Potenciais de membrana e potenciais de ação Caroline Pouillard de Aquino aquino.caroline@gmail.com

Introdução Todas as membranas de todas as células do corpo possuem potenciais elétricos Células nervosas e musculares geram impulsos eletroquímicos que se modificam com rapidez em suas membranas . Esses impulsos são usados para transmitir sinais por toda a membrana dos nervos e músculos.

Física básica dos potenciais de membrana “Potencial de Difusão” causado pela diferença entre as [ ] iônicas nos 2 lados da membrana: A [ ] de k+ é > no lado interno da membrana da fibra nervosa Eletropositividade externa e eletronegatividade interna= Potencial de difusão (diferença de potencial entre meio interno e externo) Potencial de difusão bloqueia a difusão de k+ para o exterior Potencial de difusão nas fibras nervosas mamíferas: -94mv

Física básica dos potenciais de membrana “Potencial de Difusão” causado pela diferença entre as [ ] iônicas nos 2 lados da membrana: A [ ] de Na+ é > no lado externo da membrana da fibra nervosa A difusão de Na+ para a parte interna da célula cria um potencila de membrana com negatividade externa e positividade interna, criando um potencial de membrana

Física básica dos potenciais de membrana “Potencial de Difusão” causado pela diferença entre as [ ] iônicas nos 2 lados da membrana: As diferenças entre as [ ] iônicas nos 2 lados de uma membrana seletivamente permeável pode, sob condições apropriadas, criar um potencial de membrana.

Física básica dos potenciais de membrana Cálculo do Potencial de Difusão quando a Membrana é Permeável a vários íons diferentes: O potencial de difusão depende de 3 fatores: 1- polaridade as cargas elétricas de cada íon 2- permeabilidade da membrana 3- concentrações dos íons interna e externamente - Os íons Na+ K+ Cl- são os mais envolvidos no desenvolvimento dos potenciais de membrana nas fibras musculares e nervosas

Física básica dos potenciais de membrana Os íons Na+ K+ Cl- são os mais envolvidos no desenvolvimento dos potenciais de membrana nas fibras musculares e nervosas Um gradiente positivo de [ ] iônica de dentro para fora da membrana causa ELETRONEGATIVIDADE no lado de dentro da membrana. O efeito oposto ocorre quando existe um gradiente para um íon negativo. Ex: um gradiente de Cl- da parte externa para a parte interna causa eletronegatividade dentro da célula. Rápidas alterações da permeabilidade do Na+ e do K+ são primariamente responsáveis pela transmissão de sinais nos nervos.

Potencial de Repouso das Membranas dos Nervos O potencial de repouso das membranas das fibras nervosas mais grossas quando elas não estão transmitindo impulsos nervosos é de -90mv.

Potencial de Repouso das Membranas dos Nervos Transporte ativo de Na+e K+ (Bomba de Na+e K+ ) Transporta Na+ para fora e K+ para dentro da célula. Trata-se de uma membrana eletrogênica (mais cargas positivas são bombeadas para fora que para dentro), o que gera um potencial negativo no lado de dentro das membranas celulares

Potencial de repouso O potencial de repouso da membrana nas fibras nervosas depende da contribuição do potencial de difusão do potássio, da contribuição do potencial de difusão do sódio e do bombeamento desses íons pela bomba de Na+e K+, o que gera um potencial de repouso de -90 mv internamente.

Potencial de ação dos nervos Os sinais nervosos são transmitidos por potenciais de ação, que são rápidas alterações do potencial de membrana, as quais se propagam com grande velocidade por toda a membrana da fibra nervosa. Cada potencial de ação começa por uma alteração súbita do potencial de membrana normal negativo para um potencial positivo, terminando com um retorno rápido ao potencial negativo. Para conduzir um sinal nervoso, o potencial de ação se desloca ao longo da fibra nervosa até sua extremidade final

Potencial de ação dos nervos

Estágios do potencial de ação Estágio de repouso: é o potencial de repouso da membrana, antes do início do potencial de ação (-90 mv internamente) Estágio de despolarização: Influxo de Na+ com carga positiva, aumentando o potencial para um valor positivo. Isso é referido como despolarização. Estágio de repolarização: Os canais de Na+ começam a se fechar e os canais de K+ se abrem mais que o normal. A rápida difusão de potássio para o exterior restabelece o potencial de repouso negativo da membrana. Isso é referido como repolarização.

Os canais de sódio e potássio regulados pela voltagem

O papel de outros íons no potencial de ação Íons cálcio A bomba de cálcio transfere os íons cálcio do interior da membrana celular para o exterior (ou R.E. da célula) A concentração celular de íons cálcio é menor em relação à concentração desses íons externamente Os canais de cálcio são regulados pela voltagem e, quando se abrem, levam o cálcio para o inteiror da fibra. São muito numerosos nos músculos cardíaco e liso

Início do potencial de ação Um círculo vicioso de feedback positivo abre os canais de sódio: Quando ocorre um evento capaz de provocar o aumento do potencial de membrana de -90 mv para zero, a própria voltagem crescente causa a abertura de vários canais de sódio. Isso permite o influxo rápido de íons sódio, resultando em maior aumento do potencila de membrana, o que abre mais canais, permitindo fluxo ainda mais intenso desses íons para o interior da fibra. O aumento do potencial de membrana causa o fechamento dos canais de sódio e a abertura dos canais de potássio, e o potencial de ação termina.

