Fisiologia dos músculos e dos nervos
Potenciais de membrana e potenciais de ação
A eletricidade é um processo natural em nosso organismo e está envolvida na função específica de certas células especiais no cérebro e nos músculos estriados e lisos.
Cada padrão de luz, som, calor, dor, cada piscar de olhos, estalar de dedos, cada pensamento traduz-se em uma sequência de pulsos elétricos.
As células nervosas possuem propriedades similares às outras células em muitos aspectos: elas alimentam-se, respiram, passam por processos de difusão e osmose em suas membranas etc., mas diferem em um aspecto importante: elas processam informação.
A habilidade das células nervosas processarem informação depende de propriedades especiais da membrana do neurônio, a qual controla o fluxo de substâncias ao lado interno da célula (íons sódio, cálcio, potássio etc.).
Os neurônios não existem isoladamente: eles também se conectam uns aos outros, formando as chamadas cadeias neuronais, as quais transmitem informações a outros neurônios ou músculos.
Por essas cadeias, caminham os impulsos nervosos.
Dois tipos de fenômenos estão envolvidos no processamento do impulso nervoso: elétrico e químico.
Os eventos elétricos propagam um sinal dentro de um neurônio, e o químico transmite o sinal de um neurônio a outro ou a uma célula muscular. O "engate" ou junção entre um neurônio e outro, é denominado sinapse.
Um impulso nervoso é a transmissão de uma alteração elétrica ao longo da membrana do neurônio a partir do ponto em que ele foi estimulado. A direção normal do impulso no organismo é do corpo celular para o axônio. Esse impulso nervoso, ou potencial de ação, é uma alteração brusca e rápida da diferença de potencial transmembrana.
Normalmente, a membrana do neurônio é polarizada em repouso, sendo que o potencial é negativo ( -70 mV).
O potencial de ação consiste de uma redução rápida da negatividade da membrana até 0 mV e inversão desse potencial até valores de cerca de +30 mV, seguido de um retorno também rápido até valores um pouco mais negativos que o potencial de repouso de -70mV.
O mais importante exemplo de transporte ativo presente na membrana da s células excitáveis é a Bomba de Sódio e Potássio.
Tal bomba transporta, ativa e constantemente, íons sódio de dentro para fora da célula e, ao mesmo tempo, íons potássio em sentido contrário, isto é, de fora para dentro das células. Mas os íons (sódio e potássio) não são transportados com a mesma velocidade: A Bomba de Sódio e Potássio transporta mais rapidamente íons Sódio (de dentro para fora) do que íons Potássio (de fora para dentro).
Para cada cerca de três íons sódio transportados (para fora), dois íons potássios são transportados em sentido inverso (para dentro).
Isso acaba criando uma diferença de cargas positivas entre o exterior e o interior da célula, pois ambos os íons transportados pela bomba (sódio e potássio) são cátions (com uma valência positiva), e a Bomba de Sódio e Potássio transporta, portanto, mais carga positiva de dentro para fora do que de fora para dentro da célula.
Cria-se assim um gradiente elétrico na membrana celular: No seu lado externo , acaba formando-se um excesso de cargas positivas , enquanto que no seu lado interno ocorre o contrário, isto é, uma falta de cargas positivas faz com qu e o líquido intracelular fique com mais cargas negativas do que positivas.
O gradiente elétrico então formado é conhecido como Potencial de Membrana Celular.
Na maioria das células nervosas, tal potencial equivale a algo em torno de 90 mv.
Quando a membrana de uma célula excitável realmente se excita, ocorrem sucessões de eventos fisiológicos através da membrana.
Tais fenômenos, em conjunto, produzem aquilo que chamamos de Potencial de Ação.
Geralmente a excitação ocorre no momento em que a membrana recebe um de terminado estímulo.
Alguns estímulos , como: ca lor, frio, solução salina hipertônica ou hipotônica, ácidos, bases, corrente elétrica, pressão etc.
Algumas células desencadeiam o Potencial de Ação sem a necessidade de receberem estímulos em razão a uma alta excitabilidade que as mesmas apresentam. Tais células são denominadas auto excitáveis, e os potenciais por elas gerados são denominados de potenciais espontâneos.
Um típico potencial de ação em uma típica célula excitável dura apenas alguns poucos milésimos de segundo e pode ser dividido nas seguintes fases: despolarização e repolarização. A despolarização é a primeira fase do potencial de ação.
Durante essa fase, ocorre um significativo aumento na permeabilidade aos íons sódio na membrana celular. Isso propicia um grande fluxo de íons sódio de fora para dentro da célula através de sua membrana por um processo de difusão simples.
Como resultado do fenômeno citado acima, o líquido intracelular passa a apresentar uma grande quantidade de íons de carga positiva (cátions) e a membrana celular passa a apresentar agora um potencial inverso daquele encontrado na s condições de repouso da célula: Mais cargas positivas no interior da célula e mais cargas negativas no seu exterior.
O potencial de membrana nesse período passa a ser, portanto, positivo (algo em torno de +45 mv).
