Potencial de Repouso e Ação (PDF)

José Eduardo Palacio Soares – Bloco Inconsciência – GT1 POTENCIAL DE REPOUSO O potencial de repouso neuronal vale -70 mV (considerando negativo o meio intracelular). Esse valor é fundament...

José Eduardo Palacio Soares – Bloco Inconsciência – GT1 POTENCIAL DE REPOUSO O potencial de repouso neuronal vale -70 mV (considerando negativo o meio intracelular). Esse valor é fundamental para a geração do potencial de ação. Dois fatores influenciam um potencial de membrana celular: (1) os gradientes de concentração de diferentes íons através da membrana e (2) a permeabilidade da membrana para estes íons. Se a permeabilidade da célula para um íon muda, o potencial de membrana da célula muda. O que causa as modificações no potencial de membrana? Na maior parte dos casos, o potencial de membrana muda em resposta ao movimento de qualquer um destes quatro íons: Na+ ; Ca2+ ;Cl- e K+. Os três primeiros são mais concentrados no líquido extracelular do que no citosol, e a célula em repouso é minimamente permeável a eles. Se uma célula se torna subitamente mais permeável para qualquer um desses íons, em seguida, os íons se moverão a favor do seu gradiente eletroquímico para dentro da célula. A entrada de Ca2+ ou de Na+ despolariza a célula (o potencial de membrana se torna mais positivo). A entrada de Cl– hiperpolariza a célula (faz o potencial de membrana ser mais negativo). Íons sódio: Concentração maior no meio extracelular. Tendem a entrar no axônio pelos canais de extravasamento do sódio. Ao entrar pelos os canais, contribui para que o interior da membrana tenha uma carga de +61 mV e gera gradiente elétrico que tende a atrair sódio de volta para o lado externo. Bomba de sódio e potássio (bomba eletrogênica) = ocorre em todas as membranas celulares do corpo e transporta continuamente 3 íons sódio para fora da célula e 2 íons potássio para dentro da célula, deixando um déficit de íons positivos na parte intracelular, o que gera negatividade nesse meio. O valor de potencial de repouso (-70 mV) é mais próximo do valor de potencial do potássio (-94 mV) do que do sódio (+61 mV). Isso ocorre porque os canais de extravasamento sódio-potássio são muito mais permeáveis ao potássio do que ao sódio (cerca de 100 vezes mais). Em repouso, a membrana celular de um neurônio é levemente permeável ao Na+. Se a membrana aumentar subitamente a sua permeabilidade ao Na+, o sódio entra na célula, a favor do seu gradiente eletroquímico. A adição do Na+ positivamente carregado ao líquido intracelular despolariza a membrana celular e gera um sinal elétrico. Movimento de íons através da membrana também pode hiperpolarizar a célula. Se a membrana celular subitamente se torna mais permeável ao K+, sua carga positiva é perdida de dentro da célula e esta se torna mais negativa (hiperpolariza). Uma célula também pode hiperpolarizar, se íons carregados negativamente, como o Cl-, entrarem na célula a partir do líquido extracelular. POTENCIAL GRADUADO São sinais de força variável que percorrem distâncias curtas e perdem força à medida que percorrem a célula. Eles são utilizados para comunicação por distâncias curtas. Se um potencial graduado despolarizante é forte suficiente quando atinge a região integradora de um neurônio, ele inicia um potencial de ação.  José Eduardo Palacio Soares – Bloco Inconsciência – GT1 Os potenciais graduados nos neurônios são despolarizações ou hiperpolarizações que ocorrem nos dendritos e no corpo celular, ou, menos frequentemente, perto dos terminais axonais. Essas mudanças no potencial de membrana são denominadas “graduadas” devido ao fato de que seu tamanho, ou amplitude, é diretamente proporcional à força do estímulo. Um grande estímulo causa um grande potencial graduado, e um estímulo pequeno vai resultar em um potencial graduado fraco. A força da despolarização inicial em um potencial graduado é determinada pela quantidade de carga que entra na célula. Se mais canais de Na+ abrirem, mais Na+ entra, e o potencial graduado possui uma maior amplitude inicial. Quanto maior a amplitude inicial, mais longe o potencial graduado pode se espalhar através do neurônio antes de se extinguir. Por que os potenciais graduados perdem força à medida que se movem através do citoplasma? Dois fatores são importantes: 1. Vazamento de corrente. A membrana do corpo celular do neurônio possui canais de vazamento abertos que permitem que cargas positivas saiam para o líquido extracelular. Alguns íons positivos vazam através da membrana para fora da célula enquanto a onda de despolarização atravessa o citoplasma, reduzindo a força do sinal que está se movendo pela célula. 