UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO NORTE – UERN CAMPUS AVANÇADO DE PAU DOS FERROS – CAMEAM

CURSO DE EDUCAÇÃO FÍSICA – CEF DISCIPLINA DE FISIOLOGIA HUMANA APLICADA À ED. FÍSICA

FISIOLOGIA DA MEMBRANA CELULAR- Potencial de Ação

CEF/CAMEAM/UERN

Prof. Esp. Napoleão Diógenes

INTRODUÇÃO Como dito antes, estruturalmente as membranas de todos os tipos

celulares são similares.

No entanto, devido a diferenciação celular que é parte intrinsecamente ligada com a diferenciação e especialização entre as células; alguns tipos celulares apresentam membranas com propriedades especiais.

A grande maioria das membranas dos diversos tipos celulares apresentam a capacidade de manter os eletrólitos Na+ e K+ em diferentes concentrações nos meios intra e extra celular – graças a atividade da bomba de sódio e potássio.

Porém, as membranas de certas regiões dos neurônios apresentam propriedades nas quais estes íons tendem a vazar entre os dois meios.

Este vazamento gerará em um dado momento um influxo (entrada) ou efluxo (saída) destes eletrólitos através de canais proteicos especiais – os canais voltagem dependente.

A passagem destes eletrólitos através destes canais irá gerar uma corrente elétrica de baixíssima intensidade , chamada de potencial de ação.

As células que geram essa corrente são chamadas de excitáveis.

Células Excitáveis

O Potencial de Repouso Na maioria das células corporais, a membrana e especialmente

a ação da bomba de Na+ e K+ faz com que haja uma diferença de potencial entre as duas faces da membrana.

A bomba é eletrogênica, uma vez que o excesso de saída de sódio gera um déficit de cargas positivas internamente, o que é representado por uma eletronegatividade na face interna da membrana e positividade na face externa da mesma.

Este valor é chamado de potencial de repouso (Vm) e não é variável nas células não excitáveis. Nestas células o valor da eletronegatividade interna é pequeno.

Nos neurônios, além da ação da bomba de Na+ e K+ outros fatores contribuem para a manutenção do potencial de repouso destas células.

A membrana neuronal apresenta canais chamados de canais de vazamento para o sódio e potássio, que por sua vez contribuem para a determinação de um valor negativo interno muito maior do que em outros tipos celulares.

O Potencial de Repouso

•Fatores iônicos responsáveis pelo potencial de repouso nos

neurônios.

•Canais de Vazamento do Potássio

O Potencial de Ação Até que um fator externo atue sobre um neurônio, o potencial de

repouso mantém-se estável.

Entretanto, como a função básica deste tipo celular é transformar todas as energias externas (estímulos) em uma forma de energia compreendida pelo organismo e por eles.

Cabe ao neurônio agir ante a um estímulo e desencadear uma mudança brusca do potencial de repouso e a d.d.p existente entre as duas faces da membrana.

Essa variação brusca da d.d.p gera uma corrente elétrica de pequena monta que se propaga ao longo de toda a extensão da membrana neuronal.

Essa corrente é chamada de potencial de ação e a mesma é composta por duas etapas – a despolarização e a repolarização.

O potencial é desencadeado pela atividade de proteínas especiais presentes nas células excitáveis, chamadas de canais voltagem-dependente.

Estes canais são ativados quando uma certa voltagem promove a abertura de suas comportas de ativação, e são inativados quando uma certa voltagem também promove o fechamento da sua comporta de inativação.

O Potencial de Ação – os canais voltagem-dependente

•Ultraestrutura do canal de Potássio.

O Potencial de Ação – Resumo dos Eventos

O Potencial de Ação - etapas Os sinais nervosos são transmitidos por variações rápidas no Vm que

fluem rapidamente ao longo da membrana da fibra nervosa.

Cada potencial de ação (PA) começa com variação brusca a partir do potencial de repouso negativo normal para um potencial positivo, que termina com uma variação, quase que igualmente rápida, de volta para o potencial negativo.

O PA apresenta duas etapas básicas: a despolarização e a repolarização; isso porque alguns autores consideram ainda a fase de hiperpolarização.

A despolarização é a fase do PA em que há o influxo de íons positivos do LEC, principalmente Na+, para o LIC, com isso a negatividade desse meio é diminuída, alcançando algumas vezes um valor positivo.

A repolarização é a fase do PA em que o Vm retorna para o seu valor negativo em virtude do efluxo (saída) de íons K+ para o LEC.

Como os canais voltagem dependente do K+ são lentos em seu fechamento, o valor do Vm pode alcançar um valor ainda mais negativo, e isso passa a chamar-se de hiperpolarização.

