Potencial de ação a mensagem dos neurônios

O potencial de ação é um fenômeno elétrico ou químico de curta duração que acontece nos neurônios do nosso cérebro. Pode-se dizer que é a mensagem que será transmitida para outros neurônios.

É produzido no corpo da célula (núcleo), também chamado soma. Ele percorre todo o axônio (prolongamento do neurônio, semelhante a um cabo) até chegar ao fim, chamado de 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. Estas substâncias excitam ou inibem o neurônio que as recebe, podendo 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 de membrana do neurônio

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

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

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

Ou, pelo contrário, quando o potencial de membrana aumenta em relação ao seu potencial normal, um fenômeno chamado hiperpolarização.

Quando uma inversão muito rápida do potencial de membrana ocorre repentinamente, 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, alcançando os botões do terminal.

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

Potenciais de ação e mudanças nos níveis de íons

Em 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, ele tem os conhecidos "transportadores de sódio-potássio", uma proteína encontrada na membrana das células que é responsável pela remoção de íons de sódio e pela introdução de íons de potássio nela. Em particular, para cada 3 iões de sódio extraídos, introduza dois potássio.

Esses transportadores mantêm um baixo nível de sódio dentro da célula. Se a permeabilidade da célula aumentasse e uma quantidade maior de sódio entrasse de repente, o potencial de membrana mudaria radicalmente. Aparentemente, isso é o que desencadeia um potencial de ação.

Em particular, a permeabilidade da membrana ao sódio seria aumentada, entrando no interior do neurônio. Enquanto, ao mesmo tempo, isso permitiria que os íons de potássio deixassem a célula.

Como essas mudanças na permeabilidade ocorrem?

As células têm numerosas proteínas incorporadas em sua membrana canais iônicos. Estes têm aberturas através das quais os íons podem entrar ou sair das células, embora nem sempre estejam abertos. Os canais são fechados ou abertos de acordo com determinados eventos.

Existem vários tipos de canais iônicos, e cada um deles é especializado para conduzir determinados tipos de íons exclusivamente.

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

Como os potenciais de ação são produzidos?

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

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

Mudanças no potencial de membrana

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

Em particular, há uma redução no potencial de membrana, que é chamado de despolarização.

Abertura de canais de sódio

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

Como os íons de sódio são carregados positivamente, eles produzem uma rápida mudança no potencial de 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 eles se 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 podem mais ser abertos novamente até que a membrana alcance o potencial de repouso novamente. Como resultado, não mais sódio pode entrar no neurônio.

Fechamento de canais de potássio

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

Devido à difusão e pressão eletrostática, como o interior do axônio é positivamente carregado, os íons de potássio são empurrados para fora da célula.

Assim, o potencial de membrana recupera seu valor usual. Pouco a pouco, os canais de potássio estão se fechando.

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

No momento em que o potencial de membrana atinge seu valor normal, os canais de potássio se fecham completamente. Algum tempo depois, os canais de sódio são reativados, preparando-se para outra despolarização para abri-los.

Finalmente, os transportadores de sódio e potássio secretam o sódio que havia entrado e recuperado o potássio que havia saído mais cedo.

Como as informações são propagadas pelo axônio?

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

O potencial de ação se propaga ao longo do axônio e alcança 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 acontece porque a condução axonal segue uma lei fundamental: a lei do tudo ou nada. Isto é, um potencial de ação é dado ou não é dado. Uma vez que começa, viaja ao longo do axônio ao seu extremo, mantendo sempre o mesmo tamanho, não aumenta nem diminui. Além disso, se um axônio se ramifica, o potencial de ação é dividido, mas mantém seu tamanho.

Os potenciais de ação começam no final do axônio que está ligado ao soma do neurônio. Normalmente, eles costumam viajar em apenas uma direção.

Potenciais de ação e comportamento

É possível que, neste ponto, você se pergunte: se o potencial de ação é um processo de tudo ou nada, como certos comportamentos, como a contração muscular, 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 em que os potenciais de ação ocorrem. Isso é conhecido como a "lei da frequência".

Assim, uma alta frequência de potenciais de ação levaria a uma contração muscular muito intensa.

O mesmo acontece com a percepção. Por exemplo, um estímulo visual muito brilhante, a ser capturado, deve produzir uma alta taxa de "disparo" nos axônios ligados aos olhos. Desta 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

Os potenciais de ação não são os únicos tipos de sinais elétricos que ocorrem nos neurônios. Por exemplo, o envio de informações por meio de uma sinapse fornece 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 ligeiramente o potencial de membrana.

No entanto, esta alteração é reduzida pouco a pouco quando viaja através do axônio. Neste tipo de transmissão de informação, nem os canais de sódio nem de potássio são abertos ou fechados.

Assim, o axônio atua como um cabo submarino. Como o sinal é transmitido por ele, sua amplitude diminui. Isso é conhecido como diminuição da condução e ocorre devido às características do axônio.

Potenciais de ação e mielina

Os axônios de quase todos os mamíferos são 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 permitir que o fluido extracelular o alcance.

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

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

O potencial de ação é transmitido de forma diferente em um axônio não mielinizado (que não é coberto pela mielina) do que em um mielinizado.

O potencial de ação pode viajar através da membrana axonal coberta com mielina pelas propriedades do cabo. O axônio, desta forma, conduz a mudança elétrica do lugar onde o potencial de ação ocorre para o próximo nódulo de Ranvier.

Essa mudança é reduzida um pouco, mas é intensa o suficiente para causar um potencial de ação no próximo nódulo. Então, esse potencial é disparado novamente ou repetido em cada nódulo de Ranvier, transportado por toda a zona mielinizada até o próximo nódulo.

Esse tipo de potencial de ação de condução é chamado de saltatoria. Seu nome vem do latim "saltare", que significa "dançar". O conceito é porque o impulso parece saltar do nódulo para o nódulo.

Vantagens da condução saltatória para transmitir potenciais de ação

Este tipo de condução tem suas vantagens. Primeiro, economizar energia. Transportadores de sódio e potássio gastam muita energia extraindo o excesso de sódio de dentro do axônio durante os potenciais de ação.

Esses transportadores de sódio e 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 nós de Ranvier. Portanto, muito menos sódio entra, e por isso, menos sódio deve ser bombeado para fora. Portanto, os transportadores de sódio e potássio precisam trabalhar menos.

Outro benefício da mielina é a rapidez. Um potencial de ação é dirigido mais rapidamente em um axônio mielinizado, já que o impulso "salta" de um nódulo 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 a lula, têm axônios sem mielina que obtêm velocidade devido a um aumento em seu tamanho. Os axônios da lula têm um grande diâmetro (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 nos axônios dos gatos viajam, 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. (s.f.) Obtido em 5 de março de 2017, pela Hyperphysics, Georgia State University: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
2. Carlson, N.R. (2006). Fisiologia do comportamento 8 Ed. Madrid: Pearson.
3. Chudler, E. (s.f.). Luzes, câmera, potencial de ação. Retirado em 5 de março de 2017, da Universidade de Washington: faculty.washington.edu.
4. Estágios do potencial de ação. (s.f.) Obtido em 5 de março de 2017, de Boundless: boundless.com.