Potencial de ação: a mensagem dos neurônios

O potencial de ação é um fenômeno elétrico ou químico de curta duração que ocorre nos neurônios do cérebro. Pode-se dizer que é a mensagem que um neurônio transmite para outros neurônios.

O potencial de ação é produzido no corpo da célula (núcleo), também chamado soma. Viaja através do axônio (prolongamento do neurônio, semelhante a um cabo) até atingir seu fim, chamado botão terminal.

Potencial de ação: a mensagem dos neurônios 1

Os potenciais de ação em um determinado axônio sempre têm a mesma duração e intensidade. Se o axônio se ramifica em outras extensões, o potencial de ação é dividido, mas sua intensidade não é reduzida.

Quando o potencial de ação atinge os botões terminais do neurônio, eles secretam substâncias químicas chamadas neurotransmissores. Essas substâncias excitam ou inibem o neurônio que as recebe e podem gerar um potencial de ação no referido neurônio.

Muito do que se sabe sobre os potenciais de ação dos neurônios vem de experimentos realizados com axônios de lula gigantes. É fácil estudar devido ao seu tamanho, pois se estende da cabeça à cauda. Eles servem para que o animal possa se mover.

Potencial da membrana do neurônio

Os neurônios têm cargas elétricas diferentes dentro e fora. Essa diferença é chamada potencial de membrana .

Quando um neurônio está em potencial de repouso , isso significa que sua carga elétrica não é alterada por potenciais sinápticos excitatórios ou inibitórios.

No entanto, quando outros potenciais a influenciam, o potencial da membrana pode ser reduzido. Isso é conhecido como despolarização .

Pelo contrário, quando o potencial da membrana aumenta em relação ao seu potencial normal, ocorre um fenômeno chamado hiperpolarização .

Quando ocorre uma inversão muito rápida do potencial da membrana, é dado um potencial de ação . Isso consiste em um breve impulso elétrico, que se traduz na mensagem que viaja através do axônio do neurônio. Começa no corpo da célula, atingindo os botões do terminal.

É importante observar que, para que um potencial de ação ocorra, as mudanças elétricas devem atingir um limite, chamado limiar de excitação . Esse é o valor do potencial de membrana que deve ser necessariamente alcançado para que o potencial de ação ocorra.

Potenciais de ação e mudanças nos níveis de íons

Sob condições normais, o neurônio está preparado para receber sódio (Na +) no interior. No entanto, sua membrana não é muito permeável a esse íon.

Além disso, possui os conhecidos “transportadores de sódio-potássio”, uma proteína encontrada na membrana das células, responsável pela remoção de íons de sódio e pela introdução de íons de potássio. Especificamente, para cada 3 íons de sódio extraídos, introduza dois potássios.

Esses transportadores mantêm um baixo nível de sódio dentro da célula. Se a permeabilidade da célula aumentasse e mais sódio entrasse subitamente, o potencial da membrana mudaria radicalmente. Aparentemente, é isso que causa um potencial de ação.

Em particular, a permeabilidade da membrana ao sódio aumentaria, inserindo-as no neurônio. Ao mesmo tempo, isso permitiria que os íons de potássio deixassem a célula.

Como essas mudanças de permeabilidade ocorrem?

As células possuem muitas proteínas chamadas canais iônicos incorporados em suas membranas . Eles possuem aberturas pelas quais os íons podem entrar ou sair das células, embora nem sempre estejam abertos. Os canais fecham ou abrem de acordo com determinados eventos.

Existem vários tipos de canais de íons, e cada um é geralmente especializado para conduzir exclusivamente a certos tipos de íons.

Por exemplo, um canal de sódio aberto pode passar mais de 100 milhões de íons por segundo.

Como são produzidos os potenciais de ação?

Os neurônios transmitem informações eletroquimicamente. Isso significa que os produtos químicos produzem sinais elétricos.

Esses produtos químicos têm uma carga elétrica, razão pela qual são chamados de íons. Os mais importantes no sistema nervoso são o sódio e o potássio, com carga positiva. Além de cálcio (2 cargas positivas) e cloro (uma carga negativa).

Alterações no potencial da membrana

O primeiro passo para um potencial de ação ocorrer é uma alteração no potencial de membrana da célula. Essa alteração deve exceder o limite de excitação.