O Potencial de Ação - animação

O Potencial de Ação - animação

O Potencial de Ação - etapas

O Potencial de Ação - etapas

O Potencial de Ação - conceitos

O potencial de ação só ocorre quando um estímulo for suficiente para alcançar o limiar de excitabilidade.

Este limiar é específico para cada um dos tipos de células excitáveis – fibras musculares esqueléticas, cardíacas, lisas e diversos tipos de neurônios.

O potencial de ação obedece ao princípio do “tudo ou nada”, isto é, ou o estímulo é suficientemente forte para alcançar o limiar de excitabilidade ou nada irá acontecer.

Da mesmo modo, quando o estímulo alcança o limiar o potencial sempre ocorrerá da mesma forma. Ou seja, estímulos mais fortes não desencadeiam potenciais de ação mais fortes!

O que determinará a intensidade de um dado estímulo será o número de potenciais de ação por unidade de tempo.

Em uma membrana o PA se propaga em sentido bidirecional e sob a forma de uma onda desencadeada por feedback positivo.

O Potencial de Ação - conceitos ASPECTOS PRÁTICOS:

O potencial de repouso desta célula é de -70 mV;

O limiar de excitabilidade desta célula excitável é de aproximadamente -55 mV;

Estímulos que não alcançam o limiar são subliminares;

Tais estímulos não desencadeiam o PA – Princípio do tudo ou nada; Overshoot é a ultrapassagem

da despolarização acima da positividade;

A demora do fechamento dos canais de potássio leva a uma despolarização abaixo do potencial de repouso;

Essa fase é chamada de despolarização.

O Potencial de Ação em Gráficos

Direção do Potencial de Ação

ASPECTOS PRÁTICOS: Independentemente de onde

tiver início o PA, o mesmo de propaga no sentido das duas extremidades da membrana;

Uma vez que esta região da membrana sofre despolarização, as regiões vizinhas vão sofrendo despolarização por meio de um feedback positivo;

A onda propagada de despolarização gera um fluxo de corrente que altera o valor inicial do potencial de repouso da membrana – e isso representa o potencial de ação.

Potencial de Ação - especificidades

Nem todos os potenciais de ação das células excitáveis são idênticos.

Apesar do Na+ e K+ serem os íons mais importantes para o PA da maioria dos neurônios, em alguns neurônios e fibras musculares o Ca+2 é também importante.

Na verdade, em alguns tipos celulares o Ca+2 é fundamental para a propagação do PA, e confere a estas células especificidades, dentre elas a maior duração do PA e a existência de platôs.

Outra especificidade de algumas células excitáveis, especialmente em alguns grupos neuronais e nas fibras musculares cardíacas é a existência de uma ritmicidade.

A ritmicidade é na verdade descargas auto induzidas ou repetitivas de PA. Essa característica é determinada pela permeabilidade da membrana ao Na+ mesmo durante o potencial de repouso.

Além disso, nestas membranas o limiar de excitabilidade é próximo do potencial de repouso, de modo que essa permeabilidade ao Na+ faz com que o PA seja desencadeado repetitivamente.

Potencial de Ação - Especificidades

ASPECTOS PRÁTICOS: Esse gráfico representa o PA

de uma fibra muscular cardíaca; O PA deste tipo de célula

excitável é mais lento do que o PA de neurônios;

A despolarização apresenta três fases: a) ascendente – rápida, b) ponta (spike) e c) platô;

As duas fases iniciais são decorrentes da abertura dos canais rápidos de Na+;

O platô é decorrente da atividade dos canais lentos de Na+ e Ca+2.

x

Potencial de Ação - Especificidades

CONSIDERAÇÕES FINAIS A chamada fisiologia da membrana é concluída com o estudo do

potencial de ação das células excitáveis.

Células excitáveis são aquelas capazes de promover alterações do potencial de repouso da membrana. Neurônios, fibras musculares e algumas células epiteliais são excitáveis.

O potencial de ação é uma onda propagada de despolarização da membrana que gera um fluxo de íons, que por sua vez gera uma corrente elétrica de pequena intensidade.

Essa pequena corrente elétrica é chamada de impulso nervoso quando originada em neurônios e impulso muscular quando gerada nas fibras musculares.

Tópicos importantes da fisiologia, como a propagação do impulso nervoso e contração muscular dependem do entendimento do potencial de ação.

O conhecimento da fisiologia da membrana é importante dentro de uma perspectiva clínica e farmacológica – desenvolvimento de aparelhos de diagnóstico (EMG), de modalidades de tratamento e do desenvolvimento de fármacos (anestésicos).