Fisiologia - Linda Costanzo, 6 Edicao 2018

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Fisiologia
SEXTA EDIÇÃO
Linda S. Costanzo, Phd
Professor of Physiology and Biophysics 
Virginia Commonwealth University School of Medicine 
Richmond, Virginia
Sumário
Capa
Folha de rosto
Créditos
Dedicatória
Tradução e Revisão Científica
Prefácio
Agradecimentos
Capítulo 1: Fisiologia Celular
Volume e composição dos fluidos corpóreos
Características das membranas celulares
Transporte através das membranas celulares
Potenciais de difusão e potenciais de equilíbrio
Potencial de membrana em repouso
Potenciais de ação
Transmissão sináptica e neuromuscular
Musculatura esquelética
Musculatura lisa
Resumo
Capítulo 2: Sistema Nervoso Autônomo
Organização e características gerais do sistema nervoso autônomo
Receptores autonômicos
Resumo
Capítulo 3: Neurofisiologia
Organização do sistema nervoso
Células do sistema nervoso
Características gerais dos sistemas sensoriais e motores
Sistemas sensoriais
Sistema somatossensorial e dor
Visão
Audição
Sistema vestibular
Olfato
Paladar
Sistemas motores
Funções superiores do sistema nervoso central
Líquido cerebrospinal
Resumo
Capítulo 4: Fisiologia Cardiovascular
Circuitos do sistema cardiovascular
Hemodinâmica
Eletrofisiologia cardíaca
Contração do músculo cardíaco
Ciclo cardíaco
Relações entre o débito cardíaco e o retorno venoso
Regulação da pressão arterial
Microcirculação
Circulações especiais
Regulação da temperatura
Funções integrativas do sistema cardiovascular
Resumo
Capítulo 5: Fisiologia Respiratória
Estrutura do sistema respiratório
Volumes e capacidades pulmonares
Mecânica da respiração
Trocas gasosas
Transporte do oxigênio no sangue
Transporte de dióxido de carbono no sangue
Relações ventilação/perfusão
Controle da respiração
Funções integrativas
Hipoxemia e hipóxia
Resumo
Capítulo 6: Fisiologia Renal
Anatomia e irrigação sanguínea
Líquidos corporais
Depuração renal
Fluxo renal sanguíneo
Filtração glomerular
Reabsorção e secreção
Terminologia associada a um néfron isolado
Balanço do sódio
Balanço de potássio
Balanço de fosfato, cálcio e magnésio
Balanço hídrico – concentração e diluição da urina
Resumo
Capítulo 7: Fisiologia Acidobásica
pH dos fluidos corpóreos
Produção de ácido no corpo
Tamponamento
Mecanismos renais no equilíbrio acidobásico
Distúrbios acidobásicos
Resumo
Capítulo 8: Fisiologia Gastrintestinal
Estrutura do trato gastrintestinal
Inervação do trato gastrintestinal
Substâncias reguladoras gastrintestinais
Motilidade
Secreção
Digestão e absorção
Fluido intestinal e transporte de eletrólitos
Fisiologia hepática
Resumo
Capítulo 9: Fisiologia Endócrina
Síntese hormonal
Regulação da secreção hormonal
Regulação dos receptores de hormônios
Mecanismos da ação hormonal e dos segundos mensageiros
Relações hipotalâmico-hipofisárias
Hormônios do lobo anterior
Hormônios do lobo posterior
Hormônios tireoidianos
Medula e córtex da adrenal
Pâncreas endócrino
Regulação do metabolismo de cálcio e fosfato
Resumo
Capítulo 10: Fisiologia Reprodutiva
Diferenciação sexual
Puberdade
Gécia Kelly
Fisiologia reprodutiva masculina
Fisiologia reprodutiva feminina
Resumo
Apêndice I Abreviações e Símbolos Comuns
Apêndice II Valores Normais e Constantes
Respostas dos Exercícios (Desafie-se)
Índice
Créditos
© 2018 Elsevier Editora Ltda.
ISBN: 978-85-352-9034-9
ISBN versão eletrônica: 978-85-352-9035-6
PHYSIOLOGY, SIXTH EDITION
© 2018 by Elsevier, Inc. All rights reserved.
Esta tradução de Physiology 6th Edition, de Linda S. Costanzo foi produzida por Elsevier Editora Ltda. e
publicada em conjunto com Elsevier Inc.
ISBN: 978-0-323-47881-6
Capa
Luciana Mello e Monika Mayer
Editoração Eletrônica
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Nota
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pesquisadores devem sempre fundamentar-se em sua experiência e no próprio conhecimento para
avaliar e empregar quaisquer informações, métodos, substâncias ou experimentos descritos nesta
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posologia de medicamentos precisam ser verificados de maneira independente. Para todos os
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CIP-BRASIL. CATALOGAÇÃO NA PUBLICAÇÃO
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C873f
6. ed.
            Costanzo, Linda S.
            Fisiologia / Linda S. Costanzo; [tradução Aline Santana da Hora, Renata Scavone de Oliveira]. - 6.
ed. - Rio de Janeiro: Elsevier, 2018.
                        : il.; 28 cm.
            Tradução de: Physiology
            Apêndice
            Inclui índice
            ISBN 978-85-352-9034-9
            1. Fisiologia humana. I. Oliveira, Aline Santana da Hora. II. Scavone de, Renata. III. Título.
mailto:atendimento1@elsevier.com
18-50154                         CDD: 612
                                        CDU: 612
Dedicatória
Para
Heinz Valtin e Arthur C. Guyton, 
que tão bem escreveram para estudantes de fisiologia
Richard, Dan, Rebecca, Sheila, Elise e Max, 
que fazem tudo valer a pena
Tradução e Revisão Científica
Revisão científica
Everson Araújo Nunes
Professor Doutor do Departamento de Ciências Fisiológicas
Centro de Ciências Biológicas
Universidade Federal de Santa Catarina
Gustavo Jorge dos Santos, PhD
Biólogo, Mestre em Biologia Funcional e Molecular e Doutor em Biologia Funcional e
Molecular - Fisiologia
Professor e Coordenador de Pesquisa do Departamento de Ciências Fisiológicas (CFS) do
Centro de Ciências Biológicas (CCB) da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)
Professor do Programa de Pós-Graduação Multicêntrico em Ciências Fisiológicas (PPGMCF)
Mariana Terenzi
Professora Associada do Departamento de Ciências Fisiológicas de Santa Catarina (UFSC)
Pós-doutorado na University of Bristol, Reino Unido
Doutora em Fisiologia pela Cardiff University, Reino Unido
Mestre em Farmacologia pela Universidade de São Paulo
Graduada em Farmácia pela Universidade de São Paulo
Vander Baptista
Professor Doutor do Departamento de Ciências Fisiológicas
Centro de Ciências Biológicas
Universidade Federal de Santa Catarina
Tradução
Aline Santana da Hora
Doutoranda em Epidemiologia Experimental Aplicada às Zoonoses pela Faculdade de
Medicina Veterinária e Zootecnia da Universidade de São Paulo (FMVZ-USP)
Mestre em Clínica Veterinária pela FMVZ-USP
Médica Veterinária pela Universidade do Estado de Santa Catarina (CAV-UDESC)
Renata Scavone de Oliveira
Médica Veterinária formada pela Faculdade de Medicina Veterinária e Zootecnia da
Universidade de São Paulo
Doutora em Imunologia pelo Instituto de Ciências Biomédicas da Universidade de São Paulo
Prefácio
A fisiologia é o fundamento da prática médica. O conhecimento sólido de seus princípios é essencial
para o aluno de medicina e para o médico. Este livro é destinado a alunos de medicina e disciplinas
relacionadas que estão estudando fisiologia. Pode ser usado como suporte em palestras e conteúdos
programáticos de currículos disciplinares ou como fonte primária em currículos integrados ou
práticos. Para alunos avançados, o livro pode ser uma referência em cursos de fisiopatologia e estágios
clínicos.
Na sexta edição deste livro, como nas edições anteriores, os conceitos importantes da fisiologia são
discutidos em níveis celulares e de sistemas orgânicos. Os Capítulos 1 e 2 apresentamde ligantes possuem comportas controladas por hormônios e
neurotransmissores. Os sensores dessas comportas estão no lado extracelular do canal
iônico. O receptor nicotínico na placa motora, por exemplo, é, na verdade, um canal iônico
permeável a íons Na+ e K+ que se abre pela ligação da acetilcolina (ACh).
Potenciais de Difusão
Um potencial de difusão é a diferença de potencial gerada por meio de uma membrana quando um
soluto carregado (um íon) se difunde a favor de seu gradiente de concentração. Um potencial de
difusão, portanto, é causado pela difusão de íons. Dessa forma, um potencial de difusão somente
pode ser gerado se a membrana for permeável àquele íon. Ainda, se a membrana não for permeável
ao íon, não há geração de potencial de difusão, independentemente do tamanho do gradiente de
concentração presente.
A magnitude de um potencial de difusão, medida em milivolts (mV), depende do tamanho do
gradiente de concentração, que é a força motriz. O sinal do potencial de difusão depende da carga do
íon em difusão. Por fim, como já observado, os potenciais de difusão são criados pelo movimento de
poucos íons e não alteram a concentração iônica geral da solução.
Potenciais de Equilíbrio
O conceito de potencial de equilíbrio é, simplesmente, uma extensão do conceito de potencial de
difusão. Quando há uma diferença de concentração de um íon por meio de uma membrana e essa é
permeável ao íon, uma diferença de potencial (o potencial de difusão) é criada. Após um certo
intervalo de tempo, a difusão efetiva do íon fica mais lenta e, então, é interrompida devido a essa
diferença de potencial. Em outras palavras, se um cátion se difunde a favor de um gradiente de
concentração, ele transporta uma carga positiva através da membrana, o que retarda e acaba por
interromper a difusão do cátion. Quando um ânion se difunde seguindo seu gradiente de
concentração, transporta uma carga negativa, que retarda e, por fim, interrompe a difusão do ânion. O
potencial de equilíbrio é o potencial de difusão que anula ou se opõe à tendência de difusão a favor
da diferença de concentração. No equilíbrio eletroquímico, as forças motrizes químicas e elétricas
atuantes sobre o movimento de um íon são iguais e opostas, e não há mais difusão geral.
Os seguintes exemplos de um cátion e um ânion em difusão ilustram os conceitos de potencial de
equilíbrio e equilíbrio eletroquímico:
Exemplo do Potencial de Equilíbrio do Na+
A Figura 1.11 mostra duas soluções separadas por uma membrana teórica que é permeável ao Na+,
mas não ao Cl-. A concentração de NaCl é maior na Solução 1 do que na Solução 2. O íon permeante,
Na+, se difunde seguindo seu gradiente de concentração da Solução 1 para a Solução 2, mas o íon
impermeante, Cl-, não o acompanha. Devido a esse movimento geral de cargas positivas para a Solução
2, há o desenvolvimento de um potencial de difusão de Na+ e a Solução 2 se torna positiva em relação
à Solução 1. A positividade da Solução 2 se opõe à maior difusão de Na+ e, por fim, é grande o suficiente
para impedir a difusão efetiva. A diferença de potencial que equilibra exatamente a tendência do Na+
de se difundir a favor de seu gradiente de concentração é o potencial de equilíbrio do Na+. Quando as
forças motrizes químicas e elétricas sobre o Na+ são iguais e opostas, diz-se que esse íon está em
equilíbrio eletroquímico. Esta difusão de poucos íons Na+, suficiente para a criação de um potencial
de difusão, não altera significativamente a concentração de Na+ nas soluções como um todo.
FIGURA 1.11  Geração de um potencial de difusão de Na+.
Exemplo do Potencial de Equilíbrio do Cl-
A Figura 1.12 mostra o mesmo par de soluções apresentadas na Figura 1.11; na Figura 1.12, porém, a
membrana teórica é permeável ao Cl-, mas não ao Na+. O Cl- se difunde da Solução 1 para a Solução 2
seguindo seu gradiente de concentração, mas o Na+ não o acompanha. Há o estabelecimento de um
potencial de difusão e a Solução 2 se torna negativa em relação à Solução 1. A diferença de potencial
que equilibra exatamente a tendência apresentada pelo Cl- de se difundir a favor de seu gradiente de
concentração é o potencial de equilíbrio de Cl-. Quando as forças motrizes químicas e elétricas sobre
o Cl- são iguais e opostas, esse íon está em equilíbrio eletroquímico. Mais uma vez, a difusão destes
poucos íons Cl- não altera sua concentração nas soluções como um todo.
FIGURA 1.12  Geração de um potencial de difusão de Cl-.
Equação de Nernst
A equação de Nernst é usada para calcular o potencial de equilíbrio de um íon em uma determinada
diferença de concentração por meio de uma membrana, assumindo que ela é permeável ao íon. Por
definição, o potencial de equilíbrio é calculado para um íon de cada vez. Assim,
em que
Ex = Potencial de equilíbrio (mV) para um determinado íon X
z = Carga do íon (+1 para Na+; +2 para Ca2+; -1 para Cl-)
Ci = Concentração intracelular de X (mmol/L)
Ce = Concentração extracelular de X (mmol/L)
Em outras palavras, a equação de Nernst converte uma diferença de concentração de um íon em
voltagem. Essa conversão é conseguida pelo uso de diversas constantes: R é a constante dos gases, T é a
temperatura absoluta e F é a constante de Faraday; a multiplicação por 2,3 converte o logaritmo
natural a log10.
Por convenção, o potencial de membrana é expresso como o potencial intracelular em relação ao
potencial extracelular. Dessa forma, uma diferença de potencial transmembrana de -70  mV indica
70 mV com o interior da célula negativo.
Os valores normais do potencial de equilíbrio dos íons comuns na musculatura esquelética,
calculados como previamente descrito e assumindo os gradientes de concentração típicos através de
membranas celulares, são os seguintes:
É bom lembrar desses valores ao considerar os conceitos do potencial de membrana em repouso e
dos potenciais de ação.
Exemplo de problema
Se a [Ca2+] intracelular é 10-7 mol/L e a [Ca2+] extracelular é 2  ×  10-3 mol/L, em que diferença de
potencial através da membrana celular o Ca2+ estará em equilíbrio eletroquímico? Assuma que
2,3RT/F = 60 mV à temperatura corporal (37 °C).
Solução
Outra forma de colocar esta questão é perguntar qual o será o potencial de membrana, dado este
gradiente de concentração através da membrana, se Ca2+ for o único íon permeante. Lembre-se que
Ca2+ é divalente, de modo que z = +2. Assim,
Uma vez que essa é uma função log, não é necessário lembrar qual concentração vai no
numerador. Simplesmente termine o cálculo até chegar a 129  mV e, então, de forma intuitiva,
determine o sinal correto. A abordagem intuitiva depende do conhecimento de que, já que a [Ca2+]
é muito maior no LEC do que no LIC, o Ca2+ tende a se difundir de acordo com seu gradiente de
concentração do LEC para o LIC, tornando o interior da célula positivo. Assim, o Ca2+ está em
equilíbrio eletroquímico quando o potencial de membrana for igual a +129 mV (interior da célula
positivo).
Lembre-se que o potencial de equilíbrio foi calculado em um determinado gradiente de
concentração para os íons de Ca2+. Em um gradiente de concentração diferente, o potencial de
equilíbrio calculado seria outro.
Força Motriz
Ao lidar com solutos sem carga, a força motriz da difusão efetiva é simplesmente a diferença de
concentração do soluto através da membrana celular. No entanto, ao lidar com solutos carregados (ou
seja, íons), a força motriz da difusão efetiva deve considerar a diferença de concentração e a diferença
de potencial elétrico através da membrana celular.
A força motriz de um determinado íon é a diferença entre o potencial de membrana (Em) real e
calculado, e o potencial de equilíbrio do íon (EX). Em outras palavras, é a diferença entre o Em real e o
valor que o íon “gostaria” que o potencial de membrana fosse (o íon “gostaria” que o potencial de
membrana fosse seu potencial de equilíbrio, calculado pela equação de Nernst). A força motriz de um
determinado íon, X, é, portanto, calculada como:
em que
Força motriz = Força motriz (mV)
Em = Potencial de membrana real (mV)
Ex =Potencial de equilíbrio de X (mV)
Quando a força motriz é negativa (ou seja, Em é mais negativa do que o potencial de equilíbrio do
íon), o íon X entrará na célula se for um cátion e deixará a célula se for um ânion. Em outras palavras,
o íon X “acha” que o potencial de membrana é muito negativo e tenta trazê-lo para seu potencial de
equilíbrio ao se difundir na direção adequada através da membrana celular. Por outro lado, se a força
motriz for positiva (Em for mais positivo do que o potencial de equilíbrio do íon), o íon X deixará a
célula se for um cátion e entrará na célula se for um ânion; nesse caso, o íon X “pensa” que o potencial
de membrana é muito positivo e tenta levá-lo para seu potencial de equilíbrio ao se difundir na
direção adequada através da membrana celular. Por fim, se Em for igual ao potencial de equilíbrio do
íon, a força motriz é zero e o íon, por definição, está em equilíbrio eletroquímico; uma vez que não há
força motriz, não há movimentação geral do íon em qualquer direção.
Corrente Iônica
A corrente iônica (IX), ou fluxo de corrente, ocorre quando há movimentação de um íon através da
membrana celular. Os íons se movem através da membrana celular por meio de canais iônicos quando
duas condições são atendidas: (1) há uma força motriz sobre o íon e (2) a membrana apresenta
condutância para aquele íon (ou seja, seus canais iônicos estão abertos). Assim,
em que
Ix = corrente iônica (mAmP)
Gx = condutância iônica (1/ohm), onde a condutância é a recíproca da resistência
Em – Ex = força motriz sobre o íon X (mV)
Note que a equação da corrente iônica é simplesmente um rearranjo da lei de Ohm, em que V = IR
ou I = V/R (sendo V a mesma coisa que E). Uma vez que a condutância (G) é a recíproca da resistência
(R), I = G × V.
A direção da corrente iônica é determinada pela direção da força motriz, descrita na seção
anterior. A magnitude da corrente iônica é determinada pelo tamanho da força motriz e pela
condutância do íon. Para uma determinada condutância, quanto maior a força motriz, maior a
condutância e maior o fluxo de corrente. Por fim, se a força motriz ou a condutância de um íon for
zero, não pode haver difusão efetiva daquele íon através da membrana celular nem fluxo de corrente.
Potencial de membrana em repouso
O potencial de membrana em repouso é a diferença de potencial existente na membrana de células
excitáveis, como neurônios e miócitos, no período entre potenciais de ação (ou seja, em repouso).
Como anteriormente mencionado por convenção, o potencial de membrana é descrito como o
potencial intracelular em relação ao potencial extracelular.
O potencial de membrana em repouso é estabelecido por potenciais de difusão, que são resultantes
das diferenças de concentração dos vários íons pela membrana celular (lembre-se que essas diferenças
de concentração são estabelecidas por mecanismos de transporte ativo primário e secundário). Cada
íon permeante tenta levar o potencial de membrana para seu próprio potencial de equilíbrio. Os íons com
maiores permeabilidades ou condutâncias em repouso fazem as maiores contribuições ao potencial de
membrana em repouso e aqueles com menores permeabilidades contribuem pouco ou nada.
O potencial de membrana em repouso da maioria das células excitáveis é de -70 a -80  mV. Esses
valores podem ser melhor explicados pelo conceito de permeabilidade relativa da membrana celular.
Assim, o potencial de membrana em repouso é próximo aos potenciais de equilíbrio de K+ e Cl-, já que a
permeabilidade a esses íons é maior em repouso. O potencial de membrana em repouso é muito
diferente dos potenciais de equilíbrio do Na+ e do Ca2+, já que a permeabilidade a esses íons em repouso
é baixa.
Uma forma de avaliar a contribuição de cada íon para o potencial de membrana é o uso da equação
de condutância de corda, que pondera o potencial de equilíbrio de cada íon (calculado pela equação
de Nernst) por sua condutância relativa. Os íons com maior condutância levam o potencial de
membrana para mais próximo de seus potenciais de equilíbrio, enquanto aqueles com menor
condutância têm pouca influência sobre o potencial de membrana. (Uma abordagem alternativa a essa
mesma questão utiliza a equação de Goldman, que considera a contribuição de cada íon de acordo
com sua permeabilidade relativa, e não sua condutância). A equação da condutância de corda é escrita
da seguinte forma:
em que
Em = Potencial de membrana (mV)
gK+ etc. = Condutância do K+ etc. (mho, recíproca de resistência)
gT = Condutância total (mho)
EK+ etc. = Potencial de equilíbrio do K+ etc. (mV)
Em repouso, as membranas das células excitáveis são muito mais permeáveis ao K+ e ao Cl- do que
ao Na+ e ao Ca2+. Essas diferenças de permeabilidade são responsáveis pelo potencial de membrana em
repouso.
Qual é o papel desempenhado pela Na+-K+ ATPase na criação do potencial de membrana em repouso?
Essa resposta tem duas partes. Primeiro, há uma pequena contribuição eletrogênica direta da Na+-K+
ATPase, com base na estequiometria dos três íons Na+ bombeados para fora da célula para cada dois
íons K+ bombeados para dentro da célula. Em segundo lugar, a contribuição mais importante, e
indireta, é a manutenção do gradiente de concentração de K+ através da membrana da célula, que,
então, é responsável pelo potencial de difusão deste íon que leva o potencial de membrana para o
potencial de equilíbrio de K+. Assim, a Na+-K+ ATPase é necessária para a criação e a manutenção do
gradiente de concentração de K+, o que estabelece o potencial de membrana em repouso. (Uma
argumentação similar pode ser feita para o papel da Na+-K+ ATPase na fase ascendente do potencial de
ação, na qual mantém o gradiente iônico de Na+ através da membrana.)
Potenciais de ação
O potencial de ação é um fenômeno de células excitáveis, como neurônios e miócitos, e é composto por
uma 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.
Terminologia
A seguinte terminologia será usada na discussão do potencial de ação, dos períodos refratários e da
propagação dos potenciais de ação:
♦ Despolarização é o processo de tornar o potencial de membrana menos negativo. Como já
discutido, o potencial de membrana normal, 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. Essa alteração no potencial de membrana
não deve ser descrita como “aumento” ou “diminuição”, já que esses termos são ambíguos
(por exemplo, quando o potencial de membrana se despolariza, ou se torna menos negativo,
aumenta ou diminui?).
♦ Hiperpolarização é o processo de tornar o potencial de membrana menos positivo. Como
na despolarização, os termos “aumento” e “diminuição” não devem ser usados na descrição
da alteração que faz com que o potencial de membrana seja mais negativo.
♦ Corrente de influxo é o fluxo de cargas positivas para o interior da célula. Assim, as
correntes de influxo despolarizam o potencial de membrana. Um exemplo de corrente de
influxo é a entrada de Na+ na 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. Um exemplo de corrente de efluxo é a saída de K+
da célula durante a fase de repolarização do potencial de ação.
♦ Potencial limiar é o potencial de membrana em que 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, uma corrente de influxo é necessária para despolarizar o potencial
de membrana até o limiar. No potencial limiar, a corrente de influxo total (p. ex., a corrente
de influxo de Na+) se torna maior do que a corrente de efluxo total (p. ex., a corrente de
efluxo de K+) e a despolarização resultante torna-se autossustentável,originando a fase
ascendente do potencial de ação. Se a corrente de influxo total for menor do que a corrente
de efluxo total, a membrana não despolariza até o limiar e não há potencial de ação (veja a
resposta tudo ou nada).
♦ Pico do potencial de ação (ultrapassagem) é aquela porção do potencial de ação na qual
o potencial de membrana é positivo (interior da célula positivo).
♦ Pós-potencial hiperpolarizante (hiperpolarização) é aquela parte do potencial de ação,
após a repolarização, em que o potencial de membrana é mais negativo do que em repouso.
♦ Período refratário é o período em que outro potencial de ação normal não pode ser
iniciado em uma célula excitável. Os períodos refratários podem ser absolutos ou relativos
(nas células do músculo cardíaco, há uma outra categoria chamada período refratário
efetivo).
Características dos Potenciais de Ação
Os potenciais de ação possuem três características básicas: tamanho e formato estereotípicos,
propagação e resposta tudo ou nada.
♦ Tamanho e formato estereotípicos. Cada potencial de ação normal de um determinado
tipo celular parece idêntico, despolariza no mesmo potencial e repolariza no mesmo
potencial de repouso.
♦ Propagação. Um 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 é sem decaimento (amplitude constante).
♦ Resposta tudo ou nada. Um potencial de ação ocorre ou não ocorre. Se uma célula
excitável é despolarizada até o limiar da maneira normal, a ocorrência de um potencial de
ação é inevitável. Por outro lado, se a membrana não for despolarizada até o limiar, o
potencial de ação não pode ocorrer. Na verdade, se o estímulo for aplicado durante o
período refratário, o potencial de ação não ocorre ou ocorre com tamanho e formato
estereotípicos diferentes.
Bases Iônicas do Potencial de Ação
O potencial de ação é a despolarização rápida (fase ascendente), seguida pela repolarização de volta ao
potencial de membrana em repouso. A Figura 1.13 mostra os eventos do potencial de ação no sistema
nervoso e na musculatura esquelética, que ocorrem nas seguintes etapas:
1. Potencial de membrana em repouso. Em repouso, o potencial de membrana é de
aproximadamente -70 mV (interior da célula negativo). A condutância ou permeabilidade
ao K+ é alta; os canais de K+ estão quase completamente abertos, permitindo que esses íons
se difundam para fora da célula seguindo o gradiente de concentração existente. Essa difusão
cria um potencial de difusão de K+, que leva o potencial de membrana até o potencial de
equilíbrio do K+. A condutância ao Cl- (não mostrada) também é alta e, em repouso, esse íon
está próximo de seu equilíbrio eletroquímico. Em repouso, a condutância de Na+ é baixa e,
assim, o potencial de membrana de repouso está longe do potencial de equilíbrio desse íon e
ele está distante do equilíbrio eletroquímico.
2. Fase ascendente do potencial de ação. Uma corrente de influxo, geralmente o resultado da
corrente disseminada por potenciais de ação de sítios adjacentes, provoca a despolarização
da membrana da célula nervosa até o limiar, o que ocorre a aproximadamente -60 mV. Essa
despolarização inicial provoca a rápida abertura das comportas de ativação do canal de
Na+, aumentando, rapidamente, a condutância a esse íon, que fica até superior à de K+
(Figura 1.14). O aumento da condutância ao Na+ gera uma corrente de influxo do íon; o
potencial de membrana é ainda mais despolarizado, mas não chega a atingir o potencial de
equilíbrio do Na+, de +65 mV. A tetrodotoxina (uma toxina obtida do baiacu japonês) e o
anestésico local lidocaína bloqueiam esses canais de Na+ dependentes de voltagem e
impedem a ocorrência de potenciais de ação no sistema nervoso.
3. Repolarização do potencial de ação. A fase ascendente termina e o potencial de membrana
repolariza ao nível em repouso em decorrência de dois eventos. Primeiro, as comportas de
inativação dos canais de Na+ respondem à despolarização e se fecham, mas essa resposta é
mais lenta do que a abertura das comportas de ativação. Assim, depois de um tempo, as
comportas de inativação se fecham, fechando os canais de Na+ e terminando a fase
ascendente. No segundo evento, a despolarização abre os canais de K+, aumentando a
condutância desse íon a um valor ainda maior do que o observado em repouso. O efeito
combinado do fechamento dos canais de Na+ e da maior abertura dos canais de K+ faz com
que a condutância desse último íon seja muito maior do que a do primeiro. Assim, há o
estabelecimento de uma corrente de efluxo de K+ e a membrana é repolarizada. O
tetraetilamônio (TEA) bloqueia esses canais de K+ dependentes de voltagem, a corrente de
efluxo desse íon e a repolarização.
4. Pós-potencial hiperpolarizante (hiperpolarização). Por um breve período após a
repolarização, a condutância ao K+ é maior do que em repouso e o potencial de membrana se
aproxima ainda mais do potencial de equilíbrio de K+ (pós-potencial hiperpolarizante). Por
fim, a condutância ao K+ retorna ao nível de repouso e o potencial de membrana sofre uma
pequena despolarização, retornando ao valor de repouso. A membrana agora está pronta
para, se estimulada, gerar outro potencial de ação.
FIGURA 1.13  Progressão das alterações de voltagem e condutância durante o potencial de
ação do axônio.
FIGURA 1.14  Estados das comportas de ativação e inativação no canal de Na+ do axônio. 
1) No estado fechado, porém disponível, no potencial de membrana em repouso, a comporta de
ativação está fechada, a comporta de inativação está aberta e o canal está fechado (porém disponível
em caso de despolarização). 2) No estado aberto, durante a fase ascendente do potencial de ação, as
comportas de ativação e inativação estão abertas e o canal está aberto. 3) No estado inativado, no
pico do potencial de ação, a comporta de ativação está aberta, a comporta de inativação está fechada
e o canal está fechado.
O Canal de Na+ do axônio
Um canal de Na+ dependente de voltagem é responsável pela fase ascendente do potencial de ação nas
células nervosas e da musculatura esquelética. Esse canal é uma proteína integral de membrana,
composta por uma grande subunidade α e duas subunidades β. A subunidade α possui quatro
domínios, cada um com seis α-hélices transmembrânicas. As repetições das α-hélices
transmembrânicas revestem o poro central por onde o Na+ pode fluir (se as comportas do canal
estiverem abertas). Um modelo conceitual do canal de Na+, mostrando a função das comportas de
ativação e inativação, é mostrado na Figura 1.14. A premissa básica deste modelo é que, para que o Na+
atravesse o canal, as duas comportas devem estar abertas. Lembre-se de como essas comportas
respondem a alterações de voltagem. As comportas de inativação se fecham em resposta à
despolarização, mas de forma lenta, após um tempo. Assim, quando a despolarização ocorre, as
comportas de ativação se abrem rapidamente e, a seguir, há o fechamento mais lento das comportas de
inativação. A figura mostra três combinações das posições das comportas e o efeito resultante sobre a
abertura do canal de Na+.
1. Canal fechado, mas disponível. No potencial de membrana em repouso, as comportas de
ativação estão fechadas e as comportas de inativação estão abertas. Assim, os canais de Na+
estão fechados. No entanto, estão “disponíveis” para disparar um potencial de ação se houver
despolarização (a despolarização abre as comportas de ativação e, uma vez que as comportas
de inativação já estão abertas, os canais de Na+ se abrem).
2. Canal aberto. Durante a fase ascendente do potencial de ação, a despolarização provoca a
rápida abertura das comportas de ativação e tanto essas quanto as comportas de inativação
ficam abertas por um curto período. O Na+ pode fluir pelos canais até o interior celular,
causando maior despolarização.
3. Canal inativado. No pico do potencial de ação, as lentas comportas de inativação finalmente
se fecham em resposta à despolarização; agora, os canais de Na+estão fechados, a fase
ascendente acabou e começa a repolarização. Como os canais de Na+ voltam ao estado
fechado, mas disponível? Em outras palavras, como se recuperam para que fiquem prontos
para disparar outro potencial de ação? A repolarização para o potencial de membrana em
repouso provoca a abertura das comportas de inativação. Agora, os canais de Na+ voltam ao
estado fechado, mas disponível, e estão prontos e “à disposição” para disparar outro
potencial de ação caso haja despolarização.
Períodos Refratários
Durante os períodos refratários, as células excitáveis são incapazes de produzir potenciais de ação
normais (Figura  1.13). O período refratário é formado por um período refratário absoluto e um
período refratário relativo.
Período Refratário Absoluto
O período refratário absoluto se sobrepõe à quase toda a duração do potencial de ação. Durante esse
período, não importa quão grande o estímulo, outro potencial de ação não pode ser provocado. A base
para esse período refratário absoluto é o fechamento das comportas de inativação do canal de Na+ em
resposta à despolarização. Essas comportas de inativação ficam fechadas até que a célula seja
novamente repolarizada até o potencial de membrana de repouso e os canais recuperem o estado
“fechado, mas disponível” (Figura 1.14).
Período Refratário Relativo
O período refratário relativo começa ao final do período refratário absoluto e se sobrepõe,
principalmente, ao período de pós-potencial hiperpolarizante. Durante esse período, um potencial de
ação pode ser provocado, mas apenas se uma corrente despolarizante (de influxo) maior do que a
usual for aplicada. A base desse período refratário relativo é a maior condutância ao K+ do que a
observada em repouso. Uma vez que o potencial de membrana é mais próximo do potencial de
equilíbrio de K+, mais corrente de influxo é necessária para trazer a membrana ao limiar e iniciar o
próximo potencial de ação.
Acomodação
Quando uma célula nervosa ou muscular é lentamente despolarizada ou mantida em um nível
despolarizado, o potencial limiar usual pode passar sem que um potencial de ação seja disparado. Esse
processo, denominado acomodação, ocorre porque a despolarização fecha as comportas de inativação
nos canais de Na+. Quando a despolarização é suficientemente lenta, os canais de Na+ se fecham e
assim permanecem. A fase ascendente do potencial de ação não pode ocorrer, já que não há suficientes
canais de Na+ abertos para carrear a corrente de influxo. Um exemplo de acomodação é observado em
indivíduos que apresentam elevação da concentração sérica de K+, chamada hipercalemia. Em
repouso, as membranas de células nervosas e musculares são muito permeáveis ao K+; um aumento na
concentração extracelular de K+ despolariza a membrana em repouso (como determinado pela
equação de Nernst). Essa despolarização faz com que a membrana celular fique mais próxima do
limiar e deveria facilitar o disparo de um potencial de ação. Na verdade, é menos provável, porém, que
a célula dispare um potencial de ação, já que a manutenção da despolarização fecha as comportas de
inativação dos canais de Na+ (Quadro 1.3).
Q u a d r o 1 . 3     F is io logia Cl ínica : Hipercalemia com Fraqueza
Muscular
Descrição do caso
Uma mulher de 48 anos, com diabetes melito insulino-dependente, relata grave fraqueza muscular
a seu médico. A paciente também apresenta hipertensão e é tratada com propranolol, um agente
bloqueador β-adrenérgico. Seu médico imediatamente solicita exames de sangue, que revelam que
a [K+] sérica é de 6,5 mEq/L (normal, 4,5 mEq/L) e elevação do nível sérico de ureia. O médico reduz
gradativamente a dosagem do propranolol até interromper o tratamento. Em poucos dias, a [K+]
sérica cai a 4,7 mEq/L e a paciente relata que a força muscular voltou ao normal.
Explicação do caso
A paciente diabética apresenta hipercalemia grave causada por diversos fatores: (1) uma vez que a
dose de insulina que essa paciente recebe é insuficiente, a ausência do hormônio provoca a saída
do K+ das células para o sangue (a insulina promove a entrada desse íon nas células). (2) O
propranolol, um agente bloqueador β-adrenérgico usado no tratamento da hipertensão, também
causa a saída do K+ das células para a circulação. (3) A elevação da concentração sérica de ureia
sugere que a mulher apresenta insuficiência renal; os rins doentes não são capazes de excretar o
K+ extra que se acumula no sangue. Esses mecanismos envolvem conceitos relacionados à fisiologia
renal e endócrina.
É importante entender que essa paciente apresenta grande elevação da [K+] sérica (hipercalemia) e
que sua fraqueza muscular era decorrente da hipercalemia. A base da 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 para fora da célula
conforme seu gradiente de concentração, criando um potencial de difusão de K+. Esse potencial de
difusão de K+ é responsável pelo potencial da membrana em repouso, em que o interior celular é
negativo. 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, portanto, é menos negativo (ou seja,
despolarizado).
Seria possível esperar que a despolarização facilitasse a geração de potenciais de ação no
músculo, já que o potencial de membrana em repouso seria mais próximo ao limiar. Um efeito
mais importante da despolarização, porém, é o fechamento das comportas de inativação nos canais
de Na+. Quando essas comportas de inativação são fechadas, os potenciais de ação não podem ser
gerados, mesmo se as comportas de ativação estiverem abertas. Sem potenciais de ação no
músculo, não pode haver contração.
Tratamento
O tratamento dessa paciente tem como base o retorno do K+ para dentro das células, aumentando
as doses de insulina e interrompendo a administração de propranolol. Ao reduzir a [K+] sanguínea
a níveis normais, o potencial de membrana em repouso de suas células musculares esqueléticas
retorna ao normal, as comportas de inativação nos canais de Na+ são abertas no potencial de
membrana em repouso (como devem ser) e potenciais de ação normais podem ocorrer.
Propagação dos Potenciais de Ação
A propagação dos potenciais de ação por uma fibra nervosa ou muscular ocorre por meio da
disseminação de correntes locais das regiões ativas às regiões inativas adjacentes. A Figura  1.15
mostra o corpo celular de um neurônio com sua árvore dendrítica e um axônio. Em repouso, todo o
axônio apresenta o potencial de membrana de repouso e o interior da célula é negativo. Os potenciais
de ação começam no segmento inicial do axônio, mais próximo ao corpo do neurônio. Esses potenciais
se propagam pelo axônio por meio da disseminação de correntes locais, como mostra a figura.
FIGURA 1.15  Disseminação da despolarização por um axônio por meio de correntes locais. 
A, O segmento inicial de um axônio disparou um potencial de ação e a diferença de potencial através
da membrana celular foi revertida, tornando o interior positivo. A área adjacente permanece com o
potencial de membrana em repouso, com o interior negativo. B, No sítio ativo, as cargas positivas
dentro do neurônio fluem para a área em repouso adjacente. C, O fluxo local de correntes faz com que
a área adjacente seja despolarizada até o limiar e dispare potenciais de ação; a região ativa é
repolarizada, voltando a apresentar o potencial de membrana em repouso.
Na Figura 1.15A, o segmento inicial do axônio é despolarizado até o limiar e dispara um potencial de
ação (a região ativa). Devido à corrente de influxo de Na+, no pico do potencial de ação, a polaridade do
potencial de membrana é revertida e o interior da célula se torna positivo. A região adjacente do
axônio continua inativa, com seu interiorcelular negativo.
A Figura  1.15B ilustra a disseminação da corrente local da região ativa despolarizada à região
inativa adjacente. No sítio ativo, as cargas positivas no interior da célula fluem em direção às cargas
negativas no sítio inativo adjacente. Esse fluxo de corrente faz com que a região adjacente se
despolarize até o limiar.
Na Figura 1.15C, a região adjacente do axônio, tendo sido despolarizada até o limiar, agora dispara
um potencial de ação. A polaridade de seu potencial de membrana é revertida e o interior da célula
fica positivo. Nesse momento, a região ativa original foi repolarizada, voltando ao potencial de
membrana de repouso e restaurando sua polaridade negativa interior. O processo continua e
transmite o potencial de ação de forma sequencial pelo axônio.
Velocidade de Condução
A velocidade com que os potenciais de ação são transmitidos por uma fibra nervosa ou muscular é a
velocidade de condução. Essa propriedade tem grande importância fisiológica, já que determina a
velocidade de transmissão da informação pelo sistema nervoso. Para entender a velocidade de
condução em tecidos excitáveis, dois conceitos principais devem ser explicados: a constante de tempo
e a constante de comprimento. Esses conceitos, as propriedades de cabo, explicam como os nervos e
músculos agem como cabos na condução da energia elétrica.
A constante de tempo (τ) é o período transcorrido após a injeção de corrente para a mudança do
potencial a 63% de seu valor final. Em outras palavras, a constante de tempo indica a rapidez da
despolarização da membrana em resposta a uma corrente de influxo ou ainda a rapidez da
hiperpolarização em resposta a uma corrente de efluxo. Assim,
Em que
τ = Constante de tempo
Rm = Resistência da membrana
Cm = Capacitância da membrana
Dois fatores afetam a constante de tempo. O primeiro fator é a resistência da membrana (Rm).
Quando a Rm é alta, a corrente não atravessa a membrana celular com facilidade, o que dificulta a
alteração do potencial de membrana e, assim, aumenta a constante de tempo. O segundo fator, a
capacitância da membrana (Cm) é a habilidade de armazenamento de carga pela membrana celular.
Quando a Cm é alta, a constante de tempo aumenta, já que a corrente injetada deve, primeiro,
descarregar o capacitor da membrana antes de despolarizá-la. Assim, a constante de tempo é maior
(ou seja, o período transcorrido é maior) quando Rm e Cm são altas.
A constante de comprimento (λ) é a distância do sítio de injeção de corrente em que o potencial
caiu a 63% de seu valor original. A constante de comprimento indica a distância de disseminação da
corrente despolarizante pelo nervo. Em outras palavras, quanto maior a constante de comprimento,
maior a disseminação da corrente pela fibra nervosa. Assim,
em que
λ = Constante de comprimento
Rm = Resistência da membrana
Ri = Resistência interna
Mais uma vez, Rm representa a resistência da membrana. A resistência interna, Ri, é inversamente
relacionada à facilidade do fluxo de corrente pelo citoplasma da fibra nervosa. A constante de
comprimento, portanto, é maior (ou seja, a corrente trafega mais) quando o diâmetro do nervo é
grande, a resistência da membrana é baixa e a resistência interna é pequena. Em outras palavras, a
corrente flui pelo caminho de menor resistência.
Alterações na Velocidade de Condução
Existem dois mecanismos que aumentam a velocidade de condução através do nervo: o aumento do
tamanho da fibra nervosa e a mielinização da fibra nervosa. Esses mecanismos podem ser mais bem
entendidos em termos das propriedades de cabo da constante de tempo e da constante de
comprimento.
♦ Aumento do diâmetro do axônio. O aumento do tamanho de uma fibra nervosa eleva a
velocidade de condução, uma relação que pode ser explicada da seguinte forma: a
resistência interna, Ri, é inversamente proporcional à área transversal (A = 2πr2). Portanto,
quanto maior a fibra, menor a resistência interna. A constante de comprimento é
inversamente proporcional à raiz quadrada de Ri (veja a equação da constante de
comprimento). Assim, a constante de comprimento (λ) é maior quando a resistência interna
(Ri) é menor (ou seja, a fibra é maior). Os nervos maiores apresentam as maiores constantes
de comprimento e as correntes se disseminam para mais longe da região ativa para
propagar os potenciais de ação. O aumento do tamanho da fibra nervosa certamente é um
mecanismo importante para elevar a velocidade de condução no sistema nervoso, mas
existem limitações anatômicas ao tamanho dos axônios. Assim, um segundo mecanismo, a
mielinização, é usado para aumentar a velocidade de condução.
♦ Mielinização. A mielina é um isolante lipídico de axônios que aumenta a resistência da
membrana e diminui a capacitância da membrana. A maior resistência da membrana
força a corrente a fluir pela via de menor resistência do interior do axônio, ao invés da via
de alta resistência da membrana axonal. A diminuição da capacitância da membrana
reduz a constante de tempo; assim, nas interrupções da bainha de mielina (veja a seguir), a
membrana do axônio despolariza mais rapidamente em resposta à corrente de influxo.
Juntos, os efeitos da maior resistência da membrana e de sua menor capacitância
aumentam a velocidade de condução (Quadro 1.4).
Q u a d r o 1 . 4     F is io logia Cl ínica : Esclerose Múlt ipla
Descrição do caso
Uma mulher de 32 anos teve um primeiro episódio de visão borrada há 5 anos. A paciente sentiu
dificuldade ao ler o jornal e as letras pequenas em etiquetas. A visão voltou ao normal de forma
espontânea, mas, 10 meses depois, houve recidiva da visão borrada, dessa vez acompanhada por
outros sintomas, incluindo visão dupla e uma sensação de “pontadas” e fraqueza grave nas pernas.
A paciente estava muito fraca até mesmo para subir um único lance de escadas. Ela foi
encaminhada a um neurologista, que pediu uma série de exames. A ressonância magnética (RM)
do encéfalo mostrou a presença de lesões características da esclerose múltipla. Os potenciais
visuais evocados apresentaram latência prolongada, consistente com a diminuição da velocidade
de condução nervosa. Desde o diagnóstico, a paciente apresentou duas recidivas, e está sendo
tratada com interferon beta.
Explicação do caso
Os potenciais de ação são propagados ao longo das fibras nervosas por meio da disseminação das
correntes locais, da seguinte maneira: quando há um potencial de ação, a corrente de influxo da
fase ascendente do potencial de ação despolariza a membrana naquele ponto, revertendo a
polaridade (ou seja, o interior daquele sítio se torna, por um breve período, positivo). A
despolarização, então, se dissemina a sítios adjacentes ao longo da fibra nervosa por meio do fluxo
de corrente local. É importante notar que, se essas correntes locais despolarizam uma região
adjacente ao limiar, há o disparo de um potencial de ação (ou seja, sua propagação). A velocidade
de propagação do potencial de ação é chamada velocidade de condução. Quanto maior a
disseminação das correntes locais sem decaimento (expressa como a constante de comprimento),
maior a velocidade de condução. Dois fatores principais aumentam a constante de comprimento e,
portanto, a velocidade de condução nos nervos: o maior diâmetro do axônio e a mielinização.
A mielina é um 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, há menor perda de corrente na membrana da célula (aumentando a constante
de comprimento); com mais corrente seguindo 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
pelos nervos mielinizados, a bainha de mielina deve apresentar quebras periódicas (os nós de
Ranvier), nos quais os canais de Na+ e K+ se concentram. Assim, nos nós, as correntes iônicas
necessárias parao potencial de ação podem fluir pela membrana (p. ex., a corrente de influxo de
Na+ necessária à fase ascendente do potencial de ação). Entre os nós, a resistência da membrana é
muito alta e a corrente é forçada a fluir rapidamente pelo axônio até o próximo nó, onde o
próximo potencial de ação pode ser gerado. Assim, o potencial de ação parece “pular” de um nó de
Ranvier até o outro, isso é denominado condução saltatória.
A esclerose múltipla é a doença desmielinizante mais comum do sistema nervoso. A perda da
bainha de mielina ao redor dos axônios diminui a resistência da membrana, fazendo com que a
corrente “escape” pela membrana durante a condução das correntes locais. Por isso, as correntes
locais decaem mais rapidamente ao fluir pelo axônio (menor constante de comprimento) e, por
causa disso, podem ser insuficientes para gerar um potencial de ação ao chegarem ao próximo nó
de Ranvier.
Se todo o axônio fosse recoberto pela bainha lipídica de mielina, porém, não haveria potenciais de
ação, já que não existiriam as interrupções de baixa resistência por onde ocorre o fluxo de corrente
despolarizante. É importante notar, portanto, que a bainha de mielina é interrompida a intervalos de 1
a 2 mm, nos nós de Ranvier. Nesses nós, 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 axônios mielinizados do que naqueles não mielinizados, já que esses potenciais
“saltam” grandes distâncias de um nó ao próximo, em um processo denominado condução saltatória.
Transmissão sináptica e neuromuscular
A sinapse é um sítio em que a informação é transmitida de uma célula para outra. A informação pode
ser transmitida eletricamente (sinapse elétrica) ou através de um transmissor químico (sinapse
química).
Tipos de Sinapse
Sinapses Elétricas
As sinapses elétricas permitem o fluxo de corrente de uma célula excitável para outra através de vias
de baixa resistência entre as células, chamadas junções comunicantes. Essas junções são encontradas
no músculo cardíaco e em alguns tipos de músculos lisos, e são responsáveis pela condução
extremamente rápida nesses tecidos. A rápida condução de célula a célula que ocorre no músculo
ventricular cardíaco, no útero e na bexiga, por exemplo, permite que as células desses tecidos sejam
ativadas de forma simultânea e assegura que a contração ocorra de maneira coordenada.
Sinapses Químicas
Nas sinapses químicas, há um espaço entre a membrana da célula pré-sináptica e a membrana da
célula pós-sináptica, conhecido como fenda sináptica. A informação é transmitida através da fenda
sináptica por meio de um neurotransmissor, uma substância liberada do terminal pré-sináptico que se
liga a receptores localizados no terminal pós-sináptico.
Nas sinapses químicas, a sequência de eventos é a seguinte: um potencial de ação na célula pré-
sináptica leva à abertura de canais de Ca2+. Um influxo de Ca2+ no terminal pré-sináptico provoca a
liberação por exocitose do neurotransmissor armazenado nas vesículas sinápticas. O
neurotransmissor se difunde pela fenda sináptica, ligando-se a receptores na membrana pós-sináptica
e alterando seu potencial de membrana na célula pós-sináptica.
A alteração do potencial de membrana na célula pós-sináptica pode ser excitatória ou inibitória. É o
tipo de receptor de membrana com o qual o neurotransmissor interage que resulta em efeito
excitatório ou inibitório. Por exemplo, o neurotransmissor noradrenalina ao ligar-se ao receptor α1-
adrenérgico em músculo liso causa excitação e, portanto, contração desse músculo, no entanto, se a
noradrenalina se ligar ao receptor β2-adrenérgico o efeito será de inibição e relaxamento desse
músculo. Assim, um neurotransmissor pode ser excitatório em algumas membranas mas inibidor em
outras, tudo depende do receptor.
Diferentemente das sinapses elétricas, a neurotransmissão através das sinapses químicas é
unidirecional (da célula pré-sináptica para a célula pós-sináptica). O retardo sináptico é o tempo
necessário para a ocorrência das diversas etapas da neurotransmissão química.
Junção Neuromuscular – Exemplo de Sinapse Química
Unidades Motoras
Os neurônios motores inervam as fibras musculares. Uma unidade motora é composta por um único
neurônio motor e as fibras musculares por ele inervadas. As unidades motoras apresentam variação
considerável de tamanho: um único neurônio motor pode ativar poucas fibras musculares ou milhares
delas. Como pode ser previsto, as unidades motoras pequenas estão envolvidas nas atividades motoras
finas (p.  ex., expressões faciais) e as unidades motoras grandes estão envolvidas nas atividades
musculares grosseiras (p. ex., os músculos do quadríceps usados em corridas).
