Propagação do Impulso Nervoso

Potencial de Repouso e Potencial de Ação

Vanessa Cunha - Enfermagem

Potencial de Repouso O neurônio, em repouso, possui carga

negativa e o meio extracelular, carga positiva. Meio intracelular: presença de ânions

orgânicos e potássio. Meio extracelular: presença de cálcio, sódio e

cloro. Há um canal de vazamento de potássio que

permanece aberto no potencial de repouso. O potencial de repouso do neurônio é a -

65mV.

Obs: o meio extracelular possui potássio, assim como o meio intracelular possui cálcio, sódio e cloro; porém, são encontrados em baixa concentração.

Por que há diferença de potencial? A explicação para a diferença de cargas do meio

intracelular em relação ao meio extracelular depende três fatores determinantes:

Presença de ânions orgânicos no meio intracelular: esses ânions não perpassam a membrana plasmática, favorecendo para que o interior celular tenha carga negativa.

Presença do canal de vazamento de potássio: porque o potencial de equilíbrio do potássio é negativo – ou seja, o K só estará em equilíbrio em um meio carregado negativamente por ser um cátion.

Presença da bomba de sódio e potássio: visto que a bomba “envia” três átomos de sódio para o meio extracelular e “adiciona” dois átomos de potássio no meio intracelular.

Tipos de Canais IônicosCanais abertos: Canal de vazamento de potássio.Canais controlados por comportas: Canal dependente de voltagem: podem ser abertos

a partir de alterações de voltagem na membrana. Canal dependente de ligantes: abrem-se a partir de

substâncias específicas, como neurotransmissores, neuromoduladores e hormônios,

Canais mecânicos: sua abertura depende de uma energia mecânica, como o estiramento.

Canais térmicos: reagem a alteração de temperatura, realizando sua abertura.

Potencial de Ação Fases: despolarização, repolarização e

hiperpolarização. Depende de um aumento na voltagem que seja maior

que o limiar de excitabilidade da membrana. São produzidos nos cones de implantação: região

entre o corpo celular e o axônio, que possui muitos canais dependentes de voltagem, o que lhe confere maior excitabilidade.

O segmento inicial (ou cone de implantação) possui o mais baixo limiar de excitabilidade (-55mV), ao contrário do corpo celular (-45mV), o que faz com que os potenciais de ação do neurônios sejam conduzidos no sentido dos terminais telodêndricos e não em direção ao corpo celular (condução ortodrômica).

Obs: Excitabilidade é a propriedade do neurônio que permite a produção, condução e transmissão de sinais elétricos .

Potencial de Ação Evento tudo-ou-nada: o potencial de ação só é

gerado se a voltagem for igual ou superior ao limiar excitatório da membrana.

Condução não-decremental: a quantidade de sódio que entra na célula realizando o potencial de ação é a mesma durante toda a propagação do impulso nervoso. Não diminui de potencia durante todo o axônio.

Velocidade de condução depende do tipo de axônio: quanto mais calibroso, mais veloz e a presença da bainha de mielina também aumenta a velocidade de propagação, já que gera a condução saltatória.

Graficamente:

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60Chart Title

Potencial de Ação

Obs: o eixo y refere-se a voltagem.

Compreensão do Gráfico Inicialmente, é demonstrado o Potencial de Repouso

(P.R.) a -65mV. Ocorre um aumento na voltagem, passando de -65mV para -55mV, o que gera a abertura dos canais de sódio, que são sensíveis a essa alteração de voltagem.

Com o canal de sódio aberto, ocorre a entrada dos íons de sódio – o que causa despolarização, uma vez que o meio intracelular se torna positivo, enquanto o meio extracelular fica negativo.

Depois, com o fechamento dos canais de sódio, abrem-se os canais de potássio, onde os íons de K passam para o meio extracelular devido a gradiente eletroquímico – o que gera a repolarização, já que o meio intracelular fica carregado negativamente e o meio extracelular, positivamente.

Compreensão do Gráfico Entretanto, íons de potássio passam em

excesso para o meio extracelular, gerando uma hiperpolarização – afinal, o K+ entra em equilíbrio a -75mV, valor inferior ao potencial de repouso dos neurônios (-65mV).

Para retornar ao potencial de repouso, as bombas de sódio e potássio realizam sua função: retirando íons de sódio do meio intracelular ao passo que introduzem os íons de potássio nesse mesmo meio.

O que permite a abertura dos canais de sódio? As proteínas tem capacidade de modificar

sua conformação molecular, propriedade chamada de alosteria.

Alguns aminoácidos presentes no canal de sódio possuem carga. Esses aminoácidos são repelidos, uma vez que a voltagem gera uma “nuvem” de carga igual a desses aminoácidos. Dessa forma, devido a repulsão desses aminoácidos e, consequentemente, mudança na conformação molecular da proteína, ocorre a abertura dos canais de sódio.

Alosteria - Ilustração

Carga gerada pela voltagem repele os aminoácidos, ocasionando a abertura do canal de sódio.

Fechamento dos canais de sódio O fechamento dos canais de sódio dá-se

pelo portão de inativação da proteína. Período refratário absoluto: após o

fechamento do canal iônico, a proteína passa por um estado de “latência” onde independente da voltagem aplicada, não ocorrerá outros potenciais de ação naquela proteína durante esse período de tempo.

Período refratário relativo: o canal iônico não está em repouso e encontra-se fechado; porém, se aumentar a voltagem (intensidade), ele pode ser aberto.

