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O QUE SÃO OS CANAIS ÍONICOS

Os canais iônicos são formados por proteínas integrais e estão presentes nas membranas plasmáticas das células. Formam poros responsáveis pelas trocas entre o meio extracelular e intracelular, os íons, a água e pequenas moléculas podem atravessar a bicamada lipídica das membranas celulares, graças a estes poros formados por proteínas transmembranares.

Estes canais são proteínas compostas por várias subunidades (a quantidade pode variar de acordo com o subtipo de canal) dispostas de tal maneira, que se forma um poro central, por onde passam os íons. Os canais iônicos apresentam uma relativa seletividade, sendo assim existem canais específicos para determinados íons (sódio, potássio, magnésio, cálcio, entre outros). A seletividade desses canais depende basicamente do diâmetro do poro e das cargas elétricas presentes no interior do canal, estas cargas são provenientes dos aminoácidos que compõe as subunidades protéicas do canal.

Podem apresentar comportas que abrem e fecham de acordo com estímulos, físicos, químicos, eletromagnéticos, mecânicos, entre outros. Podemos citar os canais de sódio operados por voltagem como um exemplo clássico de canais de comporta ativados por voltagem, esse tipo de canal apresenta duas comportas; uma externa e outra interna, quando estão no seu estado de repouso (-90 mV nos neurônios) a comporta externa permanece fechada, diferentemente do canal de potássio, que apresenta uma comporta e conseqüentemente apenas dois estados distintos (repouso e ativado).

Existem vários tipos de canais: operados por voltagem, dependentes de ligantes, constitutivamente ativos, porinas, entre outros. Alguns destes canais podem se apresentar internalizados e posteriormente externalizados mediante estímulos específicos. A nomenclatura dos canais iônicos está associada, na maioria das vezes, ao tipo de íon transportado através do canal. Por exemplo: canais de sódio, canais de potássio, canais de cálcio, entre outros. Existem muitos subtipos já descritos na literatura especializada, sendo assim, a nomenclatura pode ser bem variável no que diz respeito aos subtipos destes canais.

O funcionamento desses canais é primordial para o funcionamento das células, e consequentemente do corpo humano, já que o transporte de íons através destes canais não serve apenas como fonte de nutrientes para a célula, mas também é um importante fator gerador de energia, pois as diferenças elétricas geradas através dos diversos tipos de transporte intermembranar é um fator importante no contexto da geração de energia pela célula e na manutenção da homeostasia. Além disso, diversa patologia tem a sua origem no mau funcionamento de alguns tipos de canais iônicos, como ocorre nas canalopatias epilépticas.

Diversos mecanismos fisiológicos dependem do bom funcionamento dos canais iônicos, todos os potenciais de ação gerados pelas células excitáveis do nosso organismo (canais de sódio, potássio e cálcio principalmente), os batimentos cardíacos, a manutenção da constituição dos nossos líquidos intracorporais e muitos outros mecanismos homeostáticos. Contudo, este artigo visa contribuir para entendimento básico e introdutório de curiosos e estudantes que nunca tiveram contato com este tema, a eletro fisiologia é sempre um tema complexo e muitas vezes distante das pessoas que não são da área de saúde e afins, entretanto, se torna um assunto fascinante dentro da sua própria complexidade devido a sua importância para o entendimento dos mecanismos fisiológicos dos organismos vivos.

Propriedades dos canais iônicos

Os canais iônicos possuem várias propriedades que favorecem a passagem dos íons por eles:

1. Condução iônica: permite a passagem de grande quantidade de íons em curto intervalo de tempo (até 100.000.000 de íons por segundo); Esta elevada condutância é que permite gerar os potenciais de ação (rápida variação do potencial de repouso, que é quando não há impulso nervoso, ou seja, do potencial de negativo para o potencial de positivo com um rápido retorno para o potencial de repouso negativo, a membrana muda sua polaridade e depois volta ao normal)

2. Seletividade: tamanho do componente íon-água; filtro de seletividade; presença de aminoácidos polares no interior do canal que permitem a liberação do íon das moléculas de água e permite a passagem do mesmo.

3. Capacidade de abrir e fechar: presença de canais quietos (resting channels). Ficam abertos e são importantes para manter o potencial de repouso (momento que não há impulso nervoso).

Biopotenciais

O estudo dos fenômenos elétricos relacionados a atividade fisiológica das células e tecidos vivo foi determinante para a compreensão de diversos mecanismos de funcionamento de sistemas biológicos.

Os potenciais de ação em neorônios e células musculares constituem importantes mecanismos de troca de informação no universo biológico.

Nos neorônios, as sinapses químicas, processo através do qual são transmitidos os estímulos entre os neorônios, provocam a modificação do potencial da membrana da célula pós-sináptica por meio da abertura de canais iônicos.

Esta variação do potencial da membrana pode ou não resultar na ativação do neorônio, cuja conseqüência é a ocorrência de novas sinapses entre os neorônios em questão e um grupo de outros neorônios a ele conectados. Através das sinapses, sensações experimentadas por células especialistas como, por exemplo, as células fotorreceptoras encontradas na retina e responsáveis pela visão, são transmitidas ao cérebro.