Sequência de Eventos na Junção Neuromuscular
A sinapse entre um neurônio motor e uma fibra muscular é denominada junção neuromuscular
(Figura  1.16). Um potencial de ação no neurônio motor produz um potencial de ação nas fibras
musculares por ele inervadas, por meio da seguinte sequência de eventos (as etapas numeradas são
correlacionadas aos números circundados da Figura 1.16):
1. Os potenciais de ação são propagados pelo neurônio motor, como já descrito. As correntes
locais despolarizam cada região adjacente até o limiar. Por fim, o terminal pré-sináptico é
despolarizado e essa despolarização abre os canais de Ca2+ dependentes de voltagem na
membrana pré-sináptica.
2. Com a abertura dos canais de Ca2+, há um aumento da permeabilidade ao Ca2+ no terminal
pré-sináptico e entrada do íon, seguindo seu gradiente eletroquímico.
3. A entrada de Ca2+ no terminal provoca a liberação do neurotransmissor acetilcolina (ACh),
que foi previamente sintetizado e armazenado nas vesículas sinápticas. Para liberar a ACh,
as vesículas sinápticas se fundem à membrana plasmática e esvaziam seu conteúdo na fenda
sináptica, por exocitose.
A ACh é formada a partir de acetil coenzima A (acetil CoA) e colina pela ação da enzima colina
acetiltransferase (Figura 1.17). A ACh é armazenada em vesículas com ATP e proteoglicana
para subsequente liberação. Após a estimulação, todo o conteúdo de uma vesícula sináptica
é liberado na fenda sináptica. A menor quantidade possível de ACh que pode ser liberada é o
conteúdo de uma vesícula sináptica (um quantum) e, por isso, a liberação de ACh é
denominada quântica.
4. A ACh se difunde pela fenda sináptica até a membrana pós-sináptica. Essa região
especializada da fibra muscular é denominada placa motora e contém receptores
nicotínicos para ACh. A ACh se liga às subunidades α do receptor nicotínico e altera sua
conformação. É importante notar que o receptor nicotínico de ACh é um exemplo de canal
iônico dependente de ligante: é também um canal de Na+ e K+. Com a alteração
conformacional, o centro do canal se abre, aumentando a permeabilidade da placa motora
terminal simultaneamente a ambos Na+ e K+.
5. Com a abertura desses canais, há entrada de Na+ e saída de K+, segundo seus respectivos
gradientes eletroquímicos; o Na+ entra na placa motora terminal e o K+ sai. Cada um desses
íons tenta levar o potencial da placa motora (PPM) a seu potencial de equilíbrio. Na
verdade, na ausência de outros canais iônicos na placa motora, essa estrutura é
despolarizada a um valor intermediário entre os potenciais de equilíbrio do Na+ e do K+, ou
seja, cerca de 0 mV (nesse caso, zero não é um “número mágico” – é, simplesmente, o valor
intermediário entre os dois potenciais de equilíbrio). Na prática, porém, devido à presença
de outros canais iônicos que influenciam o potencial de membrana, a despolarização da
placa motora é de apenas cerca de -50 mV, que é o PPM. O PPM não é um potencial de ação,
mas, simplesmente, uma despolarização local da placa motora especializada.
O conteúdo de uma única vesícula sináptica produz a menor alteração possível no potencial de
membrana da placa motora, o potencial de placa motora em miniatura (PPMM). Os
PPMMs se somam, produzindo o PPM total. O aparecimento espontâneode PPMMs prova a
natureza quântica da liberação de ACh na junção neuromuscular.
Cada PPMM, que representa o conteúdo de uma vesícula sináptica, despolariza a placa motora
em cerca de 0,4 mV. Um PPM é um múltiplo dessas unidades de despolarização de 0,4 mV.
Quantas dessas unidades são necessárias à despolarização da placa motora até o PPM? Uma
vez que a placa motora deve ser despolarizada desde seu potencial de repouso de -90 mV
para o potencial limiar de -50 mV, deve, portanto, ser despolarizada em 40 mV. A
despolarização de 40 mV requer 100 quanta (já que cada quantum ou vesícula despolariza a
placa motora em 0,4 mV).
6. A despolarização da placa motora (o PPM), então, se dissemina por correntes locais pela
membrana plasmática adjacente da fibra muscular, que é despolarizada ao limiar e dispara
potenciais de ação. Embora a placa motora, por si só, não consiga disparar potenciais de
ação, é despolarizada o suficiente para iniciar o processo na membrana plasmática vizinha.
Os potenciais de ação são propagados pela fibra muscular como uma continuação desse
processo.
7. O PPM na placa motora é interrompido quando a ACh é degradada à colina e ao acetato pela
acetilcolinesterase (AChE) nessa estrutura. Aproximadamente 50% da colina retorna ao
terminal pré-sináptico através do cotransporte de Na+-colina, para ser novamente usada na
síntese de nova ACh.
FIGURA 1.16  Sequência de eventos na transmissão neuromuscular. 
1, O potencial de ação trafega pelo neurônio motor até o terminal pré-sináptico. 2, A despolarização do
terminal pré-sináptico abre os canais de Ca2+ e estes íons fluem para dentro do terminal. 3, A
acetilcolina (ACh) é liberada na fenda sináptica por exocitose. 4, A ACh se liga a seu receptor na placa
motora. 5, Os canais de Na+ e K+ se abrem na placa motora. 6, A despolarização da placa motora
gera potenciais de ação na membrana plasmática adjacente. 7, A ACh é degradada à colina e acetato
pela acetilcolinesterase (AChE); a colina é captada pelo terminal pré-sináptico por um cotransportador
de Na+-colina.
FIGURA 1.17  Síntese e degradação da acetilcolina. 
Acetil CoA, Acetil coenzima A.
Agentes que Alteram a Função Neuromuscular
Diversos agentes interferem na atividade normal da junção neuromuscular; seus mecanismos de ação
podem ser facilmente compreendidos ao considerarmos as etapas envolvidas na transmissão
neuromuscular (Tabela 1.3; Figura 1.16).
♦ A toxina botulínica bloqueia a liberação de ACh dos terminais pré-sinápticos, o que
interrompe completamente a transmissão neuromuscular, causa paralisia da musculatura
esquelética e, por fim, morte por insuficiência respiratória.
♦ O curare compete com a ACh pelos receptores nicotínicos da placa motora, diminuindo o
tamanho do PPM. Quando administrado em dose máxima, o curare provoca paralisia e
morte. A D-tubocurarina, uma forma de curare, é terapeuticamente utilizada para relaxar a
musculatura esquelética durante anestesias. Uma substância semelhante, a α-
bungarotoxina, se liga irreversivelmente aos receptores de ACh. A ligação de α-
bungarotoxina radioativa é uma ferramenta experimental para medir a densidade de
receptores de ACh na placa motora.
♦ Os inibidores de AChE (anticolinesterases), como a neostigmina, impedem a degradação
da ACh na fenda sináptica, prolongando e aumentando sua ação na placa motora. Os
inibidores de ACh podem ser usados no tratamento da miastenia grave, uma doença
caracterizada por fraqueza da musculatura esquelética e fadiga, em que os receptores de
ACh são bloqueados por anticorpos (Quadro 1.5).
♦ O hemicolínio bloqueia a recaptação de colina pelos terminais pré-sinápticos, depletando
os estoques de colina do terminal do neurônio motor e diminuindo a síntese de ACh.
Tabela 1.3
Agentes que Afetam a Transmissão Neuromuscular
Exemplo Ação Efeito na Transmissão Neuromuscular
Toxina
botulínica
Bloqueia a liberação de ACh de
terminais pré-sinápticos
Bloqueio total, paralisia de músculos respiratórios e morte
Curare Compete com a ACh por receptores na
placa motora
Diminui o tamanho do PPM; em doses máximas, causa paralisia
dos músculos respiratórios e morte
Neostigmina Inibidor de AChE (anticolinesterase) Prolonga e aumenta a ação da ACh na placa motora
Hemicolínio Bloqueia a recaptação de colina pelo
terminal pré-sináptico
Depleta os estoques de ACh do terminal pré-sináptico
ACh, Acetilcolina; AChE, acetilcolinesterase; PPM, potencial da placa motora.
Q u a d r o 1 . 5     F is io logia Cl ínica : Miastenia Grave
Descrição do caso
Uma universitária de 18 anos procura o serviço médico estudantil queixando-se de fraqueza
progressiva. Ela relata que, às vezes, suas pálpebras “caem” e que se cansa facilmente, mesmo
durante a realização de tarefas cotidianas, como escovar os cabelos. Ela sofreu várias quedas ao
subir escadas. Esses sintomas melhoram com o repouso. O médico solicitou exames de sangue, que
revelaram elevação dos títulos de anticorpos contra receptores de ACh. Estudos de estimulação
nervosa mostraram diminuição da responsividade da musculatura esquelética após a estimulação
repetida de neurônios motores. A paciente foi diagnosticada com miastenia grave e está sendo
tratada com piridostigmina. Após o tratamento, ela relata o retorno da força muscular.
Explicação do caso
A jovem apresenta miastenia grave clássica. Na forma autoimune da doença, há produção de
anticorpos contra receptores de ACh nas placas motoras da musculatura esquelética. Seus sintomas
de fraqueza muscular grave (músculos dos olhos, dos braços e das pernas) são explicados pela
presença de anticorpos que bloqueiam os receptores de ACh. Embora a ACh seja liberada em
quantidades normais pelos terminais dos neurônios motores, a ligação da ACh a seus receptores
nas placas motoras é prejudicada. Uma vez que a ACh não consegue se ligar, não há despolarização
da placa motora (PPM) nem geração de potenciais de ação normais na musculatura esquelética.
Assim, há fraqueza muscular e fadiga.
Tratamento
O tratamento dos pacientes com miastenia grave depende do bom entendimento da fisiologia da
junção neuromuscular. Uma vez que o quadro melhorou com a administração de piridostigmina
(um inibidor de colinesterase [AChE] de ação prolongada), o sucesso do tratamento confirmou o
diagnóstico de miastenia grave. A AChE na placa motora degrada normalmente a ACh (ou seja, a
AChE interrompe a ação da ACh). Ao inibir a enzima de degradação de ACh com a piridostigmina,
os níveis da molécula na junção neuromuscular continuam altos, aumentando o tempo para que
haja a ativação dos receptores na placa motora. Assim, é possível produzir um PPM mais normal
na fibra muscular, embora muitos receptores de ACh estejam bloqueados por anticorpos.
Tipos de Disposição Sináptica
Existem vários tipos de relação entre a entrada de uma sinapse (o elemento pré-sináptico) e sua saída
(o elemento pós-sináptico): uma a uma, uma a muitas e muitas a uma.
♦ Sinapses uma a uma. A sinapse uma a uma é ilustrada pela junção neuromuscular
(Figura 1.16). Um único potencial de ação na célula pré-sináptica, o neurônio motor, provoca
um único potencial de ação na célula pós-sináptica, a fibra muscular.
♦ Sinapses uma a muitas. A sinapse uma a muitas é incomum, mas é encontrada, por
exemplo, nas sinapses de neurônios motores com células de Renshaw da medula espinal.
Um potencial de ação na célula pré-sináptica, o neurônio motor, causa uma explosão de
potenciais de ação nas células pós-sinápticas. Esse arranjo amplifica a atividade.
♦ Sinapses muitas a uma. A sinapse muitas a uma é bastante comum no sistema nervoso.
Nessas sinapses, um potencial de ação na célula pré-sináptica é insuficiente para evocar um
potencial de ação na célula pós-sináptica. Ao invés disso, muitas células pré-sinápticas
convergem até a célula pós-sináptica; esses impulsos se somam e determinam se a célula
pós-sináptica irá disparar um potencial de ação.
Impulso Sináptico – Potenciais Pós-Sinápticos Excitatórios e Inibitórios
A disposição muitas a uma é uma configuração comum, na qualmuitas células pré-sinápticas
convergem em uma única célula pós-sináptica; os impulsos são excitatórios ou inibitórios. A célula
pós-sináptica integra todas as informações convergentes e, se a soma de impulsos for suficiente para
trazê-la ao limiar, dispara um potencial de ação.
Potenciais Pós-Sinápticos Excitatórios
Os potenciais pós-sinápticos excitatórios (PPSEs) são impulsos sinápticos que despolarizam a célula
pós-sináptica, aproximando o potencial de membrana do limiar e do disparo de um potencial de ação.
Os PPSEs são produzidos, por exemplo, pela abertura de canais permeáveis a ambos o Na+ e o K+,
como descrito anteriormente para o receptor nicotínico da ACh. Nesse caso, o potencial de membrana
é levado a um valor aproximadamente intermediário entre os potenciais de equilíbrio desses dois íons,
ou 0  mV, que é um estado despolarizado. PPSEs podem também ocorrer pela abertura de canais de
Ca2+, ou pelo fechamento de canais de K+. Entre os neurotransmissores que podem causar PPSEs,
incluem-se a ACh, a noradrenalina, a adrenalina, a dopamina, o glutamato e a serotonina.
Potenciais Pós-Sinápticos Inibitórios
Os potenciais pós-sinápticos inibitórios (PPSIs) são impulsos sinápticos que hiperpolarizam a célula
pós-sináptica, distanciando o potencial de membrana do limiar e do disparo de um potencial de ação.
Os PPSIs são produzidos pela abertura de canais de Cl-. O potencial de membrana é levado ao
potencial de equilíbrio desse ânion (aproximadamente -90  mV), que é um estado hiperpolarizado.
PPSIs podem também ocorrer pelo fechamento de canais de Na+ ou pela abertura de canais de K+. Os
neurotransmissores que podem causar PPSIs são o ácido γ-aminobutírico (GABA) e a glicina.
Integração da Informação Sináptica
A informação pré-sináptica que chega à sinapse pode ser integrada de uma ou duas formas: espacial
ou temporal.
Somação Espacial
A somação espacial ocorre quando dois ou mais impulsos pré-sinápticos chegam, simultaneamente, a
uma célula pós-sináptica. Se ambos os impulsos forem excitatórios, serão combinados de forma a
produzir uma despolarização maior do que a que seria obtida por qualquer um deles de maneira
isolada. Se um impulso for excitatório e o outro inibitório, cancelam um ao outro. A somação espacial
pode ocorrer mesmo quando os impulsos estão distantes no corpo celular do neurônio, já que a
condução dos PPSEs e PPSIs pela membrana celular é bastante rápida.
Somação Temporal
A somação temporal ocorre quando dois impulsos pré-sinápticos chegam na célula pós-sináptica em
rápida sucessão. A sobreposição temporal dos impulsos faz com que sejam somados.
Outros Fenômenos que Alteram a Atividade Sináptica
A facilitação, o aumento e a potenciação pós-tetânica são fenômenos que podem ocorrer nas
sinapses. Em cada caso, a estimulação repetida faz com que a resposta da célula pós-sináptica seja
maior do que a esperada. Acredita-se que o mecanismo básico comum seja a maior liberação de
neurotransmissores nas sinapses, talvez causada pelo acúmulo de Ca2+ no terminal pré-sináptico. A
potenciaação a longo prazo ocorre no armazenamento de memórias e envolve tanto a maior
liberação de neurotransmissores de terminais pré-sinápticos quanto a maior sensibilidade das
membranas pós-sinápticas a essas moléculas.
A fadiga sináptica pode ocorrer quando a estimulação repetida produz uma resposta menor do que
a esperada na célula pós-sináptica, talvez em decorrência da depleção dos estoques de
neurotransmissores do terminal pré-sináptico.
Neurotransmissores
A transmissão da informação nas sinapses químicas depende da liberação de um neurotransmissor
por uma célula pré-sináptica, sua difusão pela fenda sináptica e sua ligação a receptores específicos na
membrana pós-sináptica, causando uma alteração no seu potencial de membrana.
Os seguintes critérios são usados para formalmente designar uma substância como
neurotransmissor: a substância deve ser sintetizada na célula pré-sináptica; deve ser liberada da
célula pré-sináptica após a estimulação; e, se a substância for aplicada de forma exógena na
membrana pós-sináptica em uma concentração fisiológica, a resposta da célula pós-sináptica deve
mimetizar a resposta in vivo.
As substâncias neurotransmissoras podem ser agrupadas nas seguintes categorias: ACh, aminas
biogênicas, aminoácidos e neuropeptídeos (Tabela 1.4).
Tabela 1.4
Classificação das Substâncias Neurotransmissoras
Ésteres de
Colina
Aminas
Biogênicas Aminoácidos Neuropeptídeos
Acetilcolina (ACh) Dopamina Ácido γ-aminobutírico
(GABA)
Adrenocorticotropina (ACTH)
Adrenalina Glutamato Colecistocinina
Histamina Glicina Dinorfina
Noradrenalina Endorfinas
Serotonina Encefalinas
Peptídeo liberador de gastrina (GRP)
Peptídeo insulinotrópico dependente de glicose
(GIP)
Glucagon
Neurofisina II
Neurotensina
Ocitocina
Secretina
Somatostatina
Substância P
Hormônio tireoestimulante (TRH)
Vasopressina ou hormônio antidiurético (ADH)
Peptídeo intestinal vasoativo (VIP)
Acetilcolina
O papel da acetilcolina (ACh) como neurotransmissor tem importância vital por diversos motivos. A
ACh é o único neurotransmissor utilizado na junção neuromuscular. É o neurotransmissor liberado por
todas as células pré-ganglionares e pela maioria dos neurônios pós-ganglionares na divisão
parassimpática do sistema nervoso autônomo e por todos os neurônios pré-ganglionares da divisão
simpática do sistema nervoso autônomo. É também o neurotransmissor liberado pelos neurônios pré-
sinápticos que inervam a medula adrenal.
A Figura 1.17 ilustra as vias de síntese e degradação da ACh. No terminal pré-sináptico, a colina e a
acetil CoA se combinam para formar a ACh, em uma reação catalisada pela colina acetiltransferase.
Quando a ACh é liberada pelo terminal nervoso pré-sináptico, se difunde pela membrana pós-
sináptica, onde se liga a receptores nicotínicos, ativando-os. A AChE está presente na membrana pós-
sináptica, onde degrada a ACh a colina e acetato. Essa degradação interrompe a ação da ACh na
membrana pós-sináptica. Aproximadamente metade da colina liberada da degradação da ACh é
recaptada pelo terminal pré-sináptico e reutilizada na nova síntese do neurotransmissor.
Noradrenalina, Adrenalina e Dopamina
A noradrenalina, a adrenalina e a dopamina são membros da mesma família das aminas biogênicas;
essas moléculas compartilham um precursor comum, a tirosina, e uma via biossintética (Figura 1.18).
A tirosina é convertida a L-dopa pela tirosina hidroxilase e a L-dopa é convertida a dopamina pela
dopa descarboxilase. Em caso de presença de dopamina β-hidroxilase no terminal nervoso, a
dopamina é convertida a noradrenalina. Na presença de feniletanolamina-N-metil transferase
(PNMT) (com a S-adenosilmetionina como doador metil), a noradrenalina é metilada, formando a
adrenalina.
FIGURA 1.18  Síntese e degradação de dopamina, noradrenalina e adrenalina. 
COMT, Catecol-O-metiltransferase; MAO, monoamino oxidase.
O neurotransmissor específico secretado depende de qual porção, ou quais porções, da via
enzimática são encontradas em um determinado tipo de neurônio ou célula glandular. Assim,
neurônios dopaminérgicos secretam dopamina porque o terminal nervoso pré-sináptico contém
tirosina hidroxilase e dopa descarboxilase, mas não as outras enzimas. Os neurônios adrenérgicos
secretam noradrenalina porque possuem dopamina β-hidroxilase, além de tirosina hidroxilase e dopa
descarboxilase, mas não PNMT. A medula adrenal apresenta a via enzimática completa e, portanto,
secreta principalmente adrenalina.
A degradação da dopamina, da noradrenalina e da adrenalina a substâncias inativas ocorre por
meio de duas enzimas: catecol-o-metiltransferase (COMT) e monoamina oxidase (MAO). A COMT, uma
enzima metilante, não é encontrada em terminais nervosos, mas está amplamente distribuída pelos
demais tecidos, inclusive o fígado. A MAO está localizada em terminais pré-sinápticos e catalisa a
desaminação oxidativa. Um neurotransmissor degradado pela MAO deve ser recaptado pela sinapse.
Cada uma das aminas biogênicas pode serdegradada apenas pela MAO, apenas pela COMT ou por
ambas (em qualquer ordem). Assim, existem três possíveis produtos de degradação de cada
neurotransmissor e, de modo geral, essas moléculas são excretadas na urina (Figura 1.18). O principal
metabólito da noradrenalina é a metanefrina. O principal metabólito da adrenalina é a
metaepinefrina. A noradrenalina e a adrenalina são degradadas a ácido 3-metoxi-4-
hidroximandélico (VMA).
Serotonina
A serotonina, outra amina biogênica, é produzida a partir do triptofano em neurônios
serotoninérgicos do encéfalo e do trato gastrintestinal (Figura 1.19). Após sua liberação dos neurônios
pré-sinápticos, a serotonina pode retornar intacta ao terminal nervoso ou ser degradada no terminal
pré-sináptico pela MAO a ácido 5-hidroxiindoleacético. Além disso, a serotonina é um precursor da
melatonina na glândula pineal.
FIGURA 1.19  Síntese e degradação da serotonina. 
MAO, Monoamina oxidase.
Histamina
A histamina, uma amina biogênica, é sintetizada a partir da histidina, em uma reação catalisada pela
histidina descarboxilase. Essa molécula é encontrada em neurônios do hipotálamo, assim como em
tecidos não neuronais, como os mastócitos do trato gastrintestinal.
Glutamato
O glutamato, um aminoácido, é o principal neurotransmissor excitatório do sistema nervoso central.
Essa molécula desempenha um papel fundamental na medula espinal e no cerebelo. Existem quatro
tipos de receptores de glutamato. Três deles são receptores ionotrópicos, ou canais iônicos
dependentes de ligantes, incluindo o receptor NMDA (N-metil-D-aspartato), amplamente distribuído
pelo sistema nervoso central. Um quarto subtipo é formado pelos receptores metabotrópicos,
acoplados via proteínas ligantes de trifosfato de guanosina (GTP; proteínas G) a canais iônicos.
Glicina
A glicina, um aminoácido, é um neurotransmissor inibitório encontrado na medula espinal e no
tronco encefálico. Seu mecanismo de ação é o aumento da condutância ao Cl- na membrana celular
pós-sináptica. Ao aumentar a condutância ao Cl-, o potencial de membrana se aproxima do potencial
de equilíbrio do íon. Assim, a membrana da célula pós-sináptica é hiperpolarizada ou inibida.
Ácido γ-Aminobutírico (GABA)
O ácido γ-aminobutírico (GABA) é um aminoácido e neurotransmissor inibitório amplamente
distribuído pelo sistema nervoso central em neurônios GABAérgicos. O GABA é sintetizado a partir do
ácido glutâmico, em uma reação catalisada pela enzima ácido glutâmico descarboxilase, encontrada
apenas em neurônios GABAérgicos (Figura 1.20). Após sua liberação de neurônios pré-sinápticos e sua
ação na membrana celular pós-sináptica, o GABA pode ser reciclado, voltando ao terminal pré-
sináptico, ou ser degradado pela GABA transaminase, entrando no ciclo do ácido cítrico.
Diferentemente de outros aminoácidos que atuam como neurotransmissores (p.  ex., glutamato e
glicina), o GABA não exerce qualquer função metabólica (ou seja, não é incorporado a proteínas).
FIGURA 1.20  Síntese e degradação do ácido γ-aminobutírico (GABA).
Os dois tipos de receptores de GABA nas membranas pós-sinápticas são GABAA e GABAB. O receptor
GABAA está diretamente ligado a um canal de Cl- sendo, portanto, ionotrópico. Quando estimulado,
aumenta a condutância ao Cl- e, assim, hiperpolariza (inibe) a célula pós-sináptica. O receptor GABAA é
o sítio de ação dos benzodiazepínicos e barbitúricos no sistema nervoso central. O receptor GABAB
está acoplado, via proteína G, a um canal de K+, sendo, portanto, metabotrópico. Quando estimulado,
aumenta a condutância ao íon K+ e hiperpolariza a célula pós-sináptica.
A doença de Huntington está associada à deficiência de GABA. A doença é caracterizada por
movimentos coreiformes hipercinéticos relacionados à deficiência de GABA em projeções do estriado
ao globo pálido. Os movimentos descontrolados característicos são, em parte, atribuídos à ausência de
inibição dependente de GABA nas vias neurais.
Óxido Nítrico
O óxido nítrico (NO) é um neurotransmissor inibitório de ação breve no trato gastrintestinal e no
sistema nervoso central. Nos terminais nervosos pré-sinápticos, a enzima NO sintase converte a
arginina em citrulina e NO. Assim, o NO, um gás permeável, simplesmente se difunde do terminal pré-
sináptico até sua célula-alvo (ao invés do usual empacotamento do neurotransmissor em vesículas
sinápticas e sua liberação por exocitose). Além de atuar como neurotransmissor, o NO também atua na
transdução de sinal da guanilil ciclase em diversos tecidos, incluindo a musculatura lisa vascular
(Capítulo 4).
Neuropeptídeos
Os neuropeptídeos que atuam como neuromoduladores, neuro-hormônios e neurotransmissores
formam uma lista longa e crescente (veja uma lista parcial na Tabela 1.4).
♦ Os neuromoduladores são substâncias que atuam nas células pré-sinápticas e alteram a
quantidade de neurotransmissor liberado em resposta ao estímulo. Alternativamente, um
neuromodulador pode ser secretado junto a um neurotransmissor, alterando a resposta da
célula pós-sináptica a esse último.
♦ Os neuro-hormônios, como outros hormônios, são liberados por células secretoras (nesses
casos, neurônios) no sangue e agem em um sítio distante.
♦ Em diversos casos, os neuropeptídeos são armazenados e secretados em conjunto com
neurotransmissores clássicos nas vesículas pré-sinápticas. O peptídeo intestinal vasoativo
(VIP), por exemplo, é armazenado e secretado com a ACh, principalmente em neurônios do
trato gastrintestinal. A somatostatina, a encefalina e a neurotensina são secretadas com a
noradrenalina. A substância P é secretada com a serotonina.
Diferentemente dos neurotransmissores clássicos, que são sintetizados em terminais nervosos pré-
sinápticos, os neuropeptídeos são sintetizados no corpo do neurônio. Como ocorre em todas as sínteses
proteicas, o DNA da célula é transcrito em um RNA mensageiro específico, que é traduzido em
polipeptídeos nos ribossomos. De modo geral, um polipeptídeo preliminar, contendo uma única
sequência peptídica, é sintetizado primeiro. O peptídeo sinalizador é removido no retículo
endoplasmático e o peptídeo final é entregue às vesículas secretoras. Essas vesículas, então, se movem
rapidamente através do neurônio, por meio do transporte axonal, até o terminal pré-sináptico, onde
formam as vesículas sinápticas.
Purinas
O ATP e a adenosina atuam como neuromoduladores nos sistemas nervosos central e autônomo. O
ATP, por exemplo, é sintetizado por neurônios simpáticos que inervam a musculatura lisa vascular. É
armazenado e secretado em conjunto com o neurotransmissor “comum” desses neurônios, a
noradrenalina. Quando estimulado, o neurônio libera ATP e noradrenalina e ambos contraem a
musculatura lisa; na verdade, a contração induzida por ATP precede aquela induzida pela
noradrenalina.
Musculatura esquelética
A contração da musculatura esquelética está sob controle voluntário ou reflexo (involuntário). Cada
célula da musculatura esquelética é inervada por um ramo de um motoneurônio. Os potenciais de
ação são propagados pelos motoneurônios, levando à liberação de ACh na junção neuromuscular, o
que despolariza a placa motora e inicia potenciais de ação na fibra muscular.
Quais eventos, então, provocam a contração da fibra muscular? Esses eventos, que ocorrem entre o
potencial de ação da fibra muscular e a contração da fibra, são denominados acoplamento excitação-
contração. Os mecanismos do acoplamento excitação-contração em músculos esqueléticos e lisos são
discutidos nesse capítulo, enquanto os mecanismos observados na musculatura cardíaca são
discutidos no Capítulo 4.
Filamentos Musculares
Cada fibra muscular se comporta como uma única unidade, é multinucleada e contém miofibrilas. As
miofibrilas são circundadas pelo RS e são invaginadas por túbulos transversos (túbulos T). Cada
miofibrila contém filamentos finos e grossos, interdigitados, dispostos longitudinal e transversalmente
em sarcômeros (Figura  1.21). As unidades repetidas de sarcômeros são responsáveis pelo exclusivo
padrão em bandas observado na musculaturaestriada (que inclui os músculos esqueléticos e
cardíacos).
FIGURA 1.21  Estrutura dos filamentos grossos (A) e finos (B) da musculatura esquelética. 
A troponina é um complexo formado por três proteínas: I, Troponina I; T, troponina T; e C, troponina C.
Filamentos Grossos
Os filamentos grossos são compostos por uma proteína de alto peso molecular denominada miosina,
que possui seis cadeias polipeptídicas, incluindo um par de cadeias pesadas e dois pares de cadeias
leves (Figura 1.21A). A maior parte das cadeias pesadas da miosina apresenta uma estrutura em α-
hélice, na qual duas cadeias se enrolam ao redor uma da outra, formando a “cauda” da molécula. As
quatro cadeias leves e a porção N-terminal de cada cadeia pesada formam duas “cabeças” globulares
na molécula de miosina. Essas cabeças globulares possuem um sítio de ligação à actina, necessário à
formação das pontes cruzadas, e um sítio que se liga ao ATP, hidrolisando-o (ATPase da miosina).
Filamentos Finos
Os filamentos finos são compostos por três proteínas: actina, tropomiosina e troponina (Figura 1.21B).
A actina é uma proteína globular e, nessa forma, é denominada actina G. Nos filamentos finos, a
actina G é polimerizada em duas fitas, enroladas em uma estrutura α-helicoidal, formando a actina
filamentosa, denominada actina F. A actina possui sítios de ligação à miosina. Quando um músculo está
em repouso, os sítios de ligação à miosina são cobertos por tropomiosina, impedindo a interação entre
actina e miosina.
A tropomiosina é uma proteína filamentosa localizada na fenda entre cada filamento torcido de
actina. Em repouso, sua função é bloquear os sítios de ligação à miosina da actina. Para que a
contração ocorra, a tropomiosina precisa ser movida fora desse sítio para que a actina e a miosina
possam interagir.
A troponina é um complexo de três proteínas globulares (troponina T, troponina I e troponina C)
localizado a intervalos regulares nos filamentos de tropomiosina. A troponina T (T de tropomiosina)
liga o complexo troponina à tropomiosina. A troponina I (I de inibição), em conjunto com a
tropomiosina, inibe a interação entre a actina e a miosina, recobrindo o sítio de ligação à miosina na
actina. A troponina C (C de Ca2+) é uma proteína ligante de Ca2+ que desempenha um papel
fundamental no início da contração muscular. Quando a concentração intracelular de Ca2+ aumenta, o
íon se liga à troponina C, produzindo uma alteração conformacional no complexo da troponina. Essa
alteração conformacional tira a tropomiosina do caminho, permitindo a ligação da actina às cabeças
de miosina.
Disposição dos Filamentos Grossos e Finos em Sarcômeros
O sarcômero é a unidade contrátil básica e é delimitada por discos Z. Cada sarcômero contém uma
banda A completa no centro e metade de duas bandas I a cada lado da banda A (Figura 1.22).
FIGURA 1.22  Disposição dos filamentos grossos e finos da musculatura esquelética em
sarcômeros.
As bandas A estão localizadas no centro do sarcômero e contêm os filamentos grossos (de miosina),
que são escuros quando vistos sob luz polarizada. Na banda A, os filamentos grossos e finos podem se
sobrepor; essas áreas de sobreposição são possíveis sítios de formação de pontes cruzadas.
As bandas I flanqueiam os dois lados da banda A e são claras à luz polarizada. Essas bandas
possuem os filamentos finos (actina), as proteínas filamentosas intermediárias e os discos Z, mas não
filamentos grossos.
Os discos Z são estruturas de coloração escura que seguem pelo meio de cada banda I, delimitando
as extremidades de cada sarcômero.
A zona vazia está localizada no centro de cada sarcômero. Não existem filamentos finos na zona
vazia; assim, nesta região, não há sobreposição de filamentos grossos e finos, nem a formação de
pontes cruzadas.
As linhas M dividem a zona vazia e contêm proteínas de coloração escura que unem as porções
centrais aos filamentos grossos.
Proteínas do Citoesqueleto
As proteínas do citoesqueleto estabelecem a arquitetura das miofibrilas, garantindo que os filamentos
grossos e finos se alinhem de maneira correta e em distâncias adequadas uns dos outros.
As proteínas transversas do citoesqueleto unem filamentos grossos e finos, formando um arcabouço
para as miofibrilas e unindo sarcômeros de miofibrilas adjacentes. Um sistema de filamentos
intermediários mantém as miofibrilas juntas, lado a lado. Toda a estrutura miofibrilar está ancorada à
membrana celular por uma proteína ligante de actina denominada distrofina (em pacientes com
distrofia muscular, a distrofina é defeituosa ou inexistente).
Entre as proteínas longitudinais do citoesqueleto, estão duas proteínas grandes, denominadas titina
e nebulina. A titina, associada aos filamentos grossos, é uma proteína de alto peso molecular que se
estende das linhas M aos discos Z. Parte da molécula de titina passa por dentro do filamento grosso; o
restante da molécula, que é elástico ou em formato de mola, está ancorado ao disco Z. Conforme a
extensão do sarcômero se altera, a porção elástica da molécula de titina também muda. A titina
também ajuda a centralizar os filamentos grossos no sarcômero. A nebulina está associada aos
filamentos finos. Uma única molécula de nebulina se estende de uma extremidade do filamento fino à
outra. A nebulina atua como uma “régua molecular”, determinando a extensão dos filamentos finos
durante sua montagem. A α-actinina ancora os filamentos finos ao disco Z.
Os Túbulos Transversos e o Retículo Sarcoplasmático
Os túbulos transversos (T) são uma extensa rede de membranas de células musculares (membranas
sarcolemais) que se invaginam profundamente na fibra muscular. Os túbulos T são responsáveis por
propagar a despolarização dos potenciais de ação na superfície dos miócitos para o interior da fibra.
Os túbulos T fazem contato com a cisterna terminal do RS e possuem uma proteína sensível à
voltagem, denominada receptor de diidropiridina graças ao fármaco que a inibe (Figura 1.23).
FIGURA 1.23  Túbulos transversos e retículo sarcoplasmático (RS) da musculatura
esquelética. 
Os túbulos transversos são contínuos às membranas sarcolemais e se invaginam profundamente na
fibra muscular, fazendo contato com as cisternas terminais do RS.
O retículo sarcoplasmático (RS) é uma estrutura tubular interna que é o sítio de armazenamento e
liberação de Ca2+ para o acoplamento excitação-contração. Como já discutido, a cisterna terminal do RS
faz contato com os túbulos T em um arranjo em tríade. O RS contém um canal liberador de Ca2+
denominado receptor de rianodina (assim chamado graças ao alcaloide vegetal que abre seu canal de
liberação). O significado da relação física entre os túbulos T (e seu receptor de diidropiridina) e o RS (e
seu receptor de rianodina) é descrito na seção referente ao acoplamento excitação-contração.
O Ca2+ se acumula no RS pela ação da Ca2+ ATPase (SERCA) na membrana da organela. A Ca2+
ATPase bombeia o íon do LIC da fibra muscular para o interior do RS, mantendo sua concentração
baixa quando a fibra está em repouso. No interior do RS, o Ca2+ se liga à calsequestrina, uma proteína
ligante do íon de baixa afinidade e alta capacidade. Ao se ligar ao Ca2+, a calsequestrina ajuda a manter
uma baixa concentração do íon livre no interior do RS, reduzindo o trabalho da bomba Ca2+ ATPase.
Assim, uma grande quantidade de Ca2+ pode ser armazenada no interior do RS em forma ligada, ao
mesmo tempo em que a concentração de Ca2+ livre permanece extremamente baixa.
Acoplamento Excitação-Contração na Musculatura Esquelética
O mecanismo que converte o potencial de ação muscular em produção de tensão é o acoplamento
excitação-contração. A Figura 1.24 mostra as relações temporais entre um potencial de ação na fibra
muscular esquelética, o subsequente aumento da concentração intracelular de Ca+2 livre (que é
liberado do RS) e a contração da fibra muscular. Essas relações temporais são muito importantes, já
que o potencial de ação sempre precede o aumento da concentração intracelular de Ca2+, que sempre
precede a contração.os princípios
subjacentes da fisiologia celular e do sistema nervoso autônomo. Os Capítulos 3 a 10, os principais
sistemas orgânicos: neurofisiologia e fisiologia cardiovascular, respiratória, renal, acidobásica,
gastrintestinal, endócrina e reprodutiva. As relações entre os sistemas orgânicos são enfatizadas para
destacar os mecanismos integrativos da homeostase.
Nesta edição, as seguintes características facilitam o estudo da fisiologia:
♦ O texto é fácil de ler e conciso: cabeçalhos claros orientam o aluno quanto à organização e à
hierarquia do material. As informações fisiológicas complexas são apresentadas de forma
sistemática, lógica e gradual. Quando o processo ocorre em uma sequência específica, as
etapas são numeradas no texto e, de modo geral, correlacionadas com números mostrados
na figura correspondente. Marcadores são usados para separar e destacar as características
de um processo. Em todo o texto, perguntas retóricas antecipam as dúvidas que os alunos
possam ter; ao ver e, então, responder a essas perguntas, o aluno aprende a explicar
conceitos difíceis e racionalizar achados inesperados ou paradoxais. Os resumos dos
capítulos fazem recapitulações curtas.
♦ Tabelas e ilustrações que podem ser usadas com o texto ou, por serem autoexplicativas,
como revisão: as tabelas resumem, organizam e comparam as informações. Exemplos são (1)
a tabela que compara os hormônios gastrintestinais quanto à família hormonal, ao local e ao
estímulo para a secreção e as ações de cada molécula; (2) a tabela que compara as
características fisiopatológicas dos distúrbios da homeostase de Ca2+; e (3) a tabela que
compara as características do potencial de ação em diferentes tecidos cardíacos. As
ilustrações são identificadas de maneira clara e apresentam cabeçalhos principais,
diagramas simples, diagramas complexos com etapas numeradas e fluxogramas.
♦ Equações e exemplos de problema integrados ao texto: todos os termos e unidades das
equações são definidos e cada equação é reescrita em palavras, a fim de colocá-la em seu
contexto fisiológico. Os exemplos de problema são acompanhados por soluções numéricas
completas e explicações que orientam os alunos ao longo das etapas adequadas de
resolução; seguindo essas etapas, os alunos ganham as habilidades e a confiança para
resolver problemas similares.
♦ Fisiologia clínica, apresentada em quadros: cada quadro traz um paciente fictício com uma
doença clássica. Os achados clínicos e o tratamento proposto são explicados conforme os
princípios fisiológicos subjacentes. A abordagem ao paciente é integrada, enfatizando as
relações entre os sistemas orgânicos. Por exemplo, o caso do diabetes mellitus tipo I discute a
doença não apenas do sistema endócrino, mas também dos sistemas renal, acidobásico,
respiratório e cardiovascular.
♦ Perguntas práticas nas seções “Desafie-se” ao final de cada capítulo: as perguntas, feitas de
forma a terem respostas curtas (uma palavra, uma frase ou uma solução numérica),
desafiam o aluno a aplicar os princípios e conceitos à solução de problemas, e não relembrar
fatos isolados. As perguntas, que são de diversos formatos e colocadas em ordem aleatória,
serão mais eficazes se usadas como ferramentas após o estudo de cada capítulo e sem
consultar o texto. Dessa forma, o aluno pode confirmar sua compreensão do material e
determinar suas áreas de deficiência. As respostas são dadas no final do livro.
♦ Vídeos didáticos sobre tópicos selecionados: uma vez que a explicação oral de princípios
complexos pode ajudar os alunos, pequenos vídeos didáticos sobre tópicos selecionados
complementam o texto escrito.
♦ Abreviações e valores normais apresentados em apêndices: ao consultar e utilizar essas
abreviações e valores comuns por todo o livro, os alunos os memorizam com naturalidade.
Este livro incorpora três de minhas crenças sobre o ensino: (1) mesmo informações complexas
podem ser transmitidas com clareza se a apresentação for sistemática, lógica e gradual; (2) a
apresentação pode ser tão eficaz por escrito quanto pessoalmente; e (3) os alunos que começam a
estudar medicina querem materiais de ensino precisos e com didática forte, mas sem os detalhes que
interessam principalmente aos especialistas. Em essência, um livro pode “ensinar” se a voz do
professor estiver presente, o material for cuidadosamente selecionado para inclusão de informações
essenciais e se houver muito cuidado quanto à lógica e à sequência. Este texto é uma apresentação
realista e profissional escrita para alunos.
Espero que os leitores deste livro gostem do estudo da fisiologia. Aqueles que aprendem bem seus
princípios serão recompensados ao longo de suas carreiras profissionais!
Linda S. Costanzo
Agradecimentos
Agradeço muito a Elyse O’Grady, Jennifer Ehlers e Dan Fitzgerald, da Elsevier, pelas contribuições no
preparo da sexta edição de Fisiologia. Ao artista Matthew Chansky, que revisou as figuras existentes e
criou novas ilustrações que complementam lindamente o texto.
Aos colegas da Virginia Commonwealth University, que responderam prontamente às minhas
dúvidas, em especial aos Drs. Clive Baumgarten, Diomedes Logothetis, Roland Pittman e Raphael
Witorsch. Também agradeço sinceramente aos alunos de medicina de todo o mundo que, de forma
generosa, escreveram para mim sobre suas experiências com as edições anteriores do livro.
A meu marido, Richard; aos nossos filhos, Dan e Rebecca; à nossa nora, Sheila; e aos nossos netos,
Elise e Max, que me deram o apoio entusiasmado e o amor incondicional que permeiam este livro.
C A P Í T U L O 1
Fisiologia Celular
Volume e Composição dos Fluidos Corpóreos, 
Características das Membranas Celulares, 
Transporte Através das Membranas Celulares, 
Potenciais de Difusão e Potenciais de Equilíbrio, 
Potencial de Membrana em Repouso, 
Potenciais de Ação, 
Transmissão Sináptica e Neuromuscular, 
Musculatura Esquelética, 
Musculatura Lisa, 
Resumo, 
Desafie-se, 
O entendimento das funções dos sistemas de órgãos requer um profundo conhecimento dos
mecanismos celulares básicos. Embora cada sistema de órgãos tenha uma função geral diferente, todos
têm como base um conjunto comum de princípios fisiológicos.
Os seguintes princípios básicos de fisiologia são introduzidos neste capítulo: os fluidos corpóreos,
com ênfase nas diferenças de composição dos líquidos intracelular e extracelular; a criação dessas
diferenças de concentração por meio de processos de transporte nas membranas celulares; a origem
da diferença de potencial elétrico através das membranas celulares, em especial em células excitáveis,
como neurônios e células musculares; a geração de potenciais de ação e sua propagação em células
excitáveis; a transmissão da informação entre células por meio de sinapses e o papel dos
neurotransmissores; e os mecanismos que acoplam os potenciais de ação à contração das células
musculares.
Esses princípios da fisiologia celular formam um conjunto de assuntos recorrentes e interligados.
Depois de entendidos, esses princípios podem ser aplicados e integrados à função de cada sistema de
órgãos.
Volume e composição dos fluidos corpóreos
Distribuição da Água nos Compartimentos de Fluidos Corpóreos
No corpo humano, a água constitui grande parte do peso corpóreo. A quantidade total de líquido ou
água é denominada água corpórea total e é responsável por 50% a 70% do peso corpóreo. Um homem
de 70 quilogramas (kg), por exemplo, cuja água corpórea total equivale a 65% de seu peso corpóreo,
apresenta 45,5  kg ou 45,5 litros (L) de água (1  kg de água ≈ 1  L de água). De modo geral, a água
corpórea total é inversamente correlacionada à gordura corpórea. Assim, a porcentagem de água
corpórea total é maior quando a quantidade de gordura corpórea é baixa e é menor se a quantidade
de gordura corpórea for alta. Uma vez que mulheres apresentam maior porcentagem de tecido
adiposo do que homens, tendem a ter menos água corpórea. A distribuição da água entre os
compartimentos dos fluidos corpóreos é brevemente descrita neste capítuloFIGURA 1.24  Sequência temporal de eventos no acoplamento excitação-contração da
musculatura esquelética. 
O potencial de ação do músculo precede o aumento na concentração intracelular de Ca2+, que é
anterior à contração.
As etapas envolvidas no acoplamento excitação-contração são descritas a seguir e ilustradas na
Figura 1.25 (a Etapa 6 é mostrada na Figura 1.26):
1. Os potenciais de ação na membrana do miócito são propagados aos túbulos T pela
disseminação de correntes locais. Assim, os túbulos T que são contínuos à membrana
sarcolemal propagam a despolarização da superfície para o interior da fibra muscular.
2a. e b. A despolarização dos túbulos T provoca uma alteração conformacional crítica nos
receptores de diidropiridina sensíveis à voltagem. Essa alteração conformacional abre os
canais de liberação de Ca2+ (receptores de rianodina) no RS próximo (embora os receptores
de diidropiridina dos túbulos T sejam canais de Ca2+ dependentes de voltagem do tipo L, o
influxo dos íons para célula através desses canais não é necessário para o acoplamento
excitação-contração na musculatura esquelética).
3. Quando esses canais de liberação de Ca2+ se abrem, o íon sai de seu sítio de armazenamento
no RS para o LIC da fibra muscular, aumentando a concentração intracelular de Ca2+. Em
repouso, a concentração intracelular de Ca2+ livre é inferior a 10-7 M. Após sua liberação do
RS, essas concentrações aumentam a nível de 10-7 para 10-6 M.
4. O Ca2+ se liga à troponina C dos filamentos finos, provocando uma alteração conformacional
no complexo da troponina. A troponina C pode se ligar a até 4 íons Ca2+ por molécula de
proteína. Uma vez que essa ligação é cooperativa, cada molécula ligada de Ca2+ aumenta a
afinidade da troponina C pelo próximo Ca2+. Assim, até mesmo um pequeno aumento na
concentração de Ca2+ eleva a probabilidade de que todos os sítios de ligação sejam ocupados,
de modo a produzir a alteração conformacional necessária no complexo da troponina.
5. A alteração conformacional da troponina resulta em que a tropomiosina (que,
anteriormente, bloqueava a interação entre a actina e a miosina) saia do caminho,
possibilitando o início do ciclo das pontes cruzadas. Quando a tropomiosina sai, os sítios de
ligação da miosina na actina, previamente cobertos, são expostos.
6. Ciclo das pontes cruzadas. Com o Ca2+ ligado à troponina C e a tropomiosina fora do
caminho, as cabeças de miosina podem agora se ligar à actina, formando as chamadas
pontes cruzadas. A formação de pontes cruzadas está associada à hidrólise do ATP e à
geração de força.
A sequência de eventos do ciclo das pontes cruzadas é mostrada na Figura 1.26. A) No início do
ciclo, não há ATP ligado à miosina, que está bem unida à actina na posição de “rigor”. No
músculo em rápida contração, esse estado é muito breve. Na ausência de ATP, porém, esse
estado é permanente (ou seja, rigor mortis). B) A ligação de ATP à fenda atrás da cabeça da
miosina produz uma alteração conformacional na molécula que diminui sua afinidade pela
actina; assim, a miosina é liberada do sítio original de ligação à actina. C) A fenda se fecha ao
redor da molécula de ATP ligado, produzindo outra mudança conformacional que causa o
deslocamento da miosina em direção à extremidade positiva da actina. O ATP é hidrolisado
a ADP e Pi, permanecendo ligado à miosina. D) A miosina se liga a um novo sítio na actina
(em direção a sua extremidade positiva), gerando força ou tensão. Em cada ciclo das pontes
cruzadas, a cabeça da miosina “caminha” por 10 nanômetros (10-8 metros) pelo filamento de
actina. E) O ADP é liberado e a miosina retorna a seu estado original, sem nucleotídeos
ligados (A). O ciclo das pontes cruzadas continua, com a miosina “caminhando” em direção à
extremidade positiva do filamento de actina, desde que o Ca2+ continue ligado à troponina C.
7. O relaxamento ocorre quando o Ca2+ volta a se acumular no RS, graças à ação da Ca2+ ATPase
da membrana da organela (SERCA). Quando a concentração intracelular de Ca2+ cai a menos
de 10-7 M, não há íons suficientes para a ligação à troponina C. Quando o Ca2+ é liberado da
troponina C, a tropomiosina retorna a sua posição de repouso, bloqueando novamente o sítio
de ligação da miosina na actina. Enquanto a concentração intracelular de Ca2+ for baixa, o
ciclo das pontes cruzadas não pode ocorrer e a musculatura fica relaxada.
FIGURA 1.25  Etapas na excitação-contração da musculatura esquelética. 
RS, Retículo sarcoplasmático; túbulos T, túbulos transversos. Veja a explicação dos números
circundados no texto.
FIGURA 1.26  Ciclo das pontes cruzadas na musculatura esquelética. 
Mecanismo pelo qual a miosina “anda” em direção à extremidade positiva do filamento de actina. A-E,
Veja a discussão no texto. ADP, Difosfato de adenosina; ATP, trifosfato de adenosina; Pi, fosfato
inorgânico.
O ciclo das pontes cruzadas produz força (tensão) nos elementos contráteis. Para que essa força seja
transmitida para a superfície do músculo, uma série de elementos elásticos (p. ex., titina) deve, antes,
ser distendida. Como isso, há um retardo na transmissão de força das pontes cruzadas para a
superfície do músculo (Figura 1.24). Com o fim do ciclo das pontes cruzadas, há também um retardo na
queda da tensão muscular; a série de elementos elásticos continua distendida e, assim, a transmissão
de força para a superfície do músculo continua após a redução da concentração intracelular de Ca2+ e
o término do ciclo das pontes cruzadas.
