6 - Potencial de Membrana e Propriedades Elétricas Passivas do Neurônio

Question 1

Como o potencial de membrana de repouso é estabelecido e mantido em células nervosas?

Answer 1

O potencial de repouso é estabelecido pela distribuição desigual de íons entre o interior e o exterior da célula, mantido pela permeabilidade seletiva de íons e pela ação da bomba Na+/K+. Canais de K+ abertos permitem que íons K+ saiam da célula, criando uma carga negativa interna que equilibra o fluxo de K+ devido ao gradiente de concentração. O equilíbrio dinâmico entre os influxos de Na+ e efluxos de K+ estabiliza o potencial.

Question 2

Explique o papel da bomba Na+/K+ na manutenção do gradiente eletroquímico.

Answer 2

A bomba Na+/K+ usa energia de ATP para mover 3 Na+ para fora e 2 K+ para dentro da célula, contra seus gradientes. Esse processo é crucial para restabelecer os gradientes de Na+ e K+, que permitem o potencial de repouso e a condução de potenciais de ação

Question 3

Como os gradientes eletroquímicos de Na+ e K+ contribuem para a geração do potencial de ação?

Answer 3

VDurante o potencial de ação, a despolarização abre canais de Na+ dependentes de voltagem, permitindo o influxo de Na+ e invertendo o potencial de membrana. Quando o potencial de ação atinge o pico, canais de K+ se abrem, permitindo a saída de K+, repolarizando a célula ao seu estado de repouso.

Question 4

Quais são as propriedades passivas da membrana e como elas influenciam a condução do sinal?

Answer 4

As propriedades passivas incluem resistência de membrana, capacitância e resistência axoplasmática, que afetam a velocidade de propagação dos sinais elétricos. A capacitância causa um atraso na resposta ao potencial de ação, enquanto a resistência axial influencia a distância que o sinal pode percorrer.

Question 5

Qual importância do comprimento do constante (λ) na condução eletrotônica?

Answer 5

A constante de comprimento (λ) indica a distância em que o potencial decai para 37% do seu valor inicial. Em dendritos e axônios com λ maior, o sinal eletrotônico pode percorrer distâncias maiores, facilitando a integração espacial dos sinais e a propagação do potencial de ação.

Question 6

Descreva como o potencial de equilíbrio para K+ é determinado e sua relação com o potencial de repouso

Answer 6

O potencial de equilíbrio para K+ é dado pela Equação de Nernst e depende da concentração de K+ dentro e fora da célula. Em glia e em algumas células nervosas, onde a membrana é principalmente permeável a K+, o potencial de repouso aproxima-se do potencial de equilíbrio de K+, em torno de -75 mV.

Question 7

Como o fenômeno de despolarização e hiperpolarização é alcançado na membrana neuronal?

Answer 7

A despolarização ocorre com a entrada de Na+ através de canais de Na+, reduzindo a negatividade interna. A hiperpolarização é obtida pela saída de K+ ou entrada de Cl−, aumentando a separação de cargas e tornando o potencial de membrana mais negativo que o repouso.

Question 8

Explique o impacto da capacitância de membrana na taxa de mudança do potencial de membrana

Answer 8

A capacitância de membrana causa um atraso na alteração do potencial em resposta a correntes, pois carga deve ser acumulada ou dissipada no capacitor. Esse efeito é descrito pela constante de tempo (τ), que determina o tempo necessário para a membrana alcançar cerca de 63% de uma nova voltagem.

Question 9

Como a resistência axoplasmática afeta a propagação de sinais ao longo de um axônio?

Answer 9

A resistência axoplasmática limita o fluxo de corrente ao longo do axônio. Axônios com menor resistência axial (diâmetro maior) permitem que os sinais viagem mais longe sem decair, facilitando uma condução mais eficiente e rápida.

Question 10

Por que o potencial de repouso de células gliais é tipicamente mais negativo do que o de neurônios?

