Potencial de Ação Flashcards
- Defina os conceitos básicos do potencial elétrico.
Existem potenciais elétricos através das membranas de praticamente todas as células do corpo. Além disso, algumas células, como as células nervosas e as dos músculos, são capazes de gerar impulsos eletroquímicos que se modificam com grande rapidez em suas membranas, e esses impulsos são usados para transmitir sinais por toda a membrana dos nervos e músculos. Ainda, em outros tipos de células, como por exemplo as células glandulares, os macrófagos e as células ciliadas, alterações locais dos potenciais de membrana também ativam muitas funções celulares. O foco abordado será sobre os potenciais de membrana gerados tanto durante o repouso quanto durante a atividade das células nervosas e musculares.
- Defina potencial de ação
O potencial de ação é fenômeno de células excitáveis como neurônios e células musculares, e consiste na rápida despolarização (fase ascendente), seguida pela repolarização do potencial de membrana. Os potenciais de ação são o mecanismo básico de transmissão de informação no sistema nervoso e em todos os tipos de músculos.
- Quais as principais características do potencial de ação?
Amplitude e formato estereotípicos. Cada potencial de ação normal de um dado tipo celular parece idêntico, despolariza até o mesmo potencial e repolariza novamente ao mesmo potencial de repouso.
Propagação. O potencial de ação, em um sítio, provoca a despolarização dos sítios adjacentes, trazendo-os ao limiar. A propagação dos potenciais de ação de um sítio para o outro mantém a sua amplitude constante.
Resposta tudo ou nada. O potencial de ação ocorre ou não ocorre. Se a célula excitável é despolarizada até o limiar, no modo normal, a ocorrência do potencial de ação é inevitável. Por outro lado, se a membrana não for despolarizada até o limiar, não ocorre potencial de ação. Na verdade, se o estímulo for aplicado durante o período refratário, o potencial de ação não ocorre ou apresenta amplitude e formato diferentes.
- Como se dá a distribuição de íons nos líquidos intracelular e extracelular? Por que o interior da célula é negativo? Explique o Equilíbrio de Gibbs- Donnan.
O equilíbro de Gibbs-Donnan é caracterizado pelo equilíbrio entre íons que podem atravessar a membrana e os que não podem, ocorrendo um equilíbrio entre as cargas das soluções.
O principal cátion do LEC é o sódio (Na +) e os ânions que o contrabalançam são o cloreto(Cl − ) e o bicarbonato (HCO3 − ).Os principais cátions do LIC são o potássio (K+ ) e o magnésio (Mg 2+ ), sendo os ânions contrabalanceadores, as proteínas e os fosfatos orgânicos. Outras diferenças notáveis na composição desses líquidos envolvem a concentração de Ca 2+ e o pH. Caracteristicamente, a concentração de Ca 2+ ionizado no LIC é muito baixa (≈ 10 −7 mol/L); no LEC, esta concentração é, aproximadamente, quatro vezes maior. O LIC é mais ácido (tem menor pH) do que o LEC. Assim, substâncias encontradas em alta concentração no LEC são observadas em concentrações menores do LIC e vice-versa.
Dessa forma, o interior da célula é negativo uma vez que possui o somatório de partículas menos positivo que o exterior da célula, este somatório é resultante da distribuição dos íons conforme a Equação de Gibbs-Donnan. A pequena diferença de concentração dos íons permeáveis é expressa na proporção de Gibbs-Donnan, que dá a concentração plasmática de ânions com relação ao líquido intersticial e a concentração de cátions no líquido intersticial com relação ao plasma.
- Qual a relação do uso de drogas com o potencial de ação? Como substâncias podem alterar o funcionamento de neurotransmissores ?
Existem substâncias que simulam a ação de determinados neurotransmissores que, ao se ligarem a determinados receptores, desencadeiam uma resposta similar ao neurotransmissor original e elas são conhecidas como agonistas. Existem também os antagonistas, compostos que impedem que ação normal de um receptor ocorra, ao afetar a ligação do neurotransmissor com seu receptor (Krebs, 2013).
As drogas psicotrópicas atuam principalmente nas sinapses, atuando como agonistas ou antagonistas de algum neurotransmissor naturalmente encontrado no corpo humano. A cafeína por exemplo, é um exemplo de droga que atua como agonista de dopamina e de noradrenalina e um antagonista de adenosina.
