O que o aumento da permeabilidade ao K faz com o potencial de membrana da célula?

Definição

Potenciais de ação são sinais neurais. Os neurônios geram e conduzem esses sinais ao longo dos seus processos para transmiti-los até os tecidos inervados por eles. Esses tecidos serão, então, estimulados, inibidos ou modulados de alguma forma.

Aprenda a estrutura e os tipos de neurônios com a unidade de estudo a seguir.

Etapas

Mas o que causa o potencial de ação? Sob o ponto de vista elétrico, ele é causado por um estímulo com um valor expresso em milivolts (mV). Nem todo estímulo é capaz de causar um potencial de ação. O estímulo adequado tem que ter um valor elétrico suficiente para reduzir a negatividade da célula neuronal até o valor limiar do potencial de ação. Dessa maneira, existem estímulos sublimiares, limiares e surpalimiares. Estímulos sublimiares não causam um potencial de ação. Estímulos limiares possuem energia suficiente para produzir o potencial de ação (impulso nervoso). Estímulos supralimiares também produzem um potencial de ação, mas sua força é maior do que os estímulos limiares.

O potencial de ação é gerado quando um estímulo muda o potencial de ação da membrana para os valores do potencial limiar, que geralmente está em torno de -50 a -55 mV. É importante saber que o potencial de ação se comporta segundo a regra “tudo ou nada”. Isso significa que qualquer estímulo sublimiar não vai causar nenhuma alteração, enquanto estímulos limiares ou supralimiares vão produzir uma resposta completa da célula excitável.

Um potencial de ação é diferente dependendo se ele é causado por um potencial limiar ou supralimiar? A resposta é: não! A força e a amplitude de um potencial de ação é sempre a mesma. Entretanto, aumentar a força do estímulo leva a um aumento na frequência de um potencial de ação e sua ação se propaga ao longo da fibra nervosa sem perder força ou amplitude. Além disso, após a geração de um potencial de ação, os neurônios se tornam refratários a estímulos por um certo período de tempo, no qual eles não podem gerar um novo potencial de ação.

Fases

Sob o ponto de vista iônico, um potencial de ação é causado por alterações temporárias na permeabilidade da membrana à difusão de íons. Essas alterações fazem com que canais iônicos se abram e que os íons reduzam seu gradiente de concentração. O valor do potencial limiar depende da permeabilidade da membrana, da concentração iônica intra e extracelular e das propriedades da membrana celular.

Um potencial de ação possui três fases: despolarização, pico de ultrapassagem e repolarização. Existem dois outros estados do potencial de membrana relacionados ao potencial de ação. O primeiro é a hipopolarização, que precede a despolarização e o segundo é a hiperpolarização, que se segue à repolarização.

A hipopolarização é o aumento inicial do potencial de membrana até o valor do potencial limiar. O potencial limiar abre canais voltaicos de sódio e causam um grande influxo de íons sódio. Esta fase é chamada de despolarização. Durante a despolarização, o interior da célula fica cada vez mais eletropositivo, até que o potencial chegue próximo ao equilíbrio de sódio de +61mV. Essa fase de extrema positividade é a fase do pico de ultrapassagem.

Após a ultrapassagem, a permeabilidade do sódio reduz subitamente devido ao fechamento de seus canais. O valor de ultrapassagem do potencial de ação abre canais voltaicos de potássio, o que causa um efluxo de potássio, reduzindo a eletropositividade da célula. Essa é a fase de repolarização, cujo propósito é fazer a membrana retornar ao seu potencial de repouso. A repolarização sempre leva primeiro à hiperpolarização, um estado no qual o potencial de membrana é mais negativo do que o potencial de repouso. Mas logo depois disso, a membrana estabelece novamente o seu potencial de membrana.

Depois de revisar o papel dos íons, nós agora podemos definir o potencial limiar mais precisamente como sendo o valor de potencial de membrana no qual os canais voltaicos de sódio se abrem. Em tecidos excitáveis, o potencial limiar é cerca de 10 a 15 mV abaixo do potencial de repouso da membrana.

Período refratário

O período refratário é o tempo decorrido após a geração do potencial de ação e durante o qual a célula excitável não é capaz de produzir um novo potencial de ação. Existem duas subfases desse período: a refratariedade absoluta e a relativa.

A refratariedade absoluta ocorre durante a despolarização e em cerca de ⅔ da fase de repolarização. Um novo potencial de ação não pode ser gerado durante a despolarização, pois todos os canais voltaicos de sódio já estão abertos na sua velocidade máxima. Durante a fase precoce de repolarização, a geração de um novo potencial de ação é impossível, uma vez que os canais de sódio estão inativos e precisam do potencial de repouso para que se fechem e, a partir daí, poderem se abrir novamente. A refratariedade absoluta termina quando um número determinado suficiente de canais de sódio se recuperam do seu estado inativo.

