5 Regulação das Concentrações Intracelulares de Aniões
Regulação do Cloro depende da coordenação de vários processos (Fig. 2). Alguns canais de fuga de cloreto têm sido sugeridos para reduzir a concentração de cloreto intracelular actuando como válvulas unidireccionais. Esta idéia deriva da observação de que canais de cloreto como o ClC-2 (gene clcn2) são mais permeáveis ao cloreto que sai da célula do que ao cloreto que entra na célula.35 Independentemente desta permeabilidade diferencial, que é chamada de retificação, a direção do fluxo de cloreto ainda depende da força motriz do cloreto. Isto significa que o cloreto raramente terá a oportunidade de sair da célula via ClC-2, porque a força motriz do cloreto está quase sempre na direção oposta. Como a “válvula” é imperfeita, os canais de ClC-2 realmente deixam o cloreto vazar para dentro da célula.36
A falha dos canais para deixar o cloreto sair da célula destaca a necessidade de diferentes mecanismos de transporte de íons que podem mover o cloreto contra seu gradiente.37 Cotransportadores, ou symporters, movem duas ou mais espécies de íons na mesma direção através da membrana da célula; o cloreto pode mover-se contra seu gradiente através do piggyback de outro íon que se move para baixo em seu gradiente. Os trocadores, ou antitransportadores, fazem efetivamente a mesma coisa, mas acoplando o movimento de espécies de íons que fluem em direções opostas através da membrana. O principal extrusor de cloreto nos neurônios é o cotransportador de cloreto de potássio 2 (KCC2) (gene slc12a5). O KCC2 permite que os íons de potássio piggyback cloreto que fluem pelo seu gradiente e para fora da célula. O processo é electroneutro devido à estequiometria 1:1 de cloreto e potássio. O processo não é ativo na medida em que não envolve diretamente a hidrólise de ATP (e portanto não deve ser referido como bombeamento); em vez disso, o processo é secundariamente ativo uma vez que o KCC2 depende do gradiente de potássio que é mantido pela ATPase sódio-potássio, que bombeia o potássio para dentro da célula.
O cotransportador sódio-potássio 1 ou NKCC1 (gene slc12a2) é outro importante contribuinte para a homeostase neuronal do cloreto. O NKCC1 aproveita o gradiente de sódio para mover o potássio e o cloreto para dentro da célula, resultando assim em uma alta concentração intracelular de cloreto. Isto é, claro, o oposto de como o KCC2 afeta o cloreto. A expressão relativa do NKCC1 e KCC2 dita assim a concentração intracelular de cloreto, não obstante os efeitos da carga de cloreto através de vários canais de cloreto incluindo GABAA ativado e canais de glicina. Vários pontos devem ser observados. Primeiro, o NKCC1 é fortemente expresso no início do desenvolvimento enquanto o KCC2 é apenas fracamente expresso, mas ocorre uma mudança no desenvolvimento que leva ao padrão inverso na idade adulta.38,39 No corno dorsal de rato, o Eanion parece atingir seu valor maduro em torno de 2 semanas após o nascimento,40 mas a capacidade total de extrusão de cloreto não é alcançada até 3-4 semanas após o nascimento41; em outras palavras, as cargas de cloreto mais prontamente sobrecarregam a extrusão de cloreto mediada pelo KCC2 em neurônios jovens. Em segundo lugar, a chave de desenvolvimento não ocorre em neurônios aferentes primários, o que significa que os níveis de NKCC1 permanecem altos, resultando em altas concentrações intracelulares de cloreto nessas células.42,43 Terceiro, NKCC1 e KCC2 não são expressos uniformemente dentro de um único neurônio, o que pode levar a cloreto intracelular alto em um compartimento (como o segmento inicial do axônio) e cloreto intracelular baixo em outros compartimentos (como o soma e os dendritos).44,45 E por último, os níveis adultos normais de expressão do KCC2 podem ser patologicamente alterados (Seção 8).
É preciso mencionar como os registros eletrofisiológicos são conduzidos, pois isso pode (deliberada ou inadvertidamente) levar a mudanças na concentração de cloreto intracelular. Com a técnica da pinça de remendo de célula inteira, a membrana celular é rompida para ganhar acesso elétrico à célula após a vedação da pipeta de remendo à membrana celular; conseqüentemente, o citosol é dialisado com a solução da pipeta. A solução da pipeta é frequentemente concebida para ter uma concentração de cloreto próxima do nível intracelular natural, mas por vezes tem deliberadamente uma concentração elevada de cloreto para aumentar a força motriz do cloreto (por exemplo, para facilitar a detecção de pequenas correntes pós-sinápticas inibitórias). Qualquer uma das abordagens é aceitável dependendo da pergunta a ser feita. Mas, em ambos os casos, a dialisação da célula significa que o cloreto intracelular é efetivamente fixado na ou próximo do nível de cloreto na solução da pipeta, o que obviamente não é apropriado para medir o nível natural de cloreto na célula. Este problema pode ser resolvido usando a técnica de remendo perfurado.46 Dito isto, a dialisação da célula pode ser usada para testar a capacidade de extrusão, determinando se a concentração de cloreto intracelular equilibra com a concentração da pipeta ou se a célula consegue manter um nível mais baixo devido aos seus mecanismos de extrusão.47,48 Além disso, na braçadeira de tensão, o potencial da membrana é alterado abruptamente e mantido em valores arbitrariamente escolhidos, o que pode levar a forças motrizes de cloreto muito antinaturais. Como explicado por Ratté e Prescott,36 tais detalhes experimentais devem ser cuidadosamente considerados para evitar interpretações errôneas.
Como já mencionado, o bicarbonato flui através de GABAA ativado e receptores de glicina. A probabilidade do efluxo de bicarbonato causar acúmulo extracelular é baixa, dada a difusão relativamente irrestrita de bicarbonato no espaço extracelular, mas o efluxo de bicarbonato pode esgotar os níveis de bicarbonato intracelular e causar uma queda no pH.49 Entretanto, isto tende a não ocorrer em condições normais, pois o bicarbonato intracelular é reabastecido pela conversão de dióxido de carbono e água em bicarbonato e prótons pela enzima anidrase carbônica; como gás, o dióxido de carbono se difunde livremente através da membrana celular. O bicarbonato intracelular pode ser esgotado (e seu efluxo assim reduzido) através do bloqueio da anidrase carbônica pela acetazolamida,32 que pode, de fato, ter efeitos analgésicos (seção 9). A regulação do pH implica outras reações químicas e mecanismos de transporte, e o próprio bicarbonato pode ser fechado através da membrana celular em troca de cloreto.50