Potenciais de Potenciais de membrana e membrana e

potenciais de açãopotenciais de ação

Caroline Pouillard de AquinoCaroline Pouillard de Aquinoaquino.caroline@gmail.comaquino.caroline@gmail.com

IntroduçãoIntrodução

Todas as membranas de todas as Todas as membranas de todas as células do corpo possuem potenciais células do corpo possuem potenciais elétricoselétricos

Células nervosas e musculares Células nervosas e musculares geram impulsos eletroquímicos que geram impulsos eletroquímicos que se modificam com rapidez em suas se modificam com rapidez em suas membranas . Esses impulsos são membranas . Esses impulsos são usados para transmitir sinais por toda usados para transmitir sinais por toda a membrana dos nervos e músculos.a membrana dos nervos e músculos.

Física básica dos potenciais Física básica dos potenciais de membranade membrana

““Potencial de Difusão” causado pela diferença entre Potencial de Difusão” causado pela diferença entre as [ ] iônicas nos 2 lados da membrana:as [ ] iônicas nos 2 lados da membrana:

- A [ ] de kA [ ] de k+ é > no lado interno da membrana da fibra nervosa

- Eletropositividade externa e Eletropositividade externa e eletronegatividade interna= Potencial de eletronegatividade interna= Potencial de difusão (diferença de potencial entre meio difusão (diferença de potencial entre meio interno e externo)interno e externo)

- Potencial de difusão bloqueia a difusão de Potencial de difusão bloqueia a difusão de kk+ para o exterior

- Potencial de difusão nas fibras nervosas mamíferas:

-94mv

Física básica dos potenciais Física básica dos potenciais de membranade membrana

““Potencial de Difusão” causado pela Potencial de Difusão” causado pela diferença entre as [ ] iônicas nos 2 lados diferença entre as [ ] iônicas nos 2 lados da membrana:da membrana:

- A [ ] de NaA [ ] de Na+ é > no lado externo da membrana da fibra nervosa

- A difusão de NaA difusão de Na+ para a parte interna para a parte interna da célula cria um potencila de da célula cria um potencila de membrana com negatividade externa e membrana com negatividade externa e positividade interna, criando um positividade interna, criando um potencial de membranapotencial de membrana

Física básica dos potenciais Física básica dos potenciais de membranade membrana

““Potencial de Difusão” causado pela diferença Potencial de Difusão” causado pela diferença entre as [ ] iônicas nos 2 lados da entre as [ ] iônicas nos 2 lados da membrana:membrana:

- As diferenças entre as [ ] iônicas nos 2 lados de As diferenças entre as [ ] iônicas nos 2 lados de uma membrana seletivamente permeável pode, uma membrana seletivamente permeável pode, sob condições apropriadas, criar um potencial de sob condições apropriadas, criar um potencial de membrana.membrana.

Física básica dos potenciais Física básica dos potenciais de membranade membrana

Cálculo do Potencial de Difusão quando a Cálculo do Potencial de Difusão quando a Membrana é Permeável a vários íons Membrana é Permeável a vários íons diferentes:diferentes:

- O potencial de difusão depende de 3 fatores:O potencial de difusão depende de 3 fatores:1- polaridade as cargas elétricas de cada íon1- polaridade as cargas elétricas de cada íon2- permeabilidade da membrana2- permeabilidade da membrana3- concentrações dos íons interna e 3- concentrações dos íons interna e

externamenteexternamente- Os íons Na- Os íons Na+ KK+ ClCl- são os mais envolvidos no

desenvolvimento dos potenciais de membrana nas fibras musculares e nervosas

Física básica dos potenciais de Física básica dos potenciais de membranamembrana

- Os íons NaOs íons Na+ KK+ ClCl- 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 ClCl- da parte externa para a parte interna causa eletronegatividade dentro da célula.

- Rápidas alterações da permeabilidade do NaNa+ e do K+ são primariamente responsáveis pela transmissão de sinais nos nervos.

Potencial de Repouso das Potencial de Repouso das Membranas dos NervosMembranas dos Nervos

O potencial de repouso das O potencial de repouso das membranas das fibras nervosas mais membranas das fibras nervosas mais grossas quando elas não estão grossas quando elas não estão transmitindo impulsos nervosos é de transmitindo impulsos nervosos é de

-90mv.-90mv.

