Rang e Dale: Farmacologia
Eventos elétricos e iônicos responsáveis pelo potencial de ação
seguintes características são particularmente importantes:
• O potencial de membrana
• A permeabilidade da membrana plasmática a diferentes íons
• A concentração intracelular dos íons, especialmente a [Ca2+] i.
Em condições de repouso, todas as células mantêm um potencial interno
negativo, entre –30 mV e –80 mV, dependendo do tipo de célula. Isso
ocorre porque (a) a membrana é relativamente impermeável ao Na+ e (b) os
íons Na+ são ativamente transportados para fora da célula em troca de K+
por um transportador dependente de energia, a bomba de sódio (ou Na+-K+-
ATPase). Com isso, a concentração intracelular de K+, [K+]i, é maior que a
extracelular, enquanto a de Na+, [Na+] i, é menor. Em muitas células, outros íons, especialmente o Cl–, também são ativamente transportados e
distribuídos de forma desigual em ambos os lados da membrana. Em muitos
casos (p. ex., nos neurônios), a permeabilidade da membrana ao K+ é
relativamente elevada, e o potencial de membrana permanece entre –60 mV
e –80 mV, próximo ao potencial de equilíbrio de K+ (Figura 4.3). Em outras
células (p. ex., músculo liso), os ânions desempenham um papel mais
importante, e o potencial de membrana geralmente é menor (–30 a –50
mV), sendo menos dependente de K+.
EVENTOS ELÉTRICOS E IÔNICOS RESPONSÁVEIS
PELO POTENCIAL DE AÇÃO
Nosso conhecimento atual da excitabilidade elétrica repousa solidamente
nos trabalhos de Hodgkin, Huxley e Katz em axônios de lula publicados em
1949-1952. Seus experimentos (Katz, 1966) mostraram a existência de canais de íons controlados por voltagem (pp. 60-61) e demonstraram que o
potencial de ação é gerado pela combinação de dois processos:
1. Aumento rápido e transitório da permeabilidade ao Na+ que ocorre
quando a membrana é despolarizada além de aproximadamente –50 mV.
2. Aumento mais lento e sustentado da permeabilidade ao K+.
Em virtude da desigualdade nas concentrações de Na+ e K+ em ambos
os lados da membrana, o aumento na permeabilidade ao Na+ produz uma
corrente de entrada (despolarizante) de íons Na+, enquanto o aumento na
permeabilidade ao K+ provoca uma corrente de saída (repolarizante) desse
íon. A independência dessas duas correntes pode ser claramente
demonstrada pelo uso de fármacos que bloqueiam os canais de sódio e de
potássio, como mostra a Figura 4.4. Durante a gênese ou propagação
fisiológica do impulso nervoso, o primeiro evento é uma pequena
despolarização da membrana produzida pela ação de um transmissor ou
pela aproximação de um potencial de ação passando pelo axônio. Em
consequência, abrem-se os canais de sódio, permitindo a entrada de Na+, o
que despolariza mais ainda a membrana. Trata-se, portanto, de um processo
regenerativo, e o aumento da permeabilidade ao Na+ é suficiente para trazer
o potencial de membrana para o E + Na . O aumento da condutância de Na é
transitório, pois os canais são rapidamente desativados e a membrana logo
retorna a seu estado de repouso.
Figura 4.3 Diagrama simplificado do equilíbrio iônico de uma célula típica em
“repouso”. Os principais mecanismos de transporte que mantêm os gradientes iônicos através da membrana plasmática são as bombas de Na + + 2+-K e de Ca dependentes de ATP e o transportador de troca Na+ 2+ +-Ca . A membrana é relativamente permeável ao K, pois alguns tipos de canais de potássio estão abertos na célula em repouso, mas impermeáveis a outros cátions. As concentrações desiguais de íons em ambos os lados da membrana dão origem aos “potenciais de equilíbrio” mostrados. O potencial de repouso da membrana, tipicamente de cerca de –60 mV, mas que difere entre os diferentes tipos de células, é determinado pelos potenciais de equilíbrio, pelas permeabilidades aos diversos íons envolvidos e pelo efeito “eletrogênico” dos transportadores. Por simplicidade, os ânions e outros íons, como os prótons, não são representados, embora desempenhem papel importante em muitos tipos de células.
Em muitos tipos de células, incluindo a maioria das células nervosas, a
abertura de canais K+ dependentes de voltagem contribui para a
repolarização. Esses canais funcionam da mesma maneira que os canais de
sódio, mas a cinética da sua ativação é cerca de 10 vezes mais lenta, e eles não são totalmente desativados. Isso significa que os canais de potássio
abrem depois dos de sódio, contribuindo para a rápida cessação da ação
potencial e para a pós-hiperpolarização que se segue à fase de
despolarização. A Figura 4.5 mostra o comportamento dos canais de sódio e
potássio durante o potencial de ação.
Figura 4.4 Separação das correntes de sódio e potássio na membrana do nervo.
Registros com clampeamento de voltagem no nó de Ranvier de uma fibra nervosa isolada de sapo. No tempo 0, o potencial de membrana foi paulatinamente elevado a um nível de despolarização, variando de –60 mV (traçado inferior em cada série) a +60 mV (traçado superior em cada série), em incrementos de 15 mV. A e B. Registro de controle de duas fibras nervosas. + C. Efeito da tetrodotoxina (TTX) que abole as correntes de Na. D. Efeito do tetraetilamônio (TEA) que abole as correntes de K +. (De Hille B, 1970. Ionic channels in nerve membranes. Prog. Biophys. Mol. Biol. 21, 1-32.)