Eletrofisiologia e Potencial de Membrana

Como a separação de íons através de uma membrana cria um potencial elétrico, e como os canais dependentes de voltagem transformam esse potencial em potenciais de ação de células excitáveis.

Definition

O potencial de membrana é a diferença de voltagem através de uma membrana celular resultante da permeabilidade iônica seletiva; a eletrofisiologia é o estudo desses potenciais e das correntes que os produzem.

Scope

Este tópico aborda a origem do potencial de membrana em repouso, a visão de circuito equivalente da membrana como capacitor e condutâncias, e a geração e propagação do potencial de ação. Ele trata a descrição de Hodgkin-Huxley da excitabilidade e as técnicas de medição da eletrofisiologia em um nível conceitual, enquanto o mecanismo de canal único e a energética do transporte são abordados em tópicos adjacentes.

Core questions

• Por que uma célula em repouso mantém uma voltagem estável através de sua membrana?
• Como a membrana é utilmente modelada como um capacitor em paralelo com condutâncias iônicas?
• Que sequência de mudanças de condutância gera um potencial de ação?
• Como um potencial de ação se propaga ao longo de uma célula excitável?

Key theories

Excitabilidade de Hodgkin–Huxley

As condutâncias de sódio e potássio dependentes de voltagem e tempo, atuando através da membrana capacitiva, reproduzem quantitativamente o potencial de ação, com a entrada regenerativa de sódio despolarizando a célula e o efluxo tardio de potássio restaurando o repouso.

Potencial de repouso a partir de permeabilidades mistas

A voltagem de repouso é uma média ponderada dos potenciais de equilíbrio dos íons permeantes, capturada pela expressão de campo constante de Goldman, de modo que se situa perto, mas não no equilíbrio de potássio, porque a membrana é principalmente, mas não exclusivamente, permeável ao potássio.

Mechanisms

Como a membrana é um isolante fino que separa cargas, os gradientes iônicos estabelecidos pelas bombas produzem uma voltagem de repouso estável determinada principalmente pela permeabilidade de repouso dominante. Tratando a membrana como um capacitor em paralelo com condutâncias dependentes de voltagem, uma despolarização supralimiar abre os canais de sódio, cuja corrente de entrada despolariza ainda mais a célula em um pico regenerativo; os canais de sódio então se inativam e os canais de potássio se abrem, repolarizando a membrana. As correntes locais espalham essa despolarização para regiões vizinhas, propagando o potencial de ação.

Clinical relevance

A excitabilidade da membrana é a base da função nervosa, muscular e cardíaca e é o alvo de anestésicos, antiarrítmicos e antiepilépticos; a biofísica aqui é um conhecimento educacional para essa fisiologia e farmacologia, não uma orientação clínica.

History

Com base na técnica de "voltage-clamp" de Cole, o modelo quantitativo de Hodgkin e Huxley de 1952 do axônio de lula explicou o potencial de ação em termos de condutâncias iônicas e permanece a base da eletrofisiologia, posteriormente refinado por estudos de canal único e moleculares.

Key figures

• Alan Hodgkin
• Andrew Huxley
• Bernard Katz
• Kenneth Cole

Seminal works

• hodgkin1952
• goldman1943

Frequently asked questions

Por que o potencial de repouso é negativo internamente?

Em repouso, a membrana é mais permeável ao potássio, que sai da célula seguindo seu gradiente até que a voltagem interna negativa crescente se oponha a perdas adicionais, deixando o interior negativo em relação ao exterior.

O que torna o potencial de ação tudo-ou-nada?

Uma vez que a despolarização ultrapassa o limiar, a abertura dos canais de sódio é regenerativa e impulsiona um pico completo, independentemente da intensidade do estímulo original, de modo que a resposta tem uma forma fixa.