Transporte ativo de Transporte ativo de NaNa+e KK+ (Bomba de NaNa+e KK+ )

- Transporta NaNa+ para fora e KK+ 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 das Potencial de Repouso das Membranas dos NervosMembranas dos Nervos

Potencial de repousoPotencial de repouso

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

Potencial de ação dos Potencial de ação dos nervosnervos

Os sinais nervosos são transmitidos por Os sinais nervosos são transmitidos por potenciais de açãopotenciais de ação, que são rápidas , que são rápidas alterações do potencial de membrana, as quais alterações do potencial de membrana, as quais se propagam com grande velocidade por toda a se propagam com grande velocidade por toda a membrana da fibra nervosa.membrana da fibra nervosa.

Cada potencial de ação começa por uma Cada potencial de ação começa por uma alteração súbita do potencial de membrana alteração súbita do potencial de membrana normal negativo para um potencial positivo, normal negativo para um potencial positivo, terminando com um retorno rápido ao potencial terminando com um retorno rápido ao potencial negativo.negativo.

Para conduzir um sinal nervoso, o potencial de Para conduzir um sinal nervoso, o potencial de ação se desloca ao longo da fibra nervosa até ação se desloca ao longo da fibra nervosa até sua extremidade finalsua extremidade final

Potencial de ação dos Potencial de ação dos nervosnervos

Estágios do potencial de Estágios do potencial de ação ação

Estágio de repousoEstágio de repouso: é o potencial de repouso : é o potencial de repouso da membrana, antes do início do potencial de da membrana, antes do início do potencial de ação (-90 mv internamente)ação (-90 mv internamente)

Estágio de despolarizaçãoEstágio de despolarização: Influxo de Na: Influxo de Na+

com carga positiva, aumentando o potencial para um valor positivo. Isso é referido como despolarização.

Estágio de repolarização: Os canais de NaNa+

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 Os canais de sódio e potássio regulados pela potássio regulados pela

voltagemvoltagem

O papel de outros íons no O papel de outros íons no potencial de açãopotencial de ação

Íons cálcioÍons cálcio- A bomba de cálcio transfere os íons cálcio do A bomba de cálcio transfere os íons cálcio do

interior da membrana celular para o exterior interior da membrana celular para o exterior (ou R.E. da célula)(ou R.E. da célula)

- A concentração celular de íons cálcio é menor A concentração celular de íons cálcio é menor em relação à concentração desses íons em relação à concentração desses íons externamenteexternamente

- Os canais de cálcio são regulados pela Os canais de cálcio são regulados pela voltagem e, quando se abrem, levam o cálcio voltagem e, quando se abrem, levam o cálcio para o inteiror da fibra. São muito numerosos para o inteiror da fibra. São muito numerosos nos músculos cardíaco e lisonos músculos cardíaco e liso

Início do potencial de Início do potencial de açãoação

Um círculo vicioso de feedback positivo abre os Um círculo vicioso de feedback positivo abre os canais de sódio:canais de sódio:

- Quando ocorre um evento capaz de provocar o Quando ocorre um evento capaz de provocar o aumento do potencial de membrana de -90 mv para aumento do potencial de membrana de -90 mv para zero, a própria voltagem crescente causa a abertura zero, a própria voltagem crescente causa a abertura de vários canais de sódio.de vários canais de sódio.

- Isso permite o influxo rápido de íons sódio, Isso permite o influxo rápido de íons sódio, resultando em maior aumento do potencila de resultando em maior aumento do potencila de membrana, o que abre mais canais, permitindo membrana, o que abre mais canais, permitindo fluxo ainda mais intenso desses íons para o interior fluxo ainda mais intenso desses íons para o interior da fibra.da fibra.

- O aumento do potencial de membrana causa o O aumento do potencial de membrana causa o fechamento dos canais de sódio e a abertura dos fechamento dos canais de sódio e a abertura dos canais de potássio, e o potencial de ação termina.canais de potássio, e o potencial de ação termina.