Answer 10

Células gliais têm membranas permeáveis principalmente a K+ e não possuem canais de Na+ abertos, o que resulta em um potencial de repouso próximo ao potencial de equilíbrio de K+ (aproximadamente -75 mV). Em contraste, neurônios são permeáveis a múltiplos íons, resultando em um potencial de repouso menos negativo.

Question 11

Como o princípio da soma temporal e espacial contribui para a integração dos sinais sinápticos em um neurônio?

Answer 11

A soma temporal e espacial são processos essenciais para a integração de sinais em um neurônio. A soma temporal ocorre quando sinais de uma mesma sinapse se repetem em rápida sucessão, permitindo que potenciais pós-sinápticos excitatórios (EPSPs) ou inibitórios (IPSPs) se somem antes de o potencial de membrana retornar ao repouso. Na soma espacial, sinais de diferentes sinapses próximas se combinam simultaneamente, influenciando o potencial de membrana no corpo celular. Esses processos determinam se o neurônio atingirá o limiar para disparar um potencial de ação, integrando múltiplos inputs para uma resposta coordenada. A soma eficaz de EPSPs e IPSPs permite que o neurônio responda de maneira precisa às entradas sinápticas variadas, facilitando a modulação da atividade neuronal em redes complexas.

Question 12

Como a distribuição de canais iônicos ao longo do axônio influencia a condução do potencial de ação

Answer 12

A distribuição de canais de Na+ e K+ ao longo do axônio, especialmente em regiões de alta densidade nos nódulos de Ranvier, permite a condução saltatória. Nos axônios mielinizados, os canais se concentram nos nódulos, onde o potencial de ação é regenerado. Isso permite que o sinal “salte” entre os nódulos, acelerando a condução e reduzindo a necessidade de abertura contínua dos canais ao longo do axônio, economizando energia e aumentando a velocidade de propagação.

Question 13

Explique como as propriedades de condução eletrotônica afetam o potencial de membrana nos dendritos

Answer 13

A condução eletrotônica nos dendritos é passiva, o que significa que os sinais perdem intensidade com a distância devido à resistência e capacitância. Dendritos com maior comprimento constante (λ) e menor resistência axial conduzem sinais mais efetivamente, permitindo a propagação de potenciais pós-sinápticos até o corpo celular. Essa propriedade é fundamental para a integração espacial de sinais, já que EPSPs e IPSPs podem viajar pelos dendritos e influenciar o disparo do neurônio.

Question 14

Como a fosforilação de proteínas pode modular a função dos canais iônicos e influenciar a excitabilidade neuronal?

Answer 14

A fosforilação de canais iônicos, geralmente por quinases ativadas por sinais intracelulares, pode alterar a probabilidade de abertura dos canais ou sua resposta a voltagens. Esse processo de modulação é importante para a plasticidade sináptica, permitindo que o neurônio ajuste sua excitabilidade e resposta aos estímulos de acordo com condições específicas, como a intensidade de estímulos ou o aprendizado.

Question 15

Por que a hiperpolarização pós-potencial é importante para a frequência de disparos dos neurônios?

Answer 15

A hiperpolarização pós-potencial ocorre após um potencial de ação, quando a membrana torna-se temporariamente mais negativa que o potencial de repouso devido à saída excessiva de K+. Essa fase inibe disparos subsequentes, estabelecendo um período refratário que regula a frequência de potenciais de ação, evitando disparos excessivos e permitindo uma codificação mais precisa de informações.

Question 16

Como o diâmetro de um axônio afeta a velocidade de condução do potencial de ação?

Answer 16

Um axônio com maior diâmetro apresenta menor resistência axial, permitindo que as correntes fluam mais facilmente ao longo do axônio. Isso resulta em uma velocidade de condução mais rápida, pois o sinal se propaga com menos dissipação de energia, possibilitando uma resposta neural mais eficiente, especialmente em axônios mielinizados de neurônios motores.

Question 17

Descreva o mecanismo de feedback negativo mediado por canais de potássio e seu papel na regulação do potencial de ação.