A repolarização é a segunda fase do potencial de ação e ocorre logo em seguida à despolarização.
Durante este curtíssimo período, a permeabilidade na membrana celular aos íons sódio retorna a o normal e, simultaneamente, ocorre agora um significativo aumento na permeabilidade aos íons potássio. Isso provoca um grande fluxo de íons potássio de dentro para fora da célula (em consequência ao excesso de cargas positivas encontradas nesse período no interior da célula e à maior concentração de potássio dentro do que fora da célula).
Enquanto isso, os íons sódio (cátions) que estavam em grande quantidade no interior d a célula vão sendo transportados ativamente para o exterior da mesma, p ela bomba de sódio -potássio.
Tudo isso faz com que o potencial na membrana celular volte a ser negativo (mais cargas negativas no interior da célula e mais cargas positivas no exterior da mesma).
O potencial de membrana, nesse período, passa a ser algo em torno de -95 mV.(ligeiramente mais negativo do que o potencial, membrana em estado de repouso da célula).
Um típico potencial de ação em uma típica célula excitável dura apenas alguns poucos milésimos de segundo e pode ser dividido nas seguintes fases: despolarização e repolarização. A despolarização é a primeira fase do potencial de ação.
Durante essa fase, ocorre um significativo aumento na permeabilidade aos íons sódio na membrana celular.
Isso propicia um grande fluxo de íons sódio de fora para dentro da célula através de sua membrana por um processo de difusão simples.
Como resultado do fenômeno citado acima, o líquido intracelular passa a apresentar uma grande quantidade de íons de carga positiva (cátions) e a membrana celular passa a apresentar agora um potencial inverso daquele encontrado na s condições de repouso da célula: Mais cargas positivas no interior da célula e mais cargas negativas no seu exterior.
O potencial de membrana nesse período passa a ser, portanto, positivo (algo em torno de +45 mv).
A repolarização é a segunda fase do potencial de ação e ocorre logo em seguida à despolarização.
Durante este curtíssimo período, a permeabilidade na membrana celular aos íons sódio retorna a o normal e, simultaneamente, ocorre agora um significativo aumento na permeabilidade aos íons potássio.
Isso provoca um grande fluxo de íons potássio de dentro para fora da célula (em consequência ao excesso de cargas positivas encontradas nesse período no interior da célula e à maior concentração de potássio dentro do que fora da célula).
Enquanto isso, os íons sódio (cátions) que estavam em grande quantidade no interior d a célula vão sendo transportados ativamente para o exterior da mesma, p ela bomba de sódio-potássio.
Tudo isso faz com que o potencial na membrana celular volte a ser negativo (mais cargas negativas no interior da célula e mais cargas positivas no exterior da mesma).
O potencial de membrana, nesse período, passa a ser algo em torno de -95 mV.(ligeiramente mais negativo do que o potencial, membrana em estado de repouso da célula).
- Aumento ou diminuição do calibre do axônio ou célula;
- Maior ou menor isolamento da membrana (ao variar a espessura da
mielina, se houver).
O aumento do calibre do axônio ou célula provoca um aumento da velocidade de propagação do potencial de ação, pois há diminuição da resistência longitudinal, provocada por uma maior área de secção transversal.
Em alguns axônios do polvo Atlântico, a velocidade de propagação do potencial de ação alcança velocidades superiores a 100 m/s, em consequência do calibre e levado e da mielina espessa.
Outro fator fundamental para desencadear um potencial de ação é o tipo de bainha de mielina. A bainha de mielina é uma membrana lipídica modificada e espessada.
Ela pode ser sintetizada por duas células: oligodendrócitos, no sistema nervoso central, e células de Schwann, no sistema nervoso periférico. A espessura da bainha de mielina é de acordo com o número de voltas que a membrana das células de Schwann ou dos oligodendrócitos dão em torno do axônio.
Em axônios de calibre pequeno não há mielina envolvendo, já em axônios de calibre grande, a mielina é mais espessada do que os outros menores que a possuem. A bainha de mielina fornece um aumento do isolamento celular (aumento da resistência de membrana) em virtude de não haver canais de vazamento de membrana em que há mielina.
Desse modo, a fase passiva perde menos íons, o que aumenta a chance do potencial de ação ter sucesso.
Além de não haver canais de vazamento de membrana, não há também praticamente nenhum tipo de canal de membrana quando há bainha de mielina (ex.: bombas de sódio e potássio), o que provoca para a célula uma menor necessidade de síntese proteica, ou seja, menos gasto energético.
A bainha de mielina permite uma maior velocidade da fase passiva da propagação do potencial de ação (diminui a capacitância de membrana e aumenta a resistência de membrana).
Além disso, diminui o número de fases ativas da propagação do potencial de ação, tornando a propagação mais veloz ainda. As fases ativas da propagação ocorrem em máculas da bainha de mielina, os nódulos da Ranvier.
Neles, diferentemente da zona cercada por bainha de mielina, há abundância de canais de íