Potencial de ação: disseminação e etapas

Potencial de ação: disseminação e etapas

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 ocorre no corpo celular (núcleo), também chamado soma. Viaja por todo o axônio (extensão do neurônio, semelhante a um cabo) até atingir seu fim, chamado botão terminal.

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 com axônios de lula gigantes. É fácil estudar por 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 de 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.

Por outro lado, quando outros potenciais a influenciam, o potencial da membrana pode ser reduzido. Isso é conhecido como despolarização .

Por outro lado, quando o potencial da membrana aumenta em relação ao seu potencial normal, ocorre um fenômeno chamado hiperpolarização .

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

É importante ressaltar 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 +) dentro dele. No entanto, sua membrana não é muito permeável a esse íon.

Além disso, possui os conhecidos “transportadores de sódio e potássio”, uma proteína encontrada na membrana celular, responsável por remover íons de sódio e introduzir íons de potássio. Especificamente, para cada 3 íons de sódio extraídos, ele introduz dois de potássio.

Esses transportadores mantêm um baixo nível de sódio dentro da célula. Se a permeabilidade da célula aumentar e mais sódio entrar subitamente, o potencial da membrana mudará radicalmente. Aparentemente, é isso que desencadeia um potencial de ação.

Especificamente, a permeabilidade da membrana ao sódio seria aumentada, entrando nelas dentro do neurônio. Ao mesmo tempo, isso permitiria que os íons de potássio deixassem a célula.

Como essas mudanças na permeabilidade ocorrem?

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

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Existem vários tipos de canais de íons, e cada um é geralmente especializado para levar 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 de canais de sódio

Como conseqüência, os canais de sódio embutidos na membrana se abrem, permitindo que o sódio entre em massa no interior do neurônio. Estes são acionados por forças de difusão e pressão eletrostática.

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

Abertura de canais de potássio

A membrana do axônio possui canais de sódio e potássio. No entanto, os últimos são abertos 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. Após esse período, os canais de sódio são bloqueados e fechados.

Eles não poderão 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 eletrostática e pressão, 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. Pouco a pouco, os canais de potássio estão se fechando.

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

Quando o potencial da membrana atinge seu valor normal, os canais de potássio estão completamente fechados. Um pouco mais tarde, os canais de sódio são reativados em preparação 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, uma extensão semelhante a um fio do neurônio. Eles podem ser muito longos para permitir que neurônios fisicamente distantes se conectem e enviem informações uns aos outros.

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O potencial de ação se propaga 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 em diferentes áreas do axônio, descobriríamos que sua intensidade permanece a mesma em todas as áreas.

Tudo ou nada lei

Isso ocorre porque a condução axonal segue uma lei fundamental: a lei de tudo ou nada. Em outras palavras, 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 se ramifica, o potencial de ação se divide, 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 uma direção.

Potenciais de ação e conduta

É possível que, nesse ponto, você se pergunte: se o potencial de ação é um processo do tipo tudo ou nada, como ocorrem certos comportamentos, como a contração muscular que pode 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 contração muscular muito intensa.

O mesmo vale para a percepção. Por exemplo, um estímulo visual muito brilhante, para ser capturado, deve produzir uma alta “taxa de disparo” nos axônios ligados aos olhos. Dessa forma, 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 dá um pequeno impulso elétrico à 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 submarino. À medida que o sinal é transmitido através dele, sua amplitude diminui. Isso é conhecido como condução decrescente e ocorre devido às características do axônio.

Potenciais de ação e mielina

Os axônios de quase todos os mamíferos estão cobertos de mielina. Ou seja, eles têm segmentos cercados por uma substância que permite a condução nervosa, tornando-a mais rápida. A mielina envolve o axônio sem deixar que o fluido extracelular chegue até ele.

A mielina é produzida no sistema nervoso central por células chamadas oligodendrócitos. Enquanto que, no sistema nervoso periférico , é produzido pelas células de Schwann.

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Os segmentos de mielina, conhecidos como bainhas de mielina, são divididos entre si 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 pela mielina) e em um axônio mielinizado.

O potencial de ação pode viajar através da membrana axonal revestida com mielina devido às propriedades do cabo. O axônio dessa maneira conduz a mudança elétrica do local em que o potencial de ação ocorre para o próximo nó de Ranvier.

Essa alteração está diminuindo um pouco, mas é intensa o suficiente para acionar um potencial de ação no próximo nó. Esse potencial é então reativado ou repetido em cada nódulo de Ranvier, transportando-o pela área mielinizada para o próximo nódulo.

Esse tipo de condução dos potenciais de ação é chamado de condução saltatória. Seu nome vem do latim “saltare”, que significa “dançar”. O conceito é que o momento parece pular de nó em nó.

Vantagens da condução saltatória para transmitir potenciais de ação

Este tipo de condução tem suas vantagens. Primeiro de tudo, 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 nas áreas do axônio que não são cobertas com mielina. No entanto, em um axônio mielinizado, o sódio só pode entrar nos nódulos de Ranvier. Por isso, muito menos sódio entra e, por isso, menos sódio deve ser bombeado para fora, de modo que os transportadores de sódio-potássio precisam 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 livres de mielina que ganham velocidade ao aumentar seu tamanho. Os axônios das lulas têm um diâmetro grande (cerca de 500 µm), permitindo que eles viajem mais rapidamente (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 transportar 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). Retirado em 5 de março de 2017, da 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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