A refratariedade relativa é o período no qual a geração de um novo potencial de ação é possível, mas somente se houver um estímulo supralimiar. Esse período coincide com o ⅓ final da repolarização.

Propagação do potencial de ação

Um potencial de ação é gerado no corpo do neurônio e propagado pelo seu axônio. A propagação não reduz ou afeta a qualidade do potencial de ação de nenhuma maneira, de forma que o tecido inervado recebe o mesmo impulso, independentemente de sua distância do corpo neuronal.

O potencial de ação é gerado em um ponto da membrana celular e se propaga ao longo da sua superfície, despolarizando sequencialmente a próxima parte da membrana. Isso significa que o potencial de ação não se move, mas na verdade cria um novo potencial de ação no segmento adjacente da membrana neuronal.

Nós precisamos enfatizar que o potencial de ação sempre se propaga para a frente, nunca para trás. Isso por causa da refratariedade das partes da membrana que já foram despolarizadas, de forma que a única direção possível de propagação seja para frente. Por causa disso, um potencial de ação sempre se propaga do corpo do neurônio em direção ao axônio e ao tecido alvo.

A velocidade de propagação depende muito da espessura do axônio e se ele é ou não mielinizado. Quanto maior o diâmetro, maior a velocidade de propagação, além de ser mais rápida nos axônios mielinínicos. A mielina aumenta a velocidade de propagação uma vez que aumenta a espessura da fibra. Além disso, ela permite a condução saltatória do potencial de ação, uma vez que apenas os nodos de Ranvier se despolarizam, enquanto os nodos mielinizados são saltados.

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Sinapse

Uma sinapse é uma junção entre a célula nervosa e seu tecido alvo. Em humanos as sinapses são químicas, o que quer dizer que o impulso nervoso é transmitido da extremidade do axônio ao tecido alvo por substâncias químicas chamadas de neurotransmissores. Se um neurotransmissor estimula a célula alvo a realizar uma ação ele é chamado de neurotransmissor excitatório. Por outro lado, se ele inibe a célula alvo, ele é um neurotransmissor inibitório.

Dependendo do tipo de tecido alvo, existem sinapses centrais e periféricas. Sinapses centrais ocorrem entre dois neurônios no sistema nervoso central, enquanto sinapses periféricas ocorrem entre um neurônio e uma fibra muscular, um nervo periférico ou uma glândula.

Cada sinapse é formada por:

• Membrana pré-sináptica: membrana do botão terminal da fibra nervosa. 
• Membrana pós-sináptica: membrana da célula alvo. 
• Fenda sináptica: um espaço entre as membranas pré e pós-sinápticas.

Dentro do botão terminal da fibra nervosa são produzidos e armazenadas várias vesículas que contêm neurotransmissores. Quando a membrana pré-sináptica é despolarizada por um potencial de ação, os canais voltaicos de cálcio se abrem. Isso leva ao influxo de cálcio que muda o estado de certas proteínas de membrana na membrana pré-sináptica e leva à exocitose dos neurotransmissores na fenda sináptica.

A membrana pós-sináptica contém receptores para os neurotransmissores. Uma vez que os neurotransmissores se ligam aos seus receptores, os canais iônicos regulados por ligantes da membrana pós-sináptica se abrem ou se fecham. Esses canais regulados por ligantes são canais iônicos e sua abertura ou fechamento levam à redistribuição de íons na célula pós-sináptica. Dependendo se o neurotransmissor for excitatório ou inibitório, isso vai resultar em diferentes respostas.

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Resumo

Um potencial de ação é causado por um estímulo limiar ou supralimiar sobre um neurônio. Ele possui três fases: despolarização, pico de ultrapassagem e repolarização.

Um potencial de ação se propaga ao longo da membrana celular do axônio até alcançar seu botão terminal. Quando o botão terminal é despolarizado, ocorre a liberação do neurotransmissor na fenda sináptica. O neurotransmissor, então, se liga aos seus receptores na membrana pós-sináptica da célula alvo, causando uma resposta excitatória ou inibitória.

Potenciais de ação são propagados mais rapidamente em neurônios espessos e mielínicos e mais lentamente em axônios finos e amielínicos. Logo após a geração de um potencial de ação, um neurônio não é capaz de gerar um novo potencial de ação, pois fica refratário a novos estímulos.

Referências

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Bibliografia:

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• Patestas, M. A., Gartner, L. P. (2006). A Textbook of Neuroanatomy. Victoria, Australia: Blackwell Publishing Ltd.

Ilustrações:

• Tipos de neurônios e sinapse nervosa - Paul Kim
• Curva e fases do potencial de ação - Jana Vasković
• Troca de íons no potencial de ação - Jana Vasković