A síndrome de Lambert-Eaton parece ser causada pela circulação de anticorpos contra os canais de cálcio dependentes da voltagem. A entrada de cálcio no terminal nervoso durante a despolarização é reduzida, com a consequente redução do número de quanta de acetilcolina libertados.
A libertação espontânea de quanta por exocitose não é afetada. Assim, durante a estimulação repetitiva, o potencial da placa terminal pode aumentar antes de um potencial de ação ser finalmente desencadeado. Isto explica o aumento inicial da força durante uma contração voluntária.
Pode demonstrar-se que as células do tumor têm canais de cálcio dependentes da voltagem. Pensa-se que a associação do carcinoma do pulmão de pequenas células com a síndrome de Lambert Eaton resulta de uma resposta inicial de auto-anticorpos para bloquear os canais nas células tumorais, com bloqueio secundário dos terminais nervosos normais.
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