Mecanismo da Contração Tetânica
Um único potencial de ação provoca a liberação de uma quantidade fixa de Ca2+ do RS, produzindo um
único evento contrátil (abalo isolado). O abalo termina (ou seja, há relaxamento) quando o RS volta a
acumular Ca2+. Com a estimulação muscular repetida, porém, não há tempo suficiente para que o RS
volte a acumular Ca2+ e a concentração intracelular do íon nunca retorna aos baixos níveis existentes
durante o relaxamento. Ao invés disso, a concentração intracelular de Ca2+ permanece alta, levando à
contínua ligação do íon à troponina C e, consequentemente, à manutenção do ciclo das pontes
cruzadas. Nesse estado, há uma contração permanente denominada tetânica, ao invés de um abalo
isolado.
Relação Comprimento-Tensão
A relação comprimento-tensão no músculo se refere ao efeito do comprimento da fibra muscular
sobre a tensão que ela pode desenvolver (Figura  1.27). A tensão é determinada durante uma
contração isométrica do músculo, em que se permite o desenvolvimento de tensão em um
comprimento pré-determinado (chamado pré-carga), mas não seu encurtamento (imagine tentar
levantar um peso de 250 kg. A tensão desenvolvida seria enorme, mas não haveria encurtamento ou
movimentação muscular!). As seguintes medidas de tensão podem ser feitas como função do
comprimento predeterminado (ou pré-carga):
♦ A tensão passiva é aquela desenvolvida pelo simples alongamento de um músculo em
diferentes comprimentos (pense na tensão produzida por um elástico progressivamente
esticado a comprimentos maiores).
♦ A tensão ativa é determinada pela subtração da tensão passiva da tensão total. Representa
a força ativa desenvolvida pelo ciclo das pontes cruzadas.
♦ A tensão total é aquela desenvolvida quando um músculo é estimulado a se contrair em
diferentes pré-cargas. É a soma da tensão ativa desenvolvida pelo ciclo das pontes cruzadas
nos sarcômeros e pela tensão passiva provocada pelo alongamento do músculo.
FIGURA 1.27  Relação comprimento-tensão na musculatura esquelética. 
A tensão ativa máxima ocorre nos comprimentos musculares em que há sobreposição máxima de
filamentos grossos e finos.
A incomum relação entre a tensão ativa e o comprimento muscular é a relação comprimento-
tensão e pode ser explicada pelos mecanismos envolvidos no ciclo das pontes cruzadas (Figura 1.27). A
tensão ativa desenvolvida é proporcional ao número de pontes cruzadas daquele ciclo. A tensão ativa,
portanto, é máxima quando a sobreposição de filamentos finos e grossos e o número possível de
pontes cruzadas tambémsão máximos. Quando um músculo é estirado a extensões maiores, o número
de pontes cruzadas possíveis diminui, assim como a tensão ativa. Da mesma forma, quando a extensão
do músculo diminui, os filamentos finos colidem uns com os outros no centro do sarcômero, reduzindo
o número de pontes cruzadas possíveis e a tensão ativa.
Relação Força-Velocidade
A relação força-velocidade, mostrada na Figura 1.28, descreve a velocidade do encurtamento quando a
força contra a qual o músculo se contrai, a pós-carga, varia (Figura 1.28, esquerda). Diferentemente da
relação comprimento-tensão, a relação força-velocidade é determinada permitindo o encurtamento do
músculo. A força, ao invés do comprimento, é fixa e, portanto, é denominada contração isotônica. A
velocidade de encurtamento reflete a velocidade do ciclo das pontes cruzadas. Como é
intuitivamente óbvio, a velocidade do encurtamento é máxima (Vmáx) quando a pós-carga muscular é
zero. Conforme a pós-carga sobre o músculo aumenta, a velocidade diminui, já que o ciclo das pontes
cruzadas pode ser mais lento contra uma resistência maior. Com o aumento ainda maior da pós-carga,
a velocidade de encurtamento é reduzida a zero. (imagine a rapidez com que você pode levantar uma
pena em comparação a uma tonelada de tijolos!).
FIGURA 1.28  Velocidade inicial do encurtamento como função da pós-carga na musculatura
esquelética.
O efeito da pós-carga sobre a velocidade de encurtamento pode ser também demonstrado pela
fixação do músculo em um comprimento predeterminado (pré-carga) e, então, medindo a velocidade
de encurtamento em vários níveis de pós-carga (Figura 1.28, direita). Uma “família” de curvas é gerada,
na qual cada uma representa uma pré-carga fixa diferente. As curvas sempre se intersectam em Vmáx,
o ponto onde a pós-carga é zero e a velocidade de encurtamento é máxima.
Musculatura lisa
A musculatura lisa não possui estriações, o que a diferencia dos músculos esqueléticos e cardíaco. As
estriações encontradas nos músculos esqueléticos e cardíaco são criadas pelos padrões em banda dos
filamentos grossos e finos dos sarcômeros. Na musculatura lisa, não há estriações, já que os filamentos
grossos e finos, mesmo estando presentes, não estão organizados em sarcômeros.
A musculatura lisa é encontrada nas paredes de órgãos ocos, como os do trato gastrintestinal, a
bexiga e o útero, assim como na vasculatura, nos ureteres, nos bronquíolos e nos músculos dos olhos.
A musculatura lisa tem duas funções: produzir motilidade (p.  ex., para propelir o quimo pelo trato
gastrintestinal ou a urina pelos ureteres) e manter a pressão (p. ex., musculatura lisa das paredes dos
vasos sanguíneos).
Tipos de Músculos Lisos
Os músculos lisos são classificados como multiunitários ou unitários, dependendo do acoplamento
elétrico entre suas células. Os músculos lisos unitários apresentam junções comunicantes entre as
células, que permitem a rápida disseminação da atividade elétrica pelos órgãos, seguida pela
contração coordenada. No músculo liso multiunitário, o acoplamento entre as células é pequeno ou
mesmo nulo. Um terceiro tipo, uma combinação entre músculos unitários e multiunitários, é
observado na musculatura lisa vascular.
Musculatura Lisa Unitária
A musculatura lisa unitária é encontrada no trato gastrintestinal, na bexiga, no útero e no ureter.
Nesses órgãos, o músculo liso se contrai de forma coordenada, já que as células são unidas por junções
comunicantes. Essas junções são vias de baixa resistência para o fluxo de corrente, que permitem o
acoplamento elétrico entre as células. Os potenciais de ação, por exemplo, ocorrem simultaneamente
em todas as células da musculatura lisa da parede da bexiga, de modo que todo o órgão pode se
contrair (e esvaziar) de uma vez.
A musculatura lisa unitária é também caracterizada pela atividade espontânea de marca-passo, ou
ondas lentas. A frequência de ondas lentas determina um padrão característico de potenciais de ação
em um órgão, que, então, determina a frequência de contrações.
Musculatura Lisa Multiunitária
A musculatura lisa multiunitária está presente na íris, nos músculos ciliares do cristalino e nos ductos
deferentes. Cada fibra muscular se comporta como uma unidade motora separada (similar ao músculo
esquelético) e o acoplamento entre as células é pequeno ou nulo. As células da musculatura lisa
multiunitária são densamente inervadas por fibras pós-ganglionares dos sistemas nervosos
parassimpático e simpático e são esses que regulam a sua função.
Acoplamento Excitação-Contração na Musculatura Lisa
O mecanismo do acoplamento excitação-contração na musculatura lisa é diferente daquele observado
na musculatura esquelética. Lembre-se que, no músculo esquelético, a ligação entre a actina e a
miosina pode ocorrer quando o Ca2+ se liga à troponina C. Nos músculos lisos, porém, não há
troponina. Ao invés disso, a interação entre a actina e a miosina é controlada pela ligação do Ca2+ a
outra proteína, a calmodulina. O complexo Ca2+-calmodulina, por sua vez, regula a quinase da cadeia
leve de miosina, que regula o ciclo das pontes cruzadas.
Etapas do Acoplamento de Excitação-Contração na Musculatura Lisa
As etapas envolvidas no acoplamento de excitação-contração da musculatura lisa são ilustradas na
Figura 1.29 e ocorrem da seguinte forma:
1. A depolarização da musculatura lisa abre canais de Ca2+ dependentes de voltagem na
membrana sarcolemal. Com esses canais abertos, o Ca2+ entra na célula, seguindo seu
gradiente eletroquímico. Esse influxo de Ca2+ do LEC provoca um aumento na concentração
intracelular de Ca2+. Diferentemente da musculatura esquelética, em que potenciais de ação
são necessários para que haja contração, na musculatura lisa, a despolarização sublimiar
(que não leva a um potencial de ação) pode abrir esses canais de Ca2+ dependentes de
voltagem e aumentar a concentração intracelular de Ca2+. Se a despolarização da membrana
da musculatura lisa atingir o limiar, potenciais de ação podem ocorrer, provocando
despolarização ainda maior e abertura ainda maior dos canais de Ca2+ dependentes de
voltagem.
O Ca2+ que entra nas células da musculatura lisa por meio dos canais de Ca2+ dependentes de
voltagem liberam mais Ca2+ do RS (em um processo chamado liberação de Ca2+ induzida
por Ca2+). Assim, o aumento da concentração intracelular de Ca2+ se deve, em parte, pela
entrada do íon através da membrana sarcolemal e, em parte, pela liberação de Ca2+ dos
estoques intracelulares no RS.
2. Dois outros mecanismos podem contribuir para o aumento da concentração intracelular de
Ca2+: os canais de Ca2+ dependentes de ligantes e os canais de liberação de Ca2+ dependentes
de IP3. Os canais de Ca2+ dependentes de ligantes da membrana sarcolemal podem ser
abertos de forma direta por diversos hormônios e neurotransmissores, permitindo a entrada
de mais Ca2+ do LEC. Os canais de liberação de Ca2+ dependentes de IP3 na membrana do
RS podem ser abertos indiretamente por hormônios e neurotransmissores. Esses dois
mecanismos podem aumentar a elevação da concentração intracelular de Ca2+ causada pela
despolarização.
3. O aumento da concentração intracelular de Ca2+ faz com que esse íon se ligue à calmodulina.
Como a troponina C na musculatura esquelética, a calmodulina se liga a quatro íons de Ca2+
de maneira cooperativa. O complexo Ca2+-calmodulina se liga à quinase da cadeia leve da
miosina, ativando-a.
4. Quando ativada, a quinase da cadeia leve da miosina fosforila a cadeia leve da miosina.
Quando a cadeia leve da miosina é fosforilada, a conformação da cabeça da molécula é
alterada, aumentando, enormemente, sua atividade ATPase (por outro lado, a atividade
ATPase da miosina da musculatura esquelética é sempre alta). O aumento da atividade
ATPase da miosina permite sua ligação à actina, iniciando o ciclo das pontes cruzadas e a
produção de tensão. A tensão é proporcional à concentração intracelular de Ca2+.
5. O complexo Ca2+-calmodulina, além de provocar os efeitos anteriormente descritos sobre a
miosina, também atua sobreduas proteínas dos filamentos finos, a calponina e a
caldesmona. Em baixas concentrações intracelulares de Ca2+, a calponina e a caldesmona se
ligam à actina, inibindo a atividade ATPase da miosina e impedindo a interação entre a
actina e a miosina. Quando a concentração intracelular de Ca2+ aumenta, o complexo Ca2+-
calmodulina provoca a fosforilação da calponina e da caldesmona, liberando sua inibição da
ATPase da miosina e facilitando a formação de pontes cruzadas entre a actina e a miosina.
6. O relaxamento da musculatura lisa ocorre quando a concentração intracelular de Ca2+ fica
abaixo do necessário à formação de complexos Ca2+-calmodulina. Uma queda na
concentração intracelular desse íon pode ser provocada por diversos mecanismos, incluindo
a hiperpolarização (que fecha os canais de Ca2+ dependentes de voltagem); a inibição direta
dos canais de Ca2+ por ligantes, como o AMP cíclico e o monofosfato cíclico de guanosina
(GMPc); a inibição da produção de IP3 e a redução da liberação de Ca2+ do RS; e o aumento da
atividade Ca2+ ATPase no RS. Além disso, o relaxamento da musculatura lisa envolve a
ativação da fosfatase da cadeia leve da miosina, que desfosforila a cadeia leve da molécula,
inibindo sua atividade ATPase.
FIGURA 1.29  A sequência dos eventos musculares na contração da musculatura lisa. 
ADP, Difosfato de adenosina; ATP, trifosfato de adenosina; ATPase, adenosina trifosfatase; IP3, 1,4,5-
trifosfato de inositol; Miosina∼P, miosina fosforilada; Pi, fosfato inorgânico; RS, retículo
sarcoplasmático.
Mecanismos que Aumentam a Concentração Intracelular de Ca2+ na
Musculatura Lisa
A despolarização da musculatura lisa abre os canais de Ca2+ dependentes de voltagem do sarcolema e o
íon do LEC entra na célula. Como já mencionado, esta é a única fonte de Ca2+ para a contração. O Ca2+
também pode entrar na célula por meio de canais dependentes de ligantes na membrana sarcolemal
ou ainda ser liberado do RS por mecanismos mediados por segundo mensageiro (IP3) (Figura  1.30).
(Por outro lado, lembre-se que, na musculatura esquelética, o aumento da concentração intracelular
de Ca2+ é causado exclusivamente pela liberação do RS — o Ca2+ do LEC não entra na célula). Os três
mecanismos envolvidos na entrada de Ca2+ na musculatura lisa são descritos a seguir:
♦ Os canais de Ca2+ dependentes de voltagem são canais sarcolemais de Ca2+ que se abrem
quando há despolarização do potencial da membrana celular. Assim, os potenciais de ação
na membrana da célula muscular lisa provocam a abertura dos canais de Ca2+ dependentes
de voltagem, permitindo que o íon flua a favor de seu gradiente de potencial eletroquímico.
♦ Os canais de Ca2+ dependentes de ligantes também são encontrados na membrana
sarcolemal. Esses canais não são regulados por alterações no potencial de membrana, mas
sim por eventos mediados por receptores. Diversos hormônios e neurotransmissores
interagem com receptores específicos na membrana sarcolemal, que são acoplados, por
meio da proteína ligante de GTP (proteína G), a canais de Ca2+. Com o canal aberto, o Ca2+
entra na célula seguindo seu gradiente eletroquímico. (As proteínas G são mais discutidas
nos Capítulos 2 e 9),
♦ Os canais de Ca2+ dependentes de IP3 são encontrados na membrana do RS. O processo
começa na membrana celular, mas a fonte de Ca2+ é o RS, não o LEC. Os hormônios ou
neurotransmissores interagem com receptores específicos na membrana sarcolemal (p. ex.,
noradrenalina com receptores α1). Esses receptores são acoplados por uma proteína G à
fosfolipase C (PLC). A PLC catalisa a hidrólise do 4,5-difosfato de fosfatidilinositol (PIP2) a
IP3 e diacilglicerol (DAG). O IP3, então, se difunde até o RS, que abre os canais de liberação de
Ca2+ (similar ao mecanismo do receptor de rianodina na musculatura esquelética). Quando
os canais de Ca2+ estão abertos, o íon flui de seu sítio de armazenamento no RS para o LIC. (A
ação hormonal mediada por IP3 é discutida no Capítulo 9).
FIGURA 1.30  Mecanismos para aumento da [Ca2+] intracelular na musculatura lisa. 
ATP, Trifosfato de adenosina; G, proteína ligante de GTP (proteína G); IP3, 1,4,5-trifosfato de inositol;
PIP2, 4,5-difosfato de fosfatidilinositol; PLC, fosfolipase C; R, receptor para hormônio ou
neurotransmissor.
Alterações Independentes de Ca2+ na Contração da Musculatura Lisa
Além dos mecanismos contráteis da musculatura lisa que dependem de alterações na concentração
intracelular de Ca2+, o grau de contração pode também ser regulado por mecanismos independentes
desse íon. Na presença de uma concentração intracelular constante de Ca2+, por exemplo, caso haja
ativação da quinase da cadeia leve da miosina, mais pontes cruzadas são criadas e mais tensão é
produzida (sensibilização por Ca2+); por outro lado, em caso de ativação da fosfatase da cadeia leve
da miosina, menos pontes cruzadas se formam e menos tensão é produzida (dessensibilização por
Ca2+).
Resumo
▪ A água, o principal componente do corpo, se distribui entre os dois compartimentos
principais, o LIC e o LEC. O LEC se divide ainda entre o plasma e o líquido intersticial. As
diferenças na composição do LIC e do LEC são criadas e mantidas por proteínas de
transporte localizadas nas membranas celulares.
▪ O transporte pode ser passivo ou ativo. Quando o transporte ocorre segundo um gradiente
eletroquímico, é passivo e não consome energia. Quando o transporte ocorre contra um
gradiente eletroquímico, é ativo. A energia usada no transporte ativo pode ser primária
(com utilização de ATP) ou secundária (empregando a energia proveniente do gradiente de
Na+). A osmose ocorre quando um soluto impermeável cria uma diferença de pressão
osmótica por meio da membrana, que direciona o fluxo de água.
▪ Os canais iônicos são vias para a movimentação de solutos com carga elétrica através das
membranas celulares. A condutância dos canais iônicos é controlada por comportas, que são
reguladas pela voltagem, segundos mensageiros ou por ligantes, ainda por movimento ou
temperatura. A difusão de um íon permeável a favor de um gradiente de concentração cria
um potencial de difusão, que, no equilíbrio eletroquímico, é calculado por meio da equação
de Nernst. Quando diversos íons são permeantes, cada um tenta levar a membrana em
direção a seu potencial de equilíbrio. Os íons com maiores permeabilidades fazem as
maiores contribuições para o potencial de membrana em repouso.
▪ Os potenciais de ação em nervos e músculos são compostos pela rápida despolarização
(pico), seguida pela repolarização causada pela abertura e fechamento dos canais iônicos. Os
potenciais de ação são propagados pelas fibras nervosas e musculares por meio da
disseminação de correntes locais; a velocidade de condução depende das propriedades de
cabo do tecido. A velocidade de condução é aumentada pelo maior tamanho da fibra e pela
mielinização.
▪ As sinapses entre as células podem ser elétricas ou, mais comumente, químicas. O protótipo
da sinapse química é a junção neuromuscular, que usa a ACh como neurotransmissor. A ACh
é liberada por terminais nervosos pré-sinápticos e se difunde pela fenda sináptica,
despolarizando a placa motora. Os neurotransmissores de outras sinapses podem ter efeitos
excitatórios (causando despolarização) ou inibitórios (causando hiperpolarização)
dependendo do receptor pós-sináptico ali presente.
▪ Nos músculos, os potenciais de ação precedem a contração. Os mecanismos que traduzem o
potencial de ação em contração são denominados acoplamento excitação-contração. Nos
músculos esqueléticos e lisos, o Ca2+ é fundamental para o acoplamento.
▪ Na musculatura esquelética, o potencial de ação é transmitido para o interior da célula por
túbulos T, onde a despolarização libera Ca2+ da cisterna terminal do RS adjacente. O Ca2+,
então, se liga à troponina C dos filamentos finos, provocando uma alteração conformacional
que remove a inibição dos sítios de ligação da miosina. A ligação entre actina e miosina
inicia o ciclo das pontes cruzadas, produzindo a tensão.
▪ Na musculaturalisa, o Ca2+ entra na célula durante o potencial de ação, através de canais de
Ca2+ dependentes de voltagem. O íon, então, se liga à calmodulina e o complexo formado
ativa a quinase da cadeia leve da miosina, que fosforila a miosina. A miosina∼P pode se
ligar à actina, formar pontes cruzadas e gerar tensão. Outras fontes de Ca2+ intracelular na
musculatura lisa são os canais dependentes de ligantes nas membranas sarcolemais e os
canais dependentes de IP3 nas membranas dos RS.
Desaf ie -se
Responda a cada pergunta com uma palavra, expressão, frase ou solução numérica. Se a questão
vier acompanhada por uma lista de possíveis respostas, uma, mais de uma ou nenhuma das
escolhas pode estar correta. As respostas corretas são mostradas ao final do livro.
1. A Solução A contém 100 mM de NaCl, a Solução B contém 10 mM de NaCl e a membrana que
as separa é permeável ao Cl-, mas não ao Na+. Qual é a orientação da diferença de potencial
que será estabelecida por meio da membrana?
2. A osmolaridade de uma solução de 50 mmol/L de CaCl2 é mais próxima à osmolaridade de
qual das seguintes soluções: 50 mmol/L NaCl; 100 mmol/L de ureia; 150 mmol/L NaCl; ou
150 mmol/L de ureia?
3. De que forma a concentração intracelular de Na+ muda após a inibição da Na+-K+ ATPase?
4. Qual fase do potencial de ação nervoso é responsável pela propagação do potencial de ação
aos sítios vizinhos?
5. Qual quantidade de acetilcolina (ACh), expressa em quantidade, é necessária para a
despolarização da placa motora de -80 mV para -70 mV, se o potencial de placa motora em
miniatura (PPMM) for de 0,4 mV?
6. Um homem foi envenenado com curare. Qual dos seguintes agentes pioraria seu estado:
neostigmina, nicotina, toxina botulínica ou ACh?
7. Coloque estes eventos na ordem temporal correta: potencial de placa motora (PPM), potencial
de ação na fibra muscular; liberação de ACh do terminal pré-sináptico, PPMM, abertura dos
canais iônicos dependentes de ligantes, abertura dos canais de Ca2+ no terminal pré-
sináptico, ligação da ACh a receptores nicotínicos, potencial de ação na fibra nervosa.
8. Na musculatura esquelética, em comprimentos musculares inferiores aos que geram tensão
ativa máxima, a tensão ativa é maior, menor ou aproximadamente igual à tensão total?
9. Qual dos seguintes neurotransmissores pode ser inativado por peptidases: ACh, substância P,
dopamina, glutamato, GABA, histamina, vasopressina, óxido nítrico (NO)?
10. A Solução A contém 10 mmol/L de glicose e a Solução B contém 1 mmol/L de glicose. Se a
concentração de glicose em ambas as soluções for dobrada, em quanto o fluxo de glicose entre
elas será alterado (p. ex., metade, permanece inalterado, duplica, triplica, quadruplica)?
11. Os neurônios adrenérgicos sintetizam qual das seguintes substâncias: noradrenalina,
adrenalina, ACh, dopamina, L-dopa, serotonina?
12. Qual o efeito exercido por cada um dos seguintes itens sobre a velocidade de condução:
aumento do diâmetro do nervo, aumento da resistência interna (Ri), aumento da resistência
da membrana (Rm), diminuição da capacitância da membrana (Cm), aumento da constante de
comprimento, aumento da constante de tempo?
13. Como a hipercalemia altera o potencial de membrana em repouso (despolariza, hiperpolariza
ou não exerce efeito nenhum) e por que isto causa fraqueza muscular?
14. O ATP se liga à miosina durante qual das seguintes etapas do ciclo das pontes cruzadas na
musculatura esquelética: rigor, alteração conformacional da miosina que reduz a afinidade
pela actina, força?
15. Qual das seguintes classes de fármacos é contraindicada em um paciente com miastenia
grave: antagonista de receptores nicotínicos, inibidor da recaptação de colina, inibidor de
acetilcolinesterase (AChE), inibidor da liberação de ACh?
16. A Solução A contém 100 mmol/L glicose e a Solução B contém 50 mmol/L NaCl. Assuma que
gNaCl é 2, σglicose é 0,5 e σNaCl é 0,8. Se uma membrana semipermeável separa as duas soluções,
qual é a direção do fluxo de água através da membrana?
* Nota da Revisão Científica: Há ainda dois outros tipos de canais regulados por comportas, além das três aqui citadas,
canais sensíveis a movimento e canais sensíveis a temperatura. Estes são encontrados em neurônios e células receptoras
sensoriais como, por exemplo, corpúsculos de Pacini e nociceptores (ver Capítulo 3).
C A P Í T U L O 2
Sistema Nervoso Autônomo
Organização e Características Gerais do Sistema Nervoso Autônomo, 
Receptores Autonômicos, 
Resumo, 
Desafie-se, 
O sistema nervoso motor (eferente) possui dois componentes: o somático e o autônomo. Estes dois
sistemas são bastante diferentes, principalmente no que se refere aos tipos de órgãos efetores que
inervam e os tipos de função que controlam.
O sistema nervoso somático é um sistema motor que tanto pode ser voluntário, sob controle
consciente, como involuntário. Cada uma de suas vias é composta por um único motoneurônio e as
fibras musculares esqueléticas por ele inervadas. O corpo celular do motoneurônio está localizado no
sistema nervoso central (SNC), seja no tronco encefálico ou na medula espinal, e seus axônios fazem
sinapses diretamente na musculatura esquelética, o órgão efetor. O neurotransmissor acetilcolina é
liberado de terminais pré-sinápticos dos motoneurônios e ativa receptores nicotínicos localizados nas
placas motoras da musculatura esquelética. Um potencial de ação no motoneurônio provoca um
potencial de ação na fibra muscular, causando a contração do músculo. (Ver a discussão completa
sobre o sistema nervoso somático no Capítulo 1)
O sistema nervoso autônomo é um sistema involuntário que controla e modula as funções
principalmente dos órgãos viscerais. Cada via do sistema nervoso autônomo é composta por dois
neurônios: um pré-ganglionar e um pós-ganglionar. O corpo celular de cada neurônio pré-ganglionar
reside no sistema nervoso central. Os axônios desses neurônios pré-ganglionares fazem sinapses com
os corpos celulares dos neurônios pós-ganglionares em um dos diversos gânglios autonômicos
localizados fora do sistema nervoso central. Os axônios dos neurônios pós-ganglionares trafegam,
então, até seus alvos, onde fazem sinapses com órgãos efetores viscerais, como o coração, os
bronquíolos, a musculatura lisa vascular, o trato gastrintestinal, a bexiga e a genitália. Todos os
neurônios pré-ganglionares do sistema nervoso autônomo liberam acetilcolina. Os neurônios pós-
ganglionares liberam acetilcolina ou noradrenalina ou, ainda, em alguns casos, neuropeptídeos.
Organização e características gerais do sistema nervoso
autônomo
O sistema nervoso autônomo apresenta duas divisões principais: a divisão simpática e a divisão
parassimpática, que geralmente são complementares na regulação da função do órgão visceral. Uma
terceira divisão do sistema autônomo, o sistema nervoso entérico, localiza-se nos plexos do trato
gastrintestinal. (O sistema nervoso entérico é discutido no Capítulo 8)
A organização do sistema nervoso autônomo é descrita na Figura 2.1 e na Tabela  2.1. As divisões
simpática e parassimpática, assim como o sistema nervoso somático, são incluídas para comparação.
FIG. 2.1  Organização do sistema nervoso autônomo. 
O sistema nervoso somático é incluído para fins comparativos. ACh, Acetilcolina; M, receptor
muscarínico; N, receptor nicotínico; NA, noradrenalina. *As glândulas sudoríparas apresentam
inervação colinérgica simpática.
Tabela 2.1
Organização do Sistema Nervoso Autônomo
Características Divisão Simpática Divisão Parassimpática
Sistema Nervoso
Somáticoa
Origem dos
neurônios pré-
ganglionares
Segmentos T1-L3 da medula
espinal (toracolombares)
Núcleos dos NC III, VII, IX e X;
segmentos S2-S4 da medula
espinal (craniossacrais)
—
Localização dos
gânglios
autonômicos
Paravertebral e pré-vertebral Em órgãos efetores ou em suas
adjacências
—
Comprimento dos
axônios pré-
ganglionares
Curto Longo —
Comprimento dos
axônios pós-
ganglionares
Longo Curto —
Órgãos efetores Musculatura lisa; músculo
cardíaco; glândulas
Musculatura lisa; músculocardíaco; glândulas
Musculatura esquelética
Junções
neuroefetoras
Difusas, ramificadas; os
receptores não estão
concentrados em uma
única região
Difusas, ramificadas; os
receptores não estão
concentrados em uma única
região
Discretas, organizadas; os
receptores de ACh estão
localizados na placa
motora
Neurotransmissor e
tipo de receptor
nos gânglios
ACh/receptor nicotínico ACh/receptor nicotínico —
Neurotransmissor
em órgãos
efetores
Noradrenalina (exceto em
glândulas sudoríparas, ACh)
ACh ACh
Tipos de receptores
em órgãos
efetores
α1, α2, β1, β2 (exceto em
glândulas sudoríparas,
muscarínico)
Muscarínicos Nicotínicos
ACh, Acetilcolina; NC, nervo craniano.
a O sistema nervoso somático é incluído para comparação.
Terminologia
Os termos simpático e parassimpático são estritamente anatômicos e se referem à origem anatômica
dos neurônios pré-ganglionares no SNC (Tabela  2.1). Os neurônios pré-ganglionares da divisão
simpática são originários da medula espinal toracolombar. Os neurônios pré-ganglionares da divisão
parassimpática são originários do tronco encefálico e da medula espinal sacral.
Os termos adrenérgico e colinérgico são usados para descrever neurônios de qualquer uma das
divisões, de acordo com o neurotransmissor sintetizado e liberado. Os neurônios adrenérgicos
liberam noradrenalina; os receptores de noradrenalina nos órgãos efetores são denominados
adrenorreceptores. Os adrenorreceptores podem ser ativados por noradrenalina, que é liberada por
neurônios adrenérgicos, ou por adrenalina, que é secretada na circulação pela medula da glândula
adrenal. Os neurônios colinérgicos liberam acetilcolina (ACh); os receptores de ACh são denominados
colinorreceptores. (Um terceiro termo é não adrenérgico, não colinérgico e descreve alguns
neurônios pós-ganglionares parassimpáticos do trato gastrintestinal que liberam peptídeos [p.  ex.,
substância P] ou outras moléculas [p. ex., óxido nítrico (NO)] como neurotransmissor, em vez de ACh.)
Em resumo, sejam localizados na divisão simpática ou na divisão parassimpática, todos os neurônios
pré-ganglionares liberam ACh e, portanto, são denominados colinérgicos. Os neurônios pós-
ganglionares podem ser adrenérgicos (liberando noradrenalina) ou colinérgicos (por secretarem ACh).
A maioria dos neurônios parassimpáticos pós-ganglionares é colinérgica; os neurônios simpáticos pós-
ganglionares podem ser adrenérgicos ou colinérgicos.
Junções Neuroefetoras do Sistema Nervoso Autônomo
As junções entre neurônios autonômicos pós-ganglionares e seus efetores (tecidos-alvo), as junções
neuroefetoras, são análogas às junções neuromusculares do sistema nervoso somático. Existem,
porém, diversas diferenças estruturais e funcionais entre esses dois tipos de junção. (1) A junção
neuromuscular (discutida no Capítulo  1) possui um arranjo distinto, no qual o “efetor”, uma fibra
muscular esquelética, é inervada por um único motoneurônio. Por outro lado, no sistema nervoso
autônomo, os neurônios pós-ganglionares que inervam os tecidos-alvo formam redes ramificadas e
difusas. Estruturas em formato esférico, ou varicosidades, recobrem esses ramos e são sítios de
síntese, armazenamento e liberação de neurotransmissores. As varicosidades são, portanto, análogas
aos terminais nervosos pré-sinápticos da junção neuromuscular. (2) Há uma sobreposição entre as
redes ramificadas de diferentes neurônios pós-ganglionares e, assim, os tecidos-alvo podem ser
inervados por várias dessas células. (3) No sistema nervoso autônomo, os receptores pós-sinápticos são
amplamente distribuídos pelos tecidos-alvo e não há uma região especializada de receptores como a
placa motora da fibra muscular esquelética.
Sistema Nervoso Simpático
A função principal do sistema nervoso simpático é mobilizar o corpo para a atividade. Em caso
extremo, quando uma pessoa é exposta a uma situação estressante, o sistema nervoso simpático é
fortemente ativado, em uma resposta conhecida como “luta ou fuga”, que inclui o aumento da pressão
arterial, do fluxo sanguíneo para os músculos ativados, da taxa metabólica, da glicemia, da atividade
mental e do grau de alerta. No entanto, mesmo que essa resposta, por si só, seja raramente empregada,
o sistema nervoso simpático opera continuamente em grau moderado para modular as funções de
muitos sistemas de órgãos, como o coração, os vasos sanguíneos, o trato gastrintestinal, os brônquios e
as glândulas sudoríparas.
A Figura 2.2 mostra a organização do sistema nervoso simpático em relação à medula espinal, aos
gânglios simpáticos e aos órgãos efetores da periferia. Os neurônios simpáticos pré-ganglionares são
originários dos núcleos da medula espinal toracolombar, deixam a medula através das raízes motoras
ventrais e dos ramos brancos e se projetam para os gânglios paravertebrais da cadeia simpática ou em
uma série de gânglios pré-vertebrais. Assim, uma categoria de neurônios pré-ganglionares faz sinapses
com neurônios pós-ganglionares nos gânglios paravertebrais (p.  ex., gânglio cervical superior) da
cadeia simpática. Essas sinapses podem ocorrer em gânglios do mesmo nível segmentar da cadeia ou
as fibras pré-ganglionares podem cursar em direção cranial ou caudal e inervar gânglios em níveis
superiores ou inferiores da cadeia, permitindo, assim, o estabelecimento de sinapses em múltiplos
gânglios (o que é consistente com as características difusas das funções simpáticas). A outra categoria
de neurônios pré-ganglionares atravessa pela cadeia simpática sem estabelecer sinapses para somente
fazê-las nos gânglios pré-vertebrais (celíacos, mesentéricos superiores e mesentéricos inferiores) que
suprem os órgãos viscerais, as glândulas e o sistema nervoso entérico do trato gastrintestinal. Nos
gânglios, os neurônios pré-ganglionares fazem sinapses com os neurônios pós-ganglionares, que
trafegam para a periferia e inervam os órgãos efetores.
FIG. 2.2  Inervação do sistema nervoso simpático. 
Os neurônios pré-ganglionares são originários dos segmentos torácicos e lombares da medula espinal
(T1-L3).
As características do sistema nervoso simpático, discutidas nas próximas seções, são listadas na
Tabela 2.1 e ilustradas na Figura 2.2.
Origem dos Neurônios Pré-ganglionares
Os neurônios pré-ganglionares da divisão simpática são originários de núcleos nos segmentos torácico
e lombar da medula espinal, especificamente do primeiro segmento torácico ao terceiro segmento
lombar (T1-L3). Assim, a divisão simpática é chamada toracolombar.
De modo geral, a origem dos neurônios pré-ganglionares na medula espinal é anatomicamente
consistente com sua projeção na periferia. Dessa maneira, as vias simpáticas para os órgãos do tórax
(p.  ex., o coração) possuem neurônios pré-ganglionares originários da medula espinal torácica
superior. As vias simpáticas para os órgãos da pelve (p. ex., cólon, genitais) possuem neurônios pré-
ganglionares originários da medula espinal lombar. Os vasos sanguíneos, as glândulas sudoríparas
termorreguladoras e os músculos piloeretores da pele apresentam neurônios pré-ganglionares que
fazem sinapses com múltiplos neurônios pós-ganglionares acima e abaixo da cadeia simpática,
refletindo sua ampla distribuição pelo corpo.
Localização dos Gânglios Autonômicos
Os gânglios do sistema nervoso simpático estão localizados próximos à medula espinal, seja nos
gânglios paravertebrais (conhecidos como cadeia simpática) ou nos gânglios pré-vertebrais. Mais uma
vez, a anatomia é lógica. O gânglio cervical superior se projeta até os órgãos da cabeça, como os olhos e
as glândulas salivares. O gânglio celíaco se projeta até o estômago e o intestino delgado. O gânglio
mesentérico superior se projeta até os intestinos delgado e grosso e o gânglio mesentérico inferior
atinge a porção inferior do intestino grosso, o ânus, a bexiga e a genitália.
A medula da glândula adrenal é simplesmente um gânglio simpático especializado cujos neurônios
pré-ganglionares são originários da medula espinal torácica (T5-T9), passam pela cadeia simpática e
pelo gânglio celíaco sem estabelecersinapses e seguem pelo nervo esplâncnico maior até a adrenal.
Comprimento dos Axônios Pré-ganglionares e Pós-ganglionares
Uma vez que os gânglios simpáticos são próximos à medula espinal, os axônios dos neurônios pré-
ganglionares são curtos e os axônios dos neurônios pós-ganglionares são longos (para que possam
atingir os órgãos efetores periféricos).
Neurotransmissores e Tipos de Receptores
Os neurônios pré-ganglionares da divisão simpática são sempre colinérgicos. Estes neurônios
liberam ACh, que interage com receptores nicotínicos (N2) nos corpos celulares dos neurônios pós-
ganglionares. Os neurônios pós-ganglionares da divisão simpática são adrenérgicos em todos os
órgãos efetores, exceto nas glândulas sudoríparas termorreguladoras (onde são colinérgicos). Os
órgãos efetores inervados por neurônios adrenérgicos simpáticos apresentam um ou mais dos
seguintes tipos de receptores: alfa1, alfa2, beta1 ou beta2 (α1, α2, β1 ou β2). As glândulas sudoríparas
termorreguladoras são inervadas por neurônios colinérgicos simpáticos que possuem
colinorreceptores muscarínicos.
Varicosidades Adrenérgicas Simpáticas
Como anteriormente descrito, os neurônios adrenérgicos pós-ganglionares simpáticos liberam seus
neurotransmissores das varicosidades em tecidos-alvo (p.  ex., a musculatura lisa vascular). As
varicosidades adrenérgicas simpáticas contêm neurotransmissores clássicos (noradrenalina) e não
clássicos (trifosfato de adenosina [ATP] e neuropeptídeo Y). O neurotransmissor clássico, a
noradrenalina, é sintetizada a partir da tirosina nas varicosidades (Figura  1.18) e armazenada em
pequenas vesículas de centro denso, prontas para serem liberadas; estas pequenas vesículas de
centro denso também contêm dopamina β-hidroxilase, que catalisa a conversão da dopamina em
noradrenalina (a etapa final da via sintética) e ATP. O ATP é considerado “colocalizado” à adrenalina.
Um grupo separado de grandes vesículas de centro denso contém neuropeptídeo Y.
A estimulação de neurônios adrenérgicos pós-ganglionares simpáticos leva à liberação de
noradrenalina e ATP das pequenas vesículas de centro denso. A noradrenalina e o ATP atuam como
neurotransmissores na junção neuroefetora, onde se ligam a receptores específicos nos tecidos-alvo
(p.  ex., a musculatura lisa vascular), ativando-os. Na verdade, o ATP age primeiro, ligando-se a
receptores purinérgicos no tecido alvo e provocando um efeito fisiológico (p.  ex., a contração da
musculatura lisa vascular). A ação da noradrenalina ocorre após a ação do ATP; a noradrenalina se
liga a seus receptores no tecido alvo (p. ex., receptores α1-adrenérgicos na musculatura lisa vascular),
causando uma segunda contração, mais prolongada. Por fim, com a estimulação mais intensa ou de
maior frequência, as grandes vesículas de centro denso liberam neuropeptídeo Y, que se liga a seu
receptor no tecido alvo e causa uma terceira fase de contração, mais lenta.
Medula da Glândula Adrenal
A medula da adrenal é um gânglio especializado na divisão simpática do sistema nervoso autônomo.
Os corpos celulares de seus neurônios pré-ganglionares estão localizados na medula espinal torácica.
Os axônios destes neurônios pré-ganglionares trafegam pelo nervo esplâncnico maior até a medula da
adrenal, onde fazem sinapses com as células cromafins e liberam ACh, ativando receptores
nicotínicos. Quando ativadas, as células cromafins da medula da adrenal secretam catecolaminas
(adrenalina e noradrenalina) na circulação geral. Diferentemente dos neurônios pós-ganglionares
simpáticos, que liberam apenas noradrenalina, a medula da adrenal secreta, principalmente,
adrenalina (80%) e uma pequena quantidade de noradrenalina (20%). A razão para essa diferença é
a presença de feniletanolamina-N-metiltransferase (PNMT) na medula da adrenal, mas não nos
neurônios adrenérgicos pós-ganglionares simpáticos (Figura  1.18). A PNMT catalisa a conversão da
noradrenalina em adrenalina, e é interessante notar que essa etapa requer cortisol advindo do córtex
adrenal adjacente; o cortisol é disponibilizado para a medula da adrenal graças ao fluxo venoso do
córtex adrenal.
Um tumor na medula da adrenal, ou feocromocitoma, pode estar localizado nela mesma ou em
suas proximidades ou, ainda, ser ectópico (em uma região distante) (Quadro 2.1). Diferentemente da
medula da adrenal normal, que secreta principalmente adrenalina, um feocromocitoma secreta, em
especial, noradrenalina, o que é explicado pela grande distância entre o tumor (se ectópico) e o córtex
da adrenal, impedindo o recebimento do cortisol exigido pela PNMT.
Q u a d r o 2 . 1     F is io logia Cl ínica : Feocromocitoma
Descrição do caso
Uma mulher de 48 anos consulta seu médico, queixando-se do que chama de “ataques de pânico”.
A paciente relata taquicardia e poder sentir (e até mesmo ver) o coração batendo no peito. Ela
também se queixa de cefaleias do tipo pulsátil, mãos e pés frios, calor, distúrbios visuais, náusea e
vômito. No consultório médico, sua pressão arterial é bastante alta (230/125). A paciente é
internada para avaliação da hipertensão.
O exame de urina de 24 horas revela níveis elevados de metanefrina, normetanefrina e ácido 3-
metoxi-4-hidroximandélico (VMA). Depois de descartar outras causas de hipertensão, o médico
conclui que a paciente apresenta um tumor na medula da adrenal, denominado feocromocitoma. A
tomografia computadorizada do abdômen revela a presença de uma massa de 3,5 cm na medula
da adrenal direita. A paciente é tratada com um antagonista α1 e submetida à cirurgia. A
recuperação da paciente é completa; sua pressão arterial volta ao normal e os demais sintomas
desaparecem.
Explicação do caso
A mulher apresenta um feocromocitoma clássico, um tumor de células cromafins da medula da
adrenal. O tumor secreta quantidades excessivas de noradrenalina e adrenalina, que produzem
todos os sintomas e aumentam a concentração de metabólitos das catecolaminas na urina.
Diferentemente da medula da adrenal normal, que secreta principalmente adrenalina, os
feocromocitomas tendem a liberar noradrenalina.
Os sintomas da paciente podem ser interpretados por meio do entendimento dos efeitos
fisiológicos das catecolaminas. Qualquer tecido que possua adrenorreceptores será ativado pelos
níveis elevados de adrenalina e noradrenalina, que chegam pela circulação. Os principais sintomas
apresentados pela paciente são cardiovasculares: palpitações, taquicardia, aumento da frequência
cardíaca e da pressão arterial e mãos e pés frios. Estes sintomas podem ser entendidos ao
considerarmos a função dos adrenorreceptores no coração e nos vasos sanguíneos. As maiores
concentrações de catecolaminas circulantes ativaram receptores β1 do coração, aumentando a
frequência cardíaca e a contratilidade (batimento cardíaco). A ativação dos receptores α1 na
musculatura lisa vascular da pele produziu vasoconstrição, causando o frio nas mãos e nos pés. A
paciente sentiu calor, porém, porque essa vasoconstrição cutânea prejudicou a dissipação do calor.
Sua pressão arterial extremamente elevada foi causada pela combinação entre a maior frequência
cardíaca, a maior contratilidade e a maior contração (resistência) dos vasos sanguíneos. A cefaleia
era secundária ao aumento da pressão.
Os demais sintomas apresentados pela paciente também podem ser explicados pela ativação de
adrenorreceptores em outros sistemas de órgãos (isto é, os sintomas gastrintestinais de náusea e
vômito e as alterações visuais).
Tratamento
O tratamento da paciente foi composto pela localização e excisão do tumor, removendo, assim, a
fonte do excesso de catecolaminas. Se o tumor não tivesse sido excisado, a paciente poderia
continuar a ser tratada farmacologicamente com uma combinação de antagonistas α1 (p.  ex.,
fenoxibenzamina ou prazosina) e antagonistas β1 (p. ex., propranolol) para impedir as ações das
catecolaminas endógenas nos receptores.
Resposta de Luta ou Fuga
O corpo responde ao medo, ao estresse extremo e ao exercício intenso com uma ação maciça e
coordenada do sistema nervoso simpático,inclusive da medula da adrenal. Essa ativação, a resposta
de luta ou fuga, garante que o corpo possa responder adequadamente a uma situação estressante
(p. ex., fazer uma prova difícil, correr de uma casa em chamas ou lutar contra um agressor). A resposta
aumenta a frequência cardíaca, o débito cardíaco e a pressão sanguínea; redistribui o fluxo sanguíneo
da pele, dos rins e das regiões esplâncnicas para a musculatura esquelética; aumenta a ventilação,
dilatando as vias aéreas; diminui a motilidade e as secreções do trato gastrintestinal e eleva a glicemia.
Sistema Nervoso Parassimpático
A função geral do sistema nervoso parassimpático é restauradora, de conservação de energia. A
Figura  2.3 mostra a organização do sistema nervoso parassimpático em relação ao SNC (tronco
encefálico e medula espinal), os gânglios parassimpáticos e os órgãos efetores. Os corpos celulares dos
neurônios pré-ganglionares da divisão parassimpática estão no tronco encefálico (mesencéfalo, ponte
e bulbo) ou na medula espinal sacral. Os axônios pré-ganglionares se projetam para uma série de
gânglios localizados nos órgãos efetores ou suas adjacências.
FIG. 2.3  Inervação do sistema nervoso parassimpático. 
Os neurônios pré-ganglionares são originários dos núcleos do tronco encefálico (mesencéfalo, ponte,
bulbo) e dos segmentos sacrais (S2-S4) da medula espinal. NC, Nervo craniano.
As características do sistema nervoso simpático discutidas nas seções a seguir estão listadas na
Tabela 2.1 e ilustradas na Figura 2.2.
Origem dos Neurônios Pré-ganglionares
Os neurônios pré-ganglionares da divisão parassimpática são originários dos núcleos dos nervos
cranianos (NC) III, VII, IX e X ou dos segmentos S2-S4  da medula espinal sacral; assim, a divisão
parassimpática é denominada craniossacral. Como na divisão simpática, a origem dos neurônios pré-
ganglionares no SNC é consistente com a projeção nos órgãos efetores da periferia. A inervação
parassimpática dos músculos dos olhos, por exemplo, é originária do núcleo de Edinger-Westphal no
mesencéfalo e trafega até a periferia pelo NC III; a inervação parassimpática do coração, dos
bronquíolos e do trato gastrintestinal é originária dos núcleos do bulbo e trafega até a periferia pelo
NC X (nervo vago); já a inervação parassimpática dos órgãos genitourinários é originária da medula
espinal sacral e trafega até a periferia pelos nervos pélvicos.
Localização dos Gânglios Autonômicos
Diferentemente dos gânglios simpáticos, localizados próximos ao SNC, os gânglios do sistema nervoso
parassimpático são encontrados no interior dos órgãos efetores, sobre estes órgãos ou nas regiões
adjacentes (p. ex., gânglios ciliares, pterigopalatinos, submandibulares, óticos).
Comprimento dos Axônios Pré-ganglionares e Pós-ganglionares
O comprimento relativo dos axônios pré-ganglionares e pós-ganglionares da divisão parassimpática é
inversa aos comprimentos relativos na divisão simpática. Essa diferença reflete a localização dos
gânglios. Os gânglios parassimpáticos estão localizados nos órgãos efetores ou suas adjacências; os
neurônios pré-ganglionares, portanto, possuem axônios longos, enquanto os neurônios pós-
ganglionares apresentam axônios curtos.
Neurotransmissores e Tipos de Receptores
Como na divisão simpática, todos os neurônios pré-ganglionares são colinérgicos e liberam ACh, a
qual interage com receptores nicotínicos (N2) nos corpos celulares dos neurônios pós-ganglionares. A
maioria dos neurônios pós-ganglionares da divisão parassimpática também é colinérgica. Os
receptores de ACh nos órgãos efetores são muscarínicos, não nicotínicos. Assim, a ACh liberada por
neurônios pré-ganglionares da divisão parassimpática ativa receptores nicotínicos, enquanto a ACh
liberada por neurônios pós-ganglionares da divisão parassimpática ativa receptores muscarínicos.
Estes receptores e suas funções são ativados ou inibidos de forma específica por diferentes fármacos
(Tabela 2.2).
Tabela 2.2
Protótipos de Agonistas e Antagonistas de Receptores Autonômicos
Receptor Agonistas Antagonistas
Adrenorreceptores
α1 Noradrenalina
Fenilefrina
Fenoxibenzamina
Prazosina
α2 Clonidina Ioimbina
β1 Noradrenalina
Adrenalina
Isoproterenol
Dobutamina
Propranolol
Metoprolol
β2 Adrenalina
Noradrenalina
Isoproterenol
Albuterol
Propranolol
Butoxamina
Colinorreceptores
Nicotínicos ACh
Nicotina
Curare (bloqueia os receptores N1 neuromusculares)
Hexametônio (bloqueia os receptores N2 ganglionares)
Muscarínicos ACh
Muscarina
Atropina
ACh, Acetilcolina.
Varicosidades Colinérgicas Parassimpáticas
Como anteriormente descrito, os neurônios colinérgicos pós-ganglionares parassimpáticos liberam
seus neurotransmissores das varicosidades em tecidos-alvo (p.  ex., a musculatura lisa). As
varicosidades colinérgicas parassimpáticas liberam tanto o neurotransmissor clássico (ACh) quanto
os neurotransmissores não clássicos (p.  ex., peptídeo intestinal vasoativo [VIP], NO). O
neurotransmissor clássico, ACh, é sintetizado nas varicosidades a partir de colina e acetil coenzima A
(acetil CoA) (Figura  1.17) e armazenado em vesículas pequenas e claras. Um grupo separado de
grandes vesículas de centro denso contém peptídeos, como o VIP. Por fim, as varicosidades possuem
óxido nítrico sintase e podem sintetizar NO conforme necessário.
Quando neurônios colinérgicos pós-ganglionares parassimpáticos são estimulados, a ACh é liberada
das varicosidades e se liga a receptores muscarínicos no tecidos-alvo, que determina sua ação
fisiológica. Com a estimulação intensa e de alta frequência, as grandes vesículas de centro denso
liberam seus peptídeos (p. ex., VIP), que se ligam a receptores nos tecidos-alvo e aumentam as ações da
ACh.