A adenosina é um neurotransmissor que atua diminuindo ação dos neurotransmissores, estando dessa forma, relacionado ao sono. Ao se ligar aos receptores de adenosina, a cafeína impede que ação desse neurotransmissor se propague, causando efeito oposto, de disposição e entusiasmo. Por isso, a cafeína é considerada uma droga estimulante.
Muitas drogas são agonistas de hormônios de recompensa como dopamina e serotonina. A maior parte das drogas que causam distorções nas atividades cerebrais tem aspecto comum de serem agonistas de serotonina, esse hormônio tem ação no córtex pré-frontal, região que está ligada à modulação de humor, percepção de mundo e cognição e é por isso que são consideradas drogas perturbadoras.
No entanto, não são todas as drogas que são agonistas ou antagonistas de algum neurotransmissor. O álcool por exemplo, ativa neurotransmissores GABA, que são responsáveis pela inibição da atividade do sistema nervoso central e inibe também um neurotransmissor excitatório chamado glutamato. Essas ações levam aos efeitos de perda de equilíbrio, perda de memória, sonolência, dificuldade em calcular a precisão dos movimentos e a sonolência. Com base nesses efeitos, o álcool pode ser considerado uma droga depressora do SNC.
- Cite três exemplos que podem gerar um desequilíbrio no potencial de ação.
O desequilíbrio no potencial de ação pode ocorrer por qualquer substância ou situação que altere o gradiente químico, elétrico ou até mesmo o funcionamento dos neurotransmissores e da fisiologia neurológica. Exemplos comuns seriam: o choque elétrico, uso de drogas lícitas e ilícitas (farmacêuticas incluídas) e doenças neurológicas como a epilepsia.
- Qual a classificação do controle dos canais iônicos ?
• Voltagem-dependentes: canais com portões controlados por mudança da voltagem da membrana.
o Exemplos: Ca2+ e Na+(duas comportas, ativação e inativação).
• Quimiodependentes: ligante dependentes, ou seja, são controlados por substâncias químicas.
o Exemplos: Canais iônicos com receptores nicotínicos (Na+- K+) e GABA (Cl-)
- Defina despolarização, hiperpolarização, corrente de influxo e efluxo.
- Despolarização é o processo de tornar a membrana menos negativa. O potencial normal de membrana em repouso das células excitáveis é orientado com o interior da célula negativo. A despolarização faz com que o interior da célula fique menos negativo ou, até mesmo, se torne positivo.
- Hiperpolarização é o processo de tornar a membrana menos positiva.
- Corrente de influxo é o fluxo de cargas positivas para o interior da célula. Assim, as correntes de influxo despolarizam o potencial de membrana. Exemplo de corrente de entrada é o fluxo de Na + , para dentro da célula, durante a fase ascendente do potencial de ação.
- Corrente de efluxo é o fluxo de cargas positivas para fora da célula. As correntes de efluxo hiperpolarizam o potencial de membrana. Exemplo de corrente de efluxo é o fluxo de K+ para fora da célula durante a fase de repolarização do potencial de ação.
- Defina potencial limiar, pico do potencial de ação, pós-potencial hiperpolarizante e período refratário.
- Potencial limiar é o potencial de membrana onde a ocorrência do potencial de ação é inevitável. Uma vez que o potencial limiar é menos negativo do que o potencial de membrana em repouso, a corrente de influxo é necessária para despolarizar o potencial de membrana até o limiar. No potencial limiar, a corrente de total influxo (p. ex., de Na + ) fica maior do que a corrente de total influxo (p. ex., de K+ ) e a despolarização resultante se torna autossustentada, originando a fase ascendente do potencial de ação. Se a corrente de total influxo for menor do que a corrente de total efluxo, a membrana não será despolarizada até o limiar e não ocorrerá potencial de ação.
- Pico do potencial de ação (ultrapassagem) é a fase do potencial de ação onde o potencial de membrana é positivo (interior da célula positivo).
- Pós-potencial hiperpolarizante (hiperpolarização) é a fase do potencial de ação, após a repolarização, quando o potencial de membrana fica mais negativo do que em repouso.