Início do potencial de ação O limiar para o início do potencial de ação: O potencial de ação ocorre quando o número de íons sódio que entram na fibra fica maior que o número de íons potássio que saem da fibra. O potencial de ação se inicia com o aumento do ótencial de membrana de -90 mv para -65 mv. Este valor de -65 mv é referido como o limiar para a estimulação.

Propagação do Potencial de Ação Um potencial de ação provocado em qualquer parte de uma membrana excitável em geral, excita as porções adjacentes da membrana, resultando na propagação do potencial de ação por toda a membrana. O processo de despolarização percorre todo o comprimento da fibra. Essa transmissão do processo de despolarização por uma fibra nervosa ou muscular é referida como impulso nervoso ou muscular.

Propagação do Potencial de Ação Direção da propagação: O potencial de ação trafega em todas as direções para longe do estímulo, até que toda a membrana tenha sido despolarizada. Princípio do tudo ou nada: Uma vez que o potencia de ação foi gerado em alguma parte da membrana, o processo de despolarização trafega por toda a membrana se as condições forem adequadas, ou não se propaga (se as condições forem inadequadas).

Propagação do Potencial de Ação

Restabelecimento dos gradientes iônicos de sódio e potássio após o término do potencial de ação Após a transmissão do impulso, as concentrações de sódio e potássio dentro e fora da fibra são muito pouco diferentes Necessidade de restabelecimento das diferenças de concentração iônica, para restabelecer o potencial de repouso: Ação da bomba de sódio-potássio

Ritmicidade de alguns tecidos excitáveis- descarga repetitiva Coração, maior parte dos músculos lisos e muitos neurônios do SNC. Essas descargas rítmicas causam: Batimento rítmico do coração Peristaltismo rítmico dos intestinos Alguns eventos neuronais, como o controle ritmado da respiração

Características especiais da transmissão dos sinais nos troncos nervosos Fibras nervosas mielinizadas e amielinizadas: Um nervo pequeno típico possui muitas fibras nervosas calibrosas e um grande número de fibras delgadas entre estas fibras mais grossas. As fibras calibrosas são mielinizadas e as delgadas são amielinizadas. A maioria dos troncos nervosos contém cerca de 2 vezes mais fibras amielinizadas do que fibras mielinizadas.

Características especiais da transmissão dos sinais nos troncos nervosos Fibras nervosas mielinizadas típicas: A parte central é o axônio e sua membrana é quem conduz o potencial de ação. O axônio é preenchido pelo axoplasma (líquido intracelular). Em volta do axônio existe a bainha de mielina (depositada pelas células de Schwann, as quais envolvem o axônio), que é mais espessa que o próprio axônio. A membrana celular das células de Schwann contém esfingomielina, que atua como isolante elétrico, reduzindo o fluxo iônico através da membrana.

Características especiais da transmissão dos sinais nos troncos nervosos Fibras nervosas mielinizadas típicas: Na junção entre duas células de Scwann sucessivas ao longo do axônio, existe uma área não isolada (nodo de Ranvier), por onde os íons passam facilmente através da membrana do axônio, do líquido extracelular para o intracelular.

Características especiais da transmissão dos sinais nos troncos nervosos Condução ‘saltatória” de nodo a nodo nas fibras mielinizadas Os íons podem passar com facilidade através dos nodos de Ranvier. Nas fibras mielinizadas, os potenciais de ação só ocorrem nos nodos de Ranvier. Os potenciais de ação são conduzidos nodo a nodo, caracterizando esse tipo de transmissão como condução saltatória. A condução saltatória aumenta a velocidade da transmissão nervosa nas fibras mielinizadas e conserva energia para o axônio (pois só os nodos despolarizam).

Condução saltatória pelo axônio mielinizado

Excitação- o processo de geração do potencial de ação Qualquer fator que promova a difusão de grande número de íons sódio para o interior da célula pode desencadear a abertura dos canais de sódio: Distúrbios mecânicos Efeitos químicos na membrana Passagem de eletricidade através da membrana

Período refratário Período após o potencial de ação, durante o qual um novo estímulo não pode ser evocado Nesse período, a fibra encontra-se despolarizada e os canais de sódio inativos Os canais de sódio só tornam-se ativos quando o potencial de repouso é restabelecido (ou em valores de potencial próximos ao de repouso)

Inibição da excitabilidade- estabilizadores e anestésicos locais Os fatores estabilizadores diminuem a excitabilidade da membrana. Ex: Alta [ ] de íons cálcio no meio extracelular, a qual diminui a permeabilidade para os íons sódio. Anestésicos locais: Dificultam a abertura dos canais de sódio, reduzindo a excitabilidade da membrana