Inervação Autônoma dos Sistemas de Órgãos
A Tabela 2.3 serve como uma referência para as informações sobre o controle autônomo da função dos
sistemas de órgãos. Esta tabela lista as inervações simpáticas e parassimpáticas dos principais sistemas
de órgãos e os tipos de receptores encontrados em seus tecidos. A Tabela 2.3 é ainda mais importante
quando a informação mostrada é vista como um conjunto de temas recorrentes, e não como uma lista
aleatória de ações e receptores.
Tabela 2.3
Efeitos do Sistema Nervoso Autônomo sobre a Função dos Sistemas de Órgãos
Simpático Parassimpático
Órgão Ação Receptor Ação Receptor
Coração
Nó SA, frequência cardíaca ↑ β1 ↓ M
Condução do nó AV ↑ β1 ↓ M
Contratilidade ↑ β1 ↓ (apenas nos átrios) M
Musculatura Lisa Vascular
Cutânea; esplâncnica Contração α1
Musculatura esquelética Dilatação β2
Musculatura esquelética Contração α1
Endotélio Liberação de EDRF M
Bronquíolos Dilatação β2 Contração M
Trato Gastrintestinal
Musculatura lisa, paredes Relaxamento α2, β2 Contração M
Musculatura lisa, esfíncteres Contração α1 Relaxamento M
Secreção de saliva ↑ β1 ↑ M
Secreção de ácido gástrico ↑ M
Secreção pancreática ↑ M
Bexiga
Parede, músculo detrusor Relaxamento β2 Contração M
Esfíncter Contração α1 Relaxamento M
Genitália Masculina Ejaculação α1 Ereção M
Olho
Músculo radial, íris Dilatação da pupila
(midríase)
α1
Músculo circular ou esfíncter, íris Contração da pupila
(miose)
M
Músculo ciliar Relaxamento (visão de
longe)
β Contração (visão de
perto)
M
Pele
Glândulas sudoríparas,
termorregulação
↑ Ma
Glândulas sudoríparas, estresse ↑ α
Músculo piloeretor (arrepios) Contração α
Glândulas Lacrimais Secreção M
Fígado Gliconeogênese;
glicogenólise
α, β2
Tecido adiposo Lipólise β1
Rim Secreção de renina β1
AV, Atrioventricular; EDRF, fator relaxante derivado do endotélio; M, receptor muscarínico; SA, sinoatrial.
a Neurônios colinérgicos simpáticos.
Funções Recíprocas – Simpáticas e Parassimpáticas
Muitos órgãos apresentam inervação simpática e parassimpática. Estas inervações operam de forma
recíproca ou sinérgica para a produção de respostas coordenadas. O coração, por exemplo, possui
inervações simpáticas e parassimpáticas que funcionam de forma recíproca, regulando a frequência
cardíaca e a velocidade de condução. As paredes de musculatura lisado trato gastrintestinal e da
bexiga possuem inervação simpática (que produz relaxamento) e parassimpática (que produz
contração); os esfíncteres do trato gastrintestinal e da bexiga também apresentam inervação simpática
(que provoca contração) e parassimpática (que causa relaxamento). Os músculos radiais da íris são
responsáveis pela dilatação da pupila (midríase) e possuem inervação simpática; o músculo circular da
íris é responsável pela contração da pupila (miose) e apresenta inervação parassimpática. Neste
exemplo dos músculos oculares, diferentes músculos controlam o tamanho da pupila, mas os efeitos
gerais das atividades simpática e parassimpática são recíprocos. Na genitália masculina, a atividade
simpática controla a ejaculação, enquanto a atividade parassimpática, ereção; juntas, essas ações são
responsáveis pela resposta sexual.
Os três exemplos a seguir ilustram melhor a reciprocidade e a sinergia das divisões simpática e
parassimpática.
Nó sinoatrial
A inervação autônoma do nó sinoatrial (SA) do coração é um excelente exemplo de controle
coordenado de função. O nó SA é o marca-passo normal do coração e sua taxa de despolarização
controla a frequência cardíaca geral. O nó SA possui inervações simpáticas e parassimpáticas, que
funcionam de forma recíproca na modulação da frequência cardíaca. Assim, um aumento da atividade
simpática eleva a frequência cardíaca, enquanto um aumento da atividade parassimpática a diminui.
Essas funções recíprocas são ilustradas da seguinte maneira: se a pressão arterial cair, os centros
vasomotores do tronco encefálico respondem a essa diminuição e, simultaneamente, aumentam a
atividade simpática do nó SA e reduzem a atividade parassimpática. Cada uma dessas ações, dirigida e
coordenada pelo centro vasomotor do tronco encefálico, aumenta a frequência cardíaca. As ações
simpática e parassimpática não competem entre si, mas são sinérgicas no aumento da frequência
cardíaca (o que ajuda a normalizar a pressão arterial).
Bexiga
A bexiga é outro exemplo de inervações recíprocas pelas divisões simpática e parassimpática
(Figura 2.4). Em adultos, a micção, ou esvaziamento da bexiga, está sob controle voluntário porque o
esfíncter externo é composto por músculo esquelético. O reflexo da micção em si, porém, é controlado
pelo sistema nervoso autônomo. Este reflexo ocorre quando sensores detectam que a bexiga está
“cheia”. O músculo detrusor da parede da bexiga e o esfíncter interno do órgão são compostos por
músculos lisos, ambos apresentando inervações simpáticas e parassimpáticas. A inervação simpática
do músculo detrusor e do esfíncter interno é originária da medula espinal lombar (L1-L3), e a
inervação parassimpática tem origem na porção sacral da medula (S2-S4).
FIG. 2.4  Controle autonômico do funcionamento da bexiga. 
Durante o enchimento da bexiga, o controle simpático é predominante e há relaxamento do músculo
detrusor e contração do esfíncter interno. Durante a micção, há predominância do controle
parassimpático, com contração do músculo detrusor e relaxamento do esfíncter interno. As linhas
pontilhadas representam a inervação simpática; as linhas sólidas representam a inervação
parassimpática. α1, Adrenorreceptor no esfíncter interno; β2, adrenorreceptor no músculo detrusor; L1-
L3, segmentos lombares; M, colinorreceptor muscarínico no músculo detrusor e no esfíncter interno;
S2.S4, segmentos sacrais.
Quando a bexiga está sendo enchida por urina, o controle simpático é predominante. Esta
atividade simpática, por meio de receptores β2, relaxa o músculo detrusor e, através de receptores α1,
contrai o músculo do esfíncter interno. O esfíncter externo é simultaneamente fechado pela ação
voluntária treinada. Quando a musculatura da parede está relaxada e os esfíncteres estão fechados, a
bexiga pode ser enchida com urina.
Quando a bexiga está cheia, sua distensão é percebida por mecanorreceptores presentes na parede
do órgão e os neurônios aferentes transmitem essa informação para a medula espinal e daí para o
tronco encefálico. O reflexo de micção é coordenado por centros no mesencéfalo e, agora, o controle
parassimpático é predominante. A atividade parassimpática contrai o músculo detrusor (para
aumentar a pressão e ejetar a urina) e relaxa o esfíncter interno. Simultaneamente, o esfíncter externo
é relaxado pela ação voluntária.
Obviamente, as ações simpáticas e parassimpáticas sobre as estruturas vesicais são opostas, mas
coordenadas: as ações simpáticas dominam o enchimento da bexiga e as ações parassimpáticas são
responsáveis pelo esvaziamento do órgão.
Pupila
O tamanho da pupila é reciprocamente controlado por dois músculos da íris: o músculo dilatador
(radial) e o músculo constritor (esfíncter) da pupila. O músculo dilatador da pupila é controlado pela
inervação simpática, por meio de receptores α1. A ativação desses receptores α1 causa a contração do
músculo radial, provocando a dilatação da pupila, ou midríase. O músculo constritor da pupila é
controlado pela inervação parassimpática, por meio de receptores muscarínicos. A ativação desses
receptores muscarínicos contrai o músculo do esfíncter, levando à contração da pupila, ou miose.
No reflexo pupilar à luz, por exemplo, a luz atinge a retina e, por meio de uma série de conexões no
SNC, ativa neurônios pré-ganglionares parassimpáticos no núcleo de Edinger-Westphal; a ativação
dessas fibras parassimpáticas contrai o músculo do esfíncter e a pupila. Na resposta de acomodação,
uma imagem retiniana sem nitidez ativa neurônios pré-ganglionares parassimpáticos nos núcleos de
Edinger-Westphal, contraindo o músculo do esfíncter e a pupila. Ao mesmo tempo, há contração do
músculo ciliar, o que “arredonda” a lente e aumenta seu poder de refração.
Há algumas exceções notáveis na generalização da inervação recíproca. Diversos órgãos apresentam
somente inervação simpática: as glândulas sudoríparas, a musculatura lisa vascular, os músculos
piloeretores da pele, o fígado, o tecido adiposo e o rim.
Coordenação da Função nos Órgãos
A coordenação da função nos sistemas de órgãos, orquestrada pelo sistema nervoso autônomo, é outro
tema fisiológico recorrente (Quadros 2.2 e 2.3).
Q u a d r o 2 . 2     F is io logia Cl ínica : S índrome de Horner
Descrição do caso
Um homem de 66 anos de idade sofreu um derrame do lado direito e apresenta queda da pálpebra
direita (ptose), contração da pupila direita (miose) e ausência de sudorese no lado direito da face
(anidrose). Seu médico solicita um exame com colírio de cocaína. A solução de cocaína a 10%
aplicada no olho esquerdo causa dilatação da pupila (midríase). No olho direito, no entanto, a
solução de cocaína não provoca a dilatação da pupila.
Explicação do caso
O homem apresenta um caso clássico de síndrome de Horner secundária ao derrame. Nesta
síndrome, há perda da inervação simpática do lado afetado da face. Assim, a perda de inervação
simpática para o músculo liso que eleva a pálpebra direita causou ptose desse lado. A perda de
inervação simpática para o músculo dilatador da pupila do lado direito provocou a contração da
pupila direita. Por fim, a perda de inervação simpática para as glândulas sudoríparas do lado
direito da face causou anidrose ipsilateral.
Com a instilação do colírio no olho esquerdo (o lado não afetado), a cocaína bloqueou a recaptação
de noradrenalina pelos nervos simpáticos que suprem o músculo dilatador da pupila; devido às
maiores concentrações de noradrenalina nessas sinapses adrenérgicas, houve contração do
músculo radial da íris, causando a dilatação prolongada da pupila. O uso do colírio de cocaína no
olho direito não provocou dilatação da pupila devido à menor quantidade de noradrenalina nessas
sinapses.
Tratamento
O tratamento da síndrome de Horner é a resolução da causa subjacente.
Q u a d r o 2 . 3     F is io logia Cl ínica : S índrome de Shy-Drager
Descrição do caso
Um homem de 58 anos de idade, aparentemente saudável, começa a apresentar sintomas
alarmantes. Ocasionalmente impotente, sua impotência progrediue hoje é contínua. Além disso,
ele apresenta enorme urgência de urinar, mas tem dificuldade em produzir um jato de urina. Ele
relutou em procurar assistência médica para esses problemas, mas, em uma manhã, desmaiou ao
se levantar da cama. Quando marcou uma consulta com o médico, apresentava tontura todas as
manhãs e muitos sintomas, inclusive visão dupla, indigestão, diarreia e intolerância ao calor.
O paciente foi encaminhado para um neurologista, que realizou um exame ocular com instilação
de metacolina no saco conjuntival; nesse homem, a metacolina provocou miose exagerada
(contração da pupila devido à contração do músculo circular da íris). Por causa da natureza global
dos sintomas do paciente e dos resultados desse exame ocular, o neurologista o diagnosticou com
síndrome de Shy-Drager.
Explicação do caso
A síndrome de Shy-Drager é uma doença rara e progressiva do sistema nervoso autônomo central
associada à degeneração dos neurônios pré-ganglionares da coluna celular intermediolateral da
medula espinal, dos gânglios autonômicos periféricos e dos centros autonômicos do hipotálamo.
Consequentemente, há grave prejuízo das divisões simpática e parassimpática do sistema nervoso
autônomo.
Os sintomas de impotência, dificuldade em urinar e intolerância ao calor são explicados pelos
distúrbios simpáticos e parassimpáticos. A resposta sexual masculina é composta por ereção
(receptores muscarínicos parassimpáticos) e ejaculação (receptores α1 simpáticos). O músculo
detrusor da parede da bexiga é composto por musculatura lisa, com inervação simpática
(receptores β2) e parassimpática (receptores muscarínicos); o esfíncter interno da bexiga também é
composto por músculo liso, com inervações simpática (receptores α1) e parassimpática (receptores
muscarínicos). As glândulas sudoríparas termorreguladoras estão sob controle simpático.
A resposta ocular exagerada à metacolina (um agonista muscarínico colinérgico) talvez seja
surpreendente, já que o sistema nervoso parassimpático do paciente está prejudicado; no entanto,
os resultados do exame fazem sentido, uma vez que a perda da inervação parassimpática do
músculo circular da íris provoca a regulação positiva dos receptores colinérgicos e, assim, aumenta
a resposta a um agonista colinérgico exógeno (hipersensibilidade por desnervação).
O paciente apresentava hipotensão ortostática, ou seja, diminuição da pressão arterial ao ficar
em pé. Ao se levantar, o sangue se acumula nos membros inferiores, o que reduz a pressão arterial.
Em pessoas normais, a queda da pressão arterial evoca o reflexo barorreceptor, com participação
dos sistemas nervosos simpático e parassimpático; juntas, essas respostas autonômicas
normalizam a pressão arterial. O mecanismo barorreceptor do paciente foi extremamente
prejudicado e sua pressão arterial não pôde ser corrigida por reflexos autonômicos, por isso ele
sentia tontura e até desmaiou.
Tratamento
O paciente foi instruído a manter a cabeça elevada durante o sono (para reduzir os efeitos
ortostáticos sobre a pressão arterial ao se levantar), usar meias de compressão para impedir o
acúmulo de sangue nas pernas e tomar um análogo da aldosterona para aumentar o volume
sanguíneo. Cada uma dessas medidas foi uma tentativa de melhorar a tontura e os desmaios ao se
levantar. Os tratamentos foram paliativos; não há cura para essa doença degenerativa e fatal.
Esse controle é bastante claro, por exemplo, ao considerarmos a função da bexiga. Neste órgão, deve
haver uma coordenação temporal entre a atividade do músculo detrusor da parede vesical e dos
esfíncteres (Figura 2.4). Assim, a atividade simpática é dominante quando a bexiga está se enchendo
para relaxar a parede do órgão e, simultaneamente, contrair o esfíncter vesical interno. A bexiga pode
ser enchida porque sua parede está relaxada e o esfíncter, fechado. Durante a micção, a atividade
parassimpática é dominante, contraindo a parede da bexiga e, ao mesmo tempo, relaxando o esfíncter.
Uma lógica similar pode ser aplicada ao controle autônomo do trato gastrintestinal: a contração da
parede do trato gastrintestinal é acompanhada pelo relaxamento (parassimpático) dos esfíncteres,
permitindo que o conteúdo seja propelido para frente. O relaxamento da parede do trato
gastrintestinal é acompanhado pela contração (simpática) dos esfíncteres; o efeito combinado dessas
ações é retardar ou interromper a movimentação de seu conteúdo.
Tipos de Receptores
A Tabela  2.3 traz algumas generalizações sobre os tipos de receptores e seus mecanismos de ação.
Essas generalizações são: (1) na divisão parassimpática, os órgãos efetores apresentam receptores
muscarínicos; (2) na divisão simpática, existem diversos tipos de receptores em órgãos efetores,
incluindo os quatro adrenorreceptores (α1, α2, β1 e β2); nos tecidos com inervação simpática
colinérgica, há receptores muscarínicos; (3) entre os adrenorreceptores simpáticos, o tipo de receptor
está relacionado com a função. Os receptores α1 contraem músculos lisos, como a musculatura lisa
vascular, os esfíncteres gastrintestinais e vesicais, os músculos piloeretores e o músculo radial da íris.
Os receptores β1 participam de funções metabólicas, como a gliconeogênese, a lipólise e a secreção de
renina, assim como de todas as funções cardíacas. Os receptores β2 relaxam a musculatura lisa dos
bronquíolos, da parede da bexiga e da parede do trato gastrintestinal.
Centros do Hipotálamo e do Tronco Encefálico
Os centros do hipotálamo e do tronco encefálico coordenam a regulação autônoma das funções dos
sistemas de órgãos. A Figura  2.5 resume as localizações desses centros, que são responsáveis pela
regulação da temperatura, pela sede, pela ingestão de alimentos (fome e saciedade), pela micção, pela
respiração e pela função cardiovascular (vasomotora). O centro vasomotor, por exemplo, recebe
informações sobre a pressão arterial de barorreceptores localizados no seio carotídeo e compara essas
informações com a pressão arterial ideal. Se houver necessidade de correção, o centro vasomotor
orquestra alterações nas inervações simpáticas e parassimpáticas do coração e dos vasos sanguíneos,
modificando a pressão arterial. Esses centros autonômicos superiores são discutidos em todo este livro
no contexto de cada sistema de órgãos.
FIG. 2.5  Centros autonômicos no hipotálamo e no tronco encefálico. 
CI, Primeiro segmento cervical da medula espinal.
Receptores autonômicos
Como observado na discussão anterior, os receptores autonômicos estão presentes nos corpos
celulares de neurônios pós-ganglionares e nos órgãos efetores. O tipo de receptor e seu mecanismo de
ação determinam a natureza da resposta fisiológica. Além disso, as respostas fisiológicas são
específicas para o tecido e o tipo celular.
Para ilustrar tal especificidade, compare o efeito da ativação de receptores adrenérgicos β1 no nó SA
com o efeito dessa mesma ativação no músculo ventricular. Tanto o nó SA quanto o músculo
ventricular estão localizados no coração, e seus receptores adrenérgicos e mecanismos de ação são os
mesmos. As ações fisiológicas resultantes, porém, são completamente diferentes. O receptor β1 do nó
SA está associado a mecanismos que aumentam a frequência espontânea de despolarização e a
frequência cardíaca; a ligação de um agonista, como a noradrenalina, a este receptor β1 aumenta a
frequência cardíaca. O receptor β1 do músculo ventricular está associado a mecanismos que
aumentam a concentração intracelular de Ca2+ e a contratilidade; a ligação de um agonista, como a
noradrenalina, a este receptor β1 aumenta a contratilidade, mas não exerce efeito direto sobre a
frequência cardíaca.
O tipo de receptor também indica qual agonista ou antagonista farmacológico o ativa ou bloqueia.
Os efeitos desses fármacos podem ser facilmente previstos pela compreensão das respostas fisiológicas
normais. Os fármacos que são agonistas β1, por exemplo, devem aumentar a frequência cardíaca e a
contratilidade, enquanto os antagonistas β1 devem diminuir a frequência cardíaca e a contratilidade.A Tabela 2.4 resume as características dos receptores adrenérgicos e colinérgicos, seus tecidos-alvo e
seus mecanismos de ação. A Tabela  2.2 é disposta de forma similar, por tipo de receptor, e lista os
fármacos prototípicos que ativam (agonistas) ou bloqueiam (antagonistas) os receptores. Juntas,
essas duas tabelas devem ser usadas como referência durante a discussão sobre os mecanismos de
ação. Esses mecanismos, com participação das proteínas ligantes do trifosfato de guanosina (GTP)
(proteínas G), da adenilil ciclase e do 1,4,5-trifosfato de inositol (IP3), são também discutidos, no
Capítulo 9, no contexto da ação hormonal.
Tabela 2.4
Localização e Mecanismo de Ação dos Receptores Autonômicos
Receptor Tecido-Alvo Mecanismo de Ação
Adrenorreceptores
α1 Musculatura lisa vascular, (cutânea, renal e
esplâncnica)
Trato gastrintestinal, esfíncteres
Bexiga, esfíncter
Músculo radial, íris
IP3, ↑ intracelular de [Ca2+]
α2 Trato gastrintestinal, parede
Neurônios adrenérgicos pré-sinápticos
Inibição de adenilil ciclase, ↓ AMPc
β1 Coração
Glândulas salivares
Tecido adiposo
Rim
Estimulação de adenilil ciclase, ↑ AMPc
β2 Musculatura lisa vascular de músculos esqueléticos
Trato gastrintestinal, parede
Bexiga, parede
Bronquíolos
Estimulação de adenilil ciclase, ↑ AMPc
Colinorreceptores
Nicotínicos Neurônios pós-ganglionares, SNS e SNP (N2)
Medula da adrenal (N2)
Abertura dos canais de Na+ e K+ →
despolarização
Muscarínicos Todos os órgãos efetores, SNP
Glândulas sudoríparas, SNS
IP3, ↑ intracelular de [Ca2+] (M1, M3, M5)
↓ adenilil ciclase, ↓ AMPc (M2, M4)
AMPc, Monofosfato cíclico de adenosina; IP3, 1,4,5-trifosfato de inositol; SNP, sistema nervoso parassimpático; SNS, sistema
nervoso simpático.
Proteínas G
Os receptores autonômicos são associados a proteínas ligantes de GTP (proteínas G) e, assim, são
denominados receptores ligados à proteína G. Esses receptores, inclusive aqueles do sistema nervoso
autônomo, são compostos por uma única cadeia polipeptídica que atravessa a membrana celular sete
vezes e, por isso, são conhecidos como receptores proteicos transmembrânicos de sete passagens. O
ligante (p.  ex., ACh, noradrenalina) interage com o domínio extracelular de seu receptor ligado à
proteína G. O domínio intracelular do receptor se liga (é “associado”) à proteína G.
Essas proteínas G são heterotriméricas. Em outras palavras, apresentam três diferentes
subunidades: α, β e γ. A subunidade α se liga ao difosfato de guanosina (GDP) ou ao GTP. Quando o GDP
está ligado, a subunidade α é inativa; quando o GTP está ligado, a subunidade α é ativa. Assim, a
atividade da proteína G reside em sua subunidade α e esta proteína alterna entre os estados ativo e
inativo de acordo com sua ligação ao GDP ou GTP. Quando a proteína G libera o GDP e se liga ao GTP,
por exemplo, passa do estado inativo para o estado ativo; quando o GTP é novamente convertido em
GDP por meio da atividade intrínseca da GTPase da proteína G, há mudança do estado ativo para o
inativo.
As proteínas G acoplam receptores autonômicos ligados à proteína G a enzimas que executam ações
fisiológicas. Estas enzimas são a adenilil ciclase e a fosfolipase C, que, quando ativadas, dão origem a
um segundo mensageiro (monofosfato cíclico de adenosina [AMPc] ou IP3, respectivamente). O
segundo mensageiro amplifica, então, a mensagem e executa a ação fisiológica final. Em alguns casos
(p.  ex., em certos receptores muscarínicos), a proteína G altera diretamente a função de um canal
iônico sem a mediação de um segundo mensageiro.
Adrenorreceptores
Os adrenorreceptores são encontrados em tecidos-alvo do sistema nervoso simpático e são ativados
pelas catecolaminas noradrenalina e adrenalina. A noradrenalina é liberada por neurônios pós-
ganglionares do sistema nervoso simpático. A adrenalina é secretada pela medula da adrenal e chega
aos tecidos-alvo por meio da circulação. Os adrenorreceptores são divididos em dois tipos, α e β, que
ainda se dividem em α1, α2, β1 e β2. Cada um desses tipos de receptores possui um mecanismo de ação
diferente (exceto os receptores β1 e β2, que têm o mesmo mecanismo de ação), provocando efeitos
fisiológicos distintos (Tabelas 2.3 e 2.4).
Receptores α1
Os receptores α1 são encontrados na musculatura lisa vascular (da pele, nos músculos esqueléticos e na
região esplâncnica), nos esfíncteres do trato gastrintestinal e da bexiga, além de no músculo radial da
íris. A ativação dos receptores α1 leva à contração de cada um desses tecidos. O mecanismo de ação
envolve uma proteína G denominada Gq e a ativação da fosfolipase C, ilustrada na Figura  2.6. Os
números circulados na figura correspondem às etapas discutidas, da seguinte maneira:
1. O receptor α1 está inserido na membrana celular, onde é acoplado, via proteína Gq, à
fosfolipase C. No estado inativo, a subunidade αq da proteína Gq heterotrimérica está ligada
ao GDP.
2. Quando um agonista, como a noradrenalina, se liga ao receptor α1 (etapa 1), a unidade αq da
proteína Gq sofre uma alteração conformacional. Esta alteração conformacional tem dois
efeitos (etapa 2): a liberação do GDP da unidade αq e sua substituição por GTP e a liberação
da subunidade αq (ligada ao GTP) do restante da proteína Gq.
3. O complexo αq-GTP desloca-se pela membrana celular e se liga à fosfolipase C, ativando-a
(etapa 3). A atividade GTPase intrínseca, então, converte o GTP em GDP e a subunidade αq
retorna ao estado inativo (não mostrado).
4. A fosfolipase C ativada catalisa a liberação de diacilglicerol e IP3 do 4,5-difosfato de
fosfatidilinositol (etapa 4). O IP3 gerado provoca a liberação de Ca2+ de estoques
intracelulares nos retículos endoplasmáticos ou sarcoplasmáticos, aumentando a
concentração intracelular de Ca2+ (etapa 5). Juntos, o Ca2+ e o diacilglicerol ativam a proteína
quinase C (etapa 6), que fosforila proteínas. Estas proteínas fosforiladas executam as ações
fisiológicas finais (etapa 7), como a contração de músculos lisos.
FIG. 2.6  Mecanismo de ação dos adrenorreceptores α1. 
No estado inativo, a subunidade αq da proteína Gq é ligada ao GDP. No estado ativo, com a
noradrenalina ligada ao receptor α1, a subunidade αq está ligada ao GTP. αq, β e γ são subunidades
da proteína Gq. Os números circulados correspondem às etapas discutidas no texto. RE, Retículo
endoplasmático; GDP, difosfato de guanosina; Gq, proteína G; GTP, trifosfato de guanosina; IP3, 1,4,5-
trifosfato de inositol; PIP2, 4,5-difosfato de fosfatidilinositol; RS; retículo sarcoplasmático.
Receptores α2
Os receptores α2 são inibidores, localizados pré e pós-sinapticamente, e são menos comuns do que os
receptores α1. Esses receptores são encontrados em terminais nervosos adrenérgicos e colinérgicos
pré-sinápticos e no trato gastrintestinal. Existem duas formas de receptores α2, os autorreceptores e os
heterorreceptores.
Os receptores α2 presentes nos terminais nervosos pós-ganglionares simpáticos são denominados
autorreceptores. Nessa função, a ativação de receptores α2 pela noradrenalina liberada por terminais
nervosos pré-sinápticos inibe a maior liberação da molécula pelas mesmas estruturas; esta
retroalimentação negativa conserva a noradrenalina em estados de alta estimulação do sistema
nervoso simpático. É interessante notar que a medula da adrenal não possui receptores α2, portanto
não está sujeita à inibição por retroalimentação e, consequentemente, a medula da adrenal pode
esgotar as catecolaminas durante períodos de estresse prolongado.
Os receptores α2 presentes em terminais nervosos pós-ganglionares do trato gastrintestinal são
denominados heterorreceptores. A noradrenalina é liberada por fibras pós-ganglionares simpáticas
que fazem sinapse com essas fibras pós-ganglionares parassimpáticas. Quando ativados pela
noradrenalina, os receptores α2 inibem a liberação de ACh pelos terminais nervosos pós-ganglionares
parassimpáticos. Dessa forma, o sistema nervoso simpático inibe, indiretamente, a função
gastrintestinal (ou seja, por meio da inibição da atividade parassimpática).
Oe discutida de forma mais
detalhada no Capítulo 6.
A água corpórea total se distribui entre os dois principais compartimentos dos fluidos do organismo:
o líquido intracelular (LIC) e o líquido extracelular (LEC) (Figura 1.1). O LIC é encontrado no interior
das células e corresponde a dois terços da água corpórea total; o LEC está fora das células e equivale a
um terço da água corpórea total. O LIC e o LEC são separados pelas membranas celulares.
FIGURA 1.1  Compartimentos líquidos corpóreos.
O LEC é ainda dividido em dois compartimentos: o plasma e o líquido intersticial. O plasma é o
líquido que circula nos vasos sanguíneos e é o menor dos dois subcompartimentos do LEC. O líquido
intersticial é o qual realmente banha as células e é o maior dos dois subcompartimentos. O plasma e o
líquido intersticial são separados pela parede capilar. O líquido intersticial é um ultrafiltrado do
plasma, formado pelos processos de filtração através da parede capilar. Uma vez que a parede capilar
é praticamente impermeável a moléculas grandes, como as proteínas plasmáticas, a quantidade de
proteínas no líquido intersticial é pequena ou nula.
O método para estimativa do volume dos compartimentos líquidos corpóreos é mostrado no
Capítulo 6.
Composição dos Compartimentos dos Fluidos Corpóreos
A composição dos compartimentos dos fluidos corpóreos não é uniforme. As concentrações de diversos
solutos são muito diferentes entre o LIC e o LEC. Existem também algumas diferenças previsíveis nas
concentrações de soluto entre o plasma e o líquido intersticial, que ocorrem devido à exclusão de
proteínas neste último.
Unidades para Mensuração das Concentrações de Soluto
Normalmente, as quantidades de soluto são expressas em moles, equivalentes ou osmoles. Da mesma
maneira, as concentrações de solutos são expressas em moles por litro (mol/L), equivalentes por litro
(Eq/L) ou osmoles por litro (Osm/L). Nas soluções biológicas, as concentrações de soluto geralmente são
muito baixas e expressas em milimoles por litro (mmol/L), miliequivalentes por litro (mEq/L) ou
miliosmoles por litro (mOsm/L).
Um mol é igual a 6 × 1023 moléculas de uma substância. Um milimol é igual a 1/1.000 ou 10-3 moles.
Uma solução de glicose com concentração de 1 mmol/L contém 1 × 10-3 moles de glicose em 1 L.
Um equivalente é usado para descrever a quantidade de soluto com carga (ionizado) e é o número
de moles do soluto multiplicado por sua valência. Um mol de cloreto de potássio (KCl) em solução, por
exemplo, se dissocia em um equivalente de potássio (K+) e um equivalente de cloreto (Cl-). Da mesma
maneira, um mol de cloreto de cálcio (CaCl2) em solução se dissocia em dois equivalentes de cálcio
(Ca2+) e dois equivalentes de cloreto (Cl-); assim, a concentração de Ca2+ de 1  mmol/L equivale a
2 mEq/L.
Um osmol é o número de partículas em que cada soluto se dissocia quando em solução. A
osmolaridade é a concentração de partículas em solução expressa como osmoles por litro. Se um
soluto não se dissocia em solução (p. ex., a glicose), sua osmolaridade é igual a sua molaridade. Quando
um soluto se dissocia em mais de uma partícula em solução (p. ex., NaCl), sua osmolaridade é igual à
molaridade multiplicada pelo número de partículas em solução. Uma solução contendo 1 mmol/L de
NaCl equivale a 2 mOsm/L, já que o NaCl se dissocia em duas partículas.
O pH é um termo logarítmico usado para expressar a concentração de hidrogênio (H+). Uma vez que
a concentração de H+ nos fluidos corpóreos é muito baixa (p. ex., 40 × 10-9 Eq/L no sangue arterial), é
expressa de forma mais conveniente como um termo logarítmico, o pH. O sinal negativo indica que o
pH diminui conforme a concentração de H+ aumenta e que o pH aumenta conforme a concentração de
H+ diminui. Assim,
Exemplo de problema
Dois homens, o Indivíduo A e o Indivíduo B, apresentam doenças que causam produção excessiva
de ácido no corpo. Os exames de laboratório mostram a acidez do sangue do Indivíduo A em
termos de [H+] e a acidez do sangue do Indivíduo B como pH. O Indivíduo A apresenta [H+] arterial
de 65 × 10-9 Eq/L e o Indivíduo B, pH arterial de 7,3. Qual indivíduo apresenta a maior concentração
de H+ no sangue?
Solução
Para comparar a acidez do sangue de cada paciente, converta a [H+] do Indivíduo A em pH, da
seguinte maneira:
O pH sanguíneo do Indivíduo A, calculado a partir da [H+], é de 7,19 e do Indivíduo B é de 7,3. O
Indivíduo A apresenta menor pH sanguíneo, refletindo uma maior [H+] e maior acidez.
Eletroneutralidade dos Fluidos Corpóreos
Cada compartimento de fluido corpóreo deve obedecer ao princípio da eletroneutralidade
macroscópica; assim, cada compartimento deve ter a mesma concentração, em mEq/L, de cargas
positivas (cátions) e de cargas negativas (ânions). Não pode haver mais cátions do que ânions ou vice-
versa. Mesmo quando há uma diferença de potencial por meio da membrana celular, o equilíbrio de
cargas ainda é mantido na maior parte (macroscópica) da solução. (Uma vez que as diferenças de
potencial são criadas pela separação de apenas algumas cargas adjacentes à membrana, esta pequena
separação de carga não é suficiente para alterar, de forma mensurável, as concentrações totais).
Composição do Líquido Intracelular e do Líquido Extracelular
As composições do LIC e do LEC são muito diferentes, como mostrado na Tabela 1.1. O principal cátion
no LEC é o sódio (Na+) e os ânions equilibrantes são o cloreto (Cl-) e o bicarbonato ( ). Os
principais cátions no LIC são o potássio (K+) e o magnésio (Mg2+) e os ânions equilibrantes são
proteínas e fosfatos orgânicos. Outras diferenças importantes na composição desses líquidos são a
concentração de Ca2+ e o pH. Normalmente, a concentração de Ca2+ ionizado no LIC é muito baixa (≈
10-7 mol/L); no LEC, essa concentração é cerca de 10.000 vezes maior. O LIC é mais ácido (possui menor
pH) do que o LEC. Assim, substâncias encontradas em alta concentração no LEC são observadas em
concentrações menores no LIC e vice-versa.
Tabela 1.1
Composições Aproximadas dos Líquidos Extracelular e Intracelular
Substâncias e Unidades Líquido Extracelular Líquido Intracelulara
Na+ (mEq/L) 140 14
K+ (mEq/L) 4 120
Ca2+, ionizado (mEq/L) 2,5b 1 × 10-4
Cl- (mEq/L) 105 10
 (mEq/L)
24 10
pHc 7,4 7,1
Osmolaridade (mOsm/L) 290 290
a Os principais ânions do líquido intracelular são proteínas e fosfatos orgânicos.
b A [Ca2+] total no líquido extracelular é de 5 mEq/L ou 10 mg/dL.
c O pH é –log10 da [H+]; o pH 7,4 equivale à [H+] de 40 x 10-9 Eq/L.
É importante notar que, dadas todas as diferenças de concentração de cada soluto, a concentração
total de solutos (osmolaridade) é a mesma no LIC e no LEC. A igualdade se deve ao fluxo livre de água
pelas membranas celulares. Quaisquer diferenças transientes na osmolaridade entre o LIC e o LEC são
logo dissipadas pela movimentação da água para dentro ou fora das células, restabelecendo a
igualdade.
Criação das Diferenças de Concentração por meio das Membranas Celulares
As diferenças na concentração de soluto por meio das membranas celulares são criadas e mantidas
por mecanismos de transporte consumidores de energia localizados nas próprias membranas.
O mais conhecido desses mecanismos de transporte é a Na+-K+ ATPase (bomba de Na+-K+), que
transporta Na+ do LIC para o LEC e, simultaneamente, K+ do LEC para o LIC. Tanto o Na+ quanto o K+
são transportados contra seus respectivos gradientes eletroquímicos; portanto, uma fonte de energia, o
trifosfato de adenosina (ATP), é necessária. A Na+-K+ ATPase é responsável pela criação dos grandes
gradientes de concentração de Na+ e K+ por meio das membranas celulares (ou seja, pela baixa
concentração intracelular de Na+ e pela alta concentração intracelular de K+).
Da mesma maneira, a concentração intracelular de Ca2+ é mantida em um nível muito menor do que
sua concentração extracelular. Essa diferença de concentração é estabelecida, em parte, por uma Ca2+
ATPase na membrana celular que bombeia o cátion contra seu gradiente eletroquímico. Como a Na+-K+
ATPase,mecanismo de ação desses receptores envolve a inibição da adenilil ciclase, descrita pelas
seguintes etapas:
1. O agonista (p. ex., noradrenalina) se liga ao receptor α2, que está acoplado à adenilil ciclase
por uma proteína G inibidora, Gi.
2. Com a noradrenalina ligada, a proteína Gi libera o GDP e se liga ao GTP, e a subunidade αi se
dissocia do complexo da proteína G.
3. A subunidade αi, então, desloca-se pela membrana, liga-se à adenilil ciclase e a inibe. Por
causa disso, os níveis de AMPc diminuem, produzindo a resposta fisiológica final.
Receptores β1
Os receptores β1 são proeminentes no coração, sendo encontrados no nó SA, no nó atrioventricular
(AV) e no músculo ventricular. Nesses tecidos, a ativação dos receptores β1 aumenta a frequência
cardíaca no nó SA, a velocidade de condução no nó AV e a contratilidade do músculo ventricular,
respectivamente. Os receptores também estão localizados nas glândulas salivares, no tecido adiposo e
nos rins (onde promovem a secreção de renina). O mecanismo de ação dos receptores β1 envolve uma
proteína Gs e a ativação da adenilil ciclase. Esta ação é ilustrada na Figura  2.7 e composta pelas
seguintes etapas, que correspondem aos números circulados na figura:
1. Da mesma forma que outros receptores autonômicos, os receptores β1 estão inseridos na
membrana celular. Esses receptores são acoplados, por uma proteína Gs, à adenilil ciclase. No
estado inativo, a subunidade αs da proteína Gs está ligada ao GDP.
2. Quando um agonista, como a noradrenalina, se liga ao receptor β1 (etapa 1), a unidade αs
sofre uma alteração conformacional. Esta alteração conformacional tem dois efeitos (etapa
2): a liberação do GDP da unidade αs e sua substituição por GTP e a liberação da subunidade
αs ativada do complexo da proteína G.
3. O complexo αs-GTP desloca-se pela membrana celular e se liga à adenilil ciclase, ativando-a
(Etapa 3). A atividade GTPase intrínseca, então, converte o GTP em GDP e a subunidade αs
retorna a seu estado inativo (não mostrado).
4. A adenilil ciclase ativada catalisa a conversão do ATP em AMPc, que atua como segundo
mensageiro (etapa 4). O AMPc, por meio de etapas que envolvem a ativação de proteínas
quinases, inicia as ações fisiológicas finais (etapa 5). Como anteriormente mencionado, essas
ações fisiológicas são específicas dos tecidos e tipos celulares. A ativação de receptores β1 no
só SA provoca a elevação da frequência cardíaca; no músculo ventricular, o aumento da
contratilidade; nas glândulas salivares, há aumento da secreção; e, nos rins, há secreção de
renina.
FIG. 2.7  Mecanismo de ação dos adrenorreceptores β. 
No estado inativo, a subunidade αs da proteína Gs é ligada ao GDP. No estado ativo, com a
noradrenalina ligada ao receptor β, a subunidade αs está ligada ao GTP. Os receptores β1 e β2
possuem o mesmo mecanismo de ação. Os números circulados correspondem às etapas discutidas
no texto. ATP, Trifosfato de adenosina; AMPc, monofosfato cíclico de adenosina; GDP, difosfato de
guanosina; GTP, trifosfato de guanosina.
Receptores β2
Os receptores β2 são encontrados na musculatura lisa vascular dos músculos esqueléticos, nas paredes
do trato gastrintestinal e da bexiga e nos bronquíolos. Nesses tecidos, a ativação dos receptores β2
provoca relaxamento ou dilatação. O mecanismo de ação dos receptores β2 é similar ao dos
receptores β1: ativação de uma proteína Gs, liberação da subunidade αs, estimulação da adenilil
ciclase e geração de AMPc (Figura 2.7).
Respostas dos Adrenorreceptores à Noradrenalina e à Adrenalina
Existem diferenças significativas nas respostas dos adrenorreceptores α1, β1 e β2 às catecolaminas
noradrenalina e adrenalina. Estas diferenças são explicadas a seguir, lembrando que a noradrenalina é
a catecolamina liberada pelas fibras nervosas adrenérgicas simpáticas pós-ganglionares, enquanto a
adrenalina é a principal catecolamina liberada pela medula da adrenal: (1) a noradrenalina e a
adrenalina possuem quase a mesma potência em receptores α1, sendo esta última um pouco mais
potente. No entanto, em comparação com os receptores β, os receptores α1 são relativamente
insensíveis às catecolaminas. A ativação de receptores α1 requer concentrações maiores de
catecolaminas do que a ativação de receptores β. Fisiologicamente, essas altas concentrações são
localmente atingidas quando a noradrenalina é liberada por fibras nervosas simpáticas pós-
ganglionares, mas não após a liberação de catecolaminas pela medula da adrenal. A quantidade de
adrenalina (e noradrenalina) liberada pela medula da adrenal na resposta de luta ou fuga, por
exemplo, é insuficiente para a ativação de receptores α1; (2) a noradrenalina e a adrenalina são
equipotentes em receptores β1. Como já mencionado, concentrações muito menores de catecolaminas
ativam os receptores β1 em comparação com os receptores α1. Assim, a noradrenalina liberada pelas
fibras nervosas simpáticas ou a adrenalina liberada pela medula da adrenal ativa os receptores β1; (3)
os receptores β2 são preferencialmente ativados pela adrenalina. Assim, a adrenalina liberada pela
medula da adrenal deve ativar os receptores β2, mas não a noradrenalina liberada pelas terminações
nervosas simpáticas.
Colinorreceptores
Existem dois tipos de colinorreceptores: nicotínicos e muscarínicos. Os receptores nicotínicos são
encontrados em todos os gânglios autonômicos e nas células cromafins da medula da adrenal. Os
receptores muscarínicos são encontrados em todos os órgãos efetores da divisão parassimpática e em
alguns órgãos efetores da divisão simpática.
Receptores Nicotínicos
Os receptores nicotínicos são encontrados em diversos locais importantes: na placa motora dos
músculos esqueléticos, em todos os neurônios pós-ganglionares dos sistemas nervosos simpático e
parassimpático e nas células cromafins da medula da adrenal. A ACh é seu agonista natural e é
liberada pelos motoneurônios e por todos os neurônios pré-ganglionares.
Não se sabe se o receptor nicotínico na placa motora terminal é idêntico ao receptor nicotínico dos
gânglios autonômicos. Essa questão pode ser respondida pela análise das ações dos fármacos que
atuam como agonistas ou antagonistas nesses receptores. Os receptores nicotínicos dos dois locais
certamente são similares: ambos são ativados pelos agonistas ACh, nicotina e carbacol e antagonizados
pelo curare (Tabela  2.2). Outro antagonista do receptor nicotínico, no entanto, o hexametônio,
bloqueia-o nos gânglios, mas não na placa motora. Assim, pode-se concluir que os receptores desses
dois locais são similares, mas não idênticos; os receptores nicotínicos da placa motora da musculatura
esquelética são denominados N1, e os receptores nicotínicos dos gânglios autonômicos são chamados
N2. Segundo essa distinção farmacológica, substâncias como o hexametônio são agentes bloqueadores
ganglionares, mas não bloqueadores neuromusculares.
É possível chegar a uma segunda conclusão sobre os agentes bloqueadores ganglionares, como o
hexametônio. Esses agentes devem inibir receptores nicotínicos em gânglios simpáticos e
parassimpáticos, e, assim, produzir efeitos disseminados sobre a função autonômica. Para prever as
ações de agentes bloqueadores ganglionares em um determinado órgão, porém, é necessário saber se
o controle dominante desse órgão é simpático ou parassimpático. A musculatura lisa vascular, por
exemplo, apresenta apenas inervação simpática, que causa vasoconstrição; dessa forma, os agentes
bloqueadores ganglionares relaxam a musculatura lisa vascular e provocam vasodilatação. (Devido a
essa propriedade, os agentes bloqueadores ganglionares podem ser usados no tratamento da
hipertensão.) Por outro lado, a função sexual masculina é dramaticamente prejudicada por agentes
bloqueadores ganglionares, já que a resposta sexual do homem apresenta componentes simpáticos
(ejaculação) e parassimpáticos (ereção).
O mecanismo de ação dos receptores nicotínicos, seja na placa motora ou nos gânglios, é baseado
no fato de que esse receptor de ACh é também um canal para Na+ eK+. Quando o receptor nicotínico é
ativado pela ACh, o canal se abre, permitindo a passagem simultânea de Na+ e K+ conforme seus
respectivos gradientes eletroquímicos.
A Figura 2.8 ilustra a função dos receptores/canais nicotínicos em dois estados: fechado e aberto. O
receptor nicotínico é uma proteína integral da membrana celular composta por cinco subunidades:
duas α, uma β, uma δ e uma γ. Estas cinco subunidades formam um funil ao redor da abertura central.
Quando não há ACh ligada, a abertura do canal está fechada. Quando a ACh está ligada a cada uma das
duas subunidades α, há uma mudança conformacional em todas as subunidades, abrindo a área
central do canal. Com a abertura do centro do canal, o Na+ e o K+ fluem de acordo com seus respectivos
gradientes eletroquímicos (Na+ para dentro da célula e K+ para fora da célula) e cada íon tenta levar o
potencial de membrana a seu potencial de equilíbrio. O potencial de membrana resultante é a média
entre os potenciais de equilíbrio dos dois íons, aproximadamente 0 milivolt, o que corresponde a um
estado despolarizado.
FIG. 2.8  Mecanismo de ação dos colinorreceptores nicotínicos. 
O receptor nicotínico para acetilcolina (ACh) é um canal iônico para Na+ e K+. O receptor possui cinco
subunidades: duas α, uma β, uma δ e uma γ.
Receptores Muscarínicos
Os receptores muscarínicos estão localizados em todos os órgãos efetores do sistema nervoso
parassimpático: no coração, no trato gastrintestinal, nos bronquíolos, na bexiga e nos órgãos sexuais
masculinos. Esses receptores também são encontrados em certos órgãos efetores do sistema nervoso
simpático, especificamente nas glândulas sudoríparas.
Alguns receptores muscarínicos (p. ex., M1, M3 e M5) apresentam o mesmo mecanismo de ação que
os adrenorreceptores α1 (Figura 2.6). Nesses casos, a ligação do agonista (ACh) ao receptor muscarínico
provoca a dissociação da subunidade α da proteína G, a ativação da fosfolipase C e a geração de IP3 e
diacilglicerol. O IP3 libera o Ca2+ armazenado e o aumento da concentração intracelular deste íon
associado à presença de diacilglicerol produz as ações fisiológicas específicas ao tecido.
Outros receptores muscarínicos (p.  ex., M4) inibem a adenilil ciclase e reduzem os níveis
intracelulares de AMPc.
Outro tipo de receptores muscarínicos (M2) altera os processos fisiológicos por meio da ação direta
da proteína G. Nesses casos, não há participação de segundos mensageiros. Os receptores
muscarínicos do nó SA do coração, por exemplo, quando ativados pela ACh, ativam a proteína Gi e
liberam a subunidade αi, que se liga diretamente aos canais de K+ do nó SA. Quando as subunidades αi
se ligam aos canais de K+, estes se abrem e diminuem a taxa de despolarização do nó SA e a frequência
cardíaca. Nesse mecanismo, não há estimulação ou inibição de adenilil ciclase ou fosfolipase C, nem a
participação de quaisquer segundos mensageiros; em vez disso, a proteína Gi age diretamente sobre o
canal iônico (Quadro 2.4)
Q u a d r o 2 . 4     F is io logia Cl ínica : Tratamento do Enjoo por
Movimento (Cinetose) com um Antagonista de Receptor
Muscarínico
Descrição do caso
Uma mulher que planeja realizar um cruzeiro de 10 dias pede que seu médico receite algo que
previna o enjoo por movimento. O médico prescreve escopolamina, uma substância similar à
atropina, e recomenda à paciente que ela tome a medicação durante toda a viagem. Tomando o
fármaco, a mulher não tem náuseas ou vomita, como esperado, mas apresenta secura na boca,
dilatação das pupilas (midríase), aumento da frequência cardíaca (taquicardia) e dificuldade de
micção.
Explicação do caso
A escopolamina, como a atropina, bloqueia os receptores colinérgicos muscarínicos nos tecidos-
alvo. Este fármaco pode, de fato, ser usado com sucesso no tratamento do enjoo por movimento,
cuja etiologia envolve receptores muscarínicos do sistema vestibular. As reações adversas que a
paciente apresentou durante o tratamento com escopolamina podem ser explicadas pela fisiologia
dos receptores muscarínicos nos tecidos-alvo.
A ativação dos receptores muscarínicos aumenta a salivação, contrai as pupilas, diminui a
frequência cardíaca (bradicardia) e contrai a parede da bexiga durante a micção (Tabela  2.2),
portanto a inibição dos receptores muscarínicos por meio da administração de escopolamina deve
provocar sintomas relacionados com diminuição da salivação (boca seca), dilatação das pupilas
(devido à livre influência do sistema nervoso simpático sobre o músculo radial), aumento da
frequência cardíaca e micção lenta (causada pela perda do tônus contrátil da parede da bexiga).
Tratamento
Interrupção da administração de escopolamina.
Resumo
▪ O sistema nervoso autônomo é composto por duas divisões principais, simpática e
parassimpática, que operam de forma coordenada para regular as funções involuntárias. A
divisão simpática é toracolombar e originária da medula espinal. A divisão parassimpática é
craniossacral, sendo originária do tronco encefálico e da porção sacral da medula espinal.
▪ As vias eferentes do sistema nervoso autônomo são compostas por um neurônio pré-
ganglionar e um neurônio pós-ganglionar, que fazem sinapse em um gânglio autônomo. Os
axônios dos neurônios pós-ganglionares, então, trafegam até a periferia para inervar os
órgãos efetores. A medula da adrenal é um gânglio especializado da divisão simpática;
quando estimulada, secreta catecolaminas na circulação.