- Período refratário é o período em que outro potencial de ação normal não pode ser iniciado em célula excitável. Os períodos refratários podem ser absolutos ou relativos.
- Explique o funcionamento da Bomba de Na/K, por que ocorre o gasto de energia? Qual o tipo de transporte realizado?
Reestabelece o gradiente químico da célula o Recupera o potencial de repouso da célula, o gasto de energia configura esse transporte como ativo primário, uma vez que o ATP é usado diretamente para ser realizado o transporte contra o gradiente químico.
A Na + -K+ ATPase está presente nas membranas de todas as células. Ela bombeia Na+ do LIC para o LEC e K+ do LEC para o LIC. Cada íon se move contra seu respectivo gradiente eletroquímico. A estequiometria pode variar, mas, geralmente, para cada três íons Na + lançados para fora da célula, dois íons K+ são bombeados para seu interior. Essa estequiometria de três íons Na + para dois íons K+ significa que, a cada ciclo da Na + -K+ ATPase, mais carga positiva é tirada da célula do que nela é colocada.
Assim, o processo é denominado eletrogênico, já que cria separação de carga e diferença de potencial. A Na + -K+ ATPase é responsável pela manutenção dos gradientes de concentração desses dois íons, através das membranas celulares, mantendo a concentração intracelular de Na + baixa e a concentração intracelular de K+ elevada.
- Explique o princípio “tudo ou nada”.
A célula se despolariza se tiver condições adequadas (potencial de repouso), se o estímulo for suficiente para atingir o potencial limiar o Condições insuficientes não levarão ao potencial de ação o Condições supra favoráveis, como estímulo supra limiar, farão a célula despolarizar, porém de forma semelhante às condições normais
Uma vez ultrapassado o limiar de excitação de um neurônio, ele irá desencadear sempre a mesma resposta, independentemente da intensidade do estímulo.
- Como o aumento da concentração de cálcio ou potássio alteram os potenciais ?
Para analisarmos a despolarização da membrana celular precisamos lembrar do efeito dos íons Cálcio (Ca) e Potássio(K):
O Potássio, seguindo a equação de Nernst e Goldman, Erepouso = Epotássio, logo ao mudar as concentrações de K, há alteração no potencial de repouso. Calemia é a concentração plasmática de potássio no sangue:
● Hipercalemia (hiperpotassemia): ↑Kextracelular
○ Como o Prepousofica menos negativo, há uma hipopolarização.
● Hipocalemia (hipopotassemia): ↓Kextracelular = ↑Kintracelular
○ Como o Potencial repouso fica mais negativo, há uma hiperpolarização.
Para analisarmos a despolarização da membrana celular precisamos lembrar do efeito dos íons Cálcio (Ca) e Potássio(K):
O Cálcio, seguindo a equação de Nernst e Goldman, é responsável pelo Potencial Limiar. Calcemia é a concentração plasmática de cálcio no sangue:
● Hipercalcemia: ↑Ca ○ O limiar fica menos negativo, logo a distância entre Potencial limiar e o Potencial repouso aumenta.
● Hipocalcemia: ↓Ca ○ O limiar mais negativo, assim a distância entre o Potencial limiar e Potencial repouso diminui.
- Quais as estruturas responsáveis pela condução saltatória?
A condução saltatória acontece nos neurônios mielinizados, a condução do sinal acontece apenas nos nodos de Ranvier, os íons não passam pela bainha de mielina, pois ela é isolante, logo o sinal passa pelo interior do axônio. Isso aumenta a velocidade 50 vezes da condução e economiza energia do neurônio. Se o neurônio fosse inteiramente mielinizado, o potencial de ação não seria transmitido, já que é preciso de momentos de baixa resistência para que a corrente despolarizante flua.
- Qual a relação entre hipercalemia e fraqueza muscular?
É importante entender que a [K+ ] sérica gravemente elevada (hipercalemia) resulta na fraqueza muscular. A causa dessa fraqueza pode ser explicada da seguinte maneira: o potencial de membrana em repouso das células musculares é determinado pelo gradiente de concentração de K+ , através da membrana celular (equação de Nernst). Em repouso, a membrana celular é muito permeável ao K+ que se difunde pela célula, ao longo de seu gradiente de concentração, criando potencial de difusão de K+ .
