Fases do Potencial de Ação e Teoria de Hodgkin-Huxley

O potencial de ação é uma sequência estereotipada de alterações de voltagem que uma membrana excitável produz uma vez que a despolarização ultrapassa o limiar. Ele prossegue através de um rápido aumento despolarizante, um overshoot acima de zero, uma descida repolarizante e, frequentemente, uma hiperpolarização transitória, antes de retornar ao repouso. A teoria de Hodgkin-Huxley explica esta sequência quantitativamente como o produto de condutâncias de sódio e potássio dependentes de voltagem e tempo.

Definition

O potencial de ação é uma reversão transitória e regenerativa do potencial de membrana, compreendendo uma subida despolarizante, um overshoot, uma fase repolarizante e uma pós-hiperpolarização; a teoria de Hodgkin-Huxley modela estas fases como o resultado de condutâncias de sódio e potássio dependentes de voltagem, descritas por variáveis de gating.

Scope

Este tópico descreve as fases sucessivas do potencial de ação e a estrutura de Hodgkin-Huxley que as explica. Abrange a base iónica de cada fase, as variáveis de gating que governam a condutância e como o modelo reproduz e prevê o impulso. Trata-o como fisiologia e eletrofisiologia fundamental, e não como orientação clínica.

Core questions

• Quais correntes iónicas produzem a subida, a repolarização e a pós-hiperpolarização do potencial de ação?
• Como as variáveis de gating de Hodgkin-Huxley (m, h, n) capturam o curso temporal da condutância de sódio e potássio?
• Por que a membrana ultrapassa zero e se aproxima do potencial de equilíbrio do sódio durante a subida?

Key concepts

• Subida despolarizante
• Overshoot
• Repolarização
• Pós-hiperpolarização
• Condutâncias de sódio e potássio
• Variáveis de gating (m, h, n)
• Potenciais de equilíbrio (Nernst)

Key theories

Modelo de Hodgkin-Huxley

Uma descrição quantitativa em que a corrente de membrana é a soma dos componentes de sódio, potássio e fuga, com condutâncias governadas por variáveis de gating dependentes de voltagem e tempo; as equações reproduzem o potencial de ação, seu limiar e sua condução.

Hipótese do sódio

A proposta de que a fase ascendente e o overshoot do potencial de ação são produzidos por um aumento transitório na permeabilidade da membrana ao sódio, impulsionando o potencial em direção ao potencial de equilíbrio do sódio.

Mechanisms

Quando a despolarização atinge o limiar, os canais de sódio dependentes de voltagem abrem-se rapidamente; o influxo de sódio resultante é regenerativo, despolarizando ainda mais a membrana em direção ao potencial de equilíbrio do sódio e produzindo a subida acentuada e o overshoot. Hodgkin e Katz mostraram pela primeira vez que a subida depende do sódio extracelular. Os canais de sódio então inativam-se enquanto os canais de potássio dependentes de voltagem abrem-se mais lentamente, de modo que o efluxo de potássio repolariza a membrana; a condutância contínua de potássio pode levar o potencial transitoriamente abaixo do repouso, resultando na pós-hiperpolarização. Hodgkin e Huxley separaram essas correntes experimentalmente e representaram cada condutância com variáveis de gating cuja dependência de voltagem e tempo reproduziu toda a sequência de fases e o impulso propagado.

Clinical relevance

A compreensão da base iónica de cada fase do potencial de ação sustenta a interpretação da excitabilidade e de como as correntes alteradas de sódio ou potássio modificam a descarga. Esta entrada é material de referência descritivo sobre o mecanismo normal e não constitui base para decisões clínicas individuais.

Evidence & guidelines

A estrutura das fases e a sua base iónica derivam dos estudos de voltage-clamp de Hodgkin-Huxley no axónio gigante de lula e de revisões posteriores de potenciais de ação em neurónios de mamíferos; estes são estudos mecanicistas e não diretrizes clínicas.

History

Após a demonstração de Hodgkin e Katz em 1949 de que o overshoot depende do sódio extracelular, Hodgkin e Huxley usaram o voltage clamp no axónio gigante de lula para separar as correntes de sódio e potássio e, em 1952, para expressá-las como um sistema de equações. Esse modelo reproduziu a forma, o limiar, a refratariedade e a velocidade de condução do potencial de ação, e permanece a base da neurofisiologia computacional.

Key figures

• Alan Hodgkin
• Andrew Huxley
• Bernard Katz
• Bruce Bean

Seminal works

• hodgkin-huxley-1952
• hodgkin-katz-1949
• hodgkin-huxley-1952-currents

Frequently asked questions

O que causa a subida do potencial de ação?

Um influxo regenerativo de iões de sódio através de canais de sódio dependentes de voltagem que se abrem rapidamente, o que impulsiona o potencial de membrana em direção ao potencial de equilíbrio do sódio.

Por que existe uma pós-hiperpolarização?

Os canais de potássio dependentes de voltagem permanecem abertos após a repolarização da membrana, e o efluxo contínuo de potássio pode brevemente levar o potencial abaixo do nível de repouso antes que os canais se fechem.