Forças de membrana e Potencial de ação

Potencias de Membrana e

Potenciais de Ação

Existem potenciais elétricos através das membranas de, praticamente, todas as células do corpo. Além disso, algumas células, com as nervosas e as musculares, são “excitáveis”- isto é, capazes de auto gerarem impulsos eletroquímicos em suas membranas. E, na maioria dos casos, esses impulsos podem ser usados na transmissão de sinais- tais como os sinais nervosos - ao longo de suas membranas. Em outros tipos celulares, como nas células glandulares, macrófagos e células ciliadas, outras formas de variações dos potenciais de membrana desempenham, provavelmente, papéis significativos no controle de muitas das funções celulares.

A física básica dos potenciais

De membrana

Os potenciais de membrana podem ser produzidos pela difusão de íons

A fig.1 A e B mostram uma fibra nervosa quando não ocorre transporte ativo de íons ou potássio. Nessa figura, a concentração de potássio, na face interna da membrana, é muito elevada, enquanto na face externa é muito baixa. Vamos, também, admitir que a membrana seja muito permeável aos íons potássio, mais não é permeável a qualquer íon. Devido a grande gradiente de concentração do potássio, de dentro para fora, existe forte tendência para que os íons potássio se difundam para fora. Conforme o fazem, eles carreiam cargas positivas para o exterior, criando um estado de eletropositividade por fora da membrana e de eletronegatividade no interior, devido aos ânions negativos que ali permanecem e que não se difundiram junto com o potássio. Essa nova diferença de potencial, positiva externamente e negativa no interior, repele os íons potássio, positivamente carregados, que estão de difundindo pra fora, de volta na direção oposta, de fora pra dentro. Dentro de cerca de um milissegundo, a variação de potencial fica suficientemente grande para bloquear qualquer difusão efetiva adicional dos íons potássio para o exterior, apesar de um grande gradiente de concentração do potássio na fibra nervosa calibrosa de mamífero, nas condições normais, a diferença de potencial necessária é cerca de 94 milivolts, com negatividade interna.

A fig.1B apresenta o mesmo fenômeno da fig.1A, mas, dessa vez, com alta concentração de íons sódio no exterior da membrana e baixa concentração no interior da fibra. Esses íons também tem carga positiva, mas agora, a membrana é muito permeável aos íons sódio, mais impermeável aos demais íons. A difusão dos íons sódio para o interior cria, agra um potencial de membrana com polaridade oposta, com negatividade externa e positividade interna. De novo, o potencial de membrana aumenta, dentro de milissegundos, até uma intensidade suficiente para bloquear qualquer difusão efetiva adicional de íons sódio para o interior; contudo, neste caso, para a fibra calibrosa de mamífero, o potencial é de cerca de 61mV e com a positividade no interior da fibra.

Desse modo, nas duas partes fig.1, vemos que uma diferença de concentração de íons, através de membrana seletivamente permeável, pode, sob condições apropriadas, promover a criação de um potencial de membrana.

Fig.1

Origem do potencial de repouso norma da membrana

Contribuição do potencial de difusão do potássio. Na fig.2A admitimos que o único movimento de íons, através da membrana, é a difusão de íons potássio, como representado pelos canais abertos entre o potássio, no interior da fibra e no exterior. Devido a alta proporção dos íons potássio, entre o interior e o exterior, 35 para1, o potencial de Nernst, corresponde a essa proporção, é de -94mV, visto que o logaritmo de 35 é 1,54 e esse valor, multiplicado por -61mV, dá -94mV. Por conseguinte, se os íons potássio fossem o único fator causador do potencial de membrana, esse potencial de repouso deveria a -94mV, como representado na figura.

Fig. 2

Contribuição da difusão do sódio através da membrana neural. Na fig.b mostra o efeito da inclusão de permeabilidade, muito pequena, da membrana neural, aos íons sódio, causada pela diminuta difusão de íons sódio pelos canais de vazamentos K+- Na+. A proporção dos íons sódio, entre o interior e o exterior da fibra é 0,1 e esse valor dá um potencial de Nernst calculado de +61mV, no interior da fibra. Mas também é mostrado nessa fig., o potencial de Nernst para a difusão do potássio de -94mV. Como é que esses processos interagem entre si e qual vai ser o valor real do potencial somado? Intuitivamente, vê-se que se a membrana for muito permeável ao potássio, mas apenas ligeiramente permeável ao sódio, é lógico que a difusão do potássio fará contribuição muito maior para o potencial de membrana do que a difusão do sódio.

Contribuição da bomba de Na+-K+. Por fim, na fig.2C, é representada a contribuição adicional da bomba de Na+-K+. Nessa fig. existe um bombeamento continuo de três íons sódio para o exterior, para cada dois íons potássio pra o interior produz perda continua de cargas positivas do interior da fibra; isso cria um grau adicional de negatividade (cerca de- 4mV adicionais) no interior além daquele que pode ser atribuído a difusão isoladamente. Portanto, como representado na fig.1C, o potencial efetivo da membrana, com esses três fatores atuando ao mesmo tempo, é cerca de -90mV.

O potencial da ação neural

Os sinais neurais são transmitidos por meio de potenciais de ação, o que são rápidas variações do potencial da membrana. Cada potencial de ação começa por uma súbita variação do potencial repouso da membrana, normalmente negativo, para um potencial da membrana positivo e, em seguida, termina por variação, quase igualmente rápida, de volta ao potencial negativo. Para conduzir um sinal neural, o potencial de ação se desloca, ao longo da fibra nervosa, até atingir a extremidade final dessa fibra. O painel superior da fig. mostra as alterações que ocorrem na membrana, durante um potencial de ação, com a transferência de cargas positivas pra o interior em seu começo, e o retorno de cargas positivas para o exterior seu término. O painel inferior representa graficamente as variações sucessivas do potencial de membrana, durante os poucos décimos milésimos de segundo, demonstrando o início explosivo do potencial de ação chamado de potencial Nernst