Esse potencial de difusão de K+ é responsável pelo potencial da membrana em repouso, que é negativo no interior das células. Quanto maior o gradiente de concentração de K+ , maior a negatividade da célula. Quando a [K+ ] sanguínea é elevada, o gradiente de concentração, através da membrana celular, é menor do que o normal; o potencial de membrana em repouso será, portanto, menos negativo (i.e., despolarizado). Pode-se suspeitar que essa despolarização facilitaria a geração de potenciais de ação no músculo, já que o potencial de membrana em repouso seria próximo ao limiar. Efeito mais importante da despolarização, porém, é o fechamento das comportas de inativação nos canais de Na + . Quando essas comportas de inativação são fechadas, potenciais de ação não podem ser gerados, mesmo se as comportas de ativação estiverem abertas. Sem potenciais de ação no músculo, não pode ocorrer contração.
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- Como a esclerose múltipla afeta o funcionamento das funções motoras a longo prazo?
Os potenciais de ação são propagados ao longo das fibras nervosas, pela progressão das correntes locais, da seguinte maneira: quando ocorre o potencial de ação, a corrente de influxo da fase ascendente despolariza a membrana naquele ponto, revertendo a polaridade (i.e., o interior daquele sítio se torna, brevemente, positivo). A despolarização é, então, levada aos sítios adjacentes, ao longo da fibra nervosa, pelo fluxo local de corrente. É importante notar que, se essas correntes locais despolarizam a região adjacente ao limiar, dispara um potencial de ação, ou seja, o propaga. A velocidade da propagação do potencial de ação é denominada velocidade de condução. Quanto mais correntes locais podem-se disseminar, sem decair (expressas como a constante de comprimento), mais rápida será a velocidade de condução.
Existem dois fatores principais que aumentam a constante de comprimento e, portanto, a velocidade de condução nos nervos: o maior diâmetro do nervo e a mielinização. A mielina é o isolante de axônios que aumenta a resistência da membrana e diminui sua capacitância. Ao aumentar a resistência da membrana, a corrente é forçada a seguir pelo interior do axônio e, assim, menos corrente é perdida pela membrana da célula (aumentando a constante de comprimento); uma vez que mais corrente segue pelo axônio, a velocidade de condução aumenta.
Ao diminuir a capacitância da membrana, as correntes locais a despolarizam com maior rapidez, o que também aumenta a velocidade de condução. Para que os potenciais de ação sejam conduzidos em nervos mielinizados, devem existir interrupções periódicas na bainha de mielina (nos nodos de Ranvier), onde existe concentração de canais de Na + e K+ .
Assim, nos nodos, as correntes iônicas necessárias ao potencial de ação podem fluir pela membrana (p. ex., a corrente interna de Na + necessária ao aumento do potencial de ação). Entre os nodos, a resistência da membrana é muito alta e a corrente é forçada a fluir rapidamente, pelo axônio, até o nodo seguinte, onde o próximo potencial de ação pode ser gerado.
Assim, o potencial de ação parece “pular” de nodo de Ranvier até o outro. Isso é denominado condução saltatória. A esclerose múltipla é a doença desmielinizante do sistema nervoso central mais comum. A perda da bainha de mielina ao redor das fibras nervosas diminui a resistência da membrana, fazendo com que a corrente “extravase” pela membrana durante a condução.
Por essa razão, as correntes locais decaem mais rapidamente ao fluir pelo axônio (diminuição da constante de comprimento) e, por causa disso, podem ser insuficientes para gerar um potencial de ação ao chegarem ao próximo nodo de Ranvier. Se toda a fibra nervosa fosse recoberta por bainha ininterrupta lipídica de mielina, não haveria potenciais de ação, já que não existiriam as interrupções de baixa resistência pelas quais flui a corrente despolarizante. É importante, portanto, notar que, a intervalos de 1 a 2 mm, a bainha de mielina é interrompida, nos nodos de Ranvier. Nos nodos, a resistência da membrana é baixa, a corrente pode fluir através da membrana e os potenciais de ação podem ocorrer.
Assim, a condução de potenciais de ação é mais rápida em nervos mielinizados do que nos não mielinizados, já que esses potenciais “saltam” grandes distâncias de um nodo ao próximo no processo denominado condução saltatória.
