Na (canais de Ca++-Na+ ).

• Os canais de Ca são canais lentos (muito numerosos nos músculos cardíaco e liso) e necessitam de muito mais tempo para serem ativados que os canais de Na, que são canais rápidos.

• Quando existe déficit de íons Ca, os canais de Na são abertos por pequeno aumento do potencial de membrana; devido a isso, a fibra nervosa fica muito excitável, descarregando repetidamente sem qualquer estímulo, o que pode levar a uma tetania muscular (pode ser letal, se afetar os músculos respiratórios).

• Qualquer evento capaz de provocar um aumento inicial do potencial de membrana (de −90 a zero), leva à abertura de vários canais de Na provocada pela própria alteração da voltagem; o influxo rápido de íons Na aumenta o potencial de membrana, abrindo mais canais regulados por voltagem e permitindo a entrada de mais íons (círculo vicioso de feedback positivo).

• O potencial de ação só ocorre quando o número de íons Na que entra na fibra fica maior que o número de íons K que saem, sendo −65 mV o limiar para a estimulação.

• Um