Answer 17

Após a ativação dos canais de Na+ e a despolarização da membrana, os canais de K+ se abrem em resposta ao aumento de voltagem, permitindo a saída de K+ e repolarizando a célula. Esse feedback negativo restabelece o potencial de repouso e encerra o potencial de ação, garantindo que o sinal seja breve e unidirecional.

Question 18

Como a capacitância da membrana celular influencia o tempo necessário para a célula atingir um novo potencial de equilíbrio?

Answer 18

A capacitância determina a quantidade de carga que a membrana pode armazenar. Quando uma corrente é aplicada, o tempo necessário para a membrana atingir um novo potencial depende da constante de tempo (τ), que é o produto da resistência e da capacitância. Uma capacitância alta prolonga o tempo para mudanças de potencial, influenciando a resposta da célula a estímulos rápidos.

Question 19

Explique como a presença de canais de Cl− pode estabilizar o potencial de membrana em neurônios inibitórios.

Answer 19

Canais de Cl− mantêm o potencial de membrana próximo ao potencial de equilíbrio de Cl−. Em sinapses inibitórias, a abertura desses canais hiperpolariza a célula ou estabiliza o potencial de membrana, dificultando o disparo do potencial de ação e fornecendo um mecanismo de inibição importante para o controle da excitabilidade neuronal.

Question 20

Como a interação entre o potencial de repouso e o limiar de disparo define a sensibilidade de um neurônio a estímulos excitatórios?

Answer 20

A proximidade do potencial de repouso ao limiar de disparo influencia a facilidade com que um neurônio responde a estímulos. Se o potencial de repouso estiver próximo ao limiar, pequenos EPSPs podem levar a um potencial de ação. Neurônios com potenciais de repouso mais negativos exigem uma soma mais forte de sinais excitatórios, modulando a resposta e prevenindo disparos espontâneos.

Question 21

Quais são os mecanismos que permitem o período refratário absoluto e relativo, e como eles afetam a propagação do potencial de ação?

Answer 21

O período refratário absoluto ocorre quando os canais de Na+ estão inativados logo após um potencial de ação, impedindo um novo disparo. No período refratário relativo, os canais de K+ ainda estão abertos, hiperpolarizando a célula, o que requer um estímulo mais forte para alcançar o limiar. Esses períodos garantem a unidirecionalidade e regulam a frequência de disparos dos neurônios.

Question 22

Como o potencial de membrana em repouso é mantido e qual o papel dos canais iônicos e da bomba de sódio-potássio nesse processo?

Answer 22

O potencial de membrana em repouso, geralmente entre -60 a -70 mV, é mantido pela distribuição desigual de íons entre o interior e o exterior da célula, principalmente sódio (Na⁺), potássio (K⁺), e cloreto (Cl⁻). Os canais de vazamento de potássio permitem que o K⁺ saia lentamente da célula, o que torna o interior da célula mais negativo. A bomba de sódio-potássio também desempenha um papel crucial, utilizando ATP para mover K⁺ para dentro e Na⁺ para fora da célula, contra seus gradientes de concentração. Esse mecanismo mantém a alta concentração de K⁺ dentro da célula e Na⁺ fora dela, estabilizando a diferença de carga. A combinação da permeabilidade seletiva da membrana (principalmente para K⁺) e da ação contínua da bomba de sódio-potássio cria e sustenta o potencial de repouso, preparando a célula para responder rapidamente a estímulos.

Question 23

Qual é a importância do potencial de membrana em repouso e como ele é calculado considerando a contribuição de múltiplos íons?

Answer 23

O potencial de membrana em repouso é fundamental para a excitação e a prontidão do neurônio para gerar potenciais de ação. Esse estado de repouso estabelece um ambiente onde a célula pode responder rapidamente a estímulos externos, pois uma pequena alteração na voltagem da membrana pode desencadear um potencial de ação. A equação de Nernst é usada para calcular o potencial de equilíbrio de cada íon individualmente, mas o potencial de repouso completo leva em conta a contribuição de múltiplos íons (principalmente K⁺, Na⁺ e Cl⁻). A equação de Goldman-Hodgkin-Katz é usada para calcular esse potencial considerando as permeabilidades relativas da membrana a esses íons. Essa capacidade de manter um potencial estável e ajustável é vital para a comunicação entre neurônios e para o funcionamento eficaz do sistema nervoso.

