Potencial de Membrana

Descrição Geral

• A maioria das células do corpo humano possui um potencial de membrana.
  • A bicamada lipídica da membrana plasmática (MP) isola o interior da célula do exterior e não permite a difusão livre de iões.
  • Canais de iões e transportadores seletivos permitem aumentos na concentração de iões carregados dentro e/ou fora da MP.
• A maioria das células tem um potencial elétrico através da sua MP.
  • O interior da célula é ligeiramente mais MAIS Androgen Insensitivity Syndrome negativo do que o exterior.
  • Em algumas células, essa carga pode equalizar ou até reverter rapidamente em resposta a estímulos.
• Tipos de potencial
  • Potencial de membrana em repouso
  • Potencial de equilíbrio
  • Potencial de ação do nervo

Potencial de Equilíbrio

Descrição Geral

• Também conhecido como potencial de reversão ou “estado isoelétrico”
• Voltagem potencial transmembranar na qual não há fluxo líquido de iões através da MP
  • Os iões difundem-se de acordo com o seu gradiente de concentração, bem como para neutralizar as suas cargas elétricas (por exemplo, iões carregados negativamente desejam viajar em direção a áreas carregadas positivamente).
  • Podem agir em conjunto para empurrar iões numa direção ou podem opor-se uns aos outros

Equação de Nernst

Usada para calcular o potencial de equilíbrio de uma determinada diferença de concentração de um ião permeável através da membrana celular.

$$ V_{eq}= \left ( RT/zF \right )ln\left ( X_{o} /X_{i}\right ) $$

Veq = potencial de equilíbrio para o ião X
R = constante do gás (8,314 joules por kelvin por mol)
T = temperatura em kelvin (K = °C + 273,15)
z = carga no ião (+1 para Na+, +2 para Ca2+, −1 para Cl−)
F = constante de Faraday (96.485 Coulombs por mol)
Xi = concentração intracelular ( mM MM Multiple myeloma (MM) is a malignant condition of plasma cells (activated B lymphocytes) primarily seen in the elderly. Monoclonal proliferation of plasma cells results in cytokine-driven osteoclastic activity and excessive secretion of IgG antibodies. Multiple Myeloma)
Xo = concentração extracelular ( mM MM Multiple myeloma (MM) is a malignant condition of plasma cells (activated B lymphocytes) primarily seen in the elderly. Monoclonal proliferation of plasma cells results in cytokine-driven osteoclastic activity and excessive secretion of IgG antibodies. Multiple Myeloma)

Potencial de Membrana em Repouso

Descrição Geral

• Potencial que as células têm através das suas membranas no seu estado basal
  • Células excitáveis (neurónios, músculo cardíaco, etc) retornam a esse potencial de repouso entre os potenciais de ação
  • As células não excitáveis permanecem constantemente no potencial de repouso.
• Resultado do movimento de várias espécies iónicas diferentes através de vários canais iónicos e transportadores (uniportadores, cotransportadores e bombas) na MP
• O potencial de difusão depende
  • Da carga dos iões (principalmente Na+, K+ e Cl-)
  • Da diferença na concentração de iões dentro versus fora da célula
  • Da permeabilidade da MP aos iões
• Potencial de membrana em repouso de vários tecidos:
  • Neurónio -70mV
  • Músculo esquelético -90mV
  • Cardíaco -90mV
• Potencial de membrana “restless”
  • Potencial instável
  • Oscila entre -60mV e -40mV
  • Visto em tecidos de pacemaker Pacemaker A device designed to stimulate, by electric impulses, contraction of the heart muscles. It may be temporary (external) or permanent (internal or internal-external). Bradyarrhythmias
    • Nó sinoauricular (SA) no sistema cardiovascular (SCV)
    • Células de Cajal no trato GI
    • Complexo pré-Bötzinger: uma rede neuronal no tronco cerebral venterolateral que gera o ritmo respiratório

Equação de Goldman

O potencial de membrana de repouso pode ser considerado a média dos potenciais de equilíbrio de todos os iões que permeiam dentro e fora de uma célula, modificado pela permeabilidade relativa de uma célula a esses íons.

$$ E_{m}=\frac{RT}{F}ln\left ( \frac{P_{K}\left [ K^{+} \right ]_{out}+P_{Na}\left [ Na^{+} \right ]_{out}+P_{Cl}\left [ Cl^{-} \right ]_{in}}{P_{K}\left [ K^{+} \right ]_{in}+P_{Na}\left [ Na^{+} \right ]_{in}+P_{Cl}\left [ Cl^{-} \right ]_{out}} \right ) $$

E _m : o potencial de membrana (em volts, equivalente a joules por coulomb)
Pion: a seletividade para aquele ião (em metros por segundo)
[ion]_out : a concentração extracelular desse ião (em moles Moles Primary Skin Lesions por metro cúbico, para combinar com o outro Sistema Internacional de Unidades (SI))
[ion]in : a concentração intracelular desse ião (em mols por metro cúbico)
R: a constante ideal do gás (joules por kelvin por mol)
T: a temperatura em kelvins
F: Constante de Faraday (coulombs por mol)

