Como os neurônios podem aumentar a velocidade de condução do potencial de ação?

Denominamos de impulso nervoso a corrente elétrica que passa pela membrana dos neurônios e propaga-se ao longo dessas células. São esses impulsos que garantem que um sinal seja percebido e que uma resposta seja transmitida.

→ Como ocorre o impulso nervoso?

O impulso nervoso inicia-se quando o neurônio sofre um estímulo suficientemente forte para desencadeá-lo. Isso acontece quando uma membrana está em potencial de repouso, uma condição em que a superfície interna da membrana possui carga negativa em relação à superfície externa.

Nessa condição, há uma diferença de potencial entre o interior e o exterior de, aproximadamente, -70 mV. Isso ocorre porque as concentrações de Na+ (sódio) fora da célula são muito maiores do que as concentrações na parte interior. O K+ (potássio), por sua vez, é encontrado em maior quantidade dentro da célula. Essa concentração é mantida pelo transporte ativo de íons, que ocorre através da membrana por meio da bomba de sódio e potássio.

Quando o neurônio sofre um estímulo, há a abertura dos canais de Na+ e uma entrada rápida desse íon para o interior da célula. Nesse momento, a diferença de potencial passa a ser +20 mV. O Na+ difunde-se para outras partes da membrana, e os canais de Na+ abrem-se ao longo da membrana do neurônio.

A entrada de Na+ desencadeia a mudança de potencial, o fechamento dos canais de Na+ e a saída dos íons K+ em razão das modificações nas proteínas da membrana, o que facilita a saída desse íon. Tudo isso ocorre de maneira bastante rápida para que a condição de repouso seja restabelecida, ou seja, a membrana é repolarizada. Essas alterações no potencial elétrico da membrana são chamadas de potencial de ação ou impulso nervoso.

Não pare agora... Tem mais depois da publicidade ;)

Ao chegar à extremidade do neurônio, na sinapse (espaço entre dois neurônios ou entre um neurônio e uma glândula ou músculo), o impulso nervoso desencadeia a liberação de uma substância química conhecida como neurotransmissor. Essa substância provoca a abertura dos canais de sódio na célula adjacente, desencadeando o impulso nessa outra célula.

→ Os impulsos podem ocorrer de forma contínua?

Após um estímulo, a fibra nervosa permanece por um período de tempo sem que um novo estímulo seja capaz de desencadear um impulso. Esse período é conhecido como período refratário absoluto e nenhuma resposta nesse momento é desencadeada. Com o passar do tempo, a fibra passa para o período refratário relativo, que se caracteriza pela capacidade de responder a estímulos, entretanto, estímulos mais fortes que o normal.

→ O que é o princípio do tudo ou nada?

O impulso nervoso só é transmitido pela fibra quando o estímulo apresenta um determinada intensidade. Dizemos que essa intensidade é o limiar da fibra nervosa e, se esse limiar for atingido, o impulso na fibra será máximo.

If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Se você está atrás de um filtro da Web, certifique-se que os domínios *.kastatic.org e *.kasandbox.org estão desbloqueados.

Muito se fala em potencial de ação (PA), mas você sabe de fato o que é e o que ele representa, como ocorre e como termina? Você sabe o porquê precisamos de potenciais de ação acontecendo em nosso organismo?

Hoje, vamos falar sobre o potencial de ação. E é importante que você se dedique ao estudo desse tema, pois é um assunto que serve como embasamento para diversos outros.

Vamos nessa!

Antes de falarmos do potencial de ação em si, precisamos falar sobre como essa célula está antes de iniciar o PA.

Quando a célula não está transmitindo nenhum impulso, ela se encontra em seu potencial de repouso, também conhecido como potencial de membrana. Esse potencial é marcado por uma eletronegatividade intracelular, que varia nas diferentes células do nosso organismo. Ao contrário do meio intracelular, o meio extracelular é positivo.

Essa variação forma a Diferença de Potencial Elétrico (DDP), que existe quando a célula está em repouso. Hoje, vamos utilizar como exemplo uma célula neuronal.

Em neurônios, a eletronegatividade intracelular se encontra por volta de – 70 mv. Esses valores são diferentes entre as diversas células, mas, o meio intracelular é negativo, e o extracelular é positivo. Os valores estão dentro dessas características.

Leia também: Qual livro de fisiologia comprar

Importância dos neurônios

Os neurônios, presentes em células excitáveis, estão relacionados à propagação do impulso nervoso, que é uma onda de despolarizações e repolarizações que se propaga ao longo da membrana plasmática do neurônio. 

No nosso corpo, temos neurônios de fibras aferentes que são sensitivos, que conduzem impulsos nervosos dos órgãos para o sistema nervoso central (SNC).

E possuímos também as fibras eferentes que são motoras, e conduzem os impulsos nervosos do SNC para o Sistema Nervoso Periférico. 

Íons importantes

Temos envolvidos tanto no potencial de ação quanto no potencial de repouso, dois íons muito importantes que você não pode se esquecer: K+ e Na+.