Especificamente, há uma redução no potencial de membrana, chamado de despolarização.

Abertura dos canais de sódio

Como conseqüência, os canais de sódio embutidos na membrana se abrem, permitindo que o sódio entre massivamente dentro do neurônio. Estes são acionados por forças de difusão e pressão eletrostática.

Como os íons sódio são carregados positivamente, eles produzem uma rápida mudança no potencial da membrana.

Abertura dos canais de potássio

A membrana do axônio possui canais de sódio e potássio. No entanto, os últimos abrem mais tarde, porque são menos sensíveis. Ou seja, eles precisam de um nível mais alto de despolarização para abrir e é por isso que abrem mais tarde.

Fechamento de canais de sódio

Chega um momento em que o potencial de ação atinge seu valor máximo. A partir deste período, os canais de sódio são bloqueados e fechados.

Eles não podem mais abrir novamente até que a membrana atinja o potencial de repouso novamente. Como conseqüência, o sódio não pode mais entrar no neurônio.

Fechamento de canais de potássio

No entanto, os canais de potássio permanecem abertos. Isso permite que os íons potássio fluam através da célula.

Devido à difusão e pressão eletrostática, como o interior do axônio é carregado positivamente, os íons de potássio são empurrados para fora da célula.Assim, o potencial da membrana está recuperando seu valor usual. Gradualmente, os canais de potássio estão se fechando.

Essa saída de cátion faz com que o potencial da membrana recupere seu valor normal. Quando isso ocorre, os canais de potássio começam a fechar novamente.

No momento em que o potencial da membrana atinge seu valor normal, os canais de potássio se fecham completamente. Um pouco mais tarde, os canais de sódio são reativados, preparando-se para outra despolarização para abri-los.

Finalmente, os transportadores de sódio-potássio secretam o sódio que entrou e recuperam o potássio que havia saído anteriormente.

Como a informação se espalha pelo axônio?

O axônio consiste em uma parte do neurônio, um prolongamento semelhante a um cabo. Eles podem ser muito longos para permitir que neurônios fisicamente remotos se conectem e enviem informações.

O potencial de ação se espalha ao longo do axônio e atinge os botões do terminal para enviar mensagens para a próxima célula.Se medíssemos a intensidade do potencial de ação de diferentes áreas do axônio, descobriríamos que sua intensidade permanece a mesma em todas as áreas.

Lei de tudo ou nada

Isso ocorre porque a direção axonal segue uma lei fundamental: a lei de tudo ou nada. Ou seja, um potencial de ação é dado ou não. Uma vez iniciado, ele viaja pelo axônio até o fim, mantendo sempre o mesmo tamanho, não aumenta nem diminui. Além disso, se um axônio é ramificado, o potencial de ação é dividido, mas mantém seu tamanho.

Os potenciais de ação começam no final do axônio que é anexado ao soma do neurônio. Normalmente, eles geralmente viajam em apenas uma direção.

Potencial de ação e comportamento

É possível que, nesse ponto, você possa se perguntar: se o potencial de ação é um processo do tipo tudo ou nada, como ocorrem certos comportamentos, como a contração muscular, que podem variar entre diferentes níveis de intensidade? Isso acontece pela lei da frequência.

Lei da frequência

O que acontece é que um único potencial de ação não fornece informações diretamente. Em vez disso, a informação é determinada pela frequência de descarga ou taxa de disparo de um axônio. Ou seja, a frequência com que os potenciais de ação ocorrem. Isso é conhecido como “lei da frequência”.

Assim, uma alta frequência de potenciais de ação resultaria em uma contração muscular muito intensa.

O mesmo vale para a percepção. Por exemplo, um estímulo visual muito brilhante, a ser capturado, deve produzir uma alta “taxa de disparo” nos axônios ligados aos olhos. Dessa maneira, a frequência dos potenciais de ação reflete a intensidade de um estímulo físico.

Portanto, a lei de tudo ou nada é complementada pela lei da frequência.

Outras formas de troca de informações

Potenciais de ação não são os únicos tipos de sinais elétricos que ocorrem nos neurônios. Por exemplo, o envio de informações através de uma sinapse gera um pequeno impulso elétrico na membrana do neurônio que recebe os dados.