▪ De modo geral, as inervações simpáticas e parassimpáticas dos órgãos ou sistemas de órgãos
têm efeitos recíprocos. Estes efeitos são coordenados por centros autonômicos no tronco
encefálico e no hipotálamo. Os centros autonômicos do tronco encefálico controlam a
frequência cardíaca, por exemplo, ao modularem a atividade simpática e parassimpática no
nó SA.
▪ Os receptores para neurotransmissores do sistema nervoso autônomo são adrenérgicos
(adrenorreceptores) ou colinérgicos (colinorreceptores). Os adrenorreceptores são ativados
pelas catecolaminas noradrenalina e adrenalina; os colinorreceptores, por ACh.
▪ Os receptores autonômicos são acoplados a proteínas G, que podem ser estimuladoras (Gs)
ou inibidoras (Gi). As proteínas G, por sua vez, ativam ou inibem enzimas que são
responsáveis pelas ações fisiológicas finais.
▪ O mecanismo de ação dos adrenorreceptores pode ser explicado da seguinte maneira: os
receptores α1 atuam mediante a ativação da fosfolipase C e a geração de IP3. Os receptores β1
e β2 agem por meio da ativação de adenilil ciclase e a geração de AMPc; os receptores α2
atuam por intermédio da inibição da adenilil ciclase.
▪ O mecanismo de ação dos colinorreceptores pode ser explicado da seguinte forma: os
receptores nicotínicos atuam como canais iônicos para Na+ e K+. Muitos receptores
muscarínicos apresentam o mesmo mecanismo de ação que os receptores α1; em alguns
receptores muscarínicos, há ação direta da proteína G no mecanismo fisiológico.
Desaf ie -se
Responda a cada pergunta com uma palavra, expressão, frase ou solução numérica. Se a questão
vier acompanhada por uma lista de possíveis respostas, uma, mais de uma ou nenhuma das
escolhas pode estar correta. As respostas corretas são mostradas no final do livro.
1. Qual(is) da(s) seguinte(s) ação(ões) é(são) mediada(s) por receptores β2: aumento da
frequência cardíaca, contração dos esfíncteres gastrintestinais, contração da musculatura
lisa vascular, dilatação das vias aéreas, relaxamento da parede da bexiga?
2. Uma mulher que está tomando atropina para tratamento de uma doença gastrintestinal
nota que suas pupilas estão dilatadas. Isto ocorreu porque a atropina bloqueia os
receptores _______________ do músculo _________________ da íris.
3. Qual(is) da(s) seguinte(s) é(são) característica(s) do sistema nervoso parassimpático, mas
não do sistema nervoso simpático: gânglios em tecidos-alvo ou regiões próximas,
receptores nicotínicos em neurônios pós-ganglionares, receptores muscarínicos em alguns
tecidos-alvo, receptores β1 em alguns tecidos-alvo, neurônios pré-ganglionarescolinérgicos?
4. O propranolol diminui a frequência cardíaca por ________________ os receptores
________________ no nó sinoatrial do coração.
5. Qual(is) da(s) seguinte(s) ação(ões) é(são) mediada(s) pelo mecanismo da adenilil ciclase:
efeito do sistema nervoso parassimpático para aumento da secreção ácida no estômago,
efeito da adrenalina para aumento da contratilidade cardíaca, efeito da adrenalina para
aumento da frequência cardíaca, efeito da acetilcolina para redução da frequência
cardíaca, efeito da acetilcolina para contração das vias aéreas, contração da musculatura
lisa vascular nos vasos sanguíneos esplâncnicos?
6. Qual enzima é responsável pela maior síntese de adrenalina do que de noradrenalina pela
medula da adrenal?
7. Um homem teve um feocromocitoma que causou uma grave elevação em sua pressão
arterial. Antes da cirurgia para remoção do tumor, o paciente foi tratado com o fármaco
errado, que aumentou ainda mais sua pressão arterial. Diga duas classes farmacológicas
que podem ter sido erroneamente administradas e causado essa elevação.
8. A bexiga de um homem está cheia. Ao urinar, os receptores __________ provocam __________
do músculo detrusor e os receptores __________ provocam __________ do esfíncter interno.
9. Na ação dos receptores α1, qual é a ordem correta das etapas: ligação de αq ao GDP, ligação
de αq ao GTP, geração de IP3, liberação de Ca2+ dos depósitos intracelulares, ativação da
proteína quinase, ativação da fosfolipase C?
10. Quais das seguintes ações são mediadas por receptores muscarínicos: redução da
velocidade de condução no nó AV, secreção ácida no estômago, midríase, contração dos
esfíncteres gastrintestinais, ereção, secreção de renina, sudorese em um dia quente?
C A P Í T U L O 3
Neurofisiologia
Organização do Sistema Nervoso, 
Células do Sistema Nervoso, 
Características Gerais dos Sistemas Sensoriais e Motores, 
Sistemas Sensoriais, 
Sistema Somatossensorial e Dor, 
Visão, 
Audição, 
Sistema Vestibular, 
Olfato, 
Paladar, 
Sistemas Motores, 
Funções Superiores do Sistema Nervoso Central, 
Líquido Cerebrospinal, 
Resumo, 
Desafie-se, 
O sistema nervoso é uma rede complexa que permite a comunicação do organismo com seu ambiente.
Esta rede possui componentes sensoriais, que detectam alterações na estimulação ambiental, e
componentes motores, que geram movimentos, contração dos músculos cardíacos e lisos e secreções
glandulares. Os componentes integradores do sistema nervoso recebem, armazenam e processam as
informações sensoriais e, então, organizam as respostas motoras adequadas.
Organização do sistema nervoso
Para entender a neurofisiologia, é preciso conhecer a organização do sistema nervoso e a disposição
anatômica macroscópica das estruturas. Uma apresentação abrangente da neuroanatomia seria o
assunto de um texto inteiro. Assim, neste capítulo, a anatomia será brevemente descrita conforme o
contexto fisiológico.
O sistema nervoso é composto por duas divisões: o sistema nervoso central (SNC), formado pelo
encéfalo e pela medula espinal, e o sistema nervoso periférico (SNP), que inclui os receptores
sensoriais, os nervos e os gânglios fora do SNC. O SNC e o SNP se comunicam extensamente entre si.
Uma maior distinção pode ser feita entre as divisões sensoriais e motoras do sistema nervoso. A
divisão sensorial ou aferente leva a informação para o sistema nervoso, geralmente a partir de
eventos ocorridos nos receptores sensoriais da periferia. Dentre estes receptores estão, por exemplo,
os receptores visuais, auditivos e somatossensoriais (tato) e os quimiorreceptores. Esta informação
aferente é, então, transmitida a níveis progressivamente superiores do sistema nervoso e, por fim,
chega ao córtex cerebral. A divisão motora ou eferente traz a informação do sistema nervoso para a
periferia. Esta informação eferente provoca a contração da musculatura esquelética, lisa e cardíaca ou
a secreção de glândulas endócrinas ou exócrinas.
Para ilustrar e comparar as funções das divisões sensoriais e motoras do sistema nervoso considere
um exemplo mostrado no Capítulo 2: a regulação da pressão arterial. A pressão arterial é percebida
por barorreceptores localizados nas paredes do seio carotídeo. Esta informação é transmitida, através
do nervo glossofaríngeo (nervo craniano [NC] IX), ao centro vasomotor do bulbo do tronco encefálico –
este é o ramo sensorial ou aferente da regulação da pressão arterial. No bulbo, a pressão arterial
percebida é comparada a um padrão e o centro vasomotor bulbar determina alterações no fluxo
simpático ou parassimpático para o coração e os vasos sanguíneos, produzindo os ajustes apropriados
na pressão arterial – este é o ramo motor ou eferente da regulação da pressão arterial.
O SNC é formado pelo encéfalo e pela medula espinal. A organização das principais estruturas do
SNC é ilustrada nas Figuras 3.1 e 3.2. A Figura 3.1 mostra as estruturas em suas posições anatômicas
corretas. Estas mesmas estruturas são ilustradas de forma esquemática na Figura 3.2, que pode ser
mais útil como referência.
FIGURA 3.1  Corte sagital mediano do encéfalo.
São mostradas as relações entre os lobos do córtex cerebral, o cerebelo, o tálamo e o hipotálamo, o
tronco encefálico e a medula espinal.
FIGURA 3.2  Diagrama esquemático do sistema nervoso central.
As principais divisões do SNC são medula espinal; tronco encefálico (bulbo, ponte e mesencéfalo);
cerebelo; diencéfalo (tálamo e hipotálamo); e hemisférios cerebrais (córtex cerebral, substância
branca, núcleos da base, formação hipocampal e amígdala).
Medula Espinal
A medula espinal é a porção mais caudal do SNC e se estende da base do crânio até a primeira vértebra
lombar. A medula espinal é segmentada e apresenta 31 pares de nervos espinais que contêm nervos
sensoriais (aferentes) e motores (eferentes). Os nervos sensoriais carreiam a informação da pele, das
articulações, dos músculos e das vísceras da periferia para a medula espinal por meio dos gânglios da
raiz posterior e dos gânglios dos nervos cranianos. Os nervos motores carreiam a informação da
medula espinal até a periferia; estes nervos podem ser nervos motores somáticos, que inervam a
musculatura esquelética, e nervos motores do sistema nervoso autônomo, que inervam o músculo
cardíaco, a musculatura lisa e as glândulas (Capítulo 2).
A informação também trafega para cima e para baixo na medula espinal. As vias ascendentes da
medula espinal transmitem as informações sensoriais da periferia a níveis superiores do SNC. As vias
descendentes da medula espinal transmitem as informações motoras de níveis superiores do SNC
para os nervos motores que inervam a periferia.
Tronco Encefálico
O bulbo, a ponte e o mesencéfalo são coletivamente chamados tronco encefálico. Dez dos 12 nervos
cranianos (NC III-XII) são originários do tronco encefálico. Estes nervos carreiam as informações
sensoriais para o tronco encefálico e, a partir dele, as informações motoras. Os componentes do tronco
encefálico são:
♦ O bulbo é a extensão rostral da medula espinal. Possui centros autônomos que regulam a
respiração e pressão arterial, além de centros que coordenam os reflexos de deglutição,
tosse e vômito (Capítulo 2, Figura 2.5).
♦ A ponte é rostral ao bulbo e, junto com os centros bulbares, participa da manutenção do
equilíbrio e da postura e da regulação da respiração. Além disso, a ponte transmite
informações dos hemisférios cerebrais para o cerebelo.
♦ O mesencéfalo é rostral à ponte e participa do controle dos movimentos dos olhos. Também
contém os núcleos de retransmissão dos sistemas auditivos e visuais.
Cerebelo
O cerebelo é uma estrutura foliada ligada ao tronco encefálico e dorsal à ponte e ao bulbo. As funções
do cerebelo são a correção do planejamento e da execução dos movimentos, a manutenção da postura
e a coordenação dos movimentos da cabeça e dos olhos. Assim, o cerebelo, convenientemente
posicionado entre o córtex cerebral e a medula espinal, integra as informações sensoriais sobre a
posição do corpo transmitidaspela medula espinal, as informações motoras originadas do córtex
cerebral e as informações dos órgãos vestibulares da orelha interna.
Tálamo e Hipotálamo
Juntos, o tálamo e o hipotálamo formam o diencéfalo, que significa “no meio do encéfalo”. Este termo
faz referência à localização do tálamo e do hipotálamo entre os hemisférios cerebrais e o tronco
encefálico.
O tálamo processa quase todas as informações sensoriais que chegam ao córtex cerebral e quase
todas as informações motoras que vêm do córtex cerebral para o tronco encefálico e a medula espinal.
O hipotálamo é ventral ao tálamo e contém os centros que regulam a temperatura corpórea, a
ingestão de alimentos e o balanço hídrico. O hipotálamo também é uma glândula endócrina que
controla as secreções hormonais da hipófise. O hipotálamo secreta hormônios que estimulam ou
inibem a secreção de outros hormônios no sistema porta-hipofisário, levando à liberação (ou não) de
hormônios pela hipófise anterior. O hipotálamo também contém os corpos celulares dos neurônios da
hipófise posterior que secretam o hormônio antidiurético (ADH) e a ocitocina.
Hemisférios Cerebrais
Os hemisférios cerebrais são compostos pelo córtex cerebral, pela substância branca subjacente e por
três núcleos profundos (núcleos da base, hipocampo e amígdala). Os hemisférios cerebrais são
responsáveis pela percepção, pelas funções motoras superiores, pela cognição, pela memória e pelas
emoções.
♦ Córtex cerebral. O córtex cerebral é a superfície convoluta dos hemisférios cerebrais e é
composto por quatro lobos: frontal, parietal, temporal e occipital. Estes lobos são
separados por sulcos. O córtex cerebral recebe e processa as informações sensoriais e
integra as funções motoras. Estas áreas sensoriais e motoras do córtex são ainda designadas
“primárias”, “secundárias” e “terciárias”, dependendo de como lidam, diretamente, como
o processamento sensorial e motor. As áreas primárias são as mais diretas e possuem o
menor número de sinapses; as áreas terciárias requerem o processamento mais complexo,
com um grande número de sinapses. As áreas secundárias e terciárias são também
denominadas áreas de associação porque integram informações de vários tipos para
executar ações determinadas. A área de associação límbica (terciária), por exemplo,
participa da motivação, da memória e das emoções. Os exemplos a seguir ilustram a
nomenclatura: (1) O córtex motor primário contém os motoneurônios superiores, que se
projetam diretamente para a medula espinal e ativam motoneurônios inferiores que
inervam a musculatura esquelética. (2) Os córtices sensoriais primários são compostos pelo
córtex visual primário, pelo córtex auditivo primário e pelo córtex somatossensorial
primário e recebem informações de receptores sensoriais localizados na periferia, com
somente algumas sinapses interpostas. (3) As áreas de associação sensoriais e motoras
secundárias e terciárias estão ao redor destas áreas primárias e participam de
processamentos mais complexos.
♦ Núcleos da base, hipocampo e amígdala. Os hemisférios cerebrais possuem três núcleos
profundos. Os núcleos da base são compostos pelo núcleo caudado, pelo putâmen e pelo
globo pálido. Os núcleos da base recebem impulsos de todos os lobos do córtex cerebral e se
projetam, através do tálamo, até o córtex frontal, onde participam do planejamento do
movimento. O hipocampo e a amígdala são parte do sistema límbico. O hipocampo
participa da memória; a amígdala está envolvida com as emoções e se comunica com o
sistema nervoso autônomo por meio do hipotálamo (por exemplo, efeito das emoções sobre
a frequência cardíaca, o tamanho da pupila e a secreção de hormônios hipotalâmicos).
Células do sistema nervoso
Os neurônios, ou células nervosas, são especializados no recebimento e no envio de sinais. A estrutura
dos neurônios consiste no corpo celular ou soma, os dendritos, o axônio e os terminais pré-sinápticos
(Figura 3.3). As células da glia, em número muito superior ao de neurônios, incluem os astrócitos, os
oligodendrócitos e as células da micróglia; sua função é, grosseiramente, dar suporte aos neurônios.
FIGURA 3.3  Estrutura do neurônio.
Estrutura do Neurônio
Corpo Celular
O corpo celular, ou soma, envolve o núcleo do neurônio e contém o retículo endoplasmático e o
aparelho de Golgi. É responsável pela síntese e pelo processamento de proteínas dos neurônios.
Dendritos
Os dendritos são processos afunilados do corpo celular. Os dendritos recebem informações e, assim,
apresentam receptores para os neurotransmissores liberados por neurônios adjacentes.
Axônio
O axônio é uma projeção de uma região especializada do corpo celular, chamada cone axonal,
contínua à zona de gatilho (ou segmento inicial), onde os potenciais de ação são gerados para envio de
informações. Enquanto os dendritos são numerosos e curtos, cada neurônio possui um único axônio,
que pode ser bastante longo (com até 1 metro de comprimento). O citoplasma do axônio apresenta
grupos densos e paralelos de microtúbulos e microfilamentos que rapidamente transferem materiais
entre o corpo celular e o terminal do axônio. Os axônios carreiam potenciais de ação entre o corpo
celular do neurônio e os alvos daquela célula, que podem ser outros neurônios ou músculos. Os
axônios podem ser isolados por mielina (Capítulo 1), que aumenta a velocidade de condução; quebras
na bainha de mielina ocorrem nos nós de Ranvier.
Terminais Pré-sinápticos
O axônio faz contato com suas células alvos (p.  ex., outros neurônios) em múltiplas terminações,
chamadas terminais pré-sinápticos. Quando o potencial de ação transmitido pelo axônio chega ao
terminal pré-sináptico, o neurotransmissor é liberado na sinapse. O neurotransmissor se difunde pela
fenda sináptica e se liga a receptores na membrana pós-sináptica (p.  ex., dos dendritos de outros
neurônios). Desta maneira, as informações são rapidamente transmitidas de neurônio a neurônio (ou,
na junção neuromuscular, de neurônio para a musculatura esquelética).
Células da Glia
As células da glia ocupam metade do volume do sistema nervoso e atuam como células de sustentação
para os neurônios. Algumas células da glia do cérebro adulto têm propriedades de células-tronco e,
assim, podem dar origem a novas células da glia ou até mesmo a novos neurônios. Os astrócitos
fornecem combustível metabólico, como o ácido láctico, para os neurônios; estas células também
sintetizam neurotransmissores, secretam fatores tróficos que promovem a sobrevida neuronal,
modulam o fluxo sanguíneo e ajudam a manter a concentração extracelular de K+ no sistema nervoso.
Os oligodendrócitos sintetizam mielina no SNC; as células de Schwann produzem mielina no SNP. As
células da micróglia proliferam após lesões neuronais e participam na remoção de restos celulares.
Características gerais dos sistemas sensoriais e motores
Antes de prosseguir com discussões específicas sobre os principais sistemas sensoriais e motores,
algumas características organizacionais comuns devem ser consideradas. Embora os detalhes de cada
sistema sejam variáveis, estas características podem ser consideradas um conjunto de temas
recorrentes por toda a neurofisiologia.
Conexões Sinápticas
As sinapses mais simples são conexões uma a uma, compostas por um elemento pré-sináptico (p. ex.,
um motoneurônio) e um elemento pós-sináptico (p. ex., uma fibra muscular esquelética). No sistema
nervoso, porém, muitas sinapses são mais complicadas e usam núcleos de retransmissão para
integrar a informação convergente. Os núcleos de retransmissão são encontrados por todo o SNC, mas
são mais proeminentes no tálamo.
Os núcleos de retransmissão contêm diversos tipos de neurônios, incluindo interneurônios locais e
neurônios de projeção. Os neurônios de projeção estendem longos axônios para fora do núcleo e
fazem sinapses com outros núcleos ou o córtex cerebral. Quase todas as informações que entram ou
saem do córtex cerebral são processadas pelos núcleos do tálamo.
Organização Topográfica
Uma das principais características dos sistemasnervosos sensoriais e motores é que as informações
são codificadas em mapas neurais. No sistema somatossensorial, por exemplo, um mapa
somatotópico é formado por um conjunto de neurônios que recebem informações de e mandam
informações para locais específicos do corpo. A codificação topográfica é preservada em cada nível do
sistema nervoso, até mesmo em nível mais alto: o córtex cerebral. Desse modo, no sistema
somatossensorial, as informações topográficas são representadas como um homúnculo sensorial no
córtex cerebral (Figura  3.12). No sistema visual, a representação topográfica é denominada
retinotópica, no sistema auditivo, tonotópica, e assim por diante.
Decussações
Quase todas as vias sensoriais e motoras são bilateralmente simétricas e as informações passam de um
lado (ipsilateral) para o outro (contralateral) do encéfalo ou da medula espinal. Dessa forma, a
atividade sensorial de um lado do corpo é transmitida ao hemisfério cerebral contralateral; da mesma
maneira, a atividade motora de um lado do corpo é controlada pelo hemisfério cerebral contralateral.
Nem todas as vias, porém, se cruzam na mesma altura do SNC. Algumas vias se cruzam na medula
espinal (p.  ex., dor) e muitas o fazem no tronco encefálico. Estes cruzamentos são denominados
decussações. As áreas do cérebro que possuem somente axônios de decussação são chamadas
comissuras; o corpo caloso, por exemplo, é a comissura que conecta os dois hemisférios cerebrais.
Alguns sistemas são mistos e possuem vias que se cruzam e vias que não o fazem. No sistema visual,
por exemplo, metade dos axônios de cada retina segue em direção contralateral e a outra metade
permanece ipsilateral. O cruzamento das fibras visuais ocorre no quiasma óptico.
Tipos de Fibras Nervosas
As fibras nervosas são classificadas de acordo com sua velocidade de condução, o que depende de seu
tamanho e da presença ou não de mielinização. Os efeitos do diâmetro da fibra e da mielinização na
velocidade de condução são explicados no Capítulo  1. Em resumo, quanto maior a fibra, maior a
velocidade de condução. A velocidade de condução também aumenta devido à presença de uma
bainha de mielina ao redor da fibra nervosa. Assim, fibras grandes e mielinizadas apresentam as
maiores velocidades de condução, enquanto fibras pequenas e não mielinizadas apresentam as
menores velocidades de condução.
Dois sistemas de classificação, baseados nas diferenças de velocidade de condução, são usados. O
primeiro sistema, descrito por Erlanger e Gasser, se aplica às fibras nervosas sensoriais (aferentes) e
motoras (eferentes) e usa como nomenclatura as letras A, B e C. O segundo sistema, descrito por Lloyd
e Hunt, se aplica apenas às fibras sensoriais e usa os algarismos romanos I, II, III e IV. A Tabela 3.1
apresenta um resumo dos tipos de fibras nervosas em cada classificação, com exemplos sobre cada
tipo e informações sobre o diâmetro da fibra, a velocidade de condução e a presença ou não de
mielinização.
Tabela 3.1
Classificação das Fibras Nervosas
Classificação
Tipo de
Fibra
Nervosa Exemplo
Diâmetro
Relativo
Velocidade
Relativa de
Condução Mielinização
Sensorial e
Motora
A alfa (Aα) Motoneurônios α Grande Rápida Sim
A beta (Aβ) Tato, pressão Médio Média Sim
A gama (Aγ) Dos motoneurônios γ até os
fusos musculares (fibras
intrafusais)
Médio Média Sim
A delta (Aδ) Tato, pressão, temperatura, dor
rápida
Pequeno Média Sim
B Nervos autônomos pré-
ganglionares
Pequeno Média Sim
C Dor lenta; nervos autônomos
pós-ganglionares; olfato
Muito
pequeno
Lenta Não
Apenas
Sensorial
Ia Aferentes dos Fusos
musculares
Grande Rápida Sim
Ib Aferentes do órgão tendinoso
de Golgi
Grande Rápida Sim
II Aferentes secundários dos
fusos musculares; tato,
pressão
Médio Média Sim
III Tato, pressão, dor rápida,
temperatura
Pequeno Média Sim
IV Dor, temperatura, olfato Muito
pequeno
Lenta Não
Sistemas sensoriais
Vias Sensoriais
Os sistemas sensoriais recebem informações do ambiente através de receptores especializados
presentes na periferia e as transmitem por meio de uma série de neurônios e conexões sinápticas para
o SNC. A transmissão da informação sensorial ocorre nas seguintes etapas (Figura 3.4):
1. Receptores sensoriais. Os receptores sensoriais são ativados por estímulos ambientais. A
natureza dos receptores varia de uma modalidade sensorial para outra. Nos sistemas visual,
gustativo e auditivo, os receptores são células epiteliais especializadas. Nos sistemas
somatossensorial e olfativo, os receptores são neurônios de primeira ordem ou aferentes
primários. Independentemente destas diferenças, a função básica dos receptores é a mesma:
converter um estímulo (p. ex., ondas sonoras, ondas eletromagnéticas ou pressão) em
energia eletroquímica. O processo de conversão, denominado transdução sensorial, é
mediado pela abertura ou fechamento de canais iônicos específicos. A abertura ou
fechamento dos canais iônicos altera o potencial de membrana do receptor sensorial,
causando despolarização ou hiperpolarização. Tal alteração no potencial de membrana do
receptor sensorial é denominada potencial receptor.
Após a transdução e a geração do potencial receptor, a informação é transmitida para o SNC
por meio de uma série de neurônios aferentes sensoriais, que são designados neurônios de
primeira, segunda, terceira e quarta ordem (Figura 3.4). Os neurônios de primeira ordem
são aqueles mais próximos do receptor sensorial, enquanto os neurônios de ordens maiores
são os mais próximos do córtex cerebral.
2. Neurônios aferentes sensoriais de primeira ordem. O neurônio de primeira ordem é o
neurônio aferente sensorial primário; em alguns casos (somatossensorial, olfato), é também
a célula receptora. Quando um receptor sensorial é uma célula epitelial especializada, faz
sinapse com um neurônio de primeira ordem. Quando o receptor é também o neurônio
aferente primário, esta sinapse é desnecessária. O corpo do neurônio aferente primário
geralmente está em um gânglio de uma raiz posterior da medula espinal*. (Exceto nos
sistemas auditivo, olfativo e visual).
3. Neurônios aferentes sensoriais de segunda ordem. Os neurônios de primeira ordem
fazem sinapse com os neurônios de segunda ordem em núcleos de retransmissão,
localizados na medula espinal ou no tronco encefálico. De modo geral, muitos neurônios de
primeira ordem fazem sinapse com um único neurônio de segunda ordem no núcleo de
retransmissão. Os interneurônios, também localizados nos núcleos, podem ser excitatórios
ou inibitórios. Estes interneurônios processam e modificam as informações sensoriais
recebidas dos neurônios de primeira ordem. Os axônios dos neurônios de segunda ordem
deixam o núcleo e ascendem para o próximo núcleo, localizado no tálamo, onde fazem
sinapse com neurônios de terceira ordem. Seguindo em direção ao tálamo, os axônios destes
neurônios de segunda ordem se cruzam na linha média. A decussação, ou cruzamento,
pode ocorrer na medula espinal (como ilustrado na Figura 3.4) ou no tronco encefálico (não
mostrado).
4. Neurônios aferentes sensoriais de terceira ordem. Os neurônios de terceira ordem
localizam-se principalmente nos núcleos do tálamo. Novamente, muitos neurônios de
segunda ordem fazem sinapse com um único neurônio de terceira ordem. Os núcleos de
retransmissão processam as informações que recebem dos interneurônios locais, que podem
ser excitatórios ou inibitórios.
5. Neurônios aferentes sensoriais de quarta ordem. Os neurônios de quarta ordem
localizam-se na área sensorial específica do córtex cerebral. Na via auditiva, por exemplo, os
neurônios de quarta ordem são encontrados no córtex auditivo primário; na via visual, estão
no córtex visual primário; e assim por diante. Como já mencionado, existem áreas
secundárias e terciárias (áreas de associação) no córtex, e todas integram informações
sensoriais complexas.
FIGURA 3.4  Diagrama esquemático das vias sensoriais no sistema nervoso. 
A informação é transmitida, através de uma série de neurônios, de receptores localizados na periferia
até o córtexcerebral. As sinapses são feitas em núcleos de retransmissão entre os neurônios de
primeira e segunda ordem, de segunda e terceira ordem, e de terceira e quarta ordem. Os neurônios
de segunda ordem cruzam a linha média na medula espinal (mostrada na ilustração) ou no tronco
encefálico (não mostrado) e, assim, a informação de um lado do corpo é transmitida para o tálamo e
para o córtex cerebral contralaterais.
Receptores Sensoriais
Considere novamente a primeira etapa da via sensorial, onde um estímulo ambiental é transduzido
em um sinal elétrico no receptor sensorial. Esta seção discute os diversos tipos de receptores
sensoriais, os mecanismos de transdução sensorial, os campos receptivos dos neurônios sensoriais, a
codificação sensorial e a adaptação dos receptores sensoriais.
Tipos de Receptores
Os receptores são classificados pelo tipo de estímulo que os ativam. Os cinco tipos de receptores são
mecanorreceptores, fotorreceptores, quimiorreceptores, termorreceptores e nociceptores. A Tabela 3.2
resume os receptores, dá exemplos e a localização de cada tipo.
Tabela 3.2
Tipos e Exemplos de Receptores Sensoriais
Tipo de Receptor Modalidade Receptor Localização
Mecanorreceptores Tato Corpúsculo de Pacini Pele
Audição Célula pilosa Órgão de Corti
Vestibular Célula pilosa Mácula, canal semicircular
Fotorreceptores Visão Cones e bastonetes Retina
Quimiorreceptores Olfato Receptores olfativos Mucosa olfativa
Paladar Botões gustativos Língua
PO2 arterial Carótida e corpos aórticos
pH do LCE Bulbo ventrolateral
Termorreceptores Temperatura Receptores de frio Pele
Receptores de calor Pele
Nociceptores Extremos de dor e temperatura Nociceptores mecânicos e térmicos Pele
Nociceptores polimodais Pele
LCE, Líquido cerebroespinal PO2, Pressão parcial de oxigênio.
Os mecanorreceptores são ativados por pressão ou alterações de pressão. Dentre os
mecanorreceptores, incluem-se os corpúsculos de Pacini do tecido subcutâneo, os corpúsculos de
Meissner da pele não pilosa (tato), os barorreceptores do seio carotídeo (pressão arterial) e as células
pilosas do órgão de Corti (audição) e dos canais semicirculares (sistema vestibular). Os
fotorreceptores são ativados pela luz e participam da visão. Os quimiorreceptores são ativados por
substâncias químicas e estão envolvidos no olfato, no paladar e na detecção de oxigênio e dióxido de
carbono para o controle da respiração. Os termorreceptores são ativados pela temperatura ou por
alterações de temperatura. Os nociceptores são ativados por extremos de pressão e temperatura ou
ainda por moléculas nocivas.
Transdução Sensorial e Potenciais Receptores
Transdução sensorial é o processo pelo qual um estímulo ambiental (p. ex., pressão, luz, substâncias
químicas) ativa um receptor e é convertido em energia elétrica. A conversão geralmente envolve a
abertura ou o fechamento de canais iônicos na membrana receptora, provocando um fluxo de íons
(fluxo de corrente) através da membrana. O fluxo de corrente provoca, então, uma alteração no
potencial de membrana, denominada potencial receptor, aumentando ou diminuindo a
probabilidade de ocorrência de potenciais de ação. Quando um receptor sensorial é ativado, ocorre a
seguinte série de etapas:
1. O estímulo ambiental interage com o receptor sensorial e altera suas propriedades. Um
estímulo mecânico movimenta os mecanorreceptores (p. ex., as ondas sonoras movem as
células pilosas do órgão de Corti). Os fótons luminosos são absorvidos por pigmentos em
fotorreceptores da retina, causando a fotoisomerização da rodopsina (uma molécula da
membrana do fotorreceptor). Os estímulos químicos reagem com quimiorreceptores, que
ativam proteínas Gs e adenilil ciclase. Em cada caso, ocorre uma mudança no receptor
sensorial.
2. Estas alterações fazem com que os canais iônicos da membrana dos receptores sensoriais se
abram ou fechem, modificando o fluxo de corrente. Se o fluxo de corrente total dos íons for
de entrada (ou seja, se as cargas positivas entrarem na célula receptora), ocorre
despolarização. Se o fluxo de corrente for de saída (ou seja, se as cargas positivas saírem da
célula), há hiperpolarização. A resultante alteração do potencial de membrana, seja
despolarização seja hiperpolarização, é denominada potencial receptor ou potencial
gerador. O potencial receptor não é um potencial de ação. Ao invés disso, o potencial
receptor aumenta ou diminui a probabilidade de ocorrência de um potencial de ação,
dependendo de sua natureza despolarizante ou hiperpolarizante (ou seja, aproximar ou
distanciar o potencial de membrana do limiar). Os potenciais receptores são potenciais
eletrotônicos graduados, cuja amplitude é proporcional ao tamanho do estímulo.
3. Se o potencial receptor for despolarizante, leva o potencial de membrana em direção ao
limiar e aumenta a probabilidade de ocorrência de um potencial de ação (Figura 3.5). Uma
vez que potenciais receptores possuem amplitude graduada, um pequeno potencial receptor
despolarizante pode ser sublimiar e, assim, ser insuficiente à produção de um potencial de
ação. Um estímulo maior, porém, produz um potencial receptor despolarizante maior e, se
este alcançar o limiar ou excedê-lo, os potenciais de ação ocorrem. Se o potencial receptor
for hiperpolarizante (não mostrado), o potencial de membrana se distancia do limiar,
sempre diminuindo a probabilidade de ocorrência de potenciais de ação.
FIGURA 3.5  Potenciais receptores em células receptoras sensoriais. 
Os potenciais receptores podem ser despolarizantes (mostrados na ilustração) ou hiperpolarizantes
(não mostrados). A, Quando um potencial receptor despolarizante não leva o potencial de membrana
até o limiar, não há potencial de ação. B, Quando um potencial receptor despolarizante leva o
potencial de membrana até o limiar, ocorre um potencial de ação no receptor sensorial.
Campos Receptivos
Um campo receptivo é definido como uma área do corpo que, quando estimulada, altera a frequência de
disparos de um neurônio sensorial. A alteração na frequência de disparos pode ser um aumento ou
uma diminuição; os campos receptivos, portanto, são descritos como excitatórios (porque aumentam
a frequência de disparos do neurônio sensorial) ou inibitórios (porque reduzem a frequência de
disparos do neurônio sensorial).
Existem campos receptivos para neurônios de primeira, segunda, terceira e quarta ordens. O campo
receptivo de um neurônio de segunda ordem, por exemplo, é a área de receptores periféricos que
altera a taxa de disparos daquele neurônio de segunda ordem.
Os campos receptivos têm tamanho variável (Figura 3.6). Quanto menor o campo receptivo, maior a
precisão de localização ou identificação de uma sensação. Normalmente, quanto maior a ordem do
neurônio do SNC, mais complexo o campo receptivo, já que mais neurônios convergem em núcleos de
retransmissão a cada nível. Assim, neurônios sensoriais de primeira ordem possuem os campos
receptivos mais simples, enquanto os neurônios sensoriais de quarta ordem apresentam os campos
receptivos mais complexos.
FIGURA 3.6  Tamanho dos campos receptivos dos neurônios sensoriais.
Como mencionado, os campos receptivos podem ser excitatórios ou inibitórios e este padrão de
excitação ou inibição transmite informações adicionais ao SNC. A Figura 3.7 ilustra um destes padrões
para um neurônio de segunda ordem. O campo receptivo cutâneo deste neurônio em especial possui
uma região central de excitação delimitada (de cada lado) a regiões de inibição. Todas as informações
que chegam são processadas em núcleos de retransmissão da medula espinal ou do tronco encefálico.
As áreas de inibição participam de um fenômeno denominado inibição lateral e auxiliam a
localização precisa do estímulo ao definir seus limites e formar uma borda contrastante.
FIGURA 3.7  Campos receptivos excitatórios e inibitórios dos neurônios sensoriais.
Codificação Sensorial
Os neurônios sensoriais são responsáveis pela codificação dos estímulos do ambiente. A codificação
começa com a transdução do estímulo por receptoressensoriais e continua conforme as informações
são transmitidas a níveis progressivamente mais altos do SNC. Um ou mais aspectos do estímulo são
codificados e interpretados. Ao ver uma bola vermelha, por exemplo, seu tamanho, sua localização,
sua cor e sua profundidade são codificados. As características que podem ser codificadas incluem a
modalidade sensorial, a localização espacial, a frequência, a intensidade, o limiar e a duração do
estímulo.
♦ A modalidade do estímulo geralmente é codificada por linhas rotuladas, compostas por
vias de neurônios sensoriais dedicadas a esta modalidade. Dessa forma, a via de neurônios
dedicada à visão começa com os fotorreceptores da retina. Esta via não é ativada por
estímulos somatossensoriais, auditivos ou olfativos. Estas modalidades possuem suas
próprias linhas rotuladas.
♦ A localização do estímulo é codificada pelo campo receptivo dos neurônios sensoriais e,
como anteriormente descrito, pode ser melhorada pela inibição lateral.
♦ O limiar é o estímulo mínimo que pode ser detectado. O limiar é mais bem compreendido
no contexto do potencial receptor. Quando um estímulo é suficientemente grande para
produzir um potencial receptor despolarizante que alcança o limiar, ele é detectado.
Estímulos menores, sublimiares, não são detectados.
♦ A intensidade do estímulo é codificada de três formas. (1) A intensidade pode ser codificada
pelo número de receptores que são ativados. Assim, estímulos fortes ativam mais receptores
e produzem respostas maiores do que estímulos fracos. (2) A intensidade pode ser codificada
por diferenças na frequência de disparos dos neurônios sensoriais da via. (3) A intensidade
pode até mesmo ser codificada pela ativação de diferentes tipos de receptores. Desse modo,
um toque leve na pele pode ativar somente mecanorreceptores, enquanto um estímulo
cutâneo intenso e danoso pode ativar mecanorreceptores e nociceptores. O estímulo intenso
é detectado não apenas como maior, mas também como de uma modalidade diferente.
♦ As informações do estímulo também são codificadas em mapas neurais formados por
conjuntos de neurônios que recebem informações de diferentes locais do corpo (ou seja,
mapas somatotópicos) ou da retina (mapas retinotópicos) ou ainda de diferentes frequências
sonoras (ou seja, mapas tonotópicos).
♦ Outras informações sobre o estímulo são codificadas no padrão de impulsos nervosos.
Alguns destes códigos são baseados na frequência média de disparos, outros na duração dos
disparos e outros ainda são baseados no padrão temporal de disparos. A frequência do
estímulo pode ser codificada diretamente nos intervalos entre as descargas dos neurônios
sensoriais (denominados intervalos interpicos).
♦ A duração do estímulo é codificada pela duração das descargas de disparo dos neurônios
sensoriais. Durante uma estimulação prolongada, porém, os receptores se “adaptam” ao
estímulo e mudam suas taxas de disparo. Os neurônios sensoriais podem ser de adaptação
lenta ou rápida.
Adaptação dos Receptores Sensoriais
Os receptores sensoriais se “adaptam” ao estímulo. A adaptação é observada quando um estímulo
constante é aplicado por um determinado período. A princípio, a frequência dos potenciais de ação é
alta, mas, com o passar do tempo, esta frequência diminui mesmo com a continuação do estímulo
(Figura 3.8). O padrão de adaptação difere entre os vários tipos de receptores. Alguns receptores são
fásicos, ou seja, se adaptam rapidamente ao estímulo (p. ex., corpúsculos de Pacini), enquanto outros
são tônicos, adaptando-se ao estímulo de maneira lenta (p. ex., células de Merkel).
FIGURA 3.8  Resposta dos mecanorreceptores fásicos e tônicos.
A base fisiológica da adaptação também é ilustrada na Figura  3.8. Dois tipos de receptores são
mostrados: um receptor fásico e um receptor tônico. Um estímulo (p. ex., pressão) é aplicado (ligado) e,
então, removido (desligado). Na presença do estímulo, o potencial receptor e a frequência de
potenciais de ação são medidos. (Na figura, os potenciais de ação são mostrados como “picos”).
♦ Os receptores fásicos são exemplificados pelos corpúsculos de Pacini, que detectam
alterações rápidas na estimulação ou vibrações. Estes receptores se adaptam rapidamente à
estimulação constante e detectam principalmente o aparecimento, o desaparecimento de
um estímulo e a intensidade variável de um estímulo. O receptor fásico responde
imediatamente ao início da estimulação com um potencial receptor despolarizante, que leva
o potencial de membrana acima do limiar. Em seguida, ocorre uma série de potenciais de
ação de alta frequência. Depois disso, embora o estímulo continue, o potencial receptor
diminui ficando abaixo do limiar e não há mais potenciais de ação (ou seja, há silêncio).
Quando o estímulo é desligado, o receptor é novamente ativado, conforme o potencial
receptor despolariza até o limiar, causando um segundo período breve de potenciais de
ação.
♦ Os receptores tônicos são ilustrados pelos mecanorreceptores (p. ex., células de Merkel) da
pele, que detectam a pressão constante. Quando comparados aos corpúsculos de Pacini
(que detectam vibrações com sua resposta rápida de liga-desliga), os mecanorreceptores
tônicos são projetados para codificar a duração e a intensidade do estímulo. O receptor
tônico responde ao aparecimento do estímulo com um potencial receptor despolarizante,
que leva o potencial de membrana até o limiar, gerando uma longa série de potenciais de
ação. Diferentemente do corpúsculo de Pacini, cujo potencial receptor volta rapidamente
para o valor de repouso, o potencial receptor, aqui, permanece despolarizado por uma parte
maior do período de estimulação, continuando os potenciais de ação. Quando o potencial
receptor começa a repolarizar, a frequência de potenciais de ação cai e, por fim, há silêncio.
Os receptores tônicos codificam a intensidade do estímulo: quanto maior a intensidade,
maior o potencial receptor despolarizante e maior a probabilidade de ocorrência dos
potenciais de ação. Assim, os receptores tônicos também codificam a duração do estímulo:
quanto mais longa a estimulação, maior o período em que o potencial receptor excede o
limiar.
Sistema somatossensorial e dor
O sistema somatossensorial processa as informações sobre tato, posição, dor e temperatura. Os
receptores envolvidos na transdução destas sensações são os mecanorreceptores, os termorreceptores
e os nociceptores. Existem duas vias para transdução das informações somatossensoriais para o SNC: o
sistema da coluna dorsal e o sistema anterolateral. O sistema da coluna dorsal processa as sensações
de tato fino (epicrítico), pressão, discriminação entre dois pontos, vibração e propriocepção
(posicionamento de membros). O sistema anterolateral processa as sensações de dor, temperatura e
tato grosseiro (protopático).
Tipos de Receptores Somatossensoriais
Os receptores somatossensoriais são categorizados de acordo com a sensação específica que codificam.
Os principais grupos de receptores são os mecanorreceptores (de tato e propriocepção), os
termorreceptores (de temperatura) e os nociceptores (de dor e estímulos nocivos).
Mecanorreceptores
Os mecanorreceptores são subdivididos em diferentes tipos de receptores, dependendo do tipo de
pressão ou qualidade proprioceptiva que codificam. Alguns tipos de mecanorreceptores são
encontrados na pele não pilosa (glabra) e outros na pele pilosa (com pelos). Os mecanorreceptores são
descritos na Tabela 3.3 de acordo com sua localização na pele ou na musculatura, o tipo de adaptação
que apresentam e a sensação que codificam e são ilustrados na Figura 3.9.
Tabela 3.3
Tipos de Mecanorreceptores
Tipo de
Mecanorreceptor Localização Adaptação Sensação evocada
Corpúsculo de Pacini Subcutânea,
intramuscular
Muito rápida Vibração, batida leve
Corpúsculo de Meissner Pele sem pelos Rápida Discriminação de pontos, batidas leves,
ondulações
Folículos pilosos Pele com pelos Rápida Velocidade, direção do movimento
Corpúsculo de Ruffini Pele com pelos Lenta Estiramento, rotação articularReceptores de Merkel Pele sem pelos Lenta Indentação vertical da pele
Discos táteis Pele com pelos Lenta Indentação vertical da pele
FIGURA 3.9  Tipos de mecanorreceptores encontrados na pele com ou sem pelos.
Uma característica importante de cada receptor é o tipo de adaptação apresentada. Entre os vários
tipos de mecanorreceptores, a adaptação varia de “muito rápida” (p.  ex., corpúsculos de Pacini) a
“rápida” (p. ex., corpúsculos de Meissner e folículos pilosos) e “lenta” (p. ex., corpúsculos de Ruffini,
receptores de Merkel e discos táteis). Os receptores de adaptação muito rápida e rápida detectam
alterações no estímulo e, portanto, mudanças de velocidade. Os receptores de adaptação lenta
respondem à intensidade e à duração do estímulo.
♦ Corpúsculo de Pacini. Os corpúsculos de Pacini são receptores encapsulados encontrados
nas áreas profundas da derme, nas camadas subcutâneas da pele pilosa, da glabra e nos
músculos. Estes corpúsculos são os mecanorreceptores de adaptação mais rápida. Devido à
sua rápida resposta liga-desliga, podem detectar mudanças na velocidade do estímulo e
codificam a sensação de vibração.
♦ Corpúsculo de Meissner. Os corpúsculos de Meissner também são receptores encapsulados
encontrados na derme da pele sem pelos (glabra), principalmente nas pontas dos dedos das
mãos, nos lábios e em outros locais onde a discriminação tátil é muito boa. Estes corpúsculos
possuem pequenos campos receptivos e podem ser usados na discriminação entre dois
pontos. Os corpúsculos de Meissner são receptores de adaptação rápida que codificam a
discriminação entre dois pontos, a localização com grande precisão batidas e ondulações.
♦ Folículo piloso. Os receptores dos folículos pilosos são conjuntos de fibras nervosas
dispostas ao redor da raiz pilosa na pele com pelos. Quando um pelo é deslocado, excita os
receptores dos folículos pilosos. Estes receptores também são de adaptação rápida e
detectam a velocidade e a direção do movimento na pele.
♦ Corpúsculo de Ruffini. Os corpúsculos de Ruffini estão localizados na derme da pele pilosa,
da glabra e nas cápsulas articulares. Estes corpúsculos apresentam grandes campos
receptivos e são estimulados quando a pele é esticada. O estímulo pode ser localizado a
alguma distância dos receptores ativados. Os corpúsculos de Ruffini são receptores de
adaptação lenta. Quando a pele é esticada, os receptores rapidamente disparam e, então, de
forma lenta, se adaptam a um novo nível de disparo que corresponde à intensidade do
estímulo. Os corpúsculos de Ruffini detectam o estiramento e a rotação da articulação.
♦ Receptores de Merkel e discos táteis. Os receptores de Merkel são receptores de
adaptação lenta encontrados na pele sem pelos e possuem campos receptivos muito
pequenos. Estes receptores detectam indentações verticais na pele e sua resposta é
proporcional à intensidade do estímulo. Os discos táteis são similares aos receptores de
Merkel, mas são encontrados na pele pilosa, não na pele glabra.
Termorreceptores
Os termorreceptores são receptores de adaptação lenta que detectam alterações na temperatura
cutânea. As duas classes de termorreceptores são os receptores de frio e os receptores de calor
(Figura  3.10). Cada tipo de receptor funciona em uma ampla gama de temperaturas, com alguma
sobreposição em temperaturas moderadas (p. ex., a 36° C, ambos receptores são ativos). Quando a pele
é aquecida acima de 36° C, os receptores de frio se tornam quiescentes e, quando a pele é resfriada a
menos de 36° C, os receptores de calor se tornam quiescentes.
FIGURA 3.10  Perfis de resposta dos receptores cutâneos de temperatura.
Quando a temperatura cutânea sobe a níveis danosos (acima de 45° C), os receptores de calor são
inativados; assim, estes receptores não sinalizam a dor causada pelo calor extremo. Em temperaturas
acima de 45° C, os nociceptores polimodais são ativados. Da mesma forma, temperaturas
extremamente baixas (congelantes) também ativam os nociceptores.
A transdução de temperaturas quentes envolve canais de potencial receptor transiente (TRP) da
família dos receptores vaniloides (ou seja, TRPV). Estes canais são ativados por compostos da classe
vaniloide, como a capsaicina, um ingrediente de comidas condimentadas. (Este fenômeno explica por
que as pessoas descrevem o sabor das pimentas como “quente”.)
A transdução de temperaturas frias envolve um canal TRP diferente, chamado TRPM8, que também
é aberto por componentes como o mentol (que dá uma sensação fria).
Nociceptores
Os nociceptores respondem a estímulos nocivos que podem produzir dano tecidual. Existem duas
classes principais de nociceptores: os nociceptores térmicos ou mecânicos e os nociceptores
polimodais. Os nociceptores térmicos ou mecânicos (canais TRPV ou TRPM8) são supridos por fibras
nervosas aferentes A-delta finamente mielinizadas e respondem a estímulos mecânicos, como a dor
aguda e puntiforme. Os nociceptores polimodais são supridos por fibras C não mielinizadas e
respondem a certos estímulos químicos e a estímulos mecânicos ou quentes ou frios de alta
intensidade.
A pele lesionada libera diversas substâncias químicas, como a bradicinina, as prostaglandinas, a
substância P, K+ e H+, que iniciam uma resposta inflamatória. Os vasos sanguíneos se tornam
permeáveis e, assim, há edema local e eritema cutâneo. Os mastócitos próximos ao local da lesão
liberam histamina, que ativa diretamente os nociceptores. Além disso, os próprios nociceptores
liberam substâncias que sensibilizam nociceptores vizinhos a estímulos que antes não eram nocivos
ou dolorosos. Este processo de sensibilização, denominado hiperalgesia, é a base de diversos
fenômenos, inclusive a redução do limiar de dor.
Vias Somatossensoriais
Existem duas vias para transmissão das informações somatossensoriais para o SNC: o sistema da
coluna dorsal e o sistema anterolateral ou espinotalâmico* (Figura 3.11). Cada via segue um padrão
geral, já descrito para os sistemas sensoriais.
1. O neurônio de primeira ordem da via somatossensorial é o neurônio aferente primário. Os
corpos dos neurônios aferentes primários se localizam na raiz posterior ou em gânglios de
nervos cranianos e suas fibras periféricas funcionam como receptores ou fazem sinapses
com células receptoras somatossensoriais (ou seja, mecanorreceptores, termorreceptores ou
nociceptores). O sinal é transduzido pelo receptor e transmitido ao SNC pelo neurônio
aferente primário.
2. O neurônio de segunda ordem está localizado na medula espinal (sistema anterolateral) ou
no tronco encefálico (sistema da coluna dorsal). Os neurônios de segunda ordem recebem
informações de neurônios de primeira ordem e as transmitem ao tálamo. Os axônios dos
neurônios de segunda ordem cruzam a linha média, seja na medula espinal ou no tronco
encefálico, e ascendem ao tálamo. Esta decussação faz com que as informações
somatossensoriais de um lado do corpo sejam recebidas pelo tálamo contralateral.
3. O neurônio de terceira ordem está localizado em um dos núcleos somatossensoriais do
tálamo. O tálamo possui um arranjo somatotópico das informações somatossensoriais.