Question 24

Como a inflamação altera o potencial de repouso dos neurônios e reduz o limiar para dor, fazendo com que sintamos mais sensibilidade?

Answer 24

A inflamação altera o potencial de repouso dos neurônios, tornando-os mais sensíveis e, consequentemente, diminuindo o limiar para dor. Durante um processo inflamatório, substâncias pró-inflamatórias, como prostaglandinas e citocinas, são liberadas e interagem com os neurônios sensoriais. Essas substâncias podem modificar a atividade dos canais iônicos, especialmente os de sódio (Na⁺) e potássio (K⁺), tornando a membrana mais permeável a íons positivos e causando uma leve despolarização. Como resultado, o potencial de repouso fica mais próximo do limiar de disparo para um potencial de ação. Esse estado despolarizado facilita a ativação do neurônio com estímulos menores, o que reduz o limiar para a dor e aumenta a sensação de dor ao menor estímulo. Em outras palavras, com o potencial de repouso alterado, o neurônio dispara sinais de dor mais facilmente, resultando em uma hipersensibilidade que faz com que até estímulos leves sejam percebidos como dolorosos.

Question 25

Qual é a função dos canais de potássio de vazamento no potencial de membrana em repouso?

Answer 25

Os canais de potássio de vazamento permitem a saída contínua de íons de potássio (K⁺) da célula, o que ajuda a manter uma carga negativa no interior da célula em relação ao exterior. Esse fluxo de K⁺ é fundamental para estabilizar o potencial de membrana em repouso, preparando o neurônio para responder a novos estímulos.

Question 26

Como a bomba de sódio-potássio contribui para o potencial de membrana em repouso?

Answer 26

A bomba de sódio-potássio utiliza energia (ATP) para trocar três íons de sódio (Na⁺) do interior para o exterior da célula por dois íons de potássio (K⁺) para o interior. Isso ajuda a manter altas concentrações de Na⁺ fora e K⁺ dentro da célula, restabelecendo o potencial de membrana em repouso após potenciais de ação e garantindo que o neurônio esteja preparado para novos impulsos.

Question 27

O que são as propriedades passivas da membrana e como elas afetam a propagação dos sinais elétricos?

Answer 27

As propriedades passivas da membrana, como a resistência e a capacitância, afetam a forma como sinais elétricos se espalham pela célula sem a ativação de canais de íons regulados. Essas propriedades determinam a velocidade de propagação e a integração de sinais nos dendritos e axônios, influenciando a capacidade do neurônio de responder a estímulos e processar informações.

Question 28

Como a equação de Goldman contribui para entender o potencial de membrana em repouso?

Answer 28

A equação de Goldman leva em conta as concentrações internas e externas de múltiplos íons (principalmente potássio, sódio e cloro) e as suas permeabilidades relativas, para calcular o potencial de repouso da membrana. Ela permite entender como diferentes íons contribuem para o potencial de repouso, dependendo da permeabilidade seletiva da membrana para cada um deles.

Question 29

Se uma maior permeabilidade significa maior influência no potencial, qual íon tem a maior influência no potencial de membrana?

Answer 29

O íon de potássio (K⁺) tem a maior influência no potencial de membrana em repouso, pois a membrana celular em repouso é mais permeável ao potássio do que a outros íons, como sódio ou cloro.

Question 30

No circuito equivalente elétrico da membrana, o que representa o “resistor” e qual é a sua importância?

Answer 30

No circuito equivalente elétrico, o “resistor” representa a condutância ou resistência dos canais iônicos na membrana. Ele controla o fluxo de íons pela membrana, determinando quão facilmente cada íon pode atravessar. A resistência dos canais é fundamental para definir o comportamento passivo da membrana, regulando a quantidade de corrente que passa e, assim, influenciando o potencial de membrana e a resposta do neurônio aos sinais.