Início do potencial de Início do potencial de açãoação

O limiar para o início do potencial de ação:O limiar para o início do potencial de ação:

- O potencial de ação ocorre quando o O potencial de ação ocorre quando o número de íons sódio que entram na fibra número de íons sódio que entram na fibra fica maior que o número de íons potássio fica maior que o número de íons potássio que saem da fibra.que saem da fibra.

- O potencial de ação se inicia com o O potencial de ação se inicia com o aumento do ótencial de membrana de -90 aumento do ótencial de membrana de -90 mv para -65 mv.mv para -65 mv.

- Este valor de -65 mv é referido como o Este valor de -65 mv é referido como o limiar para a estimulação.limiar para a estimulação.

Propagação do Potencial Propagação do Potencial de Açãode Ação

Um potencial de ação provocado em qualquer Um potencial de ação provocado em qualquer parte de uma membrana excitável em geral, parte de uma membrana excitável em geral, excita as porções adjacentes da membrana, excita as porções adjacentes da membrana, resultando na propagação do potencial de resultando na propagação do potencial de ação por toda a membrana.ação por toda a membrana.

O processo de despolarização percorre todo o O processo de despolarização percorre todo o comprimento da fibra.comprimento da fibra.

Essa transmissão do processo de Essa transmissão do processo de despolarização por uma fibra nervosa ou despolarização por uma fibra nervosa ou muscular é referida como muscular é referida como impulso nervoso ou impulso nervoso ou muscular.muscular.

Propagação do Potencial Propagação do Potencial de Açãode 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 Propagação do Potencial de Açãode Ação

Restabelecimento dos gradientes Restabelecimento dos gradientes iônicos de sódio e potássio após o iônicos de sódio e potássio após o

término do potencial de açãotérmino do potencial de ação Após a transmissão do impulso, as Após a transmissão do impulso, as

concentrações de sódio e potássio concentrações de sódio e potássio dentro e fora da fibra são muito dentro e fora da fibra são muito pouco diferentespouco diferentes

Necessidade de restabelecimento Necessidade de restabelecimento das diferenças de concentração das diferenças de concentração iônica, para restabelecer o potencial iônica, para restabelecer o potencial de repouso: Ação da bomba de de repouso: Ação da bomba de sódio-potássiosódio-potássio

Ritmicidade de alguns Ritmicidade de alguns tecidos excitáveis- descarga tecidos excitáveis- descarga

repetitivarepetitiva Coração, maior parte dos músculos Coração, maior parte dos músculos

lisos e muitos neurônios do SNC.lisos e muitos neurônios do SNC. Essas descargas rítmicas causam:Essas descargas rítmicas causam:- Batimento rítmico do coraçãoBatimento rítmico do coração- Peristaltismo rítmico dos intestinosPeristaltismo rítmico dos intestinos- Alguns eventos neuronais, como o Alguns eventos neuronais, como o

controle ritmado da respiraçãocontrole ritmado da respiração

Características especiais da Características especiais da transmissão dos sinais nos transmissão dos sinais nos

troncos nervosostroncos nervosos Fibras nervosas mielinizadas e Fibras nervosas mielinizadas e

amielinizadas:amielinizadas:- Um nervo pequeno típico possui muitas Um nervo pequeno típico possui muitas

fibras nervosas calibrosas e um grande fibras nervosas calibrosas e um grande número de fibras delgadas entre estas número de fibras delgadas entre estas fibras mais grossas.fibras mais grossas.

- As fibras calibrosas são mielinizadas e as As fibras calibrosas são mielinizadas e as delgadas são amielinizadas.delgadas são amielinizadas.

- A maioria dos troncos nervosos contém A maioria dos troncos nervosos contém cerca de 2 vezes mais fibras amielinizadas cerca de 2 vezes mais fibras amielinizadas do que fibras mielinizadas.do que fibras mielinizadas.

