nota: uma mini-palestra de 18 minutos sobre este tópico pode ser vista no final desta página.se um voltímetro estiver ligado aos dois terminais de uma bateria, medir-se-á uma diferença de tensão entre os dois terminais. Da mesma forma, se um voltímetro para medir a tensão através da membrana celular (dentro versus fora) de um cardiomyocyte, vai descobrir que o interior da célula tem uma tensão negativa (medido em milivolts; mV) com respeito para o exterior da célula (que é referenciado como 0 mV)., Em condições de repouso, isto é chamado de potencial de membrana em repouso. Com a estimulação adequada da célula, esta tensão negativa dentro da célula (potencial de membrana negativo) pode tornar-se transitoriamente positiva devido à geração de um potencial de ação. Os potenciais de membrana resultam de uma separação de cargas positivas e negativas (íons) através da membrana, semelhante às placas dentro de uma bateria que separam cargas positivas e negativas.,

os potenciais de Membrana nas células são determinados principalmente por três fatores: 1) a concentração de íons no interior e exterior da célula; 2) a permeabilidade da membrana celular aos íons (i.é., de iões de condutância) através de canais de íons; e 3) pela atividade de electrogéneo bombas (por exemplo, de Na+/K+-ATPase e Ca++ de transporte de bombas) que mantêm concentrações de íons através da membrana.,

células Cardíacas, como todas as células vivas, têm diferentes concentrações de íons através da membrana celular, dos quais os mais importantes são Na+, K+, Cl-, e Ca++ (ver figura à direita). Há também proteínas carregadas negativamente dentro da célula para a qual a membrana celular é impermeável. Numa célula cardíaca, a concentração de K+ é elevada no interior da célula e baixa no exterior. Portanto, há um gradiente químico para K+ se difundirem para fora da célula., A situação oposta é encontrada para Na+ e Ca++ onde seus gradientes químicos (alto fora, baixas concentrações internas) favorecem uma difusão interna.

íon de potássio

para entender como um potencial de membrana é gerado, primeiro considere uma célula hipotética na qual K+ é o único íon através da membrana que não as grandes proteínas carregadas negativamente dentro da célula., Como a célula tem canais de potássio através dos quais K+ pode entrar e sair da célula, K+ difunde seu gradiente químico (fora da célula) porque sua concentração é muito maior dentro da célula do que fora dela. Como K+ (um íon carregado positivamente) se difunde para fora da célula, ele deixa para trás proteínas carregadas negativamente. Isto leva a uma separação de cargas através da membrana e, portanto, uma diferença potencial através da membrana. Experimentalmente é possível evitar que o K+ se difunde para fora da célula., Isto pode ser conseguido aplicando uma carga negativa no interior da célula que impede que o K+ carregado positivamente saia da célula. A carga negativa através da membrana que seria necessária para se opor ao movimento de K+ para baixo do seu gradiente de concentração é denominada o potencial de equilíbrio para K+ (EK; potencial Nernst)., O potencial de Nernst para o K+ pode ser calculado da seguinte forma:

(onde i = 150 mM e s = 4 mM; e z=1, pois o K+ é monovalente)

O EK representa o potencial elétrico necessário para manter a K+ a partir de difusão para fora da célula, seu gradiente químico. Se a concentração externa de K+ fosse aumentada de 4 para 40 mM, então o gradiente químico que conduz K+ para fora da célula seria reduzido e, portanto, o potencial de membrana necessário para manter o equilíbrio eletroquímico (EK) seria menos negativo de acordo com a relação Nernst., Neste exemplo, o EK torna-se -35 mV quando o exterior K+ concentração é de 40 mM. Em outras palavras, quando K+ é elevado a 10 vezes fora da célula, o gradiente químico de condução de K+ para fora da célula é reduzida e, portanto, uma menor tensão negativa é necessária para manter a K+ a partir de difusão para fora da célula.