4. O neurônio de quarta ordem está localizado no córtex somatossensorial, denominado S1 e
S2. Os neurônios de ordens maiores do córtex somatossensorial e de outras áreas corticais de
associação integram informações complexas. O córtex somatossensorial S1 possui uma
representação somatotópica, ou “mapa”, similar à observada no tálamo. Este mapa do corpo
é chamado homúnculo somatossensorial (Figura 3.12). As maiores áreas de representação
do corpo são a face, as mãos e os dedos, que são densamente supridos por nervos
somatossensoriais e apresentam grande sensibilidade. O homúnculo sensorial representa a
codificação da localização das informações somatossensoriais.
FIGURA 3.11  Comparação entre o sistema somatossensorial da coluna dorsal (A) e o sistema
somatossensorial anterolateral (B). 
O sistema da coluna dorsal atravessa a linha média no tronco encefálico. O sistema anterolateral
cruza a linha média na medulaespinal.
FIGURA 3.12  O homúnculo somatossensorial. (De Penfield/Rasmussen. THE CEREBRAL CORTEX OF MAN.
© 1950 Gale, divisão de Cengage Learning, Inc. Reproduzido com permissão. www.cengage.com/permissions).
Sistema da Coluna Dorsal
O sistema da coluna dorsal é usado na transmissão das informações somatossensoriais sobre o tato
fino (epicrítico), a pressão, a vibração, a discriminação entre dois pontos e a propriocepção. O
sistema da coluna dorsal é composto principalmente por fibras nervosas do grupo I e II. Os corpos dos
neurônios de primeira ordem se localizam em gânglios da raiz posterior ou gânglios de nervos
cranianos e ascendem ipsilateralmente até o núcleo grácil (porção inferior do corpo) ou o núcleo
cuneiforme (porção superior do corpo) no bulbo do tronco encefálico. No bulbo, os neurônios de
primeira ordem estabelecem sinapses com neurônios de segunda ordem, que cruzam a linha média. Os
neurônios de segunda ordem ascendem ao tálamo contralateral, onde fazem sinapses com neurônios
de terceira ordem, que ascendem ao córtex somatossensorial e fazem sinapses com neurônios de
quarta ordem.
Sistema Anterolateral
O sistema anterolateral (espinotalâmico) transmite as informações somatossensoriais sobre dor,
temperatura e tato grosseiro (protopático). O sistema anterolateral é composto principalmente por
fibras de grupos III e IV. (Lembre-se que as fibras do grupo IV, ou C, apresentam as menores
velocidades de condução dentre todas as fibras sensoriais.) No sistema anterolateral, os corpos
celulares dos neurônios de primeira ordem estão localizados no corno posterior e terminam na pele
como termorreceptores e nociceptores. Os neurônios de primeira ordem fazem sinapses com os
neurônios de segunda ordem na medula espinal. Nesta estrutura, os neurônios de segunda ordem
cruzam a linha média e ascendem até o tálamo contralateral. No tálamo, os neurônios de segunda
ordem fazem sinapses com os neurônios de terceira ordem, que ascendem ao córtex somatossensorial
e fazem sinapses com neurônios de quarta ordem.
A dor rápida (p. ex., causada por agulhas) é carreada por fibras A delta e dos grupos II e III, tem
início e fim abruptos e localização precisa. A dor lenta (p. ex., queimadura) é carreada por fibras do
grupo IV, ou C, e caracterizada como sensação dolorosa, pulsátil ou de queimadura e de localização
imprecisa.
http://www.cengage.com/permissions
A dor referida tem origem visceral e é erroneamente percebida em um local somático. A dor é
“referida” de acordo com a regra dos dermátomos, que determina os locais cutâneos supridos por
nervos originários dos mesmos segmentos da medula espinal que aqueles que inervam os órgãos
viscerais. Assim, de acordo com a regra dos dermátomos, a dor cardíaca isquêmica (angina) é referida
no peito e nos ombros, a dor na vesícula biliar é referida no abdômen, a dor renal é referida na porção
inferior das costas e assim por diante.
Visão
O sistema visual detecta e interpreta estímulos luminosos, que são ondas eletromagnéticas. O olho
pode distinguir duas qualidades da luz: o brilho e o comprimento de onda. Para seres humanos, os
comprimentos de onda entre 400 e 750 nanômetros são denominados luz visível.
Estruturas do Olho
As principais estruturas do olho são ilustradas na Figura 3.13. A parede do olho é composta por três
camadas concêntricas: uma camada externa, uma camada média e uma camada interna. A camada
externa, que é fibrosa, inclui a córnea, o epitélio córneo, a conjuntiva e a esclera. Na camada média,
que é vascular, estão a íris e a coroide. A camada interna, que é nervosa, possui a retina. As porções
funcionais da retina cobrem toda a área posterior do olho, à exceção do ponto cego, que é o disco
óptico (a cabeça do nervo óptico). A acuidade visual é maior no ponto central da retina, chamado
mácula; a luz é focalizada pela córnea em uma depressão da mácula, denominada fóvea. O olho
também apresenta o cristalino (que ajusta o foco da luz), pigmentos (que absorvem a luz e reduzem a
dispersão) e dois líquidos, os humores vítreo e aquoso. O humor aquoso preenche a câmara anterior
do olho e o humor vítreo preenche a câmara posterior do olho.
FIGURA 3.13  Estruturas do olho.
Os receptores sensoriais da visão são os fotorreceptores, localizados na retina. Existem dois tipos
de fotorreceptores, os bastonetes e os cones (Tabela 3.4). Os bastonetes apresentam limiares baixos,
são sensíveis à luz de baixa intensidade e funcionam bem no escuro. Os bastonetes apresentam baixa
acuidade e não participam da visão em cores. Os cones apresentam um limiar para luz mais alto do
que os bastonetes, operam melhor à luz do dia, dão alta acuidade visual e participam da visão em
cores. Os cones não são sensíveis à luz de baixa intensidade.
Tabela 3.4
Propriedades dos Cones e Bastonetes
Fotorreceptor Sensibilidade à Luz Acuidade
Adaptação ao
Escuro
Visão
Colorida
Bastonetes Limiar baixo Acuidade baixa Adaptação tardia Não
Sensíveis à luz de baixa
intensidade
Ausentes na
fóvea
Visão noturna
Cones Limiar alto Acuidade alta Adaptação precoce Sim
Sensíveis à luz de alta intensidade Presentes na
fóvea
Visão diurna
As informações são recebidas e transduzidas por fotorreceptores na retina e, então, levadas para o
SNC por meio dos axônios das células ganglionares retinianas. Alguns axônios dos nervos ópticos se
cruzam no quiasma óptico, enquanto outros seguem de forma ipsilateral. A principal via visual é
composta pelo núcleo geniculado lateral do tálamo, que se projeta ao córtex visual.
Fotorrecepção
Camadas da Retina
A retina é um epitélio sensorial especializado que contém fotorreceptores e outros tipos celulares
dispostos em camadas. As células da retina incluem fotorreceptores, interneurônios (células bipolares,
células horizontais e células amácrinas) e células ganglionares. As sinapses são estabelecidas entre
células nas duas camadas plexiformes, uma camada plexiforme interna e uma camada plexiforme
externa. As camadas da retina são descritas a seguir e correspondem aos números circulados na
Figura 3.14:
1. Camada de células pigmentadas. A retina começa dentro da coroide, com uma camada de
epitélio pigmentado (Figura 3.13). As células do epitélio pigmentado absorvem a luz
excessiva (não usada para realizar fototransdução) e apresentam processos, semelhantes a
tentáculos, que se estendem até a camada fotorreceptora para impedir a dispersão da luz
entre os fotorreceptores. As células pigmentadas também convertem o todo-trans-retinal a
11-cis-retinal e disponibilizam a forma 11-cis para os fotorreceptores (veja as etapas da
fotorrecepção).
2. Camada fotorreceptora. Os fotorreceptores são os bastonetes e os cones, compostos por um
corpo celular, um segmento externo e um segmento interno. Nesta figura, apenas os
bastonetes são mostrados.
3. Camada nuclear externa. Os núcleos dos fotorreceptores (F) estão contidos na camada
nuclear externa.
4. Camada plexiforme externa. A camada plexiforme externa é uma camada sináptica que
contém os elementos pré e pós-sinápticos dos fotorreceptores e dos interneurônios da retina.
(Os corpos celulares dos interneurônios da retina estão na camada nuclear interna.) As
sinapses são feitas entre os fotorreceptores e os interneurônios e também entre os próprios
interneurônios.
5. Camada nuclear interna. A camada nuclear interna contém os corpos celulares dos
interneurônios da retina, incluindo as células bipolares (B), as células horizontais (H) e as
células amácrinas (A).
6. Camada plexiforme interna. A camada plexiforme interna é a segunda camada sináptica.
Esta camada contém os elementos pré e pós-sinápticos dos interneurônios da retina. Há
sinapses entre os interneurônios da retina e as células ganglionares.
7. Camada de células ganglionares. A camada de células ganglionares contém os corpos
celulares das células ganglionares (G), que são as células de saída da retina.
8. Camada do nervo óptico. Os axônios das células ganglionares da retina formam a camada
do nervo óptico. Estes axônios atravessam a retina (evitando amácula), entram no disco
óptico e deixam o olho através do nervo óptico.
FIGURA 3.14  Camadas da retina. 
As células de projeção da retina são as células ganglionares retinianas, cujos axônios formam os
nervos ópticos. Os números circulados correspondem às camadas de retina descritas no texto. A,
células amácrinas; B, células bipolares; G, células ganglionares; H, células horizontais; F,
fotorreceptores.
Como mencionado, os cones e os bastonetes diferem quanto à acuidade, o que pode ser explicado
pelas diferenças em seus circuitos retinianos (Tabela 3.4). Somente alguns cones fazem sinapses com
uma única célula bipolar que, por sua vez, faz sinapse com uma única célula ganglionar. Este arranjo é
responsável pela maior acuidade e menor sensibilidade dos cones. A acuidade é maior na fóvea, onde
um cone faz sinapse com uma célula bipolar que faz sinapse com uma célula ganglionar. Por outro
lado, muitos bastonetes fazem sinapse com uma única célula bipolar. Este arranjo é responsável pela
menor acuidade, mas maior sensibilidade, dos bastonetes – a luz que atinge qualquer um dos
bastonetes ativa a célula bipolar.
Estrutura dos Fotorreceptores
Os fotorreceptores, cones e bastonetes, ocupam diversas camadas da retina, como já descrito. Os
segmentos internos e externos dos fotorreceptores estão localizados na camada fotorreceptora, os
núcleos estão na camada nuclear externa e os terminais sinápticos (em células bipolares e células
horizontais) são encontrados na camada plexiforme externa. As estruturas dos cones e bastonetes são
mostradas na Figura 3.15.
FIGURA 3.15  Estrutura dos fotorreceptores. 
Os segmentos externos são mostrados em aumento maior.
Os segmentos externos dos cones e bastonetes contêm rodopsina, um pigmento sensível à luz (um
fotopigmento). Nos bastonetes, os segmentos externos são longos e compostos por pilhas de discos
flutuantes de membrana dupla que contém grandes quantidades de rodopsina. Os cones possuem
segmentos externos curtos e de formato cônico compostos por dobramentos da membrana celular.
Esta membrana dobrada também contém rodopsina, mas em uma quantidade menor do que a
encontrada nos bastonetes. Quanto maior a quantidade de fotopigmento, maior a sensibilidade à luz, o
que é, em parte, responsável pela maior sensibilidade à luz apresentada pelos bastonetes. Um único
fóton de luz pode ativar um bastonete, enquanto centenas de fótons são necessários à ativação de um
cone.
Os segmentos internos dos cones e bastonetes são conectados aos segmentos externos por um único
cílio. Os segmentos internos contêm mitocôndrias e outras organelas. A rodopsina é sintetizada nos
segmentos internos e, então, incorporada nas membranas dos segmentos externos, da seguinte
maneira: nos bastonetes, a rodopsina é inserida em novos discos de membrana, que se deslocam até o
segmento externo; por fim, estes discos são liberados e fagocitados pelas células epiteliais
pigmentadas, o que dá aos segmentos externos seu formato em bastão. Nos cones, a rodopsina é
aleatoriamente incorporada em pregas de membrana, sem processo de eliminação.
Etapas da Fotorrecepção
A fotorrecepção é o processo de transdução que converte a energia luminosa em energia elétrica nos
cones e bastonetes. A rodopsina, o pigmento fotossensível, é composta por opsina (uma proteína que
pertence à superfamília dos receptores acoplados à proteína G) e retinal (um aldeído da vitamina A).
Quando a luz atinge os fotorreceptores, a rodopsina é quimicamente transformada em um processo
denominado fotoisomerização, que inicia o processo de transdução. As etapas da fotorrecepção,
discutidas a seguir, correspondem aos números circulados mostrados na Figura 3.16:
1. A luz atinge a retina, iniciando a fotoisomerização da rodopsina. O 11-cis-retinal é
convertido a todo-trans-retinal. A partir disso, a opsina sofre uma série de alterações
conformacionais que culminam na produção de metarrodopsina II. (A regeneração do 11-
cis-retinal envolve a nova conversão de todo-trans-retinal a retinol [vitamina A].)
2. A metarrodopsina II ativa uma proteína G chamada transducina ou Gt. (Há uma enorme
amplificação nesta etapa, onde um fóton de luz ativa uma molécula de metarrodopsina II
que, por sua vez, ativa quase 800 moléculas de transducina!) Quando ativada, a transducina
estimula uma fosfodiesterase que catalisa a conversão do monofosfato cíclico de guanosina
(GMPc) a 5’-GMP. Consequentemente, há um aumento na degradação de GMPc, diminuindo a
sua concentração.
3 e 4. Na membrana do fotorreceptor, os canais de Na+, que carreiam a corrente de entrada são
regulados pelo GMPc. No escuro, há um aumento nos níveis de GMPc, produzindo uma
corrente de entrada de Na+ (ou “corrente escura”) e despolarização da membrana do
fotorreceptor. Na luz, há uma diminuição dos níveis de GMPc, já descrita, que fecha os canais
de Na+ na membrana do fotorreceptor, reduz a corrente de entrada do íon e produz
hiperpolarização. (O término do estado ativado por luz envolve a redução do Ca2+
intracelular, o que restaura os níveis de GMPc.)
5. A hiperpolarização da membrana do fotorreceptor diminui a liberação de glutamato dos
terminais sinápticos do fotorreceptor. (Lembre-se da Figura 3.14, que mostra que os
fotorreceptores fazem sinapse com células bipolares e horizontais da camada plexiforme
externa.)
6. Existem dois tipos de receptores de glutamato nas células bipolares e horizontais: os
receptores ionotrópicos, que são despolarizantes (excitatórios), e os receptores
metabotrópicos, que são despolarizantes (inibitórios). O tipo de receptor na célula bipolar ou
horizontal determina se a resposta será despolarização (excitação) ou hiperpolarização
(inibição). Assim, a menor liberação de glutamato que interage com os receptores
ionotrópicos causa hiperpolarização e inibição da célula bipolar ou horizontal (ou seja,
menor excitação). Já a menor liberação de glutamato que interage com os receptores
metabotrópicos causa despolarização e excitação da célula bipolar ou horizontal (ou seja, a
menor inibição causa excitação). Este processo estabelece os padrões de ligado-desligado
dos campos visuais.
FIGURA 3.16  Etapas da fotorrecepção. 
Quando a luz atinge a retina, os fotorreceptores são hiperpolarizados. Estes fotorreceptores, por sua
vez, reduzem a liberação de glutamato, causando hiperpolarização ou despolarização das células
bipolares ou horizontais. Os números circulados são correlacionados às etapas descritas no texto.
GMP cíclico, monofosfato cíclico de guanosina; GMP, monofosfato de guanosina.
Campos Receptivos Visuais
Cada nível da via visual pode ser descrito por seus campos receptivos. Assim, existem campos
receptivos para fotorreceptores, células bipolares e horizontais, células ganglionares, células do núcleo
geniculado lateral do tálamo e células do córtex visual. A cada nível superior, os campos receptivos
ficam mais complexos.
Fotorreceptores, células horizontais e células bipolares
Um arranjo simples de campos visuais é ilustrado na Figura 3.17. A figura mostra os campos receptivos
para três fotorreceptores, duas células bipolares e uma célula horizontal localizada entre as células
bipolares. Quando a luz atinge os fotorreceptores, estes são sempre hiperpolarizados e liberam
quantidades menores de glutamato (lembre-se das etapas da fotorrecepção), como indicado pelo sinal
de subtração nos fotorreceptores. Os fotorreceptores fazem sinapse diretamente com as células
bipolares da camada plexiforme externa da retina. O campo receptivo da célula bipolar é mostrado
como dois círculos concêntricos: o círculo interno é denominado “centro” e o círculo externo é
chamado “periferia”. O centro do campo receptivo da célula bipolar representa conexões diretas dos
fotorreceptores e pode ser excitado (ligado) ou inibido (desligado), dependendo do tipo de receptor de
glutamato na célula bipolar, como anteriormente descrito. Se o centro do campo receptivo apresentar
receptores metabotrópicos de glutamato, a célula bipolar será excitada (+); se o centro do campo
receptivoa Ca2+ ATPase usa ATP como fonte direta de energia.
Além dos transportadores que usam ATP de forma direta, outros estabelecem diferenças de
concentração por meio da membrana celular utilizando o gradiente de concentração transmembrana
de Na+ (estabelecido pela Na+-K+ ATPase) como fonte de energia. Esses transportadores criam
gradientes de concentração de glicose, aminoácidos, Ca2+ e H+ sem o uso direto de ATP.
Obviamente, as membranas celulares possuem a maquinaria necessária ao estabelecimento de
grandes gradientes de concentração. No entanto, se as membranas celulares fossem livremente
permeáveis a todos os solutos, esses gradientes seriam rapidamente dissipados. Assim, é muito
importante que as membranas celulares não sejam livremente permeáveis a todas as substâncias, mas
que tenham permeabilidades seletivas para manter os gradientes de concentração estabelecidos pelos
processos de transporte consumidores de energia.
As diferenças de composição entre o LIC e o LEC baseiam, de forma direta ou indireta, todas as
funções fisiológicas importantes, como mostram os seguintes exemplos: (1) O potencial de membrana
em repouso de células nervosas e musculares depende da diferença de concentração de K+ por meio da
membrana celular; (2) O pico do potencial de ação dessas mesmas células excitáveis depende de
diferenças na concentração de Na+ por meio da membrana celular; (3) O acoplamento excitação-
contração nas células musculares depende de diferenças na concentração de Ca2+ por meio da
membrana celular e da membrana do retículo sarcoplasmático; e (4) A absorção de nutrientes
essenciais depende do gradiente de concentração transmembrana de Na+ (p. ex., a absorção de glicose
no intestino delgado ou a reabsorção dessa molécula no túbulo proximal renal).
Diferenças de Concentração entre o Plasma e os Líquidos Intersticiais
Como já discutido, o LEC é composto por dois subcompartimentos: o líquido intersticial e o plasma. A
diferença mais significativa entre a composição desses dois compartimentos é a presença de proteínas
(p.  ex., albumina) no plasma. As proteínas plasmáticas não atravessam as paredes capilares com
facilidade por causa de seu grande tamanho molecular e, portanto, são excluídas do líquido
intersticial.
A exclusão de proteínas do líquido intersticial tem consequências secundárias. As proteínas
plasmáticas têm carga negativa, que leva à redistribuição dos pequenos cátions e ânions permeáveis
pela parede capilar, em um fenômeno denominado Equilíbrio de Gibbs-Donnan. A redistribuição
pode ser explicada da seguinte maneira: o compartimento plasmático contém as proteínas
impermeáveis, de carga negativa. Devido à necessidade de eletroneutralidade, o compartimento
plasmático deve ter concentração ligeiramente menor de pequenos ânions (p.  ex., Cl-) e um pouco
maior de pequenos cátions (p.  ex., Na+ e K+) do que o líquido intersticial. A pequena diferença de
concentração dos íons permeáveis é expressa na Relação de Gibbs-Donnan, que dá a concentração
plasmática de ânions em relação ao líquido intersticial e a concentração de cátions no líquido
intersticial em relação ao plasma. A concentração de Cl- no plasma, por exemplo, é ligeiramente menor
do que a concentração de Cl- no líquido intersticial (devido ao efeito das proteínas plasmáticas
impermeáveis); a relação de Gibbs-Donnan para o Cl- é de 0,95, indicando que [Cl-]plasma/[Cl-]líquido
intersticial é igual a 0,95. A relação de Gibbs-Donnan para o Na+ também é igual a 0,95, mas esse cátion,
sendo positivo, está orientado em direção oposta e [Na+]líquido intersticial/[Na+]plasma é de 0,95. De modo
geral, essas pequenas diferenças na concentração de pequenos cátions e ânions entre o plasma e o
líquido intersticial são ignoradas.
Características das membranas celulares
As membranas celulares são compostas principalmente por lipídeos e proteínas. O componente
lipídico é formado por fosfolipídeos, colesterol e glicolipídeos e é responsável pela alta permeabilidade
das membranas celulares a substâncias lipossolúveis, como o dióxido de carbono, o oxigênio, os ácidos
graxos e os hormônios esteroides. O componente lipídico das membranas celulares também é
responsável pela baixa permeabilidade das membranas celulares a substâncias hidrossolúveis, como
os íons, a glicose e os aminoácidos. O componente proteico das membranas celulares é formado por
transportadores, enzimas, receptores de hormônios, antígenos de superfície celular e canais iônicos e
aquosos.
Componente Fosfolipídico das Membranas Celulares
Os fosfolipídeos são compostos por um esqueleto de glicerol fosforilado (“cabeça”) e duas “caudas” de
ácidos graxos (Figura 1.2). O esqueleto de glicerol é hidrofílico (solúvel em água) e as caudas de ácidos
graxos são hidrofóbicas (insolúveis em água). Assim, as moléculas de fosfolipídeos possuem
propriedades hidrofílicas e hidrofóbicas, sendo chamadas anfipáticas. Em uma interface água-óleo
(Figura 1.2A), as moléculas de fosfolipídeos formam uma monocamada e se orientam de forma que o
esqueleto de glicerol se dissolve na fase aquosa e as caudas de ácido graxo se dissolvem na fase oleosa.
Nas membranas celulares (Figura  1.2B), os fosfolipídios se orientam de modo que as caudas
lipossolúveis de ácido graxo ficam frente a frente e as cabeças de glicerol, hidrossolúveis, se afastam
umas das outras, dissolvendo-se nas soluções aquosas do LIC ou do LEC. Essa orientação cria uma
bicamada lipídica.
FIGURA 1.2  Orientação das moléculas de fosfolipídios na interface água e óleo. 
A orientação das moléculas de fosfolipídios em uma interface água-óleo (A) e a orientação em
bicamadas, como ocorre na membrana celular (B), são mostradas.
Componente Proteico das Membranas Celulares
As proteínas das membranas celulares podem ser integrais ou periféricas, dependendo de como as
atravessam ou se estão presentes em apenas um lado. A distribuição das proteínas em uma bicamada
fosfolipídica é ilustrada no modelo do mosaico fluido, mostrado na Figura 1.3.
FIGURA 1.3  Modelo do mosaico fluido de membranas celulares.
♦ As proteínas integrais de membrana estão inseridas e ancoradas na membrana celular
por interações hidrofóbicas. Para remover uma proteína integral da membrana celular,
suas ligações à bicamada lipídica devem ser rompidas (p. ex., com detergentes). Algumas
proteínas integrais são proteínas transmembranas, ou seja, atravessam a membrana uma
ou mais vezes; assim, as proteínas transmembranas estão em contato com o LIC e o LEC
simultaneamente. Exemplos de proteínas integrais transmembranas são os receptores de
ligantes (p. ex., de hormônios ou neurotransmissores), proteínas transportadoras (p. ex., Na+-
K+ ATPase), poros, canais iônicos, moléculas de adesão celular e proteínas ligantes de GTP
(proteínas G). Uma segunda categoria de proteínas integrais está inserida na bicamada
lipídica, mas não a atravessa. Uma terceira categoria de proteínas integrais está associada a
outras proteínas da membrana, mas não está ela mesma inserida na bicamada lipídica.
♦ As proteínas periféricas de membrana não estão inseridas na membrana e não estão
ligadas de forma covalente a componentes da membrana celular. Essas proteínas estão
frouxamente ligadas ao lado intracelular ou extracelular da membrana por meio de
interações eletrostáticas (p. ex., com proteínas integrais) e podem ser removidas com
tratamentos brandos, que rompem ligações iônicas e pontes de hidrogênio. Um exemplo de
proteína periférica de membrana é a anquirina, que “ancora” o citoesqueleto das hemácias
a uma proteína transportadora integral de membrana, o trocador Cl-- (também
chamado proteína de banda 3).
Transporte através das membranas celulares
Diversos tipos de mecanismos são responsáveis pelo transporte de substâncias através das membranas
celulares (Tabela 1.2).
Tabela 1.2
Resumo do Transporte de Membrana
Tipo de
Transporte Ativo ou Passivo
Mediado
por
Carreador
Usa
Energia
Metabólica Dependente de Gradiente de Na+
Difusão simples Passivo; a favor do
gradiente
eletroquímico
Não Nãopossuir receptores ionotrópicos de glutamato, a célula bipolar será inibida (−). A periferia do
campo receptivo da célula bipolar recebe sinais de fotorreceptores adjacentes, através das células
horizontais. A periferia do campo receptivo responde de forma oposta ao centro, já que as células
horizontais são inibitórias (ou seja, revertem a resposta direta do fotorreceptor em sua célula bipolar).
Os dois padrões de campos receptivos das células bipolares são ilustrados na Figura 3.17 e explicados a
seguir:
♦ Ligado no centro, desligado na periferia (ou “ligado no centro”). Este padrão é ilustrado
pela célula bipolar mostrada à esquerda da figura. O centro de seu campo receptivo é
excitado (ligado) pela luz, enquanto a periferia é inibida (desligada) pela luz. Como este
padrão é conseguido? Como sempre, a luz que atinge os fotorreceptores produz
hiperpolarização e menor liberação de glutamato. Este fotorreceptor é conectado ao centro
do campo receptivo da célula bipolar e o glutamato se liga a um receptor metabotrópico.
Assim, o centro do campo receptivo é excitado (ou seja, a menor inibição produz excitação);
isto também é chamado inversão de sinal. A luz também inibe o fotorreceptor adjacente, que
se liga a um receptor ionotrópico na célula horizontal e a inibe. A célula horizontal é
conectada à periferia do campo receptivo da célula bipolar. Com a inibição da célula
horizontal, há reversão da ação direta dos fotorreceptores na célula bipolar e produção de
inibição na periferia.
♦ Desligado no centro, ligado na periferia (ou “desligado no centro”). Este padrão é
ilustrado pela célula bipolar mostrada à direita na figura. O centro de seu campo receptivo é
inibido (desligado) pela luz e a periferia é excitada (ligada) por ela. Como este padrão é
conseguido? Mais uma vez, a luz que atinge os fotorreceptores produz inibição. Este
fotorreceptor é conectado ao centro do campo receptivo da célula bipolar e se liga a um
receptor ionotrópico. Dessa forma, o centro do campo receptivo é inibido; este arranjo é
também chamado conservação de sinal. A luz também inibe o fotorreceptor adjacente, que
inibe a célula horizontal. A célula horizontal é conectada à periferia do campo receptivo da
célula bipolar. A inibição da célula horizontal reverte a ação direta do fotorreceptor na
célula bipolar e produz excitação na periferia.
FIGURA 3.17  Campos receptivos visuais das células bipolares da retina. 
Dois padrões são mostrados: ligado no centro e desligado no centro.
Células amácrinas
As células amácrinas recebem sinais de diferentes combinações de células bipolares de centro ligado
ou desligado. Assim, os campos receptivos das células amácrinas são misturas de padrões de centros
ligados e desligados.
Células ganglionares
As células ganglionares recebem sinais de células bipolares e células amácrinas (Figura 3.14). Quando
o sinal para as células ganglionares advém primariamente das células bipolares, os padrões de centros
ligados ou desligados estabelecidos no nível das células bipolares são mantidos. Quando o sinal para
uma célula ganglionar é derivado principalmente de células amácrinas, os campos receptivos tendem
a ser difusos, pois há uma mistura de sinais no nível destas células.
Neurônios do núcleo geniculado lateral do tálamo
Os neurônios do núcleo geniculado lateral do tálamo mantêm os padrões de centros ligados e
desligados transmitidos pelas células ganglionares.
Córtex visual
Os neurônios do córtex visual detectam o formato e a orientação de figuras. Três tipos celulares
participam desta categoria de discriminação visual: as células simples, as células complexas e as
células hipercomplexas. As células simples possuem campos receptivos similares aos das células
ganglionares e do núcleo geniculado lateral (ou seja, de centro ligado ou desligado), embora os padrões
sejam retângulos alongados e não círculos concêntricos. As células simples apresentam uma resposta
melhor a barras de luz que apresentam a posição e a orientação “corretas”. As células complexas
respondem melhor a barras de luz em movimento ou a bordas luminosas com a orientação correta. Já
as células hipercomplexas respondem melhor a linhas de um determinado comprimento e a curvas e
ângulos.
Vias Ópticas
As vias ópticas da retina para o SNC são mostradas na Figura 3.18. Os axônios das células ganglionares
da retina formam os nervos ópticos e os tratos ópticos fazem sinapse no núcleo geniculado lateral do
tálamo e ascendem até o córtex visual pelo trato geniculocalcarino.
FIGURA 3.18  Vias ópticas. 
As fibras dos campos visuais temporais se cruzam no quiasma óptico, mas as fibras dos campos
visuais nasais não se cruzam. (Adaptado de Barrett, et al. Ganong’s Review of Medical Physiology,
23rd ed., McGraw-Hill 2010.)
Note que os campos visuais temporais se projetam na retina nasal e que os campos nasais se
projetam na retina temporal. As fibras nervosas de cada hemirretina nasal se cruzam no quiasma
óptico e ascendem de forma contralateral. As fibras nervosas de cada hemirretina temporal não se
cruzam e ascendem de maneira ipsilateral. Assim, as fibras da hemirretina nasal esquerda e as fibras
da hemirretina temporal direita formam o trato óptico direito e fazem sinapses com o núcleo
geniculado lateral direito. Por outro lado, as fibras da hemirretina nasal direita e as fibras da
hemirretina temporal esquerda formam o trato óptico esquerdo e fazem sinapses com o núcleo
geniculado lateral esquerdo. As fibras do núcleo geniculado lateral formam o trato geniculocalcarino,
que ascende até o córtex visual (área 17 do lobo occipital). As fibras do núcleo geniculado lateral
direito formam o trato geniculocalcarino direito; as fibras do núcleo geniculado lateral esquerdo
formam o trato geniculocalcarino esquerdo.
Lesões em diversos pontos da via óptica causam déficits visuais, que podem ser previstos ao rastrear
a via, como mostrado na Figura 3.19. A hemianopsia é a perda de visão em metade do campo visual de
um ou ambos os olhos. Se a perda ocorrer no mesmo lado do corpo que a lesão, é denominada
ipsilateral; se a perda ocorrer no lado oposto à lesão, é denominada contralateral. As seguintes lesões
correspondem às barras sombreadas e aos números circulados na figura:
1. Nervo óptico. A secção do nervo óptico causa cegueira do olho ipsilateral (do mesmo lado).
Assim, a secção do nervo óptico esquerdo causa cegueira no olho esquerdo. Todas as
informações sensoriais advindas daquele olho são perdidas, já que a lesão ocorre antes do
cruzamento das fibras no quiasma óptico.
2. Quiasma óptico. A secção do quiasma óptico causa hemianopsia (em ambos os olhos)
heterônima bitemporal (em ambos os campos visuais temporais*). Em outras palavras, todas
as informações das fibras que se cruzam são perdidas. Assim, há perda das informações dos
campos visuais temporais de ambos os olhos, já que estas fibras se cruzam no quiasma
óptico.
3. Trato óptico. A secção do trato óptico causa hemianopsia homônima** contralateral. Como
mostrado na figura, o corte do trato óptico esquerdo leva à perda do campo visual temporal
do olho direito (cruzado) e perda do campo visual nasal do olho esquerdo (não cruzado).
4. Trato geniculocalcarino. A secção do trato geniculocalcarino causa hemianopsia homônima
contralateral, mas sem afetar a mácula (o campo visual macular fica intacto). A mácula é
poupada porque as lesões do córtex visual não destroem todos os neurônios que a
representam.
FIGURA 3.19  Defeitos no campo visual produzidos por lesões em diversos níveis da via
visual. 
Os números circulados se referem aos déficits e são explicados no texto. (Adaptado de Barrett, et al.
Ganong’s Review of Medical Physiology, 23rd ed., McGraw-Hill 2010.)
Audição
O sentido da audição consiste na transdução das ondas sonoras em energia elétrica, que, então, é
transmitida para o sistema nervoso. O som é produzido por ondas de compressão e descompressão
transmitidas em meios elásticos, como a água ou o ar. Estas ondas são associadas a aumentos
(compressão) e diminuições(descompressão) de pressão. As unidades para expressão da pressão
sonora são os decibéis (dB), uma medida relativa em escala log. A frequência sonora é medida em
ciclos por segundo, ou hertz (Hz). Um tom puro é resultante de ondas sinusoidais de uma única
frequência.
A maioria dos sons é uma mistura de tons puros. A orelha humana é sensível a tons com frequências
entre 20 e 20.000 Hz, principalmente entre 2.000 e 5.000 Hz. Uma referência, 0 dB, é o limiar médio
para a audição a 1.000 Hz. A pressão do som, em dB, é calculada da seguinte forma:
onde
dB = Decibel
P = Pressão sonora medida
P0 = Pressão de referência medida na frequência limiar
Portanto, se a pressão sonora for 10 vezes a pressão de referência, é igual a 20  dB (20  ×  log
10  =  20  ×  1  =  20  dB). Se a pressão sonora for 100 vezes a pressão de referência, equivale a 40  dB
(20 × log 100 = 20 × 2 = 40 dB).
As frequências normais da fala humana são de 300 a 3.500 Hz e a intensidade do som é de cerca de
65  dB. Intensidades sonoras superiores a 100  dB podem danificar o aparelho auditivo e aquelas
superiores a 120 dB podem causar dor.
Estrutura da Orelha
As estruturas da orelha externa, média e interna são mostradas na Figura 3.20 e descritas a seguir:
♦ A orelha externa é composta pelo pavilhão auricular e pelo meato acústico externo (canal
auditivo). A função da orelha externa é direcionar as ondas sonoras para o canal auditivo. A
orelha externa é preenchida por ar.
♦ A orelha média é composta pela membrana timpânica e por uma cadeia de ossículos
auditivos denominados martelo, bigorna e estribo. A membrana timpânica separa a orelha
externa da orelha média. Uma janela oval e uma janela redonda situam-se entre a orelha
média e a orelha interna. O estribo possui uma plataforma que se insere na janela oval,
formando uma interface entre a orelha média e a orelha interna. A orelha média é
preenchida por ar.
♦ A orelha interna é composta pelo órgão vestibulococlear. O órgão vestibular é formado por
três canais semicirculares (lateral, posterior e superior) e dois órgãos de otólitos. A cóclea é
constituída por uma série de ductos, denominados rampa do vestíbulo, rampa do tímpano e
rampa média.
FIGURA 3.20  Estruturas da orelha externa, média e interna. 
A cóclea foi ligeiramente deslocada para melhorar a visualização.
A cóclea e o vestíbulo são formados pelos labirintos membranoso e ósseo. A cóclea, uma estrutura
espiralada composta por três canais ou ductos tubulares, contém o órgão de Corti (órgão espiral). O
órgão de Corti possui células receptoras e é onde ocorre a transdução auditiva. A orelha interna é
preenchida por líquido, cuja composição é diferente em cada um dos ductos. O líquido presente nas
rampas do vestíbulo e do tímpano é denominado perilinfa e é similar ao líquido extracelular. O
líquido na rampa média é chamado endolinfa e apresenta alta concentração de potássio (K+) e baixa
concentração de sódio (Na+). Assim, a endolinfa é incomum, já que apresenta composição similar ao
líquido intracelular, embora, tecnicamente, seja um líquido extracelular.
Transdução Auditiva
A transdução auditiva é a transformação da pressão sonora em energia elétrica. Muitas das estruturas
da orelha participam, direta ou indiretamente, deste processo de transdução. Lembre-se que a orelha
externa e média são preenchidas por ar e que a orelha interna, que contém o órgão de Corti, é
preenchida por líquido. Assim, antes que a transdução possa ocorrer, as ondas sonoras que se
propagam pelo ar devem ser convertidas a ondas de pressão no líquido. A impedância acústica do
líquido é muito maior do que a do ar. A combinação da membrana timpânica e dos ossículos atua
como um dispositivo de equivalência de impedância para fazer esta conversão. A equivalência da
impedância é conseguida pela razão entre a grande área superficial da membrana timpânica e a
pequena área superficial da janela oval, e pela amplificação mecânica decorrente do sistema de
alavanca dos ossículos.
A orelha externa direciona as ondas sonoras para o canal auditivo, que as transmite para a
membrana timpânica. Quando as ondas sonoras movimentam a membrana timpânica, a cadeia de
ossículos também se move, empurrando a plataforma do estribo em direção à janela oval e deslocando
o líquido no interior da orelha interna.
Cóclea e Órgão de Corti
A cóclea contém o aparato de transdução sensorial, o órgão de Corti (órgão espiral). As estruturas da
cóclea e do órgão de Corti são mostradas na Figura 3.21.
FIGURA 3.21  Estrutura da cóclea e do órgão de Corti.
O corte transversal da cóclea mostra suas três câmaras: rampa do vestíbulo, rampa média e rampa
do tímpano. Cada uma destas câmaras é preenchida por líquido; a rampa do vestíbulo e a rampa do
tímpano contêm perilinfa e a rampa média apresenta endolinfa. A rampa do vestíbulo é separada da
rampa média pela membrana de Reissner. A membrana basilar separa a rampa média da rampa do
tímpano.
O órgão de Corti encontra-se sobre a membrana basilar da cóclea e é banhado pela endolinfa da
rampa média. As células pilosas auditivas do órgão de Corti são os sítios de transdução auditiva. O
órgão de Corti possui dois tipos de receptores: as células pilosas internas e as células pilosas externas.
Há menos células pilosas internas, que são dispostas em fileiras únicas. As células pilosas externas
são dispostas em fileiras paralelas e são mais numerosas do que as células pilosas internas. Os cílios
originários das células pilosas ficam embebidos na membrana tectorial. Assim, os corpos das células
pilosas ficam encostados na membrana basilar e seus cílios ficam em contato com a membrana
tectorial.
Os neurônios que suprem o órgão de Corti estão contidos no nervo vestibulococlear (NC VIII). Os
corpos celulares destes neurônios estão localizados nos gânglios espirais e seus axônios fazem sinapse
na base das células pilosas. Estes neurônios transmitem a informação das células pilosas auditivas
para o SNC.
Etapas da Transdução Auditiva
Diversas etapas importantes precedem a transdução das ondas sonoras pelas células pilosas do órgão
de Corti. As ondas sonoras se dirigem à membrana timpânica; com a vibração da membrana
timpânica, os ossículos também vibram e o estribo é empurrado para dentro da janela oval. Este
movimento desloca o líquido presente na cóclea. A energia sonora é amplificada por dois efeitos: a
ação em alavanca dos ossículos e a concentração das ondas sonoras da grande membrana timpânica
para a pequena janela oval. Assim, as ondas sonoras são transmitidas e amplificadas da orelha externa
e média, preenchidas por ar, até a orelha interna, que contém líquido e células receptoras.
A partir desse ponto, ocorre a transdução auditiva pelas células pilosas do órgão de Corti nas
seguintes etapas (Figura 3.22):
1. As ondas sonoras são transmitidas à orelha interna e provocam a vibração do órgão de Corti.
2. As células pilosas auditivas são mecanorreceptores localizados no órgão de Corti
(Figura 3.21). A base das células pilosas repousa sobre a membrana basilar e seus cílios estão
embebidos na membrana tectorial. A membrana basilar é mais elástica do que a membrana
tectorial. Assim, a vibração do órgão de Corti dobra os cílios das células pilosas devido a
uma força de deslocamento conforme estes cílios são empurrados contra a membrana
tectorial.
3. O dobramento dos cílios altera a condutância ao íon K+ na membrana da célula pilosa. O
dobramento em uma direção aumenta a condutância ao íon e causa despolarização; o
dobramento na direção oposta diminui a condutância ao K+, provocando hiperpolarização.
(Estas alterações no potencial de membrana são opostas às esperadas. Lembre-se, porém,
que os cílios das células pilosas são banhados por endolinfa, que apresenta alta concentração
de K+; assim, o gradiente eletroquímico de K+ é oposto ao observado em outras membranas
celulares. Consequentemente, mudanças na condutância ao K+ nos cílios têm o efeito oposto
sobre o potencial de membrana.)
4. Estas alterações no potencial de membrana são os potenciaisreceptores das células pilosas
auditivas. O potencial receptor oscilante é denominado potencial microfônico coclear.
5. Quando as células pilosas são despolarizadas, seus canais de Ca2+ dependentes de voltagem
nos terminais pré-sinápticos são abertos. Em decorrência disso, o íon entra nos terminais
pré-sinápticos e provoca a liberação de glutamato, que aqui age como um neurotransmissor
excitatório, causando potenciais de ação nos nervos cocleares aferentes que transmitirão
estas informações para o SNC. Quando as células pilosas são hiperpolarizadas, ocorrem os
eventos opostos e há menor liberação de glutamato.
6. Assim, a oscilação entre potenciais receptores despolarizantes e hiperpolarizantes nas
células pilosas provoca a liberação intermitente de glutamato, o que produz disparos
intermitentes nos nervos cocleares aferentes.
FIGURA 3.22  Etapas da transdução auditiva nas células pilosas. 
Os números circulados correspondem às etapas descritas no texto.
Codificação do Som
A codificação de frequências sonoras ocorre porque diferentes células pilosas auditivas são ativadas
por diferentes frequências. A frequência que ativa uma determinada célula pilosa depende da posição
desta célula ao longo da membrana basilar, como mostrado na Figura  3.23. A base da membrana
basilar é mais próxima ao estribo e é estreita e rígida. As células pilosas localizadas na base
respondem melhor a altas frequências. O ápice da membrana basilar é mais largo e flexível. As células
pilosas localizadas no ápice respondem melhor a frequências baixas. Assim, a membrana basilar age
como um analisador de frequências sonoras, já que as células pilosas posicionadas ao longo da
membrana basilar respondem a diferentes frequências. Este mapeamento espacial de frequências gera
um mapa tonotópico, que, então, é transmitido a níveis superiores do sistema auditivo.
FIGURA 3.23  Respostas de frequência da membrana basilar.
Vias Auditivas
As informações são transmitidas das células pilosas do órgão de Corti para os nervos cocleares
aferentes. Os nervos cocleares fazem sinapse com neurônios dos núcleos cocleares dorsais e ventrais
do bulbo, que enviam axônios que ascendem pelo SNC. Alguns destes axônios cruzam para o lado
contralateral e ascendem pelo lemnisco lateral (o trato auditivo primário) até o colículo inferior.
Outros axônios continuam sendo ipsilaterais. Os dois colículos inferiores são conectados pela
comissura do colículo inferior. As fibras dos núcleos do colículo inferior ascendem até o núcleo
geniculado medial do tálamo. As fibras do tálamo ascendem até o córtex auditivo. O mapa
tonotópico, gerado no órgão de Corti, é preservado em todos os níveis do SNC. A discriminação
complexa de características (p.  ex., a capacidade de reconhecer uma sequência padronizada) é
propriedade do córtex auditivo.
Uma vez que algumas fibras auditivas cruzam e outras não, uma mistura de fibras ascendentes
representa as duas orelhas em todos os níveis do SNC. Assim, as lesões na cóclea de uma orelha
provocam surdez ipsilateral. Lesões unilaterais mais centrais, porém, não causam surdez, já que
algumas das fibras que transmitem a informação daquela orelha já cruzaram para o lado íntegro.
Sistema vestibular
O sistema vestibular detecta acelerações angulares e lineares da cabeça e é por isso usado na
manutenção do equilíbrio. As informações sensoriais do sistema vestibular são usadas para manter
estável as imagens na retina enquanto a cabeça se move, assim como para fazer os ajustes posturais
necessários à manutenção do equilíbrio de acordo com a posição e movimento da cabeça.
Órgão Vestibular
O órgão vestibular está localizado no interior do osso temporal, adjacente ao aparelho auditivo (a
cóclea). O órgão vestibular é composto por um labirinto membranoso no interior do labirinto ósseo
(Figura  3.24). O labirinto membranoso é formado por três canais semicirculares perpendiculares
(horizontal, superior e posterior) e dois órgãos de otólitos (utrículo e sáculo). Os canais semicirculares
e os órgãos de otólitos são preenchidos por endolinfa e cercados por perilinfa, de forma bastante
similar ao órgão auditivo.
FIGURA 3.24  Estruturas do órgão vestibular, mostrando os três canais semicirculares
perpendiculares e os dois órgãos de otólitos (utrículo e sáculo).
Os canais semicirculares, dispostos de forma perpendicular uns aos outros, são usados na detecção
da aceleração angular ou rotacional da cabeça. (A disposição perpendicular dos canais garante a
cobertura dos três principais eixos de rotação da cabeça.) Cada canal, preenchido por endolinfa, possui
um alargamento denominado ampola em sua extremidade. A ampola possui células pilosas
vestibulares, recobertas por uma massa gelatinosa denominada cúpula (Figura 3.25). A cúpula, que
ocupa a área transversal da ampola, apresenta a mesma densidade que a endolinfa presente no canal.
Durante a aceleração angular da cabeça, a cúpula é deslocada, excitando ou inibindo as células pilosas.
FIGURA 3.25  Estrutura de uma célula pilosa vestibular, mostrando a função das células
pilosas no canal semicircular horizontal. 
A rotação da cabeça em sentido anti-horário (à esquerda) provoca a excitação dos canais
semicirculares esquerdos e a inibição dos canais semicirculares direitos.
Os órgãos de otólitos, o utrículo e o sáculo, são usados na detecção da aceleração linear (p.  ex.,
forças gravitacionais). No utrículo e no sáculo, uma massa de otólitos composta por
mucopolissacarídeos e cristais de carbonato de cálcio recobre as células pilosas vestibulares (como
uma almofada). Quando a cabeça se move, as forças gravitacionais agem sobre a massa de otólitos,
movimentando-a sobre as células pilosas vestibulares e dobrando seus cílios. As células pilosas são
ativadas ou inibidas, alertando o indivíduo sobre a mudança da posição da cabeça.
Transdução Vestibular
Canais Semicirculares
A função dos canais semicirculares horizontais é a detecção da aceleração angular da cabeça, como
mostrado na Figura  3.25. Esta ilustração mostra os canais horizontais direito e esquerdo e suas
respectivas ampolas anexas. As ampolas contêm células pilosas vestibulares embebidas na massa
gelatinosa da cúpula. As células pilosas vestibulares diferem das células pilosas auditivas por
possuírem um cinocílio maior e um conjunto de estereocílios. As fibras nervosas aferentes das células
pilosas levam a informação vestibular para o SNC.
Ao girar a cabeça em sentido anti-horário (para a esquerda), por exemplo, os seguintes eventos
ocorrem nos canais semicirculares horizontais:
1. Ao girar a cabeça para a esquerda, os canais semicirculares horizontais e suas ampolas
também viram para a esquerda. A princípio, a cúpula (ancorada à ampola) se move antes do
início do fluxo da endolinfa. Assim, a cúpula é deslocada ou arrastada pela endolinfa,
dobrando os cílios das células pilosas. Por fim, com a continuação da rotação, a endolinfa
começa a se mover.
2. Se os estereocílios se dobrarem em direção ao cinocílio, a célula pilosa é despolarizada e há
um aumento na taxa de disparo dos nervos vestibulares aferentes. Se os estereocílios se
dobrarem e se afastarem do cinocílio, a célula pilosa sofre hiperpolarização e há redução da
taxa de disparos dos nervos vestibulares aferentes. Portanto, durante o início da rotação
para a esquerda, o canal horizontal esquerdo é excitado e o canal horizontal direito é
inibido.
3. Enquanto a cabeça ainda vira para a esquerda, a endolinfa “alcança” o movimento da
cabeça, da ampola e da cúpula. Agora, os cílios retornam às suas posições originais e as
células pilosas não são despolarizadas nem hiperpolarizadas.
4. Quando a cabeça para de se mover, os eventos ocorrem ao contrário. Por um breve período, a
endolinfa continua a se mover, empurrando a cúpula e os cinocílios das células pilosas na
direção oposta. Assim, se uma célula pilosa foi despolarizada no início da rotação, é agora
hiperpolarizada e há inibição dos nervos aferentes. Se uma célula pilosa foi hiperpolarizada
no início da rotação, é agoradespolarizada e há excitação dos nervos aferentes. Desta forma,
quando a cabeça para de se mover para a esquerda, o canal horizontal esquerdo é inibido e o
canal horizontal direito é excitado.
Em resumo, a rotação da cabeça para a esquerda estimula os canais semicirculares esquerdos,
enquanto a rotação para a direita estimula os canais semicirculares direitos.
Órgãos de Otólitos
As máculas são sensíveis à aceleração linear (p. ex., aceleração por forças gravitacionais). Lembre-se
que as células pilosas das máculas estão embebidas na massa de otólitos. Ao virar a cabeça, as forças
gravitacionais fazem com que a massa de otólitos deslize pelas células pilosas vestibulares, dobrando
os estereocílios, que se aproximam ou distanciam do cuinocílio. A movimentação dos estereocílios em
direção ao cinocílio provoca a despolarização da célula pilosa e excitação. A movimentação dos
estereocílios em direção contrária ao cinocílio provoca a hiperpolarização da célula pilosa e inibição.
