POTENCIAL DE AÇÃO: PROPAGAÇÃO E FASES - GEOGRAFÍA - 2025

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

O potencial de ação é produzido no corpo celular (núcleo), também denominado soma. Ele percorre todo o axônio (extensão do neurônio, semelhante a um fio) até chegar ao seu fim, denominado botão terminal.

Os potenciais de ação em um determinado axônio sempre têm a mesma duração e intensidade. Se o axônio se ramifica em outros processos, o potencial de ação se divide, 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, podendo gerar um potencial de ação nesse neurônio.

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

Potencial de membrana do neurônio

A. Visão esquemática de um potencial de ação ideal. B. Registro real de um potencial de ação. Fonte: en: Memenen / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

Os neurônios têm uma carga elétrica diferente por dentro e por 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 o influenciam, o potencial de membrana pode ser reduzido. Isso é conhecido como despolarização.

Ao contrário, quando o potencial de membrana aumenta em relação ao seu potencial normal, ocorre um fenômeno denominado hiperpolarização.

Quando uma reversão muito rápida do potencial de membrana ocorre repentinamente, ocorre um potencial de ação. Consiste em um breve impulso elétrico, que se traduz na mensagem que viaja pelo axônio do neurônio. Começa no corpo celular, alcançando os botões terminais.

O impulso nervoso viaja pelo axônio

É importante ressaltar que para que ocorra um potencial de ação, as mudanças elétricas devem atingir um limite, denominado limite de excitação. É o valor do potencial de membrana que deve necessariamente ser alcançado para que ocorra o potencial de ação.

Esquema de uma sinapse química

Potenciais de ação e mudanças nos níveis de íons

Permeabilidade da membrana de um neurônio durante um potencial de ação. No estado de repouso (1), os íons sódio e potássio não podem passar pela membrana, e o neurônio possui uma carga negativa em seu interior. A despolarização (2) do neurônio ativa o canal de sódio, permitindo que os íons de sódio passem pela membrana do neurônio. Repolarização (3), onde os canais de sódio se fecham e os canais de potássio se abrem, os íons de potássio atravessam a membrana. No período refratário (4), o potencial de membrana retorna ao estado de repouso conforme os canais de potássio se fecham. Fonte: Permeabilidade da membrana de um neurônio durante um potencial de ação.pdf e potencial de ação, CThompson02

Em condições normais, o neurônio está pronto para receber sódio (Na +) em seu interior. Porém, sua membrana não é muito permeável a esse íon.

Além disso, os bem conhecidos "transportadores de sódio-potássio" têm uma proteína encontrada na membrana celular que é responsável pela remoção dos íons sódio e pela introdução dos íons potássio. Especificamente, para cada 3 íons de sódio extraídos, ele introduz dois íons de potássio.

Esses transportadores mantêm os níveis de sódio baixos na célula. Se a permeabilidade da célula aumentasse e mais sódio entrasse repentinamente, o potencial da membrana mudaria radicalmente. Aparentemente, é isso que desencadeia um potencial de ação.

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

Como essas mudanças na permeabilidade ocorrem?

As células têm embutidas em sua membrana numerosas proteínas chamadas canais iônicos. Eles têm aberturas pelas quais os íons podem entrar ou sair das células, embora nem sempre estejam abertas. Os canais são fechados ou abertos de acordo com certos eventos.

Existem vários tipos de canais iônicos, e cada um é geralmente especializado para conduzir exclusivamente 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 carga elétrica, por isso são chamados de íons. Os mais importantes no sistema nervoso são o sódio e o potássio, que têm carga positiva. Além de cálcio (2 cargas positivas) e cloro (uma carga negativa).

Mudanças no potencial de membrana

O primeiro passo para que ocorra um potencial de ação é uma mudança no potencial de membrana da célula. Esta mudança deve exceder o limite de excitação.

Especificamente, há uma redução do potencial de membrana, que é chamada de despolarização.

Abertura dos canais de sódio

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

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

Abertura do canal 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 maior de despolarização para se abrir e é por isso que se abrem mais tarde.