2. Resistência citoplasmática. O próprio citoplasma gera resistência ao fluxo de eletricidade, assim como a água causa a resistência que diminui as ondas geradas a partir da pedra. A combinação do vazamento de corrente e da resistência citoplasmática indica que a força do sinal dentro da célula diminui com a distância. Os potenciais graduados que são fortes o suficiente finalmente atingem a região do neurônio conhecida como zona de gatilho A zona de gatilho é o centro integrador do neurônio, e a sua membrana possui uma alta concentração de canais de Na+ dependentes de voltagem. Se os potenciais graduados que chegam à zona de gatilho despolarizarem a membrana até o limiar (-55mV), os canais de Na+ dependentes de voltagem abrem-se, e o potencial de ação é iniciado. Se a despolarização não atinge o limiar, o potencial graduado simplesmente desaparece à medida que se move pelo axônio. Como a despolarização torna mais provável que o neurônio dispare um potencial de ação, os potenciais graduados despolarizantes são considerados excitatórios. Um potencial graduado hiperpolarizante move o potencial de membrana para mais longe do valor limiar, tornando menos provável que o neurônio dispare um potencial de ação. Como resultado, potenciais graduados hiperpolarizantes são considerados inibidores.  José Eduardo Palacio Soares – Bloco Inconsciência – GT1 POTENCIAL DE AÇÃO São grandes despolarizações muito breves que percorrem longas distâncias por um neurônio sem perder força. A sua função é a rápida sinalização por longas distâncias, como do seu dedo do pé até o seu cérebro. Os potenciais de ação são sinais elétricos que possuem força uniforme e atravessam da zona de gatilho de um neurônio até a porção final do seu axônio. Nos potenciais de ação, os canais iônicos dependentes de voltagem presentes na membrana axonal se abrem sucessivamente enquanto a corrente elétrica viaja pelo axônio. Como consequência, a entrada adicional de Na+ na célula reforça a despolarização, e é por isso que, diferentemente do potencial graduado, o potencial de ação não perde força ao se distanciar do seu ponto de origem. O movimento em alta velocidade de um potencial de ação ao longo do axônio é chamado de condução do potencial de ação. Os potenciais de ação são, muitas vezes, chamados de fenômenos tudo ou nada, pois ou ocorrem como despolarização máxima (se o estímulo atinge o limiar) ou não ocorrem (se o estímulo está abaixo do limiar). A condução do impulso elétrico ao longo do axônio requer apenas alguns tipos de canais iônicos: canais Na+ dependentes de voltagem e canais de K+ dependentes de voltagem mais alguns canais de vazamento que auxiliam na manutenção do potencial de repouso da membrana. O potencial de ação propriamente dito pode ser dividido em três fases: ascendente, descendente e pós- hiperpolarização. Fase ascendente do potencial de ação: A fase ascendente ocorre devido a um aumento súbito e temporário da permeabilidade da célula para Na+. Um potencial de ação inicia quando um potencial graduado que atinge a zona de gatilho despolariza a membrana até o limiar (-55 mV). Conforme a célula despolariza, canais de Na+ dependentes de voltagem abrem-se, tornando a membrana muito mais permeável ao sódio. Então, Na+ flui para dentro da célula, a favor do seu gradiente de concentração e atraído pelo potencial de membrana negativo dentro da célula. O aumento de cargas positivas no líquido intracelular despolariza ainda mais a célula (representado no gráfico pelo aumento abrupto da fase ascendente. No terço superior da fase ascendente, o interior da célula tornou-se mais positivo do que o exterior, e o potencial de membrana reverteu a sua polaridade. Essa reversão é representada no gráfico pelo overshoot (ultrapassagem), a porção do potencial de ação acima de 0 mV. Assim que o potencial de membrana da célula fica positivo, a força elétrica direcionando o Na+ para dentro da célula  José Eduardo Palacio Soares – Bloco Inconsciência – GT1 desaparece. Entretanto, o gradiente de concentração do Na+ se mantém, e o sódio continua se movendo para dentro da célula. Enquanto a permeabilidade ao Na+ continuar alta, o potencial de membrana desloca-se na direção do potencial de equilíbrio do sódio (ENa) de +60 mV. O potencial de ação atinge seu pico em +30 mV quando os canais de Na+ presentes no axônio se fecham e os canais de potássio se abrem. Fase descendente do potencial de ação: A fase descendente corresponde ao aumento da permeabilidade ao K+. Canais de K+ dependentes de voltagem, semelhantes aos canais de Na+, abrem-se em resposta à despolarização. Contudo, os canais de K+ abrem-se muito mais lentamente, e o pico da permeabilidade ocorre mais tarde do que o do sódio. No momento em que os canais de K+ finalmente se abrem, o potencial de membrana da célula já alcançou + 30 mV, devido ao influxo de sódio através de canais de Na+ que se abrem muito mais rapidamente. Quando os canais de Na+ se fecham durante o pico do potencial de ação, os canais de K+ recém se abriram, tornando a membrana altamente permeável ao potássio. Em um potencial de membrana positivo, os gradientes de concentração e elétrico do K+ favorecem a saída do potássio da célula. À medida que o K+ se move para fora da célula, o potencial de membrana rapidamente se torna mais negativo, gerando a fase descendente do potencial de ação e levando a célula em direção ao seu potencial de repouso. Quando o potencial de membrana atinge -70 mV, a permeabilidade ao K+ ainda não retornou ao seu estado de repouso. O potássio continua saindo da célula tanto pelos canais de K+ dependentes de voltagem quanto pelos canais de vazamento de potássio, e a membrana fica hiperpolarizada, aproximando-se do EK de -90 mV. Essa pós- hiperpolarização também é chamada de undershoot (subpassagem). Por fim, os canais de K+ controlados por voltagem lentos se fecham, e uma parte do vazamento de potássio para fora da célula cessa. A retenção de K+ e o vazamento de Na+ para dentro do axônio faz o potencial de membrana retornar aos -70 mV valor que reflete a permeabilidade da célula em repouso ao K+, Cl- e Na+. RESUMO: o potencial de ação é uma alteração no potencial de membrana que ocorre quando canais iônicos dependentes de voltagem se abrem, inicialmente aumentando a permeabilidade da célula ao Na+ (que entra) e posteriormente ao K+ (que sai). O influxo (movimento para dentro da célula) de Na+ despolariza a célula. Essa despolarização é seguida pelo efluxo (movimento para fora da célula) de K+, que restabelece o potencial de membrana de repouso da célula. Um potencial de ação não altera os gradientes de concentração iônica: Como você já aprendeu, um potencial de ação resulta do movimento de íons através da membrana de um neurônio. Inicialmente, o Na+ move-se para dentro da célula e, então, o K+ sai. Entretanto, é importante entender que poucos íons se movem através da membrana em um único potencial de ação, logo, as concentrações relativas de Na+ e K+ dentro e fora da célula continuam essencialmente inalteradas. Por exemplo, apenas 1 em cada 100 mil íons K+ precisa sair da célula  José Eduardo Palacio Soares – Bloco Inconsciência – GT1 para trocar o potencial de membrana de +30 para - 70 mV, equivalente à fase descendente do potencial de ação. O pequeno número de íons que atravessa a membrana durante um potencial de ação não interrompe os gradientes de concentração do Na+ e do K+. CANAIS DE SÓDIO DEPENDENTES DE VOLTAGEM: têm duas comportas – uma perto da abertura externa do canal, a comporta de ativação, e a outra perto da abertura