Em certas ocasiões, uma leve despolarização muito fraca para produzir um potencial de ação pode alterar levemente o potencial da membrana.

No entanto, essa alteração é gradualmente reduzida à medida que viaja através do axônio. Nesse tipo de transmissão de informações, nem os canais de sódio nem de potássio abrem ou fecham.

Assim, o axônio atua como um cabo subaquático. À medida que o sinal é transmitido através dele, sua amplitude diminui. Isso é conhecido como diminuição da condução e ocorre devido às características do axônio.

Potenciais de ação e mielina

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Os axônios de quase todos os mamíferos são cobertos com mielina. Ou seja, eles têm segmentos cercados por uma substância que permite a condução nervosa, tornando-a mais rápida. A mielina é envolvida em torno do axônio sem deixar que o fluido extracelular o atinja.

A mielina é produzida no sistema nervoso central por células chamadas oligodendrócitos. Enquanto, no sistema nervoso periférico , as células de Schwann o produzem.

Os segmentos de mielina, conhecidos como bainhas de mielina, são divididos por áreas descobertas do axônio. Essas áreas são chamadas de nódulos de Ranvier e estão em contato com o fluido extracelular.

O potencial de ação é transmitido de maneira diferente em um axônio não mielinizado (que não é coberto com mielina) do que em um axônio mielínico.

O potencial de ação pode viajar através da membrana axonal coberta por mielina devido às propriedades do cabo. O axônio dessa maneira conduz a mudança elétrica do local onde o potencial de ação ocorre para o próximo nódulo de Ranvier.

Essa alteração é ligeiramente reduzida, mas é intensa o suficiente para causar um potencial de ação no próximo nó. Então, esse potencial é desencadeado novamente ou repetido em cada nódulo de Ranvier, sendo transportado por toda a área mielinizada para o próximo nódulo.

Esse tipo de condução de potenciais de ação é chamado de condução saltatória. Seu nome vem do latim “saltare”, que significa “dança”. O conceito é que o impulso parece saltar de nódulo em nódulo.

Vantagens de dirigir pulando para transmitir potenciais de ação

Este tipo de condução tem suas vantagens. Primeiro, para economizar energia. Os transportadores de sódio-potássio gastam muita energia extraindo excesso de sódio do interior do axônio durante os potenciais de ação.

Esses transportadores de sódio-potássio estão localizados em áreas do axônio que não são cobertas com mielina. No entanto, em um axônio mielinizado, o sódio só pode entrar nos nódulos de Ranvier. Portanto, muito menos sódio entra e, por isso, menos sódio deve ser bombeado para fora, para que os transportadores de sódio-potássio tenham que trabalhar menos.

Outro benefício da mielina é a velocidade. Um potencial de ação é conduzido mais rapidamente em um axônio mielinizado, uma vez que o impulso “salta” de um nó para outro, sem ter que passar por todo o axônio.

Esse aumento na velocidade faz com que os animais pensem e reajam mais rapidamente. Outros seres vivos, como as lulas, têm axônios sem mielina que atingem a velocidade com um aumento de tamanho. Os axônios da lula têm um diâmetro grande (cerca de 500 µm), o que lhes permite viajar mais rápido (cerca de 35 metros por segundo).

No entanto, nessa mesma velocidade, os potenciais de ação viajam nos axônios dos gatos, embora tenham um diâmetro de apenas 6 µm. O que acontece é que esses axônios contêm mielina.

Um axônio mielinizado pode levar a potenciais de ação a uma velocidade de cerca de 432 quilômetros por hora, com um diâmetro de 20 µm.

Referências

  1. Potenciais de ação (sf). Recuperado em 5 de março de 2017, na Hyperphysics, Georgia State University: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
  2. Carlson, NR (2006). Fisiologia do Comportamento 8ª Ed. Madri: Pearson.
  3. Chudler, E. (sf). Luzes, câmera, potencial de ação. Recuperado em 5 de março de 2017, da Universidade de Washington: faculty.washington.edu.
  4. Etapas do potencial de ação. (sf). Recuperado em 5 de março de 2017, de Boundless: boundless.com.

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