Quando a cabeça está reta, a mácula do utrículo tem orientação horizontal e a mácula do sáculo,
vertical. No utrículo, a inclinação da cabeça para frente ou lateralmente excita o utrículo ipsilateral; a
inclinação da cabeça para trás ou medialmente inibe o utrículo ipsilateral. O sáculo responde aos
movimentos da cabeça em todas as direções. As células pilosas do sáculo são excitadas por
movimentos para frente e para trás (chamados “lançamentos”) e laterais e mediais (denominados
“rolamentos”). O sáculo também responde aos movimentos para cima e para baixo da cabeça.
Devido ao arranjo bilateral dos órgãos de otólitos, todas as possíveis orientações da cabeça podem
ser codificadas pela excitação ou inibição das células pilosas vestibulares. Para cada posição da cabeça,
há um padrão único de atividade dos nervos aferentes que suprem os órgãos de otólitos, dando
informações detalhadas sobre o posicionamento espacial da cabeça para o SNC.
Vias Vestibulares
Os nervos aferentes das células pilosas vestibulares terminam nos núcleos vestibulares do bulbo:
superior, medial, lateral (núcleo de Deiter) e inferior. Os núcleos medial e superior recebem sinais
dos canais semicirculares e se projetam a nervos que suprem os músculos extraoculares através do
fascículo longitudinal medial. O núcleo vestibular lateral recebe sinais dos utrículos e se projeta a
motoneurônios da medula espinal através do trato vestibuloespinal lateral. As projeções do núcleo
vestibular lateral participam dos reflexos posturais. O núcleo vestibular inferior recebe sinais dos
utrículos, dos sáculos e dos canais semicirculares. Este núcleo se projeta ao tronco encefálico e ao
cerebelo através do fascículo longitudinal medial.
Reflexos Vestíbulo-Oculares
Diversos reflexos vestibulares são produzidos em resposta à movimentação da cabeça. Um reflexo,
chamado nistagmo, ocorre em resposta à aceleração angular ou rotacional da cabeça. Ao virar a
cabeça, os olhos inicialmente se movem em direção oposta à rotação, tentando manter o olhar em
direção constante. Esta movimentação inicial é o componente lento do nistagmo. Quando os olhos
ficam quase no limite de sua movimentação lateral, rapidamente se movem na mesma direção da
rotação da cabeça. Este movimento é o componente rápido do nistagmo, em que os olhos “pulam para
frente” para fixar uma nova posição no espaço. O nistagmo é definido pela direção do componente
rápido: o nistagmo ocorre na direção da rotação da cabeça.
Se a rotação for interrompida de forma abrupta, os olhos se movem na direção oposta à rotação
original. Este movimento ocular é denominado nistagmo pós-rotatório. Durante o período pós-
rotatório, o indivíduo tende a cair na direção da rotação original (devido à estimulação dos músculos
extensores contralaterais), porque pensa que está girando na direção oposta.
Teste dos Reflexos Vestíbulo-Oculares
A função vestibular pode ser analisada usando os fenômenos de nistagmo e nistagmo pós-rotatório.
O teste de Bárány consiste na rotação de um indivíduo em uma cadeira especial por cerca de dez
vezes. Em uma pessoa com função vestibular normal, a rotação para a direita causa nistagmo rotatório
direito, nistagmo pós-rotatório esquerdo e queda para a direita durante o período pós-rotatório. Da
mesma maneira, a rotação para a esquerda causa nistagmo rotatório esquerdo, nistagmo pós-rotatório
direito e queda para a esquerda durante o período pós-rotatório.
No teste calórico, a orelha interna sofre estimulação térmica e os canais semicirculares horizontais
direito e esquerdo podem ser separadamente estimulados. Neste teste, a cabeça é virada para trás em
60 graus para que os canais horizontais fiquem em orientação vertical. A colocação de água quente ou
fria na orelha provoca o fluxo de endolinfa, que deflete a cúpula como se a cabeça estivesse sendo
virada. Há um nistagmo, que dura aproximadamente 2 minutos. A água quente produz nistagmo em
direção ao lado tratado; a água fria produz nistagmo em direção ao lado não tratado.
Olfato
Nos sentidos químicos, há detecção de estímulos químicos e sua transdução em energia elétrica, que
será transmitida pelo sistema nervoso. O olfato é um dos sentidos químicos. Em seres humanos, o
olfato não é necessário à sobrevivência, embora melhore a qualidade de vida e até mesmo proteja de
perigos.
A anosmia é a ausência do sentido do olfato, a hiposmia é sua diminuição e a disosmia, sua
disfunção. Lesões cefálicas, infecções no trato respiratório superior, tumores na fossa anterior e
exposição a substâncias tóxicas (que destroem o epitélio olfativo) podem prejudicar o olfato.
Epitélio Olfativo e Receptores
As moléculas de odor, presentes na fase gasosa, atingem os receptores olfativos através da cavidade
nasal: o ar entra nas narinas, atravessa a cavidade nasal e segue pela nasofaringe. A cavidade nasal
possui estruturas denominadas conchas nasais; algumas delas são revestidas pelo epitélio olfativo, que
possui as células receptoras olfativas. (O restante da cavidade nasal é recoberto pelo epitélio
respiratório.) As conchas nasais atuam como um difusor, fazendo que o fluxo de ar se torne turbulento
e, assim, atinja regiões superiores da cavidade nasal.
O epitélio olfativo é composto por três tipos celulares: células de suporte, células basais e células
receptoras olfativas (Figura 3.26).
♦ As células de suporte são células epiteliais colunares revestidas por microvilosidades em
sua borda mucosa e preenchidas por grânulos secretórios.
♦ As células basais estão localizadas na base do epitélio olfativo e são células progenitoras
não diferenciadas que dão origem às células receptoras olfativas. Estas células progenitoras
sofrem mitose e renovam as células receptoras de maneira constante.
♦ As células receptoras olfativas, que também são neurônios aferentes primários, são os
sítios de ligação, detecção e transdução do odor. As moléculas de odor se ligam a receptores
presentes nos cílios, que se estendem pela mucosa nasal. Os axônios das células receptoras
olfativas deixam o epitélio olfativo e seguem centralmente até o bulbo olfatório. Estes
axônios devem atravessar a lâmina cribriforme, na base do crânio, para chegarem ao
bulbo olfatório. Assim, fraturas na lâmina cribriforme podem seccionar os axônios dos
neurônios olfativos, causando disfunções do olfato (p. ex., anosmia). Os axônios destes
neurônios não são mielinizados e estão entre as fibras menores e mais lentas do sistema
nervoso (lembre-se das relações entre o diâmetro da fibra, sua mielinização e a velocidade
de condução, discutidas no Capítulo 1).
FIGURA 3.26  Vias olfativas, mostrando o epitélio olfativo e o bulbo olfatório.
Uma vez que as células receptoras olfativas são também neurônios aferentes primários, a
substituição contínua destas células receptoras a partir das células basais indica a existência de
neurogênese contínua.
Transdução Olfativa
No sistema olfativo, a transdução envolve a conversão de um sinal químico em um sinal elétrico que
pode ser transmitido para o SNC. As etapas da transdução olfativasão as seguintes (Figura 3.27):
1. As moléculas de odor se ligam a proteínas receptoras olfativas localizadas nos cílios das
células receptoras olfativas. Existem pelo menos 1.000 diferentes proteínas receptoras
olfativas (membros da superfamília dos receptores ligados à proteína G), cada uma
codificada por um gene diferente e encontrada em uma célula receptora olfativa diferente.
2. As proteínas receptoras olfativas são acopladas à adenilil ciclase por meio de uma proteína G
denominada Golf. Com a ligação da molécula de odor, há ativação da proteína Golf, o que ativa
a adenilil ciclase.
3. A adenilil ciclase catalisa a conversão do ATP a AMPc. Os níveis intracelulares de AMPc
aumentam, abrindo canais de cátions na membrana celular do receptor olfativo que são
permeáveis a Na+, K+ e Ca2+.
4. A membrana da célula receptora é despolarizada (ou seja, o potencial de membrana é levado
a um valor entre os potenciais de equilíbrio dos três cátions, que é a despolarização). Este
potencial receptor despolarizante aproxima o potencial de membrana do limiar e
despolariza o segmento inicial do axônio do neurônio olfativo.
5. Os potenciais de ação são, então, gerados e propagados pelos axônios do nervo olfativo em
direção ao bulbo olfatório.
FIGURA 3.27  Etapas na transdução olfativa. 
Os números circulados correspondem às etapas descritas no texto. AMPc, Monofosfato cíclico de
adenosina.
Codificação do Estímulo Olfativo
Não se sabe exatamente como os estímulos olfativos são codificados; ou seja, como reconhecemos o
cheiro de uma rosa, uma gardênia ou de uma pessoa especial e como diferenciamos a rosa de uma
gardênia?
Sabemos que: (1) As proteínas receptoras olfativas não são exclusivas a uma única molécula de odor
e cada uma responde a uma série de odores. (2) As proteínas receptoras olfativas, porém, são seletivas,
respondendo mais a algumas moléculas do que a outras ou mesmo não respondendo a uma
determinada molécula. (3) Diferentes proteínas receptoras olfativas respondem de maneira diferente a
uma mesma molécula de odor. A proteína receptora “A”, por exemplo, responde muito mais a “maçã”
do que a proteína receptora “B”. (4) Quando a resposta a uma determinada molécula de odor é
examinada em muitos receptores, diferentes padrões são observados para diferentes moléculas. Isto é
chamado código de padrão através de fibras. Cada molécula de odor produz um padrão único de
atividade em uma população de receptores, que se projeta em glomérulos alvos no bulbo olfatório
(“mapa de odor”). O SNC interpreta, então, estes mapas de odor (p. ex., uma rosa, uma gardênia ou
uma pessoa especial).
Vias Olfativas
Como discutido, as células receptoras olfativas são neurônios aferentes primários do sistema olfativo.
Os axônios das células receptoras deixam o epitélio olfativo, atravessam a lâmina cribriforme e fazem
sinapse nos dendritos apicais das células mitrais (os neurônios de segunda ordem) no bulbo
olfatório. Estas sinapses ocorrem em agrupamentos denominados glomérulos (Figura  3.26). Nos
glomérulos, aproximadamente 1.000 axônios receptores olfativos convergem a uma célula mitral. As
células mitrais são dispostas em uma única camada no bulbo olfatório e apresentam dendritos laterais,
além de dendritos apicais. O bulbo olfatório também contém células granulares e periglomerulares
(não mostradas). As células granulares e periglomerulares são interneurônios inibitórios que fazem
sinapses dendrodendríticas em células mitrais vizinhas. Os impulsos inibitórios desempenham uma
função similar às células horizontais da retina e podem fazer a inibição lateral que “lapida” a
informação projetada ao SNC.
As células mitrais do bulbo olfatório se projetam a centros mais altos do SNC. Ao se aproximar da
base do cérebro, o trato olfativo se divide em dois tratos principais, um trato lateral e um trato medial.
O trato olfativo lateral faz sinapses com o córtex olfativo primário, que inclui o córtex pré-piriforme.
O trato olfativo medial se projeta até a comissura anterior e o bulbo olfatório contralateral.
Paladar
O segundo sentido químico é o paladar. Para o sentido do paladar, substâncias químicas, denominadas
moléculas de gosto, são detectadas e transduzidas por quimiorreceptores localizados nos botões
gustativos. Os gostos são misturas de cinco qualidades elementares: salgado, doce, ácido, amargo e
umami (gosto de aminoácidos, incluindo o glutamato monossódico e proteínas).
Os distúrbios associados ao paladar não são fatais, mas podem prejudicar a qualidade de vida e o
estado nutricional e aumentar a possibilidade de envenenamento acidental. Os distúrbios do paladar
são a ageusia (ausência de paladar), a hipogeusia (diminuição da sensibilidade gustativa),
hipergeusia (aumento da sensibilidade gustativa) e a disgeusia (distorção do paladar, incluindo
sensação gustativa na ausência de estímulo).
Botões Gustativos e Receptores
As células receptoras gustativas estão localizadas em botões gustativos na língua, no palato, na faringe
e na laringe. Na língua, centenas de botões gustativos são encontrados nas papilas gustativas. Os
botões gustativos são anatomicamente similares ao epitélio olfativo e são compostos por três tipos
celulares: células de suporte, células basais e células receptoras (Figura 3.28).
♦ As células de suporte são encontradas entre as células receptoras gustativas. Estas células
não respondem ao estímulo gustativo e sua função é desconhecida.
♦ As células basais são células-tronco não diferenciadas que atuam como precursores das
células receptoras gustativas (assim como as células basais são precursoras das células
receptoras olfativas). As células basais sofrem substituição contínua. Novas células,
geradas aproximadamente a cada 10 dias, migram em direção ao centro do botão gustativo e
se diferenciam em células receptoras. As novas células receptoras são necessárias à
substituição daquelas que descamam da língua.
♦ As células receptoras gustativas são os quimiorreceptores do sistema gustativo. Estas
células revestem os botões gustativos e estendem microvilosidades até os poros gustativos.
Estas microvilosidades aumentam a área de superfície para detecção do estímulo químico.
Diferentemente do sistema olfativo (onde as células receptoras são os neurônios aferentes
primários), as células receptoras do sistema gustativo não são neurônios. Estas são células
epiteliais especializadas que funcionam como quimiorreceptores e fazem a transdução dos
estímulos químicos em sinais elétricos. Fibras aferentes inervam as células receptoras
gustativas e transmitem esta informação para o SNC.
Os botões gustativos da língua são organizados em papilas especializadas (Figura 3.29). Três
tipos de papilas contêm botões gustativos: circunvaladas, foliáceas e fungiformes.
♦ As papilas circunvaladas têm tamanho maior, mas são as menos numerosas. Estas papilas
são dispostas em fileiras na base da língua. Cada papila circunvalada é cercada por uma
depressão; os botões gustativos se localizam dos dois lados da vala. Devido a seu tamanho
grande, as papilas circunvaladas possuem cerca de metade do número total de botões
gustativos. As células receptoras gustativas das papilas circunvaladas são inervadas pelo NC
VII e IX.
♦ As papilas foliáceas estão localizadas nas bordas laterais da língua. Os botões gustativos se
localizam em pregas dos lados destas papilas.
♦ As papilas fungiformes estão dispersas pela superfície dorsal da língua e são mais
numerosas na extremidade anterior. Estas papilas têm formato de cogumelo (“fungiforme”)
e contêm entre três e cinco botões gustativos. As papilas fungiformes são translúcidas e
apresentam suprimento sanguíneo denso; assim, são observadas como manchas vermelhas
na superfície da língua. As células gustativas das papilas fungiformes são exclusivamente
inervadas pela corda do tímpano do NC VII.
FIGURA 3.28  Estrutura de um botão gustativo.
FIGURA 3.29  Estrutura de uma papila gustativa recoberta por botões gustativos.
Transdução do Paladar
A detecção das cinco qualidades básicasdo paladar depende das diferentes sensibilidades das áreas da
língua (Figura  3.30). Embora as cinco qualidades possam ser detectadas por toda a superfície da
língua, diferentes regiões do órgão apresentam diferentes limiares. A ponta da língua responde mais a
gosto doce, salgado e umami, enquanto sua porção posterior é mais responsiva a gosto amargo e as
laterais respondem mais a ácido.
FIGURA 3.30  Organização das papilas gustativas na língua. 
A ilustração mostra as papilas circunvaladas, foliáceas e fungiformes e as substâncias químicas que
detectam.
Os sinais químicos das cinco qualidades do paladar são transduzidos por meio dos mecanismos
mostrados na Figura 3.31. Na maioria dos casos, a transdução provoca a despolarização da membrana
do receptor gustativo (ou seja, causa um potencial receptor despolarizante). Esta despolarização gera
potenciais de ação nos nervos aferentes que suprem aquela porção da língua. Para a sensação amarga,
as moléculas de sabor se ligam a receptores acoplados a uma proteína G na membrana do receptor
gustativo e, em um fenômeno mediado por 1,4,5-trifosfato de inositol (IP3)/Ca2+, há abertura dos canais
TRP e, consequentemente, despolarização. Para as sensações de doce e umami, as moléculas se ligam
a uma classe diferente de receptores acoplados à proteína G na membrana da célula receptora
gustativa e, usando IP3/Ca2+, abrem os canais TRP e provocam despolarização. Para a sensação ácida
(mediada por H+), este íon entra no receptor gustativo através de canais epiteliais de Na+ (ENaCs) e
causa despolarização. Para a sensação salgada (mediada por Na+), o íon entra no receptor gustativo
através destes mesmos ENaCs e, de forma direta, causa despolarização.
FIGURA 3.31  Mecanismos de transdução nas células receptoras gustativas. 
ENaC, Canal epitelial de Na+; IP3, 1,4,5-trifosfato de inositol; TRP, potencial receptor transiente.
Codificação do Estímulo Gustativo
Não se sabe exatamente como as qualidades do sabor são codificadas no SNC. Segundo uma teoria, há
uma codificação de padrão através de fibras, onde cada fibra gustativa responde melhor a um
estímulo, mas também responde, em menor grau, a outros estímulos. Assim, uma fibra gustativa
aferente pode responder melhor ao salgado, mas também responde ao ácido. Outra fibra gustativa
pode responder melhor ao gosto ácido, mas também responde ao amargo. Desta maneira, cada fibra
gustativa aferente recebe estímulos de uma população de receptores gustativos com um padrão
distinto de respostas. O padrão de resposta através de muitas fibras codifica, então, uma determinada
sensação de paladar.
Vias Gustativas
Como já mencionado, o paladar começa com a transdução de sinais químicos nas células receptoras
gustativas, localizadas nos botões gustativos. A transdução provoca potenciais receptores
despolarizantes, que geram potenciais de ação nos neurônios aferentes primários que inervam regiões
específicas da língua. Diferentes regiões da língua são inervadas por ramos de três nervos cranianos. O
terço posterior da língua (onde as sensações amargas e ácidas são mais percebidas) é inervado pelo
nervo glossofaríngeo (NC IX). Os dois terços anteriores da língua (onde as sensações doces, salgadas e
de umami são mais percebidas) são inervados pelo nervo facial (NC VII). A parte de trás da garganta e a
epiglote são inervadas pelo vago (NC X). Estes três nervos cranianos (NC VII, IX e X) entram no tronco
encefálico, ascendem pelo trato solitário e terminam em neurônios de segunda ordem no núcleo do
trato solitário do bulbo. Os neurônios de segunda ordem se projetam de forma ipsilateral no núcleo
posteromedial ventral do tálamo. Os neurônios de terceira ordem deixam o tálamo e terminam no
córtex gustativo.
Sistemas motores
A postura e os movimentos dependem de uma combinação de reflexos involuntários coordenados pela
medula espinal e ações voluntárias e involuntárias controladas por centros encefálicos.
Organização da Função Motora pela Medula Espinal
A postura e os movimentos dependem, em última análise, da contração de alguns músculos
esqueléticos, enquanto, simultaneamente, outros músculos são relaxados. Lembre-se que a ativação e
a contração de músculos esqueléticos são controladas pelos motoneurônios que os inervam. O sistema
motor é projetado para executar esta resposta coordenada principalmente por meio de reflexos
integrados na medula espinal.
Unidades Motoras
Uma unidade motora é definida como um único motoneurônio e as fibras musculares que inerva. O
número de fibras musculares inervadas pode variar de algumas a muitas, dependendo da natureza da
atividade motora. Assim, para os movimentos oculares que requerem controle fino, os motoneurônios
inervam apenas algumas fibras musculares. Para os músculos posturais que participam de
movimentos grosseiros, os motoneurônios inervam milhares de fibras musculares. Um grupo de
motoneurônios é aquele que inerva fibras do mesmo músculo.
A força de contração de um músculo é graduada pelo recrutamento de unidades motoras (princípio
do tamanho). Motoneurônios pequenos, por exemplo, inervam poucas fibras musculares e, por
possuírem os menores limiares, são os primeiros a disparar. Os motoneurônios pequenos também
geram as menores quantidades de força. Motoneurônios grandes, por outro lado, inervam muitas
fibras musculares. Estes motoneurônios apresentam os maiores limiares para o disparo de potenciais
de ação; assim, são os últimos a disparar. Uma vez que os motoneurônios grandes inervam muitas
fibras musculares, também geram as maiores quantidades de força. Segundo o princípio do tamanho,
quanto mais unidades motoras forem recrutadas, motoneurônios cada vez maiores são recrutados e
mais tensão é gerada.
Tipos de Motoneurônios
Existem dois tipos de motoneurônios: os motoneurônios α e os motoneurônios γ. Os motoneurônios α
inervam fibras musculares esqueléticas extrafusais. Os potenciais de ação nestes motoneurônios
estimulam a ocorrência de outros potenciais de ação nas fibras musculares extrafusais que inervam, o
que causa contração muscular (Capítulo  1). Os motoneurônios γ inervam fibras musculares
intrafusais especializadas, encontradas dentro dos fusos musculares. A função geral do fuso muscular
é detectar o comprimento do músculo; a função do motoneurônio γ que o inerva é ajustar a
sensibilidade dos fusos musculares (para que possam responder de forma adequada durante a
contração e o encurtamento das fibras extrafusais). Os motoneurônios α e os motoneurônios γ são
coativados (ou seja, ativados simultaneamente) para que os fusos musculares continuem sensíveis a
alterações no comprimento do músculo mesmo durante a contração ou o encurtamento.
Tipos de Fibras Musculares
Como já discutido, existem dois tipos de fibras musculares: as fibras extrafusais e as fibras intrafusais.
As fibras extrafusais constituem a maior parte dos músculos esqueléticos, são inervadas por
motoneurônios α e são usadas na geração de força. As fibras intrafusais são fibras especializadas
inervadas por motoneurônios γ e são muito pequenas para gerar força de forma significativa. Várias
fibras intrafusais, encapsuladas em bainhas, formam os fusos musculares orientados em paralelo às
fibras extrafusais.
Fusos Musculares
Os fusos musculares se distribuem entre as fibras musculares extrafusais e são especialmente
abundantes nos músculos utilizados em movimentos finos (p.  ex., músculos dos olhos). Os fusos
musculares são órgãos fusiformes compostos por fibras musculares intrafusais e inervados por fibras
nervosas sensoriais e motoras, como ilustrado na Figura  3.32. Os fusos musculares são ligados ao
tecido conjuntivo e dispostos paralelamente às fibras musculares extrafusais.
FIGURA 3.32  Estrutura do fuso muscular. 
A ilustração mostra uma fibra muscular intrafusal em relação a uma fibra muscular extrafusal.
Fibras Musculares Intrafusais dos Fusos Musculares
Existem dois tipos de fibras intrafusais nos fusos musculares: as fibras de bolsa nuclear e as fibras de
cadeia nuclear (Figura 3.32). De modo geral,estes dois tipos de fibras são encontrados em todos os
fusos musculares, mas as fibras de cadeia nuclear são mais numerosas do que as de bolsa nuclear. (Há
cinco ou seis fibras de cadeia nuclear por fuso muscular, mas apenas duas fibras de bolsa nuclear.) As
fibras de bolsa nuclear são grandes e seus núcleos se acumulam em uma região central (“bolsa”). As
fibras de cadeia nuclear são menores e seus núcleos são dispostos em fileiras (“cadeias”).
Inervação dos Fusos Musculares
Os fusos musculares são supridos por nervos sensoriais (aferentes) e motores (eferentes).
♦ A inervação sensorial do fuso muscular consiste em um único nervo aferente do grupo
Ia, que inerva a região central das fibras de bolsa ou cadeia nuclear, e nervos aferentes do
grupo II, que suprem principalmente as fibras de cadeia nuclear. Lembre-se que as fibras do
grupo Ia estão entre os maiores axônios e, assim, apresentam as maiores velocidades de
condução. Estas fibras formam as terminações primárias na forma de um terminal
espiralado ao redor da região central das fibras de bolsa ou cadeia nuclear. As fibras de
grupo II têm diâmetros intermediários e velocidades de condução também intermediárias.
Estas fibras formam terminações secundárias, principalmente nas fibras de cadeia nuclear.
♦ A inervação motora do fuso muscular é composta por dois tipos de motoneurônios γ:
dinâmicos e estáticos. Os motoneurônios γ dinâmicos fazem sinapse com as fibras de bolsa
nuclear, em “terminações em placa”. Os motoneurônios γ estáticos fazem sinapse com as
fibras de cadeia nuclear, em “terminações em trilha”, espalhadas em distâncias maiores. Os
motoneurônios γ são menores e mais lentos do que os motoneurônios α que inervam as
fibras extrafusais. Novamente, a função dos motoneurônios γ (sejam estáticos ou dinâmicos)
é regular à sensibilidade das fibras musculares intrafusais que inervam.
Função dos Fusos Musculares
Os fusos musculares são receptores de estiramento cuja função é corrigir as alterações no
comprimento muscular quando as fibras extrafusais são encurtadas (pela contração) ou alongadas
(pelo estiramento). Assim, os reflexos do fuso muscular operam para que o músculo volte a seu
comprimento de repouso após ser encurtado ou estirado. Para ilustrar a função do reflexo do fuso
muscular, considere os eventos associados ao aumento de comprimento (estiramento) de um músculo.
1. Quando um músculo é estirado, as fibras extrafusais são alongadas. Devido a seu arranjo
muscular paralelo, as fibras intrafusais também são alongadas.
2. O aumento do comprimento das fibras intrafusais é detectado pelas fibras sensoriais
aferentes que as inervam. As fibras aferentes do grupo Ia (que inervam a região central das
fibras de bolsa nuclear ou cadeia nuclear) detectam a velocidade da alteração de
comprimento, enquanto as fibras aferentes de grupo II (que inervam as fibras de cadeia
nuclear) detectam o comprimento da fibra muscular. Assim, quando um músculo se alonga, o
aumento do comprimento das fibras intrafusais ativa as fibras aferentes sensoriais de grupo
Ia e II.
3. A ativação das fibras aferentes do grupo Ia estimulam os motoneurônios α da medula
espinal. Estes motoneurônios α inervam fibras extrafusais no músculo homônimo (isto é, no
mesmo músculo) e, quando ativados, provocam a contração do músculo (ou seja, seu
encurtamento). Assim, o estiramento (aumento de comprimento) original é oposto quando o
reflexo faz o músculo se contrair e encurtar. Os motoneurônios γ são coativados com os
motoneurônios α, garantindo que o fuso muscular continue sensível às alterações no
comprimento muscular mesmo durante a contração.
Reflexos da Medula Espinal
Os reflexos da medula espinal são respostas motoras estereotipadas a tipos específicos de estímulos,
como o aumento de comprimento de um músculo. O circuito neuronal que orienta esta resposta
motora é denominado arco reflexo. O arco reflexo inclui receptores sensoriais, nervos sensoriais
aferentes (que levam as informações até a medula espinal), interneurônios da medula espinal e
motoneurônios (que controlam a contração ou o relaxamento do músculo).
O reflexo miotático (de estiramento) é o mais simples de todos os reflexos medulares, já que possui
apenas uma sinapse entre os nervos sensoriais aferentes e os nervos motores eferentes. O reflexo
tendinoso de Golgi tem complexidade intermediária e apresenta duas sinapses. O reflexo medular
mais complexo é o de flexão e retirada, com múltiplas sinapses. As características destes três tipos de
reflexos medulares são resumidas na Tabela 3.5.
Tabela 3.5
Reflexos Musculares
Tipo de Reflexo (Exemplo)
Número de
Sinapses
Estímulo para o
Reflexo
Fibras
Sensoriais
Aferentes Respostas
Reflexo miotático (reflexo
patelar)
Uma Estiramento
(alongamento) do
músculo
Ia Contração do músculo
Reflexo tendinoso de Golgi (sinal
do canivete)
Duas Contração
(encurtamento) do
músculo
Ib Relaxamento do
músculo
Reflexo de flexão e retirada
(encostar em um fogão
quente)
Muitas Dor; temperatura III e IV Flexão ipsilateral;
extensão
contralateral
Reflexo Miotático (de Estiramento)
O reflexo de estiramento (miotático) é exemplificado pelo reflexo patelar (Figura 3.33). Este reflexo,
que apresenta uma única sinapse entre os neurônios sensoriais aferentes (do grupo Ia) e os neurônios
motores eferentes (motoneurônios α), ocorre nas seguintes etapas:
1. Com o alongamento (estiramento) de um músculo, as fibras aferentes do grupo Ia do fuso
muscular são ativadas e sua frequência de disparos aumenta. Estes aferentes do grupo Ia
entram na medula espinal e fazem sinapse diretamente com motoneurônios α, ativando-os.
Este conjunto de motoneurônios α inerva o músculo homônimo.
2. Ao serem ativados, estes motoneurônios α provocam a contração do músculo que foi
originariamente estirado (o músculo homônimo). Quando o músculo se contrai, encurta,
diminuindo o comprimento do fuso muscular. O fuso muscular retorna o seu tamanho
original e a frequência de disparo das fibras aferentes do grupo Ia volta ao valor basal.
3. Simultaneamente, a medula espinal envia uma informação que causa a contração dos
músculos sinérgicos e o relaxamento dos músculos antagonistas.
FIGURA 3.33  Mecanismo do reflexo miotático (de estiramento). 
As linhas sólidas mostram as vias excitatórias; as linhas pontilhadas mostram as etapas inibitórias. Os
neurônios abertos são excitatórios; os neurônios preenchidos são inibitórios.
O reflexo miotático é ilustrado pelo reflexo patelar, que é iniciado por uma batida no tendão
patelar e leva ao estiramento do quadríceps. O estiramento do quadríceps e de seus fusos musculares
provoca a estimulação das fibras aferentes do grupo Ia. Estas fibras fazem sinapse com motoneurônios
α da medula espinal, ativando-os. Estes motoneurônios α inervam o quadríceps (o músculo
inicialmente estirado) e provocam sua contração. A contração e o encurtamento do músculo
quadríceps forçam a extensão da porção inferior da perna no característico reflexo patelar.
Reflexo Tendinoso de Golgi
O reflexo tendinoso de Golgi é um reflexo dissináptico da medula espinal e também é chamado
reflexo miotático inverso (inverso ou oposto ao reflexo miotático).
O órgão tendinoso de Golgi é um receptor de estiramento, encontrado em tendões, o qual detecta a
contração (encurtamento) do músculo e ativa nervos aferentes do grupo Ib. Os órgãos tendinosos de
Golgi são dispostos em série com as fibras musculares extrafusais (diferentemente do arranjo paralelo
dos fusos musculares no reflexo miotático). As etapas do reflexo tendinoso de Golgi são mostradas na
Figura 3.34 e descritas a seguir:
1. Quando o músculo se contrai, as fibras musculares extrafusais se encurtam, ativando os
órgãos tendinosos de Golgi ligados a elas. As fibras aferentes do grupo Ib que fazem sinapse
com interneurônios inibitórios da medula espinal, por sua vez, são ativadas. Estes
interneurônios inibitórios fazem sinapse com os motoneurônios α.
2. Quando os interneurônios inibidores são ativados (ou seja, ativados para inibir), inibemo
disparo dos motoneurônios α, relaxando o músculo homônimo (que originalmente foi
contraído).
3. Com o relaxamento do músculo homônimo, o reflexo também faz com que os músculos
sinérgicos relaxem e os antagonistas se contraiam.
FIGURA 3.34  Mecanismo do reflexo tendinoso de Golgi. 
As linhas sólidas mostram as vias excitatórias; as linhas pontilhadas mostram as etapas inibitórias. Os
neurônios abertos são excitatórios; os neurônios preenchidos são inibitórios.
Uma forma exagerada do reflexo tendinoso de Golgi é ilustrada pelo sinal do canivete. Este reflexo
é anormal e ocorre quando há um aumento no tônus muscular (p.  ex., hipertonicidade ou
espasticidade do músculo). A flexão passiva de uma articulação faz com que os músculos opostos
inicialmente resistam à movimentação passiva. Se a flexão continuar, porém, há aumento da tensão no
músculo oposto, ativando o reflexo tendinoso de Golgi; o reflexo provoca o relaxamento da
musculatura oposta e o fechamento rápido da articulação. A resistência inicial à flexão seguida pela
flexão rápida é similar ao fechamento de um canivete de bolso: A princípio, a movimentação contra a
resistência alta é lenta, mas, a seguir, o fechamento é rápido.
Reflexo de Flexão e Retirada
O reflexo de flexão e retirada é um reflexo polissináptico que ocorre em resposta a estímulos táteis,
dolorosos ou nocivos. As fibras aferentes somatossensoriais e de dor iniciam um reflexo de flexão que
leva à retirada da parte do corpo afetada pelo estímulo doloroso ou nocivo (p. ex., colocar a mão em
um fogão quente e rapidamente retirá-la). O reflexo produz flexão ipsilateral (ou seja, do lado do
estímulo) e extensão contralateral (Figura 3.35). O reflexo de flexão e retirada tem as seguintes etapas:
1. Quando um membro toca um estímulo doloroso (p. ex., a mão toca um fogão quente), as
fibras aferentes do reflexo flexor (dos grupos III e IV) são ativadas. Estas fibras aferentes
fazem sinapses com múltiplos interneurônios da medula espinal (ou seja, o reflexo é
polissináptico).
2. Ipsilateral ao estímulo doloroso, os reflexos que causam a contração dos músculos flexores e
o relaxamento dos músculos extensores são ativados. Esta parte do reflexo provoca flexão
ipsilateral (p. ex., a retirada da mão do fogão quente).
3. Contralateral ao estímulo doloroso, os reflexos que provocam a contração dos músculos
extensores e o relaxamento dos músculos flexores são ativados. Esta parte do reflexo causa
extensão contralateral e é chamada reflexo de extensão cruzada. Assim, se o estímulo
doloroso ocorrer no lado esquerdo, há flexão ou retirada do braço esquerdo e da perna
esquerda e extensão do braço direito e da perna direita para manutenção do equilíbrio.
4. Há uma descarga neural persistente, chamada pós-descarga, nos circuitos dos reflexos
polissinápticos. Devido à pós-descarga, os músculos contraídos assim permanecem por um
determinado período após a ativação do reflexo.
FIGURA 3.35  Mecanismo do reflexo de flexão e retirada. 
As linhas sólidas mostram as vias excitatórias; as linhas pontilhadas mostram as etapas inibitórias. Os
neurônios abertos são excitatórios; os neurônios preenchidos são inibitórios.
Controle da Postura e do Movimento pelo Tronco Encefálico
As vias motoras descendentes (ou seja, aquelas que descem do córtex cerebral e do tronco encefálico)
são divididas entre o trato piramidal e o trato extrapiramidal. Os tratos piramidais são tratos
corticoespinais que atravessam as pirâmides bulbares e descem diretamente até os motoneurônios
inferiores da medula espinal e os tratos corticonucleares que fazem sinapse nos motoneurônios dos
nervos cranianos. Todos os demais são tratos extrapiramidais. Os tratos extrapiramidais são
originários das seguintes estruturas do tronco encefálico:
♦ O trato rubroespinal é originário do núcleo rubro e se projeta até motoneurônios na
medula espinal lateral. A estimulação do núcleo rubro ativa os músculos flexores e inibe os
músculos extensores.
♦ O trato reticuloespinal pontino é originário dos núcleos da formação reticular pontina e
se projeta até a medula espinal anteromedial. A estimulação possui um efeito ativador
generalizado nos músculos flexores e extensores, com efeito predominante sobre estes
últimos.
♦ O trato reticuloespinal bulbar é originário da formação reticular bulbar e se projeta a
motoneurônios da medula espinal. A estimulação exerce um efeito inibidor generalizado
nos músculos flexores e extensores, com efeito predominante nestes últimos.
♦ O trato vestibuloespinal lateral é originário do núcleo vestibular lateral (núcleo de Deiter)
e se projeta até motoneurônios ipsilaterais da medula espinal. A estimulação ativa os
extensores e inibe os flexores.
♦ O trato tectoespinal é originário do colículo superior (teto do tronco encefálico) e se
projeta até a medula espinal cervical. Este trato participa do controle dos músculos do
pescoço.
Tanto a formação reticular pontina quanto o núcleo vestibular lateral exercem potentes efeitos
excitatórios sobre os músculos extensores. Lesões no tronco encefálico acima da formação reticular
pontina e do núcleo vestibular lateral, mas abaixo do mesencéfalo, portanto, provocam um aumento
dramático do tônus extensor, denominado rigidez por descerebração. As lesões acima do
mesencéfalo não causam rigidez por descerebração* .
Cerebelo
O cerebelo, ou “pequeno cérebro”, regula a movimentação e a postura e participa de certos tipos de
aprendizado motor. O cerebelo ajuda a controlar a frequência, a amplitude, a força e a direção dos
movimentos (coletivamente denominados sinergia). Lesões cerebelares provocam perda de
coordenação.
O cerebelo está localizado na fossa posterior, logo abaixo do lobo occipital. É conectado ao tronco
encefálico por três pedúnculos cerebelares, que contêm fibras nervosas aferentes e eferentes.
O cerebelo apresenta três divisões principais: o vestibulocerebelo, o espinocerebelo e o
pontocerebelo. O vestibulocerebelo recebe principalmente informações vestibulares e controla o
equilíbrio e os movimentos oculares. O espinocerebelo recebe principalmente informações da
medula espinal e controla a sinergia dos movimentos. O pontocerebelo recebe principalmente
informações do córtex motor advindas dos núcleos pontinos e controla a execução dos movimentos.
Camadas do Córtex Cerebelar
O córtex cerebelar apresenta três camadas, que são descritas em relação a suas células de saída, as
células de Purkinje (Figura 3.36). As camadas do córtex cerebelar são:
♦ A camada granular é a mais interna. Contém células granulares, células de Golgi do tipo II
e glomérulos. Nos glomérulos, os axônios das fibras musgosas dos tratos espinocerebelares e
pontocerebelares fazem sinapses com os dendritos das células granulares e das células de
Golgi do tipo II.
♦ A camada de células de Purkinje é a camada do meio. Contém as células de Purkinje e sua
saída é sempre inibitória.
♦ A camada molecular é a mais externa. Contém as células estreladas externas, as células em
cesto, dendritos das células de Purkinje e de Golgi do tipo II e axônios das células granulares.
Estes axônios formam fibras paralelas, que fazem sinapse com os dendritos das células de
Purkinje, das células em cesto, das células estreladas externas e das células de Golgi do tipo
II.
FIGURA 3.36  Estruturas do córtex cerebelar em corte transversal.
Aferentes ao Córtex Cerebelar
Dois sistemas dão sinais excitatórios para o córtex cerebelar: o sistema de fibras trepadeiras e o
sistema de fibras musgosas. Cada sistema também envia ramos colaterais diretamente para os núcleos
cerebelares profundos, além de suas projeções para o córtex cerebelar. As projeções excitatórias do
córtex cerebelar ativam, então, circuitos secundários que modulam as informações que saem dos
núcleos cerebelares através das células de Purkinje.
♦ As fibras trepadeiras começam no núcleo olivar inferior do bulbo e se projetam
diretamente nas células de Purkinje. Estas fibras fazem múltiplas conexões sinápticas ao
longo dos dendritos das células de Purkinje,embora cada uma destas células receba
impulsos de apenas uma fibra ascendente. Estas conexões sinápticas são muito potentes! Um
único potencial de ação de uma fibra trepadeira pode gerar múltiplos pulsos de excitação,
denominados picos complexos, nos dendritos da célula de Purkinje. Acredita-se que as
fibras ascendentes “condicionam” as células de Purkinje e modulam sua resposta aos
impulsos das fibras musgosas. As fibras ascendentes também podem participar do
aprendizado cerebelar.
♦ As fibras musgosas são responsáveis pela maior parte da estimulação cerebelar. Estas vias
podem ser aferentes vestibulocerebelares, espinocerebelares e pontocerebelares. As fibras
musgosas se projetam em células granulares, que são interneurônios excitatórios localizados
em grupos de sinapses denominadas glomérulos. Os axônios destas células granulares,
então, ascendem até a camada molecular, onde se bifurcam e dão origem às fibras paralelas.
As fibras paralelas das células granulares fazem contato com os dendritos de muitas células
de Purkinje, produzindo um “feixe” de excitação ao longo da fileira destas células. A árvore
dendrítica de cada célula de Purkinje pode receber impulsos de até 250.000 fibras paralelas!
Diferentemente dos impulsos das fibras trepadeiras para os dendritos das células de
Purkinje (que produzem picos complexos), os impulsos das fibras musgosas geram
potenciais de ação únicos denominados picos simples. Estas fibras paralelas também fazem
sinapses com interneurônios cerebelares (células em cesto, estreladas e de Golgi do tipo II).
Interneurônios do Cerebelo
A função dos interneurônios cerebelares é modular a saída dos impulsos das células de Purkinje. À
exceção das células granulares, todos os interneurônios cerebelares são inibitórios. As células
granulares dão impulsos excitatórios às células em cesto, estreladas, de Golgi II e de Purkinje. As
células em cesto e as células estreladas inibem as células de Purkinje (por meio das fibras paralelas).
As células de Golgi do tipo II inibem as células granulares, o que reduz seu efeito excitatório sobre as
células de Purkinje.
Eferentes do Córtex Cerebelar
A única saída do córtex cerebelar é através de axônios das células de Purkinje. Os estímulos que
saem das células de Purkinje são sempre inibitórios, já que o neurotransmissor liberado por estas
sinapses é o ácido γ-aminobutírico (GABA) (Capítulo 1). Os axônios das células de Purkinje se projetam
topograficamente até os núcleos cerebelares profundos e os núcleos vestibulares laterais. Esta saída
inibitória do córtex cerebelar regula a frequência, a amplitude, a força e a direção do movimento
(sinergia).
Doenças do Cerebelo
As lesões cerebelares provocam uma anomalia da movimentação denominada ataxia. A ataxia
cerebelar é a ausência de coordenação devida a erros na frequência, amplitude, força e direção do
movimento. A ataxia pode se apresentar de diversas maneiras. O movimento pode ter início tardio ou
sua sequência pode ser mal executada, fazendo com que a movimentação pareça descoordenada. Um
membro pode ultrapassar seu alvo ou parar antes de alcançá-lo. A ataxia pode ser expressa como
disdiadococinesia, onde o indivíduo é incapaz de realizar movimentos rápidos e alternados. Os
tremores de intenção podem ser perpendiculares à direção de um movimento voluntário,
aumentando próximo a seu fim. (Os tremores de intenção observados na doença cerebelar diferem dos
tremores em repouso do mal de Parkinson.) O fenômeno de rebote é a inabilidade de parar um
movimento; o flexionar o antebraço contra uma resistência, por exemplo, o indivíduo com doença
cerebelar pode ser incapaz de interromper a flexão quando a resistência for removida.
Núcleos da Base
Os núcleos da base são os núcleos profundos do telencéfalo: núcleo caudado, putâmen, globo pálido
e amígdala* . Associados a esses núcleos telencefálicos, existem também os núcleos anteriores ventrais
e laterais ventrais do tálamo e o núcleo subtalâmico do diencéfalo e a substância negra do
mesencéfalo.
A principal função dos núcleos da base é influenciar o córtex motor por meio de vias através do
tálamo. O papel dos núcleos da base é auxiliar no planejamento e a execução dos movimentos
delicados. Os núcleos da base também participam de funções afetivas e cognitivas.
As vias que entram e saem dos núcleos da base são complexas, como mostrado na Figura 3.37. Quase
todas as áreas do córtex cerebral se projetam topograficamente até o estriado** , inclusive os
importantes aferentes vindos do córtex motor. O estriado se comunica, então, com o tálamo e daí o
impulso volta ao córtex por meio de duas vias diferentes.
♦ Via indireta. Na via indireta, o estriado inibe o segmento externo do globo pálido que, por
sua vez, inibe os núcleos subtalâmicos. Os núcleos subtalâmicos enviam impulsos
excitatórios para o segmento interno do globo pálido e a pars reticulada da substância
negra, que manda impulsos inibitórios para o tálamo. O tálamo, então, envia impulsos
excitatórios de volta ao córtex motor. Nesta via, o neurotransmissor inibitório é o GABA e o
neurotransmissor excitatório é o glutamato. A saída geral da via indireta é inibitória, como
ilustrado no diagrama resumido na parte de baixo da figura.
♦ Via direta. Na via direta, o estriado envia impulsos inibitórios para o segmento interno do
globo pálido e a pars reticulada da substância negra, que envia impulsos inibitórios para o
tálamo. Como na via indireta, o tálamo envia impulsos excitatórios de volta para o córtex
motor. Novamente, o neurotransmissor inibitório é o GABA e o neurotransmissor excitatório
é o glutamato. A saída geral da via indireta é excitatória, como ilustrado no diagrama
resumido na parte de baixo da figura.
FIGURA 3.37  Vias dos núcleos da base. 
A ilustração mostra as relações entre o córtex cerebral, os núcleos da base e o tálamo. As linhas azuis
sólidas mostram as vias excitatórias; as linhas marrons pontilhadas mostram as vias inibitórias. O
resultado final da via indireta é a inibição, enquanto o da via direta é a excitação. (Modificado de Kandel ER,
Schwartz JH, Jessell TM: Principles of Neural Science, 4th ed. New York, McGraw-Hill, 2000.)
As saídas das vias indireta e direta, dos núcleos da base até o córtex motor, são opostas e
cuidadosamente equilibradas: A via indireta é inibitória e a via direta é excitatória. Um distúrbio em
uma das vias prejudica este equilíbrio do controle motor, aumentando ou diminuindo a atividade
motora. Tal desequilíbrio é característico das doenças dos núcleos da base.
Além do circuito básico das vias direta e indireta, existe mais uma conexão, para frente e para trás,
entre o estriado e a pars compacta da substância negra. O neurotransmissor que faz a conexão de volta
para o estriado é a dopamina. Esta outra conexão entre a substância negra e o estriado significa que a
dopamina é inibitória (através de receptores D2) na via indireta e excitatória (via receptores D1) na via
direta.
Doenças dos Núcleos da Base
As doenças dos núcleos da base incluem o mal de Parkinson e a doença de Huntington. No mal de
Parkinson, as células da pars compacta da substância negra degeneram, reduzindo a inibição por
meio da via indireta e a excitação através da via direta. As características do mal de Parkinson são
explicadas por disfunções nos núcleos da base: tremor em repouso, lentidão ou retardo de
movimentos e marcha cambaleante. O tratamento do mal de Parkinson é feito com reposição de
dopamina, por meio da administração de L-dopa (seu precursor) ou de agonistas de dopamina, como a
bromocriptina. A doença de Huntington é hereditária e causada pela destruição de neurônios
colinérgicos estriados e corticais e pela inibição de neurônios GABAérgicos. Os sintomas neurológicos
da doença de Huntington são os movimentos coreicos (contorcidos) e a demência. Não há cura.
Córtex Motor
Os movimentos voluntários são controlados pelo córtex motor através de vias descendentes. A
motivação e as ideias necessárias à produção da atividade motora voluntária são primeiramenteorganizadas em múltiplas áreas associativas do córtex cerebral e, então, transmitidas para os córtices
pré-motor e suplementar para o desenvolvimento de um plano motor. O plano motor identifica os
músculos específicos que precisam se contrair, a intensidade desta contração e em qual sequência deve
ser feita. O plano é, então, transmitido para os motoneurônios superiores do córtex motor primário,
que o envia, por meio de vias descendentes, para os motoneurônios inferiores da medula espinal. Os
estágios de planejamento e execução do plano motor são também influenciados pelos sistemas de
controle motor do cerebelo e dos núcleos da base.
O córtex motor é composto por três áreas: córtex motor primário, córtex motor suplementar e córtex
pré-motor.
♦ O córtex pré-motor e o córtex motor suplementar (área 6) são as regiões do córtex motor
responsáveis pela geração do plano de movimento que, então, é transferido ao córtex
motor primário para execução. O córtex motor suplementar programa sequências motoras
complexas e é ativado durante o “ensaio mental” de um movimento, mesmo que o
movimento não seja executado.
♦ O córtex motor primário (área 4) é a região do córtex motor responsável pela execução
de um movimento. Os padrões programados dos motoneurônios são ativados a partir do
córtex motor primário. Conforme os motoneurônios superiores do córtex motor são
excitados, esta atividade é transmitida para o tronco encefálico e a medula espinal, onde
motoneurônios inferiores são ativados e produzem a contração coordenada dos músculos
adequados (ou seja, o movimento voluntário). O córtex motor primário é topograficamente
organizado e descrito como homúnculo motor. Esta organização topográfica é
dramaticamente ilustrada nas convulsões jacksonianas, eventos epilépticos originários do
córtex motor primário. O evento epiléptico geralmente se inicia nos dedos de uma mão,
progride para a mão e os braços e termina por se disseminar por todo o corpo (ou seja, a
“marcha jacksoniana”).
Funções superiores do sistema nervoso central
Eletroencefalograma
O eletroencefalograma (EEG) registra a atividade elétrica do córtex cerebral por meio de eletrodos
colocados no crânio. As ondas do EEG são originárias da soma de potenciais sinápticos excitatórios e
inibitórios alternados que produzem um fluxo de corrente extracelular pelo córtex suficiente à
detecção por eletrodos superficiais. (As ondas do EEG não são potenciais de ação. Os eletrodos na
superfície do crânio não são sensíveis a ponto de detectar as pequenas alterações de voltagem dos
potenciais de ação únicos, não somados.)
O EEG normal (Figura  3.38) é composto por ondas de diversas amplitudes e frequências. Em um
adulto normal, acordado e com os olhos abertos, a frequência dominante registrada sobre os lobos
parietal e occipital é o ritmo beta (13-30 Hz), formado por ondas dessincronizadas de baixa voltagem e
alta frequência. Com os olhos fechados, a frequência dominante é o ritmo alfa (8-13  Hz), que
apresenta ondas mais sincronizadas, de voltagem maior e frequência menor.
FIGURA 3.38  Eletroencefalograma de um indivíduo acordado e de pessoas em sono de
Estágios 1, 2 e 4 e sono com movimentos rápidos dos olhos (rapid eye movements [REM]).