A contração de uma fibra muscular se inicia através de sinapses realizada numa região denominada placa motora. Ao receber do neorônio a “mensagem” representada pela presença de uma substância neurotransmissora, inicia-se um processo de despolarização de íons de cálcio (Ca2+), provenientes de reservatórios contidos no interior destas células denominados retículos sarcoplasmáticos. O influxo destes íons em estruturas situadas no interior da célula muscular, denominada sarcômeros, provoca reações que culminam com a contração da fibra.

Os fenômenos elétricos relacionados ao funcionamento de grupos de células musculares ou neorônios se propagam através do fluído extracelular, e podem ser percebidos em tecidos distantes daquele que os originou.

Tais fenômenos universalmente conhecidos por biopotenciais constituem-se indicadores de grande valor, tanto para a compreensão do funcionamento quanto no diagnóstico de normalidades em órgãos de sistemas biológicos (Prutchi e Norris, 2005).

Registro de Biopotenciais e sua importância

O registro de biopotenciais pode ser visto como uma prática de grande importância na busca do entendimento sobre o funcionamento de sistemas biológicos. Pode também ser entendido como uma valiosa ferramenta de diagnóstico, amplamente divulgada e dotada na literatura médica.

Embora consolidado como instrumento de avaliação fisiológica, os dispositivos utilizados para sua prática vem evoluindo, o que possibilita que limites seja transposto, e, principalmente que novas propostas de medição sejam experimentadas.

Alguns registros de biopotenciais estão em:

⦁ Monitoração de parâmetros da fisiologia cardiovascular é de especial interesse, concentrando-se em torno da medição de sinais de eletrocardiografia (ECG) e pressão arterial de animais experimentais;

⦁ Nos sinais de eletrocardiografia que consistem de uma classe de biopotenciais, coletados na superfície da pele, e refletem a contração do músculo cardíaco. Portanto trazem registradas informações sobre o funcionamento do coração.

⦁ Nos sinais de eletromiografia (EMG) resultam da atividade de fibras musculares, e, portanto, fornecem informações sobre o funcionamento do músculo em questão.

⦁ Nos sinais de eletroencefalograma (EEG) resultam da atividade conjunta de grupos de células nervosas, portanto estes sinais fornecem informações relativas ao processamento de informações pelo sistema nervoso.

O registro e análise de biopotenciais tem se mostrado de grande utilidade no diagnóstico de doenças. Tal prática é encontrada com freqüência na literatura médica e métodos de análises destes sinais, cada vez mais objetos de estudo.

Na pesquisa farmacológica, a análise de biopotenciais desempenha um importante papel; devido sua capacidade de informar sobre o funcionamento de criações e sistemas, os registros de biopotenciais viabilizam o monitoramento da ação de drogas sobre o organismo, possibilitando a identificação de propriedades curativas e tóxicas destas drogas.

Na pesquisa farmacológica este monitoramento é realizado, em sua maioria, fazendo uso de animais experimentais. Especificamente no estudo dos efeitos de drogas sobre o sistema cardiovascular de ratos, o registro e análise de sinais de ECG vêm se consolidando como uma ferramenta de extrema importância. A identificação de propriedades cardioprotetoras e cardiotóxicas das drogas são essenciais na busca de novos fármacos e também na quantificação da eficácia de fármacos específicos. Dentre os métodos de avaliação ao in-vivo e in-vitro dos parâmetros fisiológicos do sistema cardiovascular em animais experimentais, destacam-se:

⦁ Medições de pressão arterial (sistólica; diastólica e pulsátil);

⦁ Medições de força no estudo da musculatura lisa de vasos isolados ou inotropismo cardíaco na preparação de coração isolado;

⦁ Registro e Análise de sinal ECG.

O registro da variação da pressão arterial, cujo poder de diagnóstico de patologias cardiovasculares está consolidado na literatura médica há décadas, é realizada em pequenos animais, basicamente através de dois métodos:

O 1º deles se assemelha ao procedimento amplamente utilizado em seres humanos. Um manguito comprime um membro do animal enquanto um sensor indica se o fluxo sanguíneo foi interrompido ou liberado. A grande limitação deste método reside na necessidade de aprisionamento do animal, seguido de aquecimento e pressão exercida sobre o membro onde ocorrerá a medição. O estresse produzido sobre o animal pode alterar significativamente os parâmetros fisiológicos que se pretende observar.

O 2º método consiste da implantação de cânulas em uma de suas artérias, as quais se conectam a transdutores de pressão externos. Contudo, tal implantação consiste de um processo cirúrgico, e é normalmente irreversível, ou seja, culmina com o sacrifício do animal. A medição de força requer, necessariamente, o isolamento de componentes de sistema cardiovascular do animal, o que novamente constitui-se de um processo cirúrgico minucioso para extração de órgãos e fragmentos do sistema sob análise.

A medição de biopotenciais não necessita de preparações cirúrgicas e cortes de tecidos, mas sim do posicionamento de eletrodos, no pior caso, subcutâneos. É possível, inclusive fazê-lo através de eletrodos superficiais em animais acordados. O principal benefício deste método está na possibilidade de acompanhamento da evolução da patologia e/ ou tratamento no animal estudado.

É importante mencionar que, embora a medição de parâmetros fisiológicos esteja em evidência, o presente trabalho tem como foco a solução de problemas de engenharia