interna do canal, a comporta de inativação. Quando ocorre uma despolarização da membrana há uma rápida alteração conformacional e o canal fica ativado (estado ativado). Os íons sódio difundem, então, para o interior da célula. O mesmo aumento da voltagem que abre a 'porta' de ativação, encerra também a 'porta' de inativação do canal, conduzindo-o ao seu estádio inativo. Esta 'porta' de inativação só reabre quando o potencial de membrana regressa para o nível do potencial de repouso. A presença de dois portões nos canais de Na+ possui um importante papel no fenômeno conhecido como período refratário. A inflexibilidade do neurônio refere-se ao fato de que, uma vez que um potencial de ação tenha iniciado, um segundo potencial de ação não pode ser disparado durante cerca de − 2 ms, independentemente da intensidade do estímulo. Esse retardo, denominado período refratário absoluto, representa o tempo necessário para os portões do canal de Na+ retornarem à sua posição de repouso Devido ao período refratário absoluto, um segundo potencial de ação não ocorrerá antes de o primeiro ter terminado. Como consequência, os potenciais de ação não podem se sobrepor e não podem se propagar para trás. Período refratário relativo: Os canais de Na+ que ainda não retornaram completamente à posição de repouso podem ser reabertos por um potencial graduado mais intenso do que o normal.  José Eduardo Palacio Soares – Bloco Inconsciência – GT1 CANAIS DE POTÁSSIO DEPENDENTES DE VOLTAGEM: possuem dois estágios. Durante o estágio de repouso, o canal está encerrado. A despolarização da membrana causa uma lenta alteração conformacional de abertura do canal e permite um aumento da difusão de potássio. Como o processo de abertura do canal é lento, os canais de potássio só se encontram abertos quando os de sódio começaram já a fechar devido à inativação. José Eduardo Palacio Soares – Bloco Inconsciência – GT1  José Eduardo Palacio Soares – Bloco Inconsciência – GT1 DISFUNÇÕES ELETROLÍTICAS E O POTENCIAL DE AÇÃO Hipernatremia: ↑ Na+ no LEC; maior influxo de sódio; hiperexcitabilidade das células; aumenta a frequência de potenciais de ação, pois menos estímulo é necessário para atingi-lo. Hiponatremia: ↓ Na+ no LEC; menor entrada de sódio na célula; células pouco excitáveis; diminui a frequência de potenciais de ação, pois mais estímulo é necessário para atingi-lo. Hipercalemia = ↑ K+ no LEC; diminui a saída de K+ da célula; célula fica menos negativa; potencial de repouso mais perto do limiar; menos estímulo é necessário para atingir o potencial de ação. Hipocalemia = ↓ K+ no LEC; aumenta a saída de K+ da célula; célula fica mais negativa; célula pode hiperpolarizar; necessidade de um estímulo maior para atingir o potencial de ação. Hipercloremia = ↑ Cl- no LEC; aumenta a entrada de Cl- na célula; diminui a frequência de potenciais de ação, pois mais estímulo é necessário para atingi-lo. Hipocloremia = ↓ Cl- no LEC; diminui a entrada de Cl- na célula; o meio intracelular fica menos negativo e mais fácil é para atingir o potencial de ação, pois necessita de um estímulo menor. Íons cálcio: A bomba de cálcio transfere íons cálcio do meio intracelular para o meio extracelular. Existem canais de cálcio regulados pela voltagem, os quais são ligeiramente permeáveis ao sódio. Assim, quando esses canais se abrem, íons sódio e cálcio fluem para o interior da célula. Esses canais são lentos. Hipercalcemia = ↑ Ca2+ no LEC; mais íons cálcio se ligam à superfície externa dos canais de sódio, aumentando o nível de voltagem necessário para abrir o canal, dificultando atingir o potencial de ação; o potencial de repouso está mais afastado do limiar de excitabilidade, assim é necessário um estímulo muito elevado para desencadear um potencial de ação. As células nervosas tornam-se mais refratárias. Hipocalcemia = ↓ Ca2+ no LEC; o potencial de repouso está mais próximo do limiar porque a voltagem necessária para a abertura dos canais de sódio está diminuída, ficando mais fácil atingir o potencial de ação. As células nervosas tornam-se hiperexcitáveis.