Potássio: O Cátion que Controla o Potencial
Distribuição e Na/K-ATPase
Potássio Total Corporal:
- Adulto 70kg: ~3500 mEq de K
- Distribuição: 98% intracelular (140-150 mEq/L); 2% extracelular (3,5-5,0 mEq/L)
- Gradiente 35:1 (intra:extra) → Mantido ativamente pela Na/K-ATPase
Na/K-ATPase (Bomba de Sódio-Potássio):
- Composição: Subunidade α (catalítica, 110kDa) + Subunidade β (glicosilada, 55kDa, estabilizadora)
- Ciclo catalítico:
1. 3 Na⁺ ligam no lado intracelular 2. ATP liga e é hidrolisado → Fosforilação de Asp369 da subunidade α 3. Mudança conformacional (E1P → E2P): Expulsa 3 Na⁺ para extracelular 4. 2 K⁺ ligam do lado extracelular → Defosforilação 5. Mudança de volta (E2 → E1): 2 K⁺ liberados intracelularmente 6. Ciclo reiniciado
Caráter Eletrogênico:
- 3 Na⁺ saem / 2 K⁺ entram = 1 carga positiva líquida sai → Contribui ~−3mV ao Vm (pequeno)
- Mas principalmente: A Na/K-ATPase CRIA e MANTÉM os gradientes que geram o potencial de membrana
Inibidores: Glicosídeos Cardíacos (Digitalis):
- Digoxina/Ouabaína: Liga-se ao domínio extracelular da subunidade α → Bloqueia Na/K-ATPase
- Resultado: ↑[Na⁺]i → Menos NCX forward (Na⁺ sai / Ca²⁺ entra) → Mais [Ca²⁺]i → Inotrofia (Força contrátil cardíaca ↑)
- Uso: Insuficiência cardíaca + Fibrilação Atrial (para controle de frequência)
- Toxicidade: Hipocalemia piora toxicidade do digitalis (K⁺ compete com Digitalis pelo sítio da NKA)
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Potencial de Membrana e Equação de Nernst
Potencial de Equilíbrio de K⁺ (EK) — Equação de Nernst: ``` EK = (RT/F) × ln([K⁺]o / [K⁺]i) EK = (0.026V) × ln(4.0/140) ≈ (0.026) × (−3.56) ≈ −90 mV ```
Equação de Goldman-Hodgkin-Katz (GHK):
- Em repouso: Membrana muito mais permeável ao K⁺ (via Canais Kir2.1/Kir3.x) que ao Na⁺ → Vm ≈ EK ≈ −70 a −90mV
- Durante PA: Nav abre → PNa aumenta 100× → Vm despolariza até ~+30mV → Depois Nav inativa + Kv abre → Repolariza
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Canais de K⁺
Kv (Voltage-Gated K Channels):
- Abrem durante despolarização → K⁺ sai → Repolarização
- Cardíacos: Ito (Kv4.3, Fase 1), IKr (hERG=KCNH2, Fase 3), IKs (KCNQ1, Fase 3)
- Mutações em hERG/KCNH2 → Síndrome QT Longo (QT > 480ms em mulheres) → Risco de Torsades de Pointes → FV → Morte Súbita
- Drogas que bloqueiam hERG: Eritromicina, Quinidina, Terfenadina (retirada), Haloperidol, Alguns antibióticos
Kir (Inward Rectifier K Channels):
- Kir2.1 (IK1): Estabelece potencial de repouso (maior condutância em repouso)
- Kir3.x (GIRK): Ativados por proteínas Gi/o (via Ach muscarinico, opioides) → Hiperpolarização neuronal → Analgesia, Bradicardia vagal
- Kir6.1/6.2 (KATP): Canal KATP = Inibido pelo ATP → Em hipóxia/isquemia: ATP cai → Canal abre → K⁺ sai → Hiperpolarização cardioprotetora (Pré-condicionamento isquêmico)
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Hipocalemia e Hipercalemia
Hipocalemia (K⁺ < 3,5 mEq/L):
- Causas: Diuréticos Tiazídicos/Alça (↑excreção renal de K⁺), Vômitos/Diarreia, Cetoacidose Diabética
- Efeitos Musculares: EK mais negativo → Hiperpolarização → Fraqueza muscular, Câimbras, Íleo Paralítico
- Efeitos Cardíacos:
- Reduz repolarização (via IK1 e IKr menores) → QT prolongado - Mais automatismo ectópico → Extrassístoles, FA, FV - Piora toxicidade de digitalis
- Tratamento: KCl oral (preferencial) ou IV em casos graves
Hipercalemia (K⁺ > 5,5 mEq/L):
- EK mais positivo → Membrana despolarizada → Nav (especialmente cardíacos) se inativam
- ECG: Ondas T ponteagudas (precoce) → PR alargado → QRS alargado → Onda senoide → Fibrilação Ventricular
- Tratamento Emergência: Ca²⁺ IV (estabiliza membrana), Insulina + Glicose (move K⁺ para célula), Bicarbonato, Kayexalate (resina), Diálise
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Referências
- Skou JC. "The influence of some cations on an adenosine triphosphatase from peripheral nerves." *Biochim Biophys Acta.* 1957;23(2):394–401. [Nobel Prize 1997]
- Bhatt DL, et al. "Physiology of potassium: implications for management of 'asymptomatic hypokalemia'." *Am J Cardiol.* 2002;65(9):68E–76E.
- Guo J, et al. "Structure of the human ERG1 potassium channel and its implications for drug interactions." *Nat Chem Biol.* 2016;12(7):535–541.
- Kléber AG, Rudy Y. "Basic mechanisms of cardiac impulse propagation and associated arrhythmias." *Physiol Rev.* 2004;84(2):431–488.
- Dhalla AK, et al. "Cellular potassium balance and ion channels in the heart." *J Physiol.* 2010;588(18):3473–3486.
- Kardalas E, et al. "Hypokalemia: a clinical update." *Endocr Connect.* 2018;7(4):R135–R146.