Toxina do Escorpião amarelo O escorpião amarelo possui

uma toxina que se liga a uma parte da proteína do canal de sódio, onde encontram-se os sensores de voltagem, fazendo com que o portão de inativação tenha seu movimento limitado – resultando em uma menor velocidade da inativação.

Obs: sensores de voltagem: parte da proteína que sente o potencial da membrana, ou seja, é sensível a voltagem.

Consequências Fisiológicas da toxina

• O sódio entra no meio intracelular por gradiente eletroquímico; entretanto, graças a toxina, há uma demora no fechamento desse canal iônico.

Abertura do Canal de Na+

• O canal de potássio só é ativado após o fechamento do canal de sódio, dessa forma, a abertura desse canal também é atrasada. Além disso, o meio intracelular está ainda mais positivo, visto que houve uma entrada excessiva de sódio. Em consequência disso, mais potássio terá que sair da célula. Portanto, ocorre atraso na repolarização e na hiperpolarização.

Abertura do Canal de K+

• O resultado dessa série de eventos é a demora na propagação do impulso nervoso, visto que os potenciais de ação são disparados um por vez. Ou seja, primeiro PA é disparado e inativado e, somente depois desses processos, outro PA é disparado.

Resultado

Tetrodotoxina - TTX O baiacu possui, em

alguns de seus órgãos, bactérias que produzem a tetrodotoxina. Essa toxina bloqueia os canais de sódio – impedindo, portanto, que o potencial de ação seja realizado. Dessa forma, o impulso nervoso não é propagado, ocasionando a morte do indivíduo.

Batracotoxina - BTX A rã colombiana produz a

batracotoxina, que reduz o limiar da membrana – ou seja, os canais de sódio são abertos com mais facilidade, visto que diminui a voltagem necessária para ativá-los. Além disso, assim como a toxina presente no escorpião amarelo, também mantém os canais de sódio abertos por mais tempo.

Tetraetilamônio - TEA Essa toxina age nos canais de potássio

dependentes de voltagem, bloqueando-os. Dessa forma, após o fechamento dos canais de sódio, não serão abertos os canais de potássio. Assim, não haverá repolarização, impedindo o potencial de ação e, consequentemente, evitando a propagação do impulso nervoso.

Dr. Morte – Cloreto de Potássio Por que o cloreto de potássio

mata? O cloreto de potássio simula

os efeitos da Paralisia Hipercalêmica.

Conceitos: Hipercalemia: excesso de

potássio no meio extracelular. Hipocalemia: diminuição de

potássio no meio extracelular.

Ação do Cloreto de Potássio

3 – Potencial de Repouso se iguala ao Limiar ExcitatórioEm certo ponto, o potássio no meio extracelular está em concentração extremamente alta, fazendo com que o potencial de repouso (-65mV) seja igualado ao limiar excitatório (voltagem específica que, quando atingida, gera potenciais de ação). Assim, serão gerados impulsos

indefinidamente.

2 – Aumento do Potencial de Repouso Como assim aumento do potencial de repouso? O potencial de repouso é -65mV em condições normais. Porém, com o aumento de potássio no meio extracelular, esse potencial começa a aumentar com a entrada de K+ e,

quando se tem um aumento próximo ao limiar da membrana, são emitidos sinais falsos que geram potenciais de ação desnecessárias, causando

espasmos, por exemplo.

1 – Aumento do Potássio no meio extracelular

O potássio tende a sair da célula devido ao gradiente de concentração, entretanto, com a injeção de KCl, o meio extracelular também apresentará muitos íons de K, fazendo com que poucos íons de K migrem para o meio

extracelular.

Hipocalemia – consequências

1

•Diminuição de potássio no meio extracelular resulta na passagem de íons de K+ do meio intracelular para o meio extracelular por gradiente de concentração.

2

•Meio intracelular, dessa forma, fica mais carregado negativamente, visto que houve saída de cátions (cargas positivas).

3

•Resultado: diminuição do potencial de repouso. PR < -65mV

ATP – por que é necessário? O ATP é necessário pois é o

mecanismo fundamental para o funcionamento da bomba de sódio e potássio. Sem ATP, o neurônio sofre despolarização, repolarização e hiperpolarização, mas não consegue retornar ao seu estado normal, resultando em um potencial de repouso menor, aumentando o limiar excitatório da membrana. Dificultando, assim, a geração de um potencial de ação.

Hiperemia funcional – importância

Quando uma área está sendo utilizada, o fluxo sanguíneo é aumentado nessa área específica – por exemplo, no processo de

leitura, o córtex cerebral é ativado e, assim, há maior fluxo sanguíneo nesse local – a esse fenômeno dá-se o nome de

hiperemia funcional.

Como ocorre? Os astrócitos são estimulados pelos neurotransmissores e produzem descargas de cálcio (Ca ²+), fazendo com que haja vasodilatação das arteríolas, gerando

esse aumento no fluxo sanguíneo local.

Por que ocorre? O sangue transporta oxigênio, importante pra realização do potencial de ação já que a mitocôndria necessita do oxigênio pra promover a descarga energética, fazendo com

que ocorra o PA. Assim, a hiperemia funcional permite uma maior oferta de oxigênio na área que necessita do mesmo para

realizar os PAs.

Curiosidade – regeneração dos neurônios

Por que os neurônios do Sistema nervoso central (SNC) não se regeneram?

A bainha de mielina produzida pelos oligodendrócitos possui uma proteína que inibe a ação regenerativa do neurônio, ao contrário da bainha de mielina produzida pelas células de Schwann que não possuem essa proteína.

Além disso, os astrócitos através da gliose, quando ocorre a lesão neuronal, promovem a realização de uma cicatriz glial, que também tem ação antirregenerativa.