o potencial de repouso para um miócito ventricular é de -90 mV, que está próximo do potencial de equilíbrio para K+ quando a concentração extracelular de K+ é de 4 mM., Uma vez que o potencial de equilíbrio para K+ é -96 mV e o potencial de membrana em repouso é -90 mV, há uma força eletroquímica líquida (diferença entre potencial de membrana e potencial de equilíbrio) de 6 mV atuando sobre K+. O potencial de membrana é mais positivo do que o potencial de equilíbrio, portanto a força motriz líquida é para fora devido a K+ ter uma carga positiva. Como a célula de repouso tem uma permeabilidade finita a K+ e a presença de uma pequena força motriz externa agindo sobre K+, há uma fuga lenta de K+ da célula para fora., Se K+ continuasse a vazar para fora da célula, seu gradiente químico seria perdido ao longo do tempo; no entanto, uma bomba Na+/K+-ATPase traz o K+ de volta para a célula e, assim, mantém o gradiente químico K+.

iões de sódio e cálcio

porque a concentração de na+ é maior fora da célula, este ião difunde o seu gradiente químico para a célula. Experimentalmente, esta difusão interna de Na+ pode ser evitada através da aplicação de uma carga positiva no interior da célula., Quando esta mudança positiva contrabalança a força de difusão química impulsionando Na+ para a célula, não haverá movimento líquido de na+ para a célula, e Na+, portanto, estará em equilíbrio eletroquímico., O potencial de membrana necessária para produzir este eletroquímica de equilíbrio é chamado de equilíbrio potencial de Na+(ENa) e é calculado por:

(onde i = 20 mM e o = 145 mM; e z=1, pois o Na+ é monvalent)

O positivo ENa significa que, a fim de equilibrar o interior dirigido química gradiente de Na+, a célula interior precisa ser +52 mV para evitar de Na+ de difusão para dentro da célula., Em um potencial de membrana de repouso de -90 mV, há não só uma grande força motriz química, mas também uma grande força motriz elétrica atuando sobre Na+ externa para causar a sua difusão na célula. A diferença entre o potencial de membrana e o potencial de equilíbrio (-142 mV) representa a força electroquímica líquida impulsionando Na+ para a célula no potencial de membrana em repouso. Em repouso, no entanto, a permeabilidade da membrana para Na+ é muito baixa, de modo que apenas uma pequena quantidade de Na+ vaza para a célula., Durante um potencial de acção, a membrana celular torna-se mais permeável à Na+, O que aumenta a entrada de sódio na célula através dos canais de sódio. No pico do potencial de acção numa célula cardíaca (por exemplo, o miócito ventricular), o potencial de membrana é aproximadamente +20 mV. Por conseguinte, embora o potencial de repouso esteja longe da ENa, o pico do potencial de Acção aproxima-se da ENa., Porque uma pequena quantidade de Na+ entra na célula em repouso, e uma quantidade relativamente grande de Na+ entra durante potenciais de ação, um Na+/K+-ATPase da bomba é necessária para o transporte de Na+ para fora da célula (em troca de K+), a fim de manter o gradiente químico de Na+.

Similar a na+, Há uma grande diferença de concentração de Ca++ Na membrana celular. Portanto, Ca++ se difunde para a célula através dos canais de cálcio. Aplicar a equação de Nernst a concentrações externas e internas de cálcio de 2,5 mM e 0.,0001 mM, respectivamente, resulta em um potencial de equilíbrio de +134 mV como mostrado abaixo.

Este valor também inclui o fato de que o Ca++ é um divalent em vez de um cátion monovalente; portanto, o -61 constante na equação acima é dividido por 2, pois z = 2 (z = número de cargas). Como o potencial de equilíbrio é muito mais positivo do que o potencial de membrana em repouso, há uma força eletroquímica líquida tentando levar Ca++ para dentro da célula, o que ocorre quando os canais de cálcio estão abertos.,a discussão acima mostra como as alterações na concentração de iões individuais através da membrana podem alterar o potencial da membrana. No entanto, para entender completamente como múltiplos íons afetam o potencial da membrana, e, em última análise, como o potencial da membrana muda durante os potenciais de ação, é necessário aprender como as mudanças na permeabilidade do íon de membrana, ou seja, as mudanças na condutância iônica, afetam o potencial da membrana., Além disso, bombas de iões eletrogênicos como a bomba Na+/K+-ATPase contribuem para o potencial da membrana, uma vez que transportam iões através da membrana para manter as concentrações iônicas através da membrana.

o seguinte é uma mini-palestra sobre potenciais de membrana cardíaca (18, 3 minutos):