Acredito que você já saiba dessa relação entre as concentrações desses íons essenciais, mas vamos recordar. O K+ é um íon que predomina no meio intracelular, enquanto o Na+ predomina no meio extracelular.

Gradiente de Concentração e Gradiente Elétrico

Temos dois conceitos importantes na bioeletrogênese, o gradiente de concentração e o gradiente elétrico.

O gradiente de concentração, como o próprio nome já diz, se dá pela diferença de concentração, ou seja, os íons movimentam-se do local mais concentrado para o local menos concentrado.

Já o gradiente elétrico tem como fundamento a variação de negatividade. O meio intracelular é o meio mais negativo, como já falamos, portanto ele estimula entrada de íons positivos, uma vez que o meio extracelular é positivo, e os íons movimentam-se do local mais positivo para o local mais negativo.

E quem mantém esse potencial de repouso? No potencial de repouso, o íon com maior influência é o potássio (K+), pois possui alta permeabilidade por canais de vazamento que permitem sua livre movimentação entre o meio intra e extracelular.

Mas essa movimentação tem uma razão. Falamos que existem um gradiente de concentração e um gradiente elétrico. O gradiente de concentração é aquele que determina a difusão passiva dos íons e, no caso do potencial de repouso, ele estimula o efluxo, ou seja, a saída do mesmo em direção do meio extracelular.

Porém, há um gradiente elétrico e, como também já conversamos, esse gradiente pode facilitar ou dificultar a difusão, como ocorre no potencial de repouso em que ele promove uma força contrária ao gradiente de concentração.

Por estar saindo, pelo gradiente de concentração, o meio intracelular vai se tornando cada vez mais negativo, e então o gradiente elétrico impede a saída de potássio K+, que é uma carga positiva, pois possui alta permeabilidade por canais de vazamento que permitem sua livre movimentação entre o meio intra e extracelular.

Falamos aqui de situações e valores fisiológicos, mas já comece a imaginar o que poderia acontecer se esses valores estivessem alterados.

Por que quem predomina no potencial de repouso é o K+?

Com certeza há uma explicação para isso, afinal, não foi uma escolha aleatória, ao acaso. Temos um potencial, conhecido como potencial de equilíbrio, valor no qual o íon está em equilíbrio eletroquímico. O potencial de equilíbrio do é – 94 mv. Já o potencial de equilíbrio do é + 61 mv. O potencial de repouso está próximo de – 70 mv.

Quem está mais próximo do potencial de repouso? Claramente o K+. Por essa razão, é ele quem determina o potencial de repouso, pois o potencial de equilíbrio dele está muito mais próximo do potencial de repouso, comparado ao Na+.

Agora que já sabemos como a célula se encontra quando em repouso, podemos falar sobre o potencial de ação.

As primeiras descobertas a respeito do potencial de ação surgiram por volta de 200 anos d.C., por Claudius Galenus, que corroborava com Aristóteles, que dizia que dos vasos sanguíneos cerebrais derivavam a psychic pneuma, spiritus animalis, ou atividade neural, como já sabemos hoje.

Muitos anos se passaram, muitos estudos foram realizados, alguns inclusive premiados com Prêmio Nobel, inclusive em 1991, um estudo com isolamento de um único canal dependente de tensão elétrica de músculos denervados, foi premiado.

Se você for buscar o histórico dos estudos a respeito de potencial de ação vai perceber como o caminho foi longo, já são cerca de 1800 anos desde a primeira descoberta. Fica a dica de leitura!

Mas afinal, o que é o potencial de ação?

O potencial de ação nada mais é do que a capacidade das células conduzirem sinais elétricos e, assim, conduzirem informações umas às outras, sendo crucial para a sobrevivência.

No potencial de ação, há uma inversão, uma mudança abrupta e transitória do potencial elétrico de repouso da célula excitável, onde a célula passa de – 70 mv a + 30 mv, ocorrendo uma ampla despolarização do potencial elétrico dessa célula.

Essa despolarização é causada por transientes iônicos através da membrana frente à estímulos que atinjam o limiar de excitabilidade da célula. Assim como no potencial de repouso, no potencial de ação também há um íon que “domina”, e esse íon é o Na+.

No potencial de ação, há uma alta permeabilidade à passagem de sódio, pois os canais PDC (canais dependentes de voltagem) de sódio se abrem, e então há um grande influxo, fazendo com que a célula se torne menos negativa (positiva), e assim despolarize desencadeando o PA. Então, um potencial de ação é disparado dentro de um princípio denominado lei do tudo ou nada.

O potencial de ação ocorre quando o estímulo é suficiente para atingir o limiar de excitabilidade e dessa forma gerar a despolarização da membrana e propagação do impulso nervoso.

Portanto, fica claro que se o estímulo não atinge esse limiar, nada ocorre. 

O potencial de ação se caracteriza por três etapas distintas: despolarização, repolarização e hiperpolarização. 

Vamos por etapas.

Inicialmente, a célula está em repouso (- 70 mv), há movimentação de íons potássio pelos canais de vazamento, mas praticamente não há movimentação de íons Na+, pois os canais PDC de Na+ estão fechados.

Alguma alteração ou perturbação ocorre, e então os canais PDC de Na+ que estavam fechados se abrem, havendo influxo de sódio na célula devido aos gradientes de concentração e gradiente elétrico. Lembre-se do que já conversamos: há mais sódio no meio extracelular, portanto, na primeira oportunidade que tem, Na+ entra na célula, onde as concentrações são muito menores.

Além disso, o meio intracelular é eletronegativo, o Na+ é um íon de carga positiva e, da mesma forma que ocorre no gradiente de concentração, a tentativa do nosso organismo é equiparar, e então entra na célula tornando-a cada vez menos negativa.

Se a quantidade de sódio for suficiente para atingir o limiar de excitabilidade, cerca de – 55 mv, diferença de 15 mv, e conforme a lei do tudo ou nada, ao atingir o limiar, essa célula despolariza.

Os canais PDC de sódio permitem a passagem rápida de sódio, e então observa-se uma despolarização rápida, atingindo + 30 mv.

Ao chegar nesse pico de + 30 mv, o gradiente de concentração e o gradiente elétrico se igualam; os canais PDC de sódio começam a se inativar, e nesse momento não respondem a outro estímulo elétrico; começam a abrir os canais de potássio, que são canais de cinética lenta, demoram para abrir e demoram para fechar.

Ao serem abertos os canais de potássio, a célula entra no processo de repolarização, onde ele volta a sua negatividade, pela saída de da mesma.

Como dito, esses canais de são de cinética lenta, então eles demoram a se fechar, e a célula hiperpolariza, ou seja, fica mais negativa do que em seu potencial de repouso.

Ao chegar nessa fase de hiperpolarização, os canais de se fecham, e começa atuar a bomba de Na+/ / K+ ATPase, uma bomba que atua contra o gradiente de concentração, é um transporte ativo e com gasto de ATP, e assim faz com que a célula retorne a sua eletronegatividade normal, ao seu potencial de repouso.

Alterações nas concentrações dos íons K+ e Na+

Vimos assim que, o potencial de ação está relacionado à despolarização da membrana ocasionada pela entrada de sódio na célula, certo?!

Algumas situações como dieta pobre em sal, diarreia, ou até mesmo hidratação excessiva podem levar ao quadro de hiponatremia.

O que você acha que pode acontecer em uma situação de redução das concentrações extracelulares de sódio? Isso mesmo que você pensou: dificulta a geração de PA, e isso interfere em todo o organismo.

Os principais sintomas são letargia, apatia, desorientação e agitação. Se for uma hiponatremia (redução de sódio) grave, o paciente pode chegar a quadros de hiporreflexia profunda, convulsões.

Leia também: Reposição de sódio

O inverso também pode ocorrer: aumento das concentrações extracelulares de sódio, e com isso há maior facilidade em geração de PA, ocasionando estado de hipernatremia que pode cursar com sede, hiperreflexia, excitação, delírio e coma com espasmos musculares.

Estados de alteração da concentração de potássio também podem ocorrer, principalmente em situações de diarreia, poliúria abundante e persistente.

A diminuição de potássio extracelular, no estado de hipocalemia ou hipopotassemia, provoca uma hiperpolarização da célula uma vez que o potássio se desloca pelo gradiente de concentração, e então vai para o local de menor concentração.

Isso torna muito mais difícil a geração de PA. O paciente apresenta uma astenia intensa, com diminuição da força muscular, redução ou ausência de reflexos, extremidades flácidas, e até mesmo alterações eletrocardiográficas.

Já no estado de hipercalemia, que pode ser ocasionado por grandes queimaduras, esmagamentos e acidose, o que acontece é que uma quantidade menor de potássio do meio intracelular vai para o meio extracelular, pois não há gradiente de concentração favorável a essa movimentação.

Então, a célula se torna menos negativa e mais excitável – fica mais fácil gerar o PA. O estado clínico do paciente se inicia com fraqueza muscular, contrações musculares espontâneas e evolui para paralisia muscular.

Isso ocorre porque a frequência de geração de PA está aumentada e, com esse excesso de excitação, os canais PDC de sódio acabam se inativando e não respondem a estímulos.

Os potenciais de repouso e de ação, portanto, são essenciais ao correto funcionamento de nosso organismo, e se intercalam o tempo todo.

A partir do repouso diversas alterações ocorrem mediante um estímulo, e então gera-se o potencial de ação.

Toda essa dinâmica pode ser alterada, como acabamos de ver, por alterações iônicas, e essas alterações são mais comuns do que podemos imaginar, uma vez que eventos como quadros diarreicos ou êmese intensa, podem levar a esses distúrbios hidroeletrolíticos.

Por hoje, é isso pessoal! Até a próxima!!

Conheça os cursos do Jaleko e complemente seus estudos!

Quais os fatores que aumentam a velocidade de condução dos potenciais de ação ao longo de um nervo?

Quais fatores influenciam a velocidade da condução do impulso nervoso?

Como ocorre o potencial de ação de um neurônio?

Como a bainha de mielina aumenta a velocidade de condução do impulso nervoso?