Características especiais da Características especiais da transmissão dos sinais nos transmissão dos sinais nos

troncos nervosostroncos nervosos Fibras nervosas mielinizadas típicas:Fibras nervosas mielinizadas típicas:- A parte central é o axônio e sua membrana é A parte central é o axônio e sua membrana é

quem conduz o potencial de ação.quem conduz o potencial de ação.- O axônio é preenchido pelo axoplasma O axônio é preenchido pelo axoplasma

(líquido intracelular).(líquido intracelular).- Em volta do axônio existe a bainha de mielina Em volta do axônio existe a bainha de mielina

(depositada pelas células de Schwann, as (depositada pelas células de Schwann, as quais envolvem o axônio), que é mais espessa quais envolvem o axônio), que é mais espessa que o próprio axônio.que o próprio axônio.

- A membrana celular das células de Schwann A membrana celular das células de Schwann contém esfingomielina, que atua como contém esfingomielina, que atua como isolante elétrico, reduzindo o fluxo iônico isolante elétrico, reduzindo o fluxo iônico através da membrana.através da membrana.

Características especiais da Características especiais da transmissão dos sinais nos transmissão dos sinais nos

troncos nervosostroncos nervosos Fibras nervosas mielinizadas típicas:Fibras nervosas mielinizadas típicas:- Na junção entre duas células de Scwann Na junção entre duas células de Scwann

sucessivas ao longo do axônio, existe uma sucessivas ao longo do axônio, existe uma área não isolada (nodo de Ranvier), por área não isolada (nodo de Ranvier), por onde os íons passam facilmente através onde os íons passam facilmente através da membrana do axônio, do líquido da membrana do axônio, do líquido extracelular para o intracelular.extracelular para o intracelular.

Características especiais da Características especiais da transmissão dos sinais nos transmissão dos sinais nos

troncos nervosostroncos nervosos Condução ‘saltatória” de nodo a nodo nas Condução ‘saltatória” de nodo a nodo nas

fibras mielinizadasfibras mielinizadas- Os íons podem passar com facilidade através Os íons podem passar com facilidade através

dos nodos de Ranvier.dos nodos de Ranvier.- Nas fibras mielinizadas, os potenciais de ação Nas fibras mielinizadas, os potenciais de ação

só ocorrem nos nodos de Ranvier.só ocorrem nos nodos de Ranvier.- Os potenciais de ação são conduzidos nodo a Os potenciais de ação são conduzidos nodo a

nodo, caracterizando esse tipo de nodo, caracterizando esse tipo de transmissão como transmissão como condução saltatória.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 Condução saltatória pelo axônio mielinizadoaxônio mielinizado

Excitação- o processo de Excitação- o processo de geração do potencial de geração do potencial de

açãoação Qualquer fator que promova a difusão Qualquer fator que promova a difusão

de grande número de íons sódio para de grande número de íons sódio para o interior da célula pode desencadear o interior da célula pode desencadear a abertura dos canais de sódio:a abertura dos canais de sódio:

- Distúrbios mecânicos Distúrbios mecânicos - Efeitos químicos na membranaEfeitos químicos na membrana- Passagem de eletricidade através da Passagem de eletricidade através da

membranamembrana

Período refratário Período refratário

Período após o potencial de ação, Período após o potencial de ação, durante o qual um novo estímulo não durante o qual um novo estímulo não pode ser evocadopode ser evocado

Nesse período, a fibra encontra-se Nesse período, a fibra encontra-se despolarizada e os canais de sódio despolarizada e os canais de sódio inativosinativos

Os canais de sódio só tornam-se ativos Os canais de sódio só tornam-se ativos quando o potencial de repouso é quando o potencial de repouso é restabelecido (ou em valores de potencial restabelecido (ou em valores de potencial próximos ao de repouso)próximos ao de repouso)

Inibição da excitabilidade- Inibição da excitabilidade- estabilizadores e estabilizadores e anestésicos locaisanestésicos locais

Os fatores estabilizadores diminuem Os fatores estabilizadores diminuem a excitabilidade da membrana. Ex: a excitabilidade da membrana. Ex: Alta [ ] de íons cálcio no meio Alta [ ] de íons cálcio no meio extracelular, a qual diminui a extracelular, a qual diminui a permeabilidade para os íons sódio.permeabilidade para os íons sódio.

Anestésicos locais: Dificultam a Anestésicos locais: Dificultam a abertura dos canais de sódio, abertura dos canais de sódio, reduzindo a excitabilidade da reduzindo a excitabilidade da membranamembrana