Mecanismos básicos do potencial de ação

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Por ser hidrofóbica, a membrana plasmática impede que moléculas carregadas se difundam facilmente através dela, o que permite a existência de uma diferença de potencial entre os dois lados da membrana.

Potencial de repouso de membrana[editar | editar código-fonte]

A diferença de potencial existente entre os dois lados da membrana de qualquer célula é normalmente negativo no interior da célula em relação ao exterior. Diz-se, então, que a membrana é polarizada. A diferença de potencial entre os dois lados da membrana quando ela está em repouso é chamado potencial de repouso de membrana e possui o valor aproximado de -65 mV nos neurônios (o sinal negativo indica que o interior da célula está negativo em relação ao exterior). Essa diferença de potencial é causada por vários fatores, mas os mais importantes são o transporte de íons através da membrana celular e a permeabilidade seletiva da membrana a esses íons.

De acordo com a equação de Nernst, pode-se estabelecer o potencial de equilíbrio de cada íon, ou seja, o potencial no qual não há movimentação de determinado íon. O potássio é um cátion - íon com carga positiva - que existe em maior quantidade dentro da célula; assim, sofre ação de uma força química que o impulsiona para fora (difusional) e ao mesmo tempo uma força elétrica que o impulsiona para dentro (já que, tendo um caráter positivo, é atraído para dentro da célula, que é eletricamente negativa). O balanço dessas forças resulta no potencial de equilíbrio do potássio, ou potencial de Nernst do potássio, que é igual a -94 mV. Por meio desse número, entende-se a tendência do potássio de se movimentar para fora, já que o potencial de repouso de membrana (-90 mV) é menos negativo que o potencial de Nerst do potássio e, saindo da célula, o íon potássio, que é um cátion, deixa o potencial mais negativo (interior em relação ao posterior). Já no caso do sódio, sua maior concentração é no exterior da célula, o que resulta numa força química que causa a entrada de íons sódio. O potencial de equilíbrio desse íon é +61 mV (muito mais positivo do que o potencial de repouso) e assim, para o que o potencial de membrana atinja esse valor, é necessária uma maior quantidade de íons positivos dentro da célula, daí a tendência desse íon de entrar na célula. O cloro, que possui um potencial de equilíbrio de -90 mV, não possui movimento significativo através da membrana celular, já que seu potencial de Nernst é igual ao potencial de repouso de membrana.

O transporte ativo de íons de potássio e sódio para dentro e para fora da célula, respectivamente, é feito por diversas bombas de sódio e potássio distribuídas pela membrana celular. Cada bomba transporta dois íons de potássio para dentro da célula para cada três íons de sódio que é transportado para fora. Essa ação estabelece uma peculiar distribuição de íons positivamente carregados (cátions) entre o meio intra e extracelular, com maior concentração de sódio no meio extracelular e maior concentração de potássio no meio intracelular. Em alguns casos, as bombas de sódio e potássio contribuem sensivelmente para a manutenção do potencial de membrana, mas na maioria das células existem canais especiais de potássio, os canais de repouso ("leak channels"), que controlam o valor do potencial de repouso.

A tendência natural dos íons de sódio e potássio é de se difundir pela membrana impelidos por seus gradientes eletroquímicos, em busca de seus respectivos potenciais de equilíbrio. O sódio entra na célula e o potássio sai. Por causa dos canais de repouso de potássio, sempre abertos, a membrana plasmática é aproximadamente cem vezes mais permeável ao potássio do que ao sódio, ou seja, mais íons de potássio saem da célula do que íons de sódio entram na célula. Essa predominância de saída de íons de potássio leva a uma hiperpolarização da membrana, que estabelece o valor do potencial de repouso de membrana em aproximadamente -70 mV.

Assim como o potencial de repouso, os potenciais de ação dependem da permeabilidade da membrana celular aos íons de sódio e potássio.

Potencial de ação[editar | editar código-fonte]

Quando um estímulo chega a um receptor ou terminação nervosa, sua energia causa uma inversão temporária de cargas na membrana plasmática do neurônio. Como conseqüência, a diferença de potencial, antes de -70 mV entre o interior e o exterior da célula passa a ser positiva, com o valor aproximado de +40 mV. Isso é conhecido como potencial de ação e, nessa condição, a membrana é dita despolarizada (leia despolarização). Essa despolarização ocorre porque os canais da membrana do axônio mudam sua conformação espacial e, assim, se abrem ou se fecham, dependendo da voltagem entre os dois lados da membrana. São, por esse motivo, chamados canais voltagem-dependentes.