Ao adormecer, o indivíduo passa pelos quatro estágios do sono de ondas lentas. No Estágio 1, as
ondas alfa observadas no adulto acordado de olhos fechados são intercaladas por ondas teta de baixa
frequência. No Estágio 2, estas ondas de baixa frequência são intercaladas por explosões de alta
frequência, denominadas fusos de sono, e potenciais grandes e lentos chamados complexos K. No
Estágio 3 (não mostrado na figura), existem ondas delta de frequência muito baixa e alguns fusos de
sono. O Estágio 4 é caracterizado pelas ondas delta. A cada 90 minutos, aproximadamente, o padrão de
sono de ondas lentas passa para o sono de movimentos rápidos oculares (REM, do inglês rapid eye
movements), onde o EEG se torna dessincronizado e apresentam ondas de baixa voltagem e alta
frequência que lembram as observadas em indivíduos acordados. O sono REM é ocasionalmente
denominado sono paradoxal: Embora o EEG seja mais similar ao do estado acordado, o indivíduo está
dormindo (inconsciente). O sono REM é caracterizado pela perda do tônus muscular, e por rápidos
movimentos oculares; além disso, há constrição pupilar, ereção peniana e flutuações na frequência
cardíaca, na pressão arterial e na respiração e temperatura. A maior parte dos sonhos ocorre durante
o sono REM. A proporção entre o sono de ondas lentas e o sono REM varia conforme a idade. Neonatos
passam metade do sono em REM; adultos jovens passam cerca de 25% do sono em REM; em idosos, há
pouco sono REM.
Aprendizado e Memória
O aprendizado e a memória são funções superiores do sistema nervoso. O aprendizado é o
mecanismo neural que faz um indivíduo alterar seu comportamento em decorrência de suas
experiências. A memória é o mecanismo de armazenamento do que é aprendido.
O aprendizado é classificado como não associativo ou associativo. No aprendizado não associativo,
exemplificado pelo hábito, um estímulo repetido provoca uma resposta, mas esta diminui de forma
gradativa conforme se “aprende” que o estímulo não é importante. Um recém-chegado à cidade de
Nova Iorque, por exemplo, a princípio pode ficar acordado à noite por causa do barulho da rua, mas
acaba por ignorar os ruídos ao perceber que não são relevantes. O oposto ao hábito é a sensibilização,
onde um estímulo aumenta a probabilidade de resposta subsequente quando se aprende sua
importância. No aprendizado associativo, há uma relação consistente com o momento do estímulo. No
condicionamento clássico, há uma relação temporal entre um estímulo condicionado e um estímulo
não condicionado que provoca uma resposta não aprendida. Quando a combinação é repetida, desde
que haja manutenção da relação temporal, a associação é aprendida; uma vez aprendido (p. ex., pelo
cão de Pavlov), o estímulo (p.  ex., o sino), sozinho, provoca uma resposta não aprendida (p.  ex., a
salivação). No condicionamento operante, a resposta ao estímulo é reforçada, positiva ou
negativamente, fazendo com que a mudança da resposta seja provável.
A plasticidade sináptica é o mecanismo fundamental que baseia o aprendizado. Isto é, a função e a
eficácia sináptica são variáveis e dependem do nível anterior de atividade ou “tráfego” pela sinapse. A
responsividade de neurônios pós-sinápticos (denominada força sináptica) não é fixa, mas sim
dependente do nível anterior de tráfego sináptico. No fenômeno de potenciação, por exemplo, a
ativação repetida de uma via neuronal aumenta a responsividade dos neurônios pós-sinápticos
daquela via. O período de maior responsividade pode ser breve, de apenas alguns milissegundos, ou
ser longo, de dias ou semanas (ou seja, potenciação a longo prazo). No hábito, por outro lado, a maior
atividade sináptica diminui a responsividade do neurônio pós-sináptico.
O mecanismo de potenciação a longo prazo envolve vias sinápticas que usam o neurotransmissor
excitatório glutamato e seu receptor N-metil-D-aspartato (NMDA). A ativação dos neurônios pré-
sinápticos leva à liberação de glutamato, que se difunde através da sinapse e ativa receptores NMDA
nas membranas pós-sinápticas. Os receptores NMDA são canais de Ca2+ dependentes de ligante que,
quando abertos, permitem a entrada do íon nas células pós-sinápticas. A estimulação de alta
frequência (maior atividade da via) leva ao maior acúmulo de Ca2+ nas células pós-sinápticas; a maior
concentração intracelular de Ca2+ aumenta a atividade da proteína quinase dependente de cálcio e
calmodulina e, por meio de mecanismos não completamente entendidos, aumenta a responsividade
daquelas sinapses.
Líquido cerebrospinal
O sistema nervoso central humano é composto por 80% de fluido, grande parte dele é o líquido
cerebrospinal (LCE). O LCE é produzido em ritmo de 500 mililitros (mL) por dia pelas células epiteliais
do plexo coroide (localizado nos ventrículos laterais e nos terceiro e quarto ventrículos).Não
Difusão
facilitada
Passivo; a favor do
gradiente
eletroquímico
Sim Não Não
Transporte ativo
primário
Ativo; contra o
gradiente
eletroquímico
Sim Sim; direta Não
Cotransporte Ativo secundário* Sim Sim; indireta Sim (o soluto se move na mesma direção em
que o Na+ atravessa a membrana da
célula)
Contratransporte Ativo secundário* Sim Sim; indireta Sim (o soluto se move na direção oposta em
que o Na+ atravessa a membrana da
célula)
* O Na+ é transportado a favor do gradiente eletroquímico e um ou mais solutos são transportados contra o gradiente.
As substâncias podem ser transportadas a favor de um gradiente eletroquímico (passivo) ou contra
um gradiente eletroquímico (ativo). O transporte passivo ocorre por difusão, seja simples ou facilitada,
e não precisa de energia metabólica. O transporte ativo requer gasto de energia e pode ser primário
ou secundário. Os processos de transporte ativo primário e secundário distinguem-se pela fonte de
energia. O transporte ativo primário requer uma fonte direta de energia metabólica; o transporte ativo
secundário utiliza uma fonte indireta de energia metabólica.
Outras diferenças entre os mecanismos de transporte têm como base a participação de uma proteína
carreadora. A difusão simples é a única forma de transporte que não é mediada por carreadores. A
difusão facilitada, o transporte ativo primário e o transporte ativo secundário envolvem proteínas
integrais da membrana e são denominados transportes mediados por carreador. Todas as formas de
transporte mediado por carreador compartilham as três seguintes características: saturação,
estereoespecificidade e competição.
♦ Saturação. A saturação baseia-se no conceito de que as proteínas carreadoras apresentam
um número limitado de sítios de ligação para o soluto. A Figura 1.4 mostra a relação entre a
taxa de transporte mediado por carreador e a concentração de soluto. Em baixas
concentrações de soluto, há muitos sítios de ligação disponíveis e a taxa de transporte
aumenta gradualmente conforme a quantidade de soluto se eleva. No entanto, em altas
concentrações de soluto, a disponibilidade dos sítios de ligação diminui, assim como a taxa
de transporte. Por fim, quando todos os sítios de ligação estão ocupados, a saturação é obtida
em um ponto denominado transporte máximo, ou Tm. A cinética do transporte mediado
por carreador é similar à cinética de enzimas de Michaelis-Menten – em ambas, as proteínas
têm um número limitado de sítios de ligação. (O Tm é análogo à Vmáx da cinética enzimática).
O transporte de glicose limitado por Tm no túbulo proximal renal é um exemplo de
transporte passível de saturação.
♦ Estereoespecificidade. Os sítios de ligação de soluto nas proteínas transportadoras são
estereoespecíficos. O transportador de glicose no túbulo proximal renal, por exemplo,
reconhece e transporta o isômero natural D-glicose, mas não o isômero não natural L-
glicose. Em comparação, a difusão simples não diferencia entre os dois isômeros de glicose,
já que não há participação de proteínas carreadoras.
♦ Competição. Embora os sítios de ligação dos solutos transportados sejam bastante
específicos, podem reconhecer, se ligar a, e até mesmo transportar solutos quimicamente
similares. O transportador de glicose, por exemplo, é específico para a D-glicose, mas
também reconhece e transporta um açúcar bastante semelhante, a D-galactose. A presença
de D-galactose, portanto, inibe o transporte de D-glicose ao ocupar alguns dos sítios de
ligação e torná-los indisponíveis para a glicose.
FIGURA 1.4  Cinética do transporte mediado por carreador. Tm, Transporte máximo.
Difusão Simples
Difusão de Não Eletrólitos
A difusão simples é decorrente da movimentação térmica aleatória das moléculas, como mostrado na
Figura 1.5. Duas soluções, A e B, são separadas por uma membrana permeável ao soluto. A princípio, a
concentração de soluto em A é o dobro da observada em B. As moléculas de soluto estão em
movimento constante, com igual probabilidade de uma determinada molécula atravessar a membrana
e chegar até a outra solução. Uma vez que há duas vezes mais moléculas de soluto na Solução A do que
na Solução B, porém, haverá maior movimentação de moléculas de A para B do que de B para A. Em
outras palavras, haverá uma difusão geral de soluto de A para B, que continuará até igualar as
concentrações de soluto nas duas soluções (embora a movimentação aleatória das moléculas continue
para sempre).
FIGURA 1.5  Difusão simples. 
As duas soluções, A e B, são separadas por uma membrana, que é permeável ao soluto (círculos). A
princípio, a concentração de soluto é maior na Solução A do que na Solução B.
A difusão geral do soluto é denominada fluxo (J) e depende das seguintes variáveis: tamanho do
gradiente de concentração, coeficiente de partição, coeficiente de difusão, espessura da membrana e
área superficial disponível para a difusão.
Gradiente de concentração (CA – CB)
O gradiente de concentração por meio da membrana é a força que impele a difusão efetiva. Quanto
maior a diferença na concentração de soluto entre a Solução A e a Solução B, maior a força motriz e a
difusão efetiva. Além disso, quando a concentração das duas soluções é igual, não há força motriz nem
difusão efetiva.
Coeficiente de partição (K)
O coeficiente de partição, por definição, descreve a solubilidade de um soluto em óleo em relação a sua
solubilidade em água. Quanto maior a solubilidade relativa em óleo, maior o coeficiente de partição e
maior a facilidade com que o soluto pode se dissolver na bicamada lipídica da membrana celular. Os
solutos não polares tendem a ser solúveis em óleo e possuir altos coeficientes de partição, enquanto
solutos polares geralmente são insolúveis em óleo e apresentam baixos coeficientes de partição. O
coeficiente de partição pode ser determinado pela adição do soluto a uma mistura de azeite e água e,
então, pela medida de sua concentração na fase oleosa em relação a sua concentração na fase aquosa.
Assim,
Coeficiente de difusão (D)
O coeficiente de difusão depende de características como o tamanho da molécula de soluto e a
viscosidade do meio. É definido pela equação de Stokes-Einstein (veja a seguir). O coeficiente de
difusão é inversamente proporcional ao raio molecular do soluto e à viscosidade do meio. Assim,
solutos pequenos em soluções não viscosas apresentam os maiores coeficientes de difusão e se
difundem com maior rapidez; solutos grandes em soluções viscosas apresentam os menores
coeficientes de difusão e se difundem de forma mais lenta. Assim,
em que
D = Coeficiente de difusão
K = Constante de Boltzmann
T = Temperatura absoluta (K)
r = Raio molecular
η = Viscosidade do meio
Espessura da membrana (∆X)
Quanto mais espessa a membrana celular, maior a distância pela qual o soluto deve se difundir e
menor a taxa de difusão.
Área superficial (A)
Quanto maior a área superficial de membrana disponível, maior a taxa de difusão. Gases lipossolúveis,
como o oxigênio e o dióxido de carbono, por exemplo, apresentam taxas de difusão através de
membranas celulares especialmente altas. Essas taxas elevadas podem ser atribuídas à grande área
superficial para difusão dada pelo componente lipídico da membrana.
Para simplificar a descrição do processo de difusão, diversas das características anteriormente
citadas podem ser combinadas em um único termo, denominado permeabilidade (P). A
permeabilidade inclui o coeficiente de partição, o coeficiente de difusão e a espessura da membrana.
Assim,
Combinando as diversas variáveis à permeabilidade, a taxa de difusão é simplificada à seguinte
expressão:
em que
J = Taxa efetiva de difusão (mmol/s)
P = Permeabilidade (cm/s)
A = Área superficial para difusão (cm2)
CA = Concentração na Solução A (mmol/L)
CB = Concentração na Solução B (mmol/L)
Exemplo de problema
A Solução A e a Solução B estão separadas por uma membrana com permeabilidade à ureia de
2 × 10-5 cm/s e área superficial de 1 cm2. A concentração de ureia em A é igual a 10 mg/mL e, em B,
é de 1 mg/mL. O coeficienteApós a síntese
pelo plexo coroide, o LCE flui para os ventrículos e para os espaços subaracnoides ao redor do encéfalo
e da medula espinal. As regiões alargadas do espaço subaracnoide são denominadas cisternas
subaracnoides. O líquido é transferido do LCE para o sangue venoso através das vilosidades
aracnoideas, em um fluxo unidirecional, e retorna para a circulação sistêmica. No estado de equilíbrio,
a movimentação de líquido entre o LCE e o sangue venoso deve ser ao ritmo de sua formação (ou seja,
500  mL/dia). Para fins diagnósticos, uma amostra de LCE pode ser obtida por meio de uma punção
lombar, realizada na cisterna lombar.
As relações entre o suprimento de sangue arterial do cérebro, o plexo coroide e a barreira
hematoencefálica são mostradas na Figura 3.39. Note que as células cerebrais (que são banhadas pelo
líquido intersticial), o líquido intersticial e o LCE podem trocar substâncias.
FIGURA 3.39  Mecanismo da produção do líquido cerebrospinal. 
LCE, Líquido Cerebrospinal.
A barreira entre o sangue capilar cerebral e o LCE é o plexo coroide. Esta barreira é composta por
três camadas: as células endoteliais capilares e a membrana basal, a membrana da neuróglia e as
células epiteliais do plexo coroide. As células epiteliais do plexo coroide são similares às do túbulo
distal renal e apresentam mecanismos de transporte que movimentam solutos e líquido do sangue
capilar para o LCE.
A barreira entre o sangue capilar cerebral e o líquido intersticial do sistema nervoso central é a
barreira hematoencefálica. Anatomicamente, a barreira hematoencefálica é composta por células
endoteliais capilares e membrana basal, membrana da neuróglia e terminações podais da glia
(projeções de astrócitos do lado nervoso da barreira). Do ponto de vista funcional, a barreira
hematoencefálica difere das barreiras análogas de outros tecidos de duas formas: (1) As junções entre
as células endoteliais do sistema nervoso central são tão fechadas que poucas substâncias conseguem
passar entre elas. (2) Poucas substâncias podem atravessar as células endoteliais: As moléculas
lipossolúveis (p. ex., oxigênio e dióxido de carbono) podem cruzar a barreira hematoencefálica, mas
não as substâncias hidrossolúveis.
Formação do Líquido Cerebrospinal
O líquido cerebrospinal (LCE) é formado por células epiteliais do plexo coroide. Os mecanismos de
transporte destas células secretam algumas substâncias do sangue para o LCE (p. ex., Na+, Cl-, HCO3
- e
água) e absorvem outras substâncias do LCE para o sangue (K+). Moléculas como proteínas e colesterol
são excluídas do LCE por causa de seu tamanho. Por outro lado, substâncias lipossolúveis, como o
oxigênio e o dióxido de carbono, se movem livremente entre os dois compartimentos e se equilibram.
Assim, dependendo dos mecanismos de transporte e das características da barreira, algumas
substâncias são encontradas em maior concentração no LCE do que no sangue, algumas estão
presentes aproximadamente na mesma concentração e outras ainda são observadas em menor
concentração no LCE do que no sangue. Muitas moléculas são facilmente trocadas entre o líquido
intersticial do sistema nervoso central e o LCE (Figura  3.38); assim, as composições do líquido
intersticial do sistema nervoso central e do LCE são similares entre si, mas diferentes das observadas
no sangue. A Tabela 3.6 compara a composição do LCE e do sangue.
Tabela 3.6
Composição do LCE
[LCE] ≈ [Sangue] [LCE]  [Sangue]
Na+ K+ Mg2+
Cl– Ca2+ Creatinina
HCO3
– Glicose
Osmolaridade Aminoácidos
pH
Colesterol*
Proteína*
LCE, Líquido Cerebrospinal
* Insignificante no LCE.
Funções do LCE
As funções do LCE são o fornecimento de um ambiente constante e controlado para as células nervosas
e a proteção do sistema nervoso central de toxinas endógenas e exógenas. O LCE também impede o
escape de neurotransmissores locais para a circulação geral. Dependendo de sua solubilidade lipídica,
os fármacos penetram a barreira hematoencefálica em graus variados. Assim, fármacos não ionizados
(lipossolúveis) penetram o sistema nervoso central com facilidade, enquanto fármacos ionizados (não
lipossolúveis) não o fazem. A inflamação, a irradiação e os tumores podem aumentar a
permeabilidade da barreira hematoencefálica e permitir a entrada de substâncias que, em condições
normais, seriam excluídas. Dentre tais substâncias estão os quimioterápicos, os antibióticos e os
marcadores radioativos.
Resumo
▪ Os sistemas sensoriais transmitem informações do ambiente para o SNC através de
receptores especializados e uma série de neurônios de primeira, segunda, terceira e quarta
ordens no SNC. Os receptores sensoriais incluem mecanorreceptores, fotorreceptores,
quimiorreceptores, termorreceptores e nociceptores. Um estímulo (p. ex., luz) é convertido
em energia elétrica nos receptores sensoriais, através de processos de transdução que geram
potenciais receptores.
▪ Os sistemas somatossensoriais processam informações sobre tato, posição, dor e
temperatura usando os sistemas da coluna dorsal e anterolateral.
▪ O sistema visual detecta e interpreta os estímulos luminosos. Os fotorreceptores são
bastonetes e cones da retina, que sofrem hiperpolarização em resposta à luz. Os
fotorreceptores fazem sinapses com as células bipolares e as células horizontais da retina, e
causam excitação ou inibição dependendo do tipo de receptor presente nestas células. As
células de projeção da retina são as células ganglionares, cujos axônios formam os nervos
ópticos. Os nervos ópticos fazem sinapses com o núcleo geniculado lateral do tálamo. As
fibras de cada hemirretina nasal cruzam o quiasma óptico e ascendem de forma
contralateral; as fibras de cada hemirretina temporal ascendem de maneira ipsilateral.
▪ O sistema auditivo envolve a transdução de ondas sonoras. Os mecanorreceptores são
células pilosas auditivas localizadas no órgão de Corti da orelha interna. O dobramento dos
cílios das células pilosas produz um potencial receptor bifásico. A localização das células
pilosas pela membrana basilar codifica a frequência.
▪ O sistema vestibular é usado para manter o equilíbrio. As células pilosas vestibulares são
mecanorreceptores localizados na ampola dos canais semicirculares e nos órgãos de otólitos.
Os canais semicirculares detectam a aceleração angular da cabeça e os órgãos de otólitos
detectam a aceleração linear da cabeça.
▪ Os sentidos químicos são o olfato e o paladar. O epitélio olfativo contém células receptoras
que também são neurônios aferentes primários. Os axônios destes neurônios atravessam a
placa cribriforme e fazem sinapses com os glomérulos do bulbo olfatório. Os receptores
gustativos estão em botões gustativos, que são organizados em papilas.
▪ Os fusos musculares são compostos por fibras intrafusais e dispostos paralelamente às
fibras musculares extrafusais. Os fusos musculares são receptores de estiramento e detectam
alterações no comprimento muscular em caso de contração ou relaxamento das fibras
extrafusais.
▪ Os reflexos da medula espinal incluem o reflexo miotático ou de estiramento
(monossináptico), o reflexo tendinoso de Golgi (dissináptico) e o reflexo de flexão e retirada
(multissináptico).
▪ As vias motoras descendentes do córtex cerebral e do tronco encefálico se dividem entre o
trato piramidal e os tratos extrapiramidais. Os tratos piramidais passam pelo bulbo e fazem
sinapses com os motoneurônios inferiores da medula espinal. Os tratos extrapiramidais
incluem os tratos rubroespinal, reticuloespinal pontino, reticuloespinal bulbar,
vestibuloespinal e tectoespinal.
▪ O cerebelo regula a movimentação por meio do controle da sinergia. O córtex cerebelar é
formado por uma camada granular, uma camada de células de Purkinje e uma camada
molecular. A saída do córtex cerebelar se dá por axônios das células de Purkinje e é sempre
inibitória. As doenças cerebelares provocam ataxia.
▪ Os núcleos da base são núcleos profundos do telencéfalo e participam do planejamento e da
execução de movimentos delicados.
▪ O córtexde partição da ureia é de 10-3, medido em uma mistura de água e
azeite. Quais são a taxa inicial e a direção da difusão efetiva da ureia?
Solução
Note que o coeficiente de partição é uma informação irrelevante, porque o valor da
permeabilidade, que já inclui o coeficiente de partição, é dado. O fluxo efetivo pode ser calculado
pela substituição dos seguintes valores na equação da difusão geral: assuma que 1 mL de água = 1
cm3. Assim,
em que
A magnitude do fluxo efetivo foi calculada como 1,8 × 10-4 mg/s. A direção do fluxo efetivo pode
ser determinada de forma intuitiva, já que o fluxo efetivo ocorre da área de maior concentração
(Solução A) para a área de menor concentração (Solução B). A difusão efetiva continua até que as
concentrações de ureia nas duas soluções se igualem, momento quando a força motriz se torna
zero.
Difusão de Eletrólitos
Até agora, a discussão a respeito da difusão assumiu que o soluto não é um eletrólito (ou seja, não
apresenta carga). Quando o soluto em difusão é um íon ou um eletrólito, porém, há duas outras
consequências da presença de carga.
Primeiramente, se há uma diferença de potencial por meio da membrana, essa diferença altera a
taxa efetiva de difusão de um soluto com carga (uma diferença de potencial não altera a taxa de
difusão de um não eletrólito). A difusão do íon K+, por exemplo, será mais lenta caso a difusão ocorra
para uma área de carga positiva e mais rápida para uma área de carga negativa. Esse efeito da
diferença de potencial pode aumentar ou anular os efeitos das diferenças de concentração,
dependendo da orientação da diferença de potencial e da carga do íon em difusão. Caso o gradiente de
concentração e o efeito de carga sejam orientados na mesma direção por meio da membrana, seus
efeitos serão somados; se forem orientados em direções opostas, podem cancelar um ao outro.
Além disso, quando um soluto com carga se difunde por um gradiente de concentração, a difusão
pode, por si só, criar uma diferença de potencial pela membrana, denominada potencial de difusão. O
conceito de potencial de difusão será discutido, em detalhes, na próxima seção.
Difusão Facilitada
Como a difusão simples, a difusão facilitada ocorre a favor de um gradiente de potencial
eletroquímico; assim, não requer o uso de energia metabólica. Diferentemente da difusão simples,
porém, a difusão facilitada usa um carreador de membrana e exibe todas as características do
transporte mediado por carreador: saturação, estereoespecificidade e competição. Em uma baixa
concentração de soluto, a difusão facilitada é normalmente mais rápida do que a difusão simples (ou
seja, é facilitada) devido à função do carreador. No entanto, em concentrações mais altas, os
carreadores tornam-se saturados e a difusão facilitada é menor (por outro lado, a difusão simples
continua enquanto houver gradiente de concentração de soluto).
Um excelente exemplo de difusão facilitada é o transporte de D-glicose nas fibras musculares
esqueléticas e nas células adiposas pelo transportador GLUT4. O transporte de glicose pode ocorrer
desde que sua concentração sanguínea seja maior do que sua concentração intracelular e os
carreadores não tenham sido saturados. Outros monossacarídeos, como a D-galactose, a 3-O-metil
glicose e a florizina inibem o transporte de glicose de forma competitiva ao se ligarem aos sítios de
transporte do carreador. O soluto competitivo pode ser transportado (p.  ex., D-galactose) ou
simplesmente ocupar os sítios de ligação e impedir a ligação da glicose (p.  ex., florizina). Como
anteriormente discutido, o estereoisômero não fisiológico L-glicose não é reconhecido pelo carreador
da difusão facilitada e, portanto, não se liga a ele nem é transportado.
Transporte Ativo Primário
No transporte ativo, um ou mais solutos são movidos contra um gradiente de potencial eletroquímico
(transporte ativo). Em outras palavras, o soluto é movido de uma área de baixa concentração (ou baixo
potencial eletroquímico) para uma área de alta concentração (ou alto potencial eletroquímico). Uma
vez que a movimentação ativa de um soluto exige trabalho, energia metabólica, na forma de ATP, deve
ser disponibilizada. No processo, o ATP é hidrolisado a difosfato de adenosina (ADP) e fosfato
inorgânico (Pi), liberando energia da ponte de fosfato terminal altamente energética do ATP. Quando o
fosfato terminal é liberado, é transferido a uma proteína transportadora, iniciando um ciclo de
fosforilação e desfosforilação. Quando o ATP, como fonte energética, é diretamente acoplado ao
processo de transporte, é denominado transporte ativo primário. Três exemplos de transporte ativo
primário em sistemas fisiológicos são a Na+-K+ ATPase presente em todas as membranas celulares, a
Ca2+ ATPase encontrada nos retículos sarcoplasmáticos (RS) e nos retículos endoplasmáticos e a H+-K+
ATPase das células parietais gástricas e das células α-intercaladas renais.
Na+-K+ ATPase (Bomba de Na+-K+)
A Na+-K+ ATPase está presente nas membranas de todas as células. Bombeia Na+ do LIC para o LEC e K+
do LEC para o LIC (Figura  1.6). Cada íon se move contra seu respectivo gradiente eletroquímico. A
estequiometria pode variar, mas, geralmente, para cada três íons Na+ retirados da célula, dois íons K+
são bombeados para seu interior. Esta 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 colocada. Assim, o
processo é denominado eletrogênico, já que cria uma separação de carga e uma diferença de
potencial. A Na+-K+ ATPase é responsável pela manutenção dos gradientes de concentração desses dois
íons por meio das membranas celulares, mantendo a concentração intracelular de Na+ baixa e a
concentração intracelular de K+ elevada.
FIGURA 1.6  Bomba de Na+-K+ das membranas celulares. 
ADP, Difosfato de adenosina; ATP, trifosfato de adenosina; E, Na+-K+ ATPase; E∼P, Na+-K+ ATPase
fosforilada; Pi, fosfato inorgânico.
A Na+-K+ ATPase é composta por subunidades α e β. A subunidade α possui a atividade de ATPase,
assim como os sítios de ligação para os íons transportados, Na+ e K+. A Na+-K+ ATPase alterna entre dois
estados conformacionais principais, E1 e E2. No estado E1, os sítios de ligação de Na+ e K+ ficam
voltados para o LIC e a enzima possui alta afinidade por Na+. No estado E2, os sítios de ligação de Na+ e
K+ ficam voltados para o LEC e a enzima possui alta afinidade por K+. A função de transporte de íons da
enzima (ou seja, o bombeamento de Na+ para fora da célula e de K+ para dentro da célula) é baseada
no ciclo entre os estados E1 e E2, e tem como sua fonte de energia a hidrólise do ATP.
O ciclo de transporte é mostrado na Figura 1.6. O ciclo é iniciado com a enzima no estado E1, ligada
ao ATP. Nesse estado, os sítios de ligação iônica ficam de frente para o LIC e a enzima tem alta
afinidade por Na+; há a ligação de três íons Na+, a hidrólise de ATP e a transferência do fosfato terminal
do ATP para a enzima, produzindo um estado de alta energia, E1∼P. Agora, ocorre uma mudança
conformacional importante e a enzima passa de E1∼P para E2∼P. No estado E2, os sítios de ligação
iônica ficam de frente para o LEC e a afinidade por Na+ é baixa e a afinidade por K+ é alta. Os três íons
Na+ são liberados da enzima para o LEC, dois íons K+ se ligam e o fosfato inorgânico é liberado de E2. A
enzima agora se liga ao ATP intracelular e sofre outra grande mudança conformacional, retornando ao
estado E1; os dois íons K+ são liberados no LIC e a enzima está pronta para outro ciclo.
Os glicosídeos cardíacos (p. ex., ouabaína e digitálicos) são uma classe de fármacos que inibem a
Na+-K+ ATPase. O tratamento com esses fármacos provoca certas alterações previsíveis na
concentração iônica intracelular. A concentração intracelular de Na+ aumenta, enquanto a de K+
diminui. Os glicosídeos cardíacos inibem a Na+-K+ ATPase por se ligar à forma E2∼P, próximo ao sítio
de ligação do K+ no lado extracelular, impedindo, assim, sua conversão a E1. Ao interromper o ciclo defosforilação/desfosforilação, esses fármacos interrompem todo o ciclo enzimático e suas funções
transportadoras.
Ca2+ ATPase (Bomba de Ca2+)
A maioria das membranas celulares contém uma Ca2+ ATPase, ou Ca2+ ATPase de membrana
plasmática (PMCA), cuja função é retirar Ca2+ da célula contra um gradiente eletroquímico; um íon
Ca2+ é retirado para cada ATP hidrolisado. A PMCA é responsável, em parte, pela manutenção da
concentração intracelular de Ca2+ em níveis muito baixos. Além disso, o retículo sarcoplasmático das
células musculares e o retículo endoplasmático das outras células contêm variantes da Ca2+ ATPase,
que bombeiam dois Ca2+ (para cada ATP hidrolisado) do LIC para o interior do RS ou do retículo
endoplasmático (ou seja, sequestro Ca2+). Essas variantes são denominadas Ca2+ ATPase dos retículos
sarcoplasmáticos e endoplasmáticos (SERCA). A Ca2+ ATPase funciona de forma similar à Na+-K+
ATPase, com estados E1 e E2 que apresentam, respectivamente, afinidade alta e baixa por Ca2+. Na
PMCA, o estado E1 se liga ao Ca2+ no lado intracelular, há uma mudança conformacional para o estado
E2 e esse libera o Ca2+ no LEC. Na SERCA, o estado E1 se liga ao Ca2+ no lado intracelular e o estado E2 o
libera no lúmen do RS ou do retículo endoplasmático.
H+-K+ ATPase (Bomba de H+-K+)
A H+-K+ ATPase é encontrada nas células parietais da mucosa gástrica e nas células α-intercaladas do
ducto coletor renal. No estômago, a H+-K+ ATPase bombeia H+ do LIC das células parietais para o lúmen
do órgão, onde o íon acidifica o conteúdo gástrico. O omeprazol, um inibidor da H+-K+ ATPase gástrica,
pode ser terapeuticamente utilizado para reduzir a secreção de H+ para o tratamento de alguns tipos
de úlceras pépticas.
Transporte Ativo Secundário
Os processos de transporte ativo secundário são aqueles em que o transporte de um soluto é acoplado
ao de outro(s) soluto(s). Um desses solutos, geralmente o Na+, se move a favor do gradiente
eletroquímico (passivamente) e o outro soluto se move contra esse gradiente (ativamente). O
movimento passivo do Na+ fornece energia para a movimentação ativa do outro soluto. Assim, a
energia metabólica, sob a forma de ATP, não é usada de forma direta, mas é indiretamente suprida
pelo gradiente de concentração de Na+ por meio da membrana celular. (A Na+-K+ ATPase, utilizando
ATP, cria e mantém este gradiente de Na+). O nome transporte ativo secundário, portanto, se refere à
utilização indireta de ATP como fonte de energia.
A inibição da Na+-K+ ATPase (p. ex., pelo tratamento com ouabaína) diminui o transporte de Na+ do
LIC para o LEC, aumentando a concentração intracelular desse íon e, assim, reduzindo seu gradiente
transmembrana. Dessa forma, todos os processos de transporte ativo secundário são indiretamente
diminuídos pelos inibidores da Na+-K+ ATPase, já que sua fonte de energia, o gradiente de Na+, é menor.
Existem dois tipos de transporte ativo secundário, diferenciados pela direção do movimento ativo do
soluto. Quando essa movimentação ocorre na mesma direção que a de Na+, é denominada
cotransporte ou simporte. Se tal movimentação for oposta à de Na+, é chamada contratransporte,
antiporte ou troca.
Cotransporte
O cotransporte (simporte) é uma forma de transporte ativo secundário em que todos os solutos são
transportados na mesma direção por meio da membrana celular. O Na+ é movido para dentro da
célula pelo carreador, seguindo seu gradiente eletroquímico; os solutos, cotransportados com o Na+,
também são movidos para dentro das células. O cotransporte participa de diversos processos
fisiológicos importantes, principalmente nos epitélios absortivos do intestino delgado e dos túbulos
renais. O cotransporte de Na+-glicose (SGLT) e o cotransporte de Na+-aminoácido, por exemplo,
estão presentes nas membranas luminais das células epiteliais do intestino delgado e do túbulo
proximal renal. Outro exemplo de cotransporte no túbulo renal é o cotransporte de Na+-K+-2Cl- na
membrana luminal das células epiteliais do ramo ascendente espesso. Em cada exemplo, o gradiente
de Na+ estabelecido pela Na+-K+ ATPase é usado no transporte de solutos, como glicose, aminoácidos, K+
ou Cl, contra os gradientes eletroquímicos.
A Figura 1.7 ilustra os princípios do cotransporte, usando o exemplo do cotransporte de Na+-glicose
(SGTL1 ou proteína transportadora de Na-glicose 1) nas células epiteliais do intestino. O
cotransportador está na membrana luminal dessas células e pode ser visto como portador de dois
sítios de reconhecimento específico, um para os íons Na+ e outro para glicose. O Na+ e a glicose
presentes no lúmen do intestino delgado se ligam ao mesmo tempo ao cotransportador. Nessa
configuração, a proteína cotransportadora gira e libera o Na+ e a glicose no interior da célula
(subsequentemente, os dois solutos são transportados para fora da célula, através da membrana
basolateral – o Na+ pela Na+-K+ ATPase e a glicose por difusão facilitada). Na ausência de Na+ ou glicose
no lúmen intestinal, o cotransportador não pode girar. Assim, ambos os solutos são necessários e
nenhum deles pode ser transportado na ausência do outro (Quadro 1.1).
FIGURA 1.7  Cotransporte de Na+-glicose em uma célula epitelial intestinal. 
ATP, Trifosfato de adenosina; SGTL1, proteína transportadora de Na+-glicose.
Q u a d r o 1 . 1     F is io logia Cl ínica : Gl icosúria Devido a Diabetes
Mel i to
Descrição do caso
Em seu exame médico anual, um garoto de 14 anos relata sintomas de micção frequente e sede
intensa. A análise com tira reagente revela a presença de níveis elevados de glicose na urina. O
médico solicita a realização de uma curva glicêmica, que leva ao diagnóstico de diabetes do tipo 1.
O paciente foi tratado com insulina injetável e os resultados das análises subsequentes com tiras
reagentes foram normais.
Explicação do caso
Embora o diabetes melito do tipo 1 seja uma doença complexa, a discussão é limitada ao sintoma
de micção frequente e ao achado de glicosúria (presença de glicose na urina). O rim costuma lidar
com a glicose da seguinte maneira: a glicose do sangue é filtrada pelos capilares glomerulares. As
células epiteliais, que revestem o túbulo proximal renal, reabsorvem toda a glicose filtrada e,
assim, a molécula não é excretada na urina. Assim, a análise com tiras reagentes mostra a ausência
de glicose na urina normal. Se as células epiteliais do túbulo proximal não reabsorverem toda a
glicose filtrada, devolvendo-a ao sangue, as moléculas que escapam à reabsorção são excretadas. O
mecanismo celular dessa reabsorção é um cotransportador de Na+-glicose na membrana luminal
das células do túbulo proximal. Uma vez que esse é um transporte mediado por carreador, há um
número finito de sítios de ligação de glicose. Com esses sítios de ligação completamente ocupados,
ocorre a saturação do transporte (transporte máximo).
Nesse paciente com diabetes melito do tipo 1, a insulina não é produzida em quantidades
suficientes pelas células β do pâncreas. A insulina é necessária para o consumo normal de glicose
pelo fígado, pelos músculos e por outras células. Sem insulina, a concentração de glicose no sangue
aumenta, porque as células não a consomem. Quando a glicemia aumenta muito, mais glicose é
filtrada pelos glomérulos renais e a quantidade filtrada excede a capacidade do cotransportador de
Na+-glicose. A glicose que não pode ser reabsorvida devido à saturação desse transportador é,
então, excretada pela urina.
Tratamento
O tratamento do paciente com diabetes melito do tipo 1 é composto pela injeção de insulina
exógena. Seja normalmente secretada pelas células β pancreáticas ou administrada de forma
injetável, a insulina reduz a glicemia ao promover o consumo da molécula pelas células. Quando
esse paciente recebeu a insulina, sua glicemia diminuiu; assim, a quantidade de glicose filtrada
também foi reduzida e, assim, os cotransportadores de Na+-glicose não foram mais saturados. Toda
a glicose filtrada pôde ser reabsorvida e, portanto, não houve excreção da molécula na urina.
Por fim, o papeldo processo de cotransporte de Na+-glicose pode ser entendido no contexto da
absorção intestinal total de carboidratos. Os carboidratos da dieta são digeridos por enzimas
gastrintestinais a uma forma absorvível, os monossacarídeos. Um desses monossacarídeos é a glicose,
que é absorvida pelas células do epitélio intestinal por uma combinação do cotransporte de Na+-glicose
na membrana luminal e a difusão facilitada de glicose na membrana basolateral. O cotransporte de
Na+-glicose é a etapa ativa, que permite que a glicose seja absorvida para o sangue contra um
gradiente eletroquímico.
Contratransporte
O contratransporte (antiporte ou troca) é uma forma de transporte ativo secundário em que os solutos
se movem em direções opostas através da membrana celular. O Na+ se move para dentro das células,
seguindo seu gradiente eletroquímico; os solutos que são contratransportados ou trocados por Na+ se
movem para fora das células. O contratransporte é ilustrado pela troca de Ca2+-Na+ (Figura 1.8) e pela
troca de Na+-H+. Como no cotransporte, cada processo usa o gradiente de Na+ estabelecido pela Na+-K+
ATPase como fonte de energia; o Na+ se move em direção ao seu gradiente eletroquímico
(passivamente) e o Ca2+ ou H+ se movimenta contra esse gradiente (ativamente).
FIGURA 1.8  Contratransporte (troca) de Ca2+-Na+ em uma célula muscular. ATP, Trifosfato de
adenosina.
A troca de Ca2+-Na+ é um dos mecanismos de transporte que, em conjunto com Ca2+ ATPase, ajuda a
manter a concentração intracelular de Ca2+ em níveis muito baixos (≈ 10-7 M). Para fazer a troca de
Ca2+-Na+, o transporte ativo deve atuar, já que o Ca2+ se move para fora das células contra seu gradiente
eletroquímico. A Figura  1.8 ilustra o conceito da troca de Ca2+-Na+ na membrana de uma célula
muscular. A proteína trocadora possui sítios de reconhecimento para Ca2+ e Na+. A proteína deve se
ligar ao Ca2+ no lado intracelular da membrana e, simultaneamente, ao Na+ no lado extracelular. Nessa
configuração, a proteína trocadora gira e leva o Ca2+ para fora da célula e o Na+ para seu interior.
A estequiometria da troca de Ca2+-Na+ varia entre os diferentes tipos celulares e pode até mesmo
variar em um único tipo celular sob condições específicas. De modo geral, porém, três íons Na+ entram
na célula para cada íon Ca2+ retirado. Com esta estequiometria de três íons Na+ para um Ca2+, três
cargas positivas entram na célula enquanto duas saem, fazendo com que o trocador Ca2+-Na+ seja
eletrogênico.
Osmose
A osmose é o fluxo de água através de uma membrana semipermeável devido a diferenças na
concentração de solutos. As diferenças de concentração de solutos impermeáveis estabelecem
diferenças de pressão osmótica e essas fazem a água fluir por osmose. A osmose de água não é o
mesmo que a sua difusão: a osmose ocorre por causa de uma diferença de pressão, enquanto que a
difusão ocorre devido a uma diferença de concentração (ou atividade) da água.
Osmolaridade
A osmolaridade de uma solução é sua concentração de partículas osmoticamente ativas, expressas
como osmoles por litro ou miliosmoles por litro. Para calcular a osmolaridade, é preciso saber a
concentração do soluto e se esse se dissocia em solução. A glicose, por exemplo, não se dissocia em
solução; o NaCl se dissocia em duas partículas e o CaCl2 se dissocia em três partículas. O símbolo “g”
indica o número de partículas em solução e também considera a ocorrência de dissociação completa
ou apenas parcial. Assim, se a dissociação de NaCl em duas partículas for completa, g equivale a 2; se a
dissociação de NaCl for apenas parcial, g fica entre 1 e 2. A osmolaridade é calculada da seguinte
forma:
em que
Osmolaridade = Concentração de partículas (mOsm/L)
g = Número de partículas por mol em solução (Osm/mol)
C = Concentração (mmol/L)
Quando duas soluções apresentam a mesma osmolaridade, elas são chamadas isosmóticas. Se duas
soluções apresentam osmolaridades diferentes, a de maior osmolaridade é denominada
hiperosmótica e a de menor osmolaridade, hiposmótica.
Osmolalidade
A osmolalidade é similar à osmolaridade, exceto por ser a concentração de partículas osmoticamente
ativas expressa como osmoles (ou miliosmoles) por quilograma de água. Uma vez que 1 kg de água é
praticamente equivalente a 1 L de água, a osmolaridade e a osmolalidade têm, em essência, o mesmo
valor numérico.
Exemplo de problema
A Solução A possui 2 mmol/L de ureia e a Solução B possui 1 mmol/L de NaCl. Considere gNaCl = 1,85.
As duas soluções são isosmóticas?
Solução
Calcule as osmolaridades de ambas as soluções para compará-las. A Solução A contém ureia, que
não se dissocia em solução. A Solução B contém NaCl, que se dissocia de forma parcial, mas não
completa, em solução (ou seja, g de soluto nas duas soluções sejam iguais. Em outras palavras, o soluto se
comporta como água. Nesse caso, não há pressão osmótica efetiva através da membrana e,
assim, não existe força motriz para o fluxo osmótico de água. Veja novamente a equação de
van’t Hoff e perceba que, quando σ = 0, a pressão osmótica efetiva calculada é igual a zero. A
ureia é um exemplo de soluto com σ = 0 (ou quase 0).
♦ σ = um valor entre 0 e 1 (Figura 1.10B). Muitos solutos não são impermeantes (σ = 1) nem
livremente permeantes (σ = 0) através das membranas, apresentando coeficientes de
reflexão em algum ponto entre 0 e 1. Em tais casos, a pressão osmótica efetiva fica entre seu
valor máximo possível (quando o soluto é completamente impermeante) e zero (quando o
soluto é livremente permeante). Veja novamente a equação de van’t Hoff e perceba que,
quando σ está entre 0 e 1, a pressão osmótica efetiva é menor do que seu valor máximo
possível, mas maior do que zero.
FIGURA 1.10  Coeficiente de reflexão (σ).
Quando duas soluções separadas por uma membrana semipermeável apresentam a mesma pressão
osmótica efetiva, são denominadas isotônicas; ou seja, não há fluxo de água entre elas, já que não há
diferença de pressão osmótica efetiva através da membrana. Quando duas soluções possuem pressões
osmóticas efetivas diferentes, aquela com menor pressão é hipotônica e a de maior pressão é
hipertônica. A água flui da solução hipotônica para a solução hipertônica (Quadro 1.2).
Q u a d r o 1 . 2     F is io logia Cl ínica : Hiposmolaridade com Edema
Cerebral
Descrição do caso
Um homem de 72 anos de idade foi recentemente diagnosticado com carcinoma pulmonar de
pequenas células. O paciente tentou se manter ativo, trabalhando como consultor, mas a doença o
enfraqueceu. Uma noite, sua esposa percebeu que ele parecia confuso e letárgico e, subitamente, o
paciente sofreu uma convulsão do tipo grande mal. No pronto-socorro, sua concentração
plasmática de Na+ era de 113 mEq/L (normal, 140 mEq/L) e sua osmolaridade plasmática era de 230
mOsm/L (normal, 290 mOsm/L). O paciente foi imediatamente tratado com uma infusão
hipertônica de NaCl e recebeu alta alguns dias depois, tendo sido instruído a limitar sua ingestão
de água.
Explicação do caso
O carcinoma de pequenas células do paciente secreta, de forma independente, hormônio
antidiurético (ADH), o que provoca síndrome de secreção inadequada de hormônio antidiurético
(SIADH). Na SIADH, os altos níveis circulantes de ADH provocam a reabsorção excessiva de água
pelas células principais do final do túbulo distal e dos ductos coletores renais. O excesso de água
que é reabsorvido e retido no organismo dilui a concentração de Na+ e a osmolaridade do LEC. A
menor osmolaridade faz com que a pressão osmótica efetiva do LEC também seja menor e, em
resumo, a pressão osmótica do LEC é inferior à pressão osmótica do LIC. A diferença de pressão
osmótica efetiva através das membranas celulares provoca o fluxo osmótico de água do LEC para o
LIC, causando edema celular. Uma vez que o cérebro está contido em uma estrutura fixa (o crânio),
o aumento de volume das células cerebrais pode provocar convulsão.
Tratamento
O tratamento do paciente com a infusão hipertônica de NaCl foi realizado para aumentar
rapidamente a osmolaridade do LEC e a pressão osmótica, o que elimina a diferença de pressão
osmótica efetiva nas membranas das células nervosas e interrompe o fluxo osmótico de água e o
edema cerebral.
Exemplo de problema
Uma solução de 1 mol/L de NaCl é separada de uma solução com 2 mol/L de ureia por uma
membrana semipermeável. Assuma a dissociação completa de NaCl, σNaCl  = 0,3 e σureia  =  0,05. As
duas soluções são isosmóticas e/ou isotônicas? Há fluxo total de água e qual sua direção?
Solução
Etapa 1. Para determinar se as soluções são isosmóticas, simplesmente calcule a osmolaridade de
cada solução (g x C) e compare os dois valores. Foi dito que a dissociação do NaCl é completa (ou
seja, há separação em duas partículas); assim, para o NaCl, g = 2. A ureia não está dissociada na
solução; assim, para a ureia, g = 1.
A osmolaridade de cada solução é de 2 Osm/L – assim, as soluções são isosmóticas.
Etapa 2. Para determinar se as soluções são isotônicas, a pressão osmótica efetiva de cada
solução deve ser calculada. Assuma que, a 37 C (310 K), RT = 25,45 L atm/mol. Assim,
Embora as duas soluções apresentem as mesmas osmolaridades calculadas e sejam isosmóticas
(Etapa 1), possuem pressões osmóticas efetivas diferentes, não sendo isotônicas (Etapa 2). Essa
diferença ocorre porque o coeficiente de reflexão do NaCl é muito maior do que o da ureia e, assim,
o NaCl cria uma maior pressão osmótica efetiva. A água flui da solução de ureia para a de NaCl, da
solução hipotônica para a hipertônica.
Potenciais de difusão e potenciais de equilíbrio
Canais Iônicos
Os canais iônicos são proteínas integrais de membrana que a atravessam completamente e, quando
abertos, permitem a passagem de certos íons. Dessa maneira, os canais iônicos são seletivos e
permitem que íons com características específicas passem através deles. Essa seletividade baseia-se no
tamanho do canal e nas cargas que o recobrem. Os canais revestidos com cargas negativas, por
exemplo, normalmente permitem a passagem de cátions, mas não de ânions; os canais revestidos com
cargas positivas permitem a passagem de ânions, mas não de cátions. Os canais também discriminam
íons com base em seu tamanho. Um canal seletivo de cátions e revestido com cargas negativas, por
exemplo, pode permitir a passagem de Na+, mas não de K+; outro canal seletivo de cátions (p. ex., o
receptor nicotínico na placa motora) pode apresentar seletividade menor e permitir a passagem de
diferentes cátions pequenos.
A maioria dos canais iônicos são controlados por comportas e, dependendo da posição dessas
comportas, os canais podem estar abertos ou fechados. Quando um canal está aberto, os íons para os
quais é seletivo podem atravessá-lo por difusão passiva, seguindo um gradiente eletroquímico
existente. No estado aberto, há uma via contínua entre LEC e LIC, pela qual os íons podem fluir.
Quando o canal está fechado, os íons não podem fluir por ele, independentemente do tamanho do
gradiente eletroquímico. A condutância de um canal depende da probabilidade de estar aberto.
Quanto maior tal probabilidade, maior sua condutância ou permeabilidade.
As comportas dos canais iônicos são controladas por três tipos de sensores* . Um tipo de comporta
possui sensores que respondem a alterações no potencial de membrana (ou seja, canais dependentes
de voltagem); um segundo tipo de comporta responde a mudanças nas moléculas de sinalização (ou
seja, canais acionados por segundo mensageiro); e o terceiro tipo de comporta responde a alterações
em ligantes como hormônios ou neurotransmissores (ou seja, canais acionados por ligantes).
♦ Os canais dependentes de voltagem possuem comportas que são controladas por
alterações no potencial de membrana. A comporta de ativação no canal de Na+ de
axônios, por exemplo, é aberta pela despolarização da membrana da célula nervosa; a
abertura desse canal é responsável pelo pico do potencial de ação. É interessante notar que
outra comporta no canal de Na+, uma comporta de inativação, é fechada pela
despolarização. Uma vez que a comporta de ativação responde mais rapidamente à
despolarização do que a comporta de inativação, o canal de Na+ se abre e logo se fecha. Essa
diferença no tempo de resposta das duas comportas é parcialmente responsável pelo
formato e pela progressão temporal do potencial de ação.
♦ Os canais acionados por segundo mensageiro possuem comportas controladas por
mudanças nos níveis de moléculas de sinalização intracelular, como o monofostato cíclico de
adenosina (AMPc) ou o 1,4,5-trifosfato de inositol (IP3). Assim, os sensores dessas comportas
estão do lado intracelular do canal iônico. As comportas nos canais de Na+ no nó sinoatrial
do coração, por exemplo, são abertas pelo aumento do AMPc intracelular.
♦ Os canais dependentes