Potencial de Ação

Descrição Geral

• Visto em células excitáveis (principalmente neurónios)
• Enquanto no potencial de membrana em repouso, os canais iónicos abrem-se e levam a um rápido fluxo de iões através da MP ao longo do seu gradiente de concentração.
• Leva a mudanças rápidas na voltagem através da MP (despolarização)
• As alterações estão localizadas na área ao redor dos canais iónicos abertos.
• Canais iónicos sensíveis à voltagem em áreas adjacentes abrem-se em resposta à mudança no potencial de membrana, permitindo o influxo de iões.
• O potencial é assim propagado por toda a superfície da membrana celular.

Fases de um potencial de ação do nervo

• Potencial de membrana em repouso num neurónio
  • Na linha de base -70mV
  • Reflete o potencial de equilíbrio do K+ devido à sua alta condutância através da MP (de dentro para fora)
    • Num neurónio em repouso: alta concentração de Na+ no líquido extracelular (LEC) e alta concentração de K+ no líquido intracelular (LIC)
    • Os canais de vazamento de K+ estão abertos enquanto os canais de Na+ estão fechados.
    • Leva a um fluxo de iões K+ de dentro da célula, gerando um potencial de membrana em repouso negativo
• Período latente
  • Quando um estímulo é dado, não ocorre imediatamente uma resposta.
  • Intervalo de tempo entre o estímulo e a resposta
• Aumento do potencial de ação ou despolarização
  • Ocorre despolarização, o que causa a abertura dos canais de Na+ dependentes de voltagem
  • Leva ao rápido influxo de iões Na+ na célula ao longo do seu gradiente de concentração
  • Condutância Na+ > Condutância K+
  • Isso faz com que o potencial de membrana se aproxime do potencial de equilíbrio do Na+ (+65mV).
  • O potencial de membrana permanece positivo por um breve período de tempo.
• Repolarização
  • A despolarização causa as seguintes alterações
    • Fecha as portas de inativação dos canais de Na+
    • Abre lentamente os canais de K+, causando um aumento da condutância de K+ mais MAIS Androgen Insensitivity Syndrome do que o potencial de membrana em repouso
  • Condutância K+ > condutância Na+, causando repolarização
  • A repolarização ocorre principalmente devido ao efluxo de K+
• Overshoot Overshoot Membrane Potential ou hiperpolarização
  • O canal de Na+ fecha.
  • A condutância do K+ permanece mais MAIS Androgen Insensitivity Syndrome alta que o potencial de repouso da membrana em repouso durante algum tempo.
  • O potencial de membrana fica próximo do potencial de equilíbrio do K+, que é -90mV.

Períodos refratários

• Período refratário absoluto
  • Do disparo a ⅓ da repolarização
  • Durante este período, um 2º estímulo, por maior que seja, não pode iniciar outro potencial de ação.
• Período refratário relativo
  • Do final do período refratário absoluto até o potencial de membrana atingir o seu nível de repouso
  • Durante este período, o potencial de ação pode ser elicitado se for fornecido um estímulo maior.

Relevância Clínica

• Potenciais de ação cardíacos e potencial de pacemaker Pacemaker A device designed to stimulate, by electric impulses, contraction of the heart muscles. It may be temporary (external) or permanent (internal or internal-external). Bradyarrhythmias: as células do coração transmitem potenciais de ação diferentes daqueles observados nos neurónios. As fases de pico dos potenciais de ação duram mais MAIS Androgen Insensitivity Syndrome do que as observadas nos neurónios devido à atividade dos canais de cálcio ( Ca CA Condylomata acuminata are a clinical manifestation of genital HPV infection. Condylomata acuminata are described as raised, pearly, flesh-colored, papular, cauliflower-like lesions seen in the anogenital region that may cause itching, pain, or bleeding. Condylomata Acuminata (Genital Warts)) mais MAIS Androgen Insensitivity Syndrome lentos, que abrem e mantêm o potencial de ação por mais MAIS Androgen Insensitivity Syndrome tempo. Além disso, um grupo de células especiais no nó SA é caracterizado como tendo potencial de pacemaker Pacemaker A device designed to stimulate, by electric impulses, contraction of the heart muscles. It may be temporary (external) or permanent (internal or internal-external). Bradyarrhythmias. Esse potencial de ação é gerado automaticamente no final do anterior, dando ao processo um padrão automático repetitivo que regula os batimentos cardíacos.
• Síndrome de Brugada: uma condição genética que leva a arritmias cardíacas devido a mutações hereditárias nos canais de Na+ no músculo cardíaco, que levam à condução aberrante do potencial de ação, arritmia e paragem cardíaca súbita. Os pacientes são tratados com desfibrilhadores cardíacos implantados que podem detetar ritmos aberrantes e aplicar um choque ao coração para redefinir o potencial de ação.