Há dois requisitos básicos para geração do potencial de ação: -o potencial passivo deve ultrapassar o potencial limiar excitatório; -a parte ascendente da curva de geração do potencial de ação deve ter inclinação relativamente acentuada. Se algum desses quesitos não for atendido, ocorre acomodação de membrana, em outras palavras, os canais de sódio voltagem-dependentes não se abrem simultaneamente. Normalmente são necessários algo em torno de mil canais de sódio para gerar um potencial de ação e na acomodação de membrana existem menos canais abertos.

A seqüência detalhada de eventos é descrita a seguir:

Primeira teoria: ativação independente[editar | editar código-fonte]

1. No potencial de repouso de membrana, alguns canais de repouso de potássio estão abertos, mas os canais voltagem-dependentes de sódio estão fechados. Íons de potássio se difundindo de acordo com o gradiente de concentração criam um potencial negativo de membrana (interior em relação ao exterior).
2. Uma despolarização local de membrana causada por um estímulo excitatório causa a abertura de alguns canais de sódio voltagem-dependentes na membrana plasmática do neurônio e, conseqüentemente, ocorre a difusão de íons de sódio por esses canais. Como são cátions, o gradiente elétrico estimula inicialmente o influxo de íons na célula, o que causa um aumento de voltagem e a reversão do potencial negativo da membrana. O gradiente químico se mantém durante todo tempo, pois a concentração de sódio no meio extracelular é muito maior do que a do meio intracelular.
3. À medida que os íons de sódio entram na célula e o potencial de membrana vai ficando menos negativo, mais canais de sódio voltagem-dependentes se abrem, causando um influxo de íons de sódio cada vez maior. Esse é um exemplo de realimentação positiva (feedback positivo). Quanto mais canais de sódio se abrem, mais a entrada de sódio predomina sobre a saída de potássio pelos canais de repouso e o potencial de membrana se torna positivo (interior da célula em relação ao exterior).
4. Uma vez que o potencial de membrana atinge +40 mV, comportas inibitórias voltagem-dependentes dos canais de sódio se fecham, porque são ativadas por potenciais de membrana positivos. Assim, o influxo de íons de sódio cessa. Concomitantemente, os canais de potássio voltagem-dependentes começam a se abrir.
5. Quando os canais voltagem-dependentes de potássio se abrem, se inicia um grande movimento de saída de íons de potássio, estimulado pelo gradiente de concentração de potássio e favorecido inicialmente pelo potencial positivo da membrana (interior em relação ao exterior). À medida que os íons de potássio se difundem para o meio extracelular, o movimento de cátions causa a reversão do potencial de membrana para negativo (interior em relação ao exterior). É a repolarização do neurônio, de volta ao potencial de repouso de membrana, bastante negativo.
6. A grande corrente de saída de íons de potássio pelos canais voltagem-dependentes de potássio gera temporariamente um potencial mais negativo do que o potencial de repouso de membrana. Esse fenômeno é conhecido como hiperpolarização de membrana. Nesse ponto, as comportas inibitórias dos canais voltagem-dependentes de potássio se fecham e o potencial de membrana volta a ser comandado pelos canais de repouso de potássio. As bombas de sódio e potássio continuam bombeando íons de sódio para fora e íons de potássio para dentro, prevenindo dessa forma a perda do potencial de repouso de membrana a longo prazo. O potencial de repouso de -70 mV é restabelecido e o neurônio é considerado repolarizado.

Segunda teoria: ativação única[editar | editar código-fonte]

1- Quando o potencial de repouso de membrana sofre uma variação de 20 mV (de -60 a -40 mV), atingindo o limiar de excitação, ocorre a sinalização para a abertura dos canais lentos de K+ e das comportas de ativação dos canais rápidos de Na+ e para o fechamento das comportas lentas de inativação dos canais de Na+. Isso leva a um influxo imediato de grande quantidade de íons Na+, levando a uma despolarização da membrana da célula.

2- A sinalização para o fechamento das comportas de ativação dos canais rápidos de Na+ se dá quando o potencial da membrana atinge valores positivos. Então, gradativamente mais e mais canais de Na+ vão se fechando, diminuindo o influxo de Na+, de modo que o potencial de membrana chega ao seu valor máximo, evitando, assim, que se atinja o potencial de equilíbrio para o Na+ (+55mV).

3- O pico da curva do potencial de membrana pelo tempo é o sinal para o fechamento dos canais lentos de K+, que já se encontram abertos devido à sinalização da etapa 1, levando a um efluxo de íons K+, iniciando o processo de repolarização da membrana.

4 - Na última etapa ocorre a abertura das comportas de inativação dos canais rápidos de Na+, que é sinalizada quando o potencial de membrana se encontra descendente e próximo ao limiar de excitação. Como os canais de K+ demoram a responder à sinalização para seu fechamento, ocorre uma hiperpolarização.

Potencial Graduado e Zona de integração e disparo[editar | editar código-fonte]

Após o surgimento de um potencial pós-sináptico em uma célula nervosa, seja por ação de neurotransmissores em uma sinapse química ou pela corrente de íons em uma sinapse elétrica, se torna necessário que a propagação da informação siga através do dendrito, do soma e do axônio até atingir outro neurônio ou um órgão-efetor.

O potencial pós-sinapse se apresenta como uma corrente de íons através da membrana (despolarizando ou hiperpolarizando), que atravessa o corpo celular até a zona inicial do axônio. Essa corrente é chamada de potencial graduado de membrana.

Potencial graduado da membrana[editar | editar código-fonte]

É um gradiente eletroquímico que se forma entre as camadas da membrana celular em um local restrito da célula. É basicamente uma corrente de íons que percorre o meio intracelular próximo à membrana alterando o potencial de repouso desta. O potencial graduado difere do potencial de ação por não possuir sua constante magnitude e por ser caracteristicamente maior na fonte e decair à medida que se distancia desta. Potenciais graduados podem surgir em diferentes partes da célula que funcionem como receptores e também após sinapses ativadas por neurotransmissores.

Em neurônios que não geram potenciais de ação, como alguns na retina, o potencial graduado é também particularmente importante.

Os potenciais graduados atuam como gatilho de potenciais de ação na porção inicial do axônio quando despolarizam a membrana e inibem a geração do potencial de ação quando a hiperpolarizam, os potenciais graduados vão existir primariamente devido a formação de PEPS(excitatórios) ou PIPS(inibitórios).

Potencial Excitatório Pós-sináptico (PEPS)

O Potencial Excitatório Pós-sináptico é gerado quando há despolarização ou excitação da célula pós-sináptica, por exemplo, como ocorre na junção neuromuscular, onde o neurônio pré-sinaptico libera acetilcolina e abre os canais Na+/K+ acetilcolina-dependentes no músculo esquelético. A abertura desses canais do tipo nicotínicos, onde a acetilcolina é um neurotransmissor excitatório, permite a passagem de Na+ e outros pequenos cátions para o interior da célula, despolarizando-a. Porém, essa despolarização não ocorre em toda a membrana da célula, apenas na parte onde os neurotransmissores agiram, e quanto mais canais forem abertos, mais Na+ entrará na célula, podendo geram um potencial de ação, se o gradiente de Na+ for suficiente para tanto. Um PEPS pode ser gerado também por fechamento dos canais de K+. Os PEPS podem ser formados por sinapses axossosomáticas ou axodendríticas

O Potencial Inibitório Pós-sináptico (PIPS)

O Potencial Inibitório Pós-sináptico é gerado quando há hiperpolarização da célula pós-sináptica, tornando mais difícil a geração de um potencial de ação. O PIPS pode acontecer tanto pela saída de K+ da célula, que é o que ocorre nos canais muscarinícos das células do coração na presença de acetilcolina, como pode acontecer pela entrada de Clˉ , ou ainda pelo fechamento dos canais de Na+/Ca+. A duração do PIPS é curta e o potencial da célula rapidamente retorna ao normal. As sinapses que geram esses potenciais inibitórios geralmente são do tipo axossomáticas, dessa forma os PIPS compensam seu menor número, pois chegam mais rapidamente à zona de disparo, além de perderem menos energia em seu trajeto, aumentando a força de seu sinal. Os PIPS também se beneficiam do Sistema de Limiar de Excitação (tudo ou nada), pois apenas 1mv de diferença que eles possam produzir é capaz de impedir a formação de um potencial de Ação.

Cone de implantação, segmento inicial ou zona de disparo (ZID)[editar | editar código-fonte]

É a região onde o axônio emerge do soma neuronal, caracterizada por um baixo limiar de excitabilidade da membrana. Na Zona de Integração e Disparo (ZID) existe caracteristicamente uma concentração maior de canais voltagem-dependentes de Na+. Então, quando o potencial graduado chega a essa região, os canais são ativados facilmente e um potencial enorme é gerado, o potencial de ação.

Ver também[editar | editar código-fonte]