Fechamento de canais de sódio

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

Eles não podem mais se abrir novamente até que a membrana alcance seu potencial de repouso novamente. Como consequência, nenhum sódio mais pode entrar no neurônio.

Fechamento do canal 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 à pressão eletrostática, como o interior do axônio é carregado positivamente, os íons de potássio são empurrados para fora da célula. Assim, o potencial de membrana recupera seu valor usual. Aos poucos, os canais de potássio estão se fechando.

Essa 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.

Assim que o potencial de membrana atinge seu valor normal, os canais de potássio se fecham completamente. Um pouco mais tarde, os canais de sódio são reativados em preparação para outra despolarização para abri-los.

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

Como a informação é espalhada pelo axônio?

Partes de um neurônio. Fonte: Nenhum autor legível por máquina fornecido. NickGorton ~ commonswiki assumido (com base em reivindicações de direitos autorais)

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

O potencial de ação se propaga ao longo do axônio e atinge os botões terminais 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.

Lei tudo ou nada

Isso ocorre porque a condução axonal segue uma lei fundamental: a lei do tudo ou nada. Ou seja, um potencial de ação é dado ou não. Uma vez iniciado, ele percorre todo o axônio até o final, 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 está ligado ao soma do neurônio. Eles geralmente viajam em apenas uma direção.

Potenciais de ação e comportamento

Você pode estar se perguntando neste ponto: 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 freqüência

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 ocorrem os potenciais de ação. 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 se aplica à percepção. Por exemplo, um estímulo visual muito brilhante, para ser capturado, deve produzir uma alta "taxa de disparo" nos axônios fixados aos olhos. Dessa forma, a frequência dos potenciais de ação reflete a intensidade de um estímulo físico.

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

Outras formas de troca de informações

Os potenciais de ação não são as únicas classes de sinais elétricos que ocorrem nos neurônios. Por exemplo, o envio de informações através de uma sinapse dá um pequeno impulso elétrico na membrana do neurônio que recebe os dados.

Esquema de uma sinapse. Fonte: Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com)

Às vezes, uma ligeira despolarização muito fraca para produzir um potencial de ação pode alterar ligeiramente o potencial de membrana.

No entanto, essa alteração diminui gradualmente à medida que viaja pelo 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. Conforme o sinal é transmitido por ele, sua amplitude diminui. Isso é conhecido como condução descendente e ocorre devido às características do axônio.

Potenciais de ação e mielina

Os axônios de quase todos os mamíferos são cobertos por mielina. Ou seja, possuem segmentos circundados por uma substância que permite a condução nervosa, tornando-a mais rápida. A mielina se enrola ao redor do axônio sem permitir que o fluido extracelular a 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 uns dos outros por áreas nuas 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 amielínico (que não é coberto por mielina) e em um axônio mielinizado.

O potencial de ação pode viajar através da membrana axonal coberta de mielina devido às propriedades do fio. O axônio, desta forma, conduz a mudança elétrica do local onde ocorre o potencial de ação para o próximo nó de Ranvier.

Essa mudança diminui ligeiramente, mas é forte o suficiente para causar um potencial de ação no próximo nó. Esse potencial é então acionado ou repetido em cada nódulo de Ranvier, transportando-se por toda a área mielinizada até o próximo nódulo.

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

Vantagens da condução saltatória para a transmissão de potenciais de ação

Esse tipo de direção tem suas vantagens. Em primeiro lugar, para economizar energia. Os transportadores de sódio-potássio gastam muita energia puxando o excesso de sódio de dentro do axônio durante os potenciais de ação.

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

Outro benefício da mielina é a velocidade. Um potencial de ação é conduzido mais rapidamente em um axônio mielinizado, pois o impulso "salta" de um nodo para outro, sem ter que passar por todo o axônio.

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

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

Um axônio mielinizado pode conduzir 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). Obtido em 5 de março de 2017, em Hyperphysics, Georgia State University: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
2. Carlson, NR (2006). Fisiologia do comportamento 8ª Ed. Madrid: Pearson.
3. Chudler, E. (nd). 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. (sf). Obtido em 5 de março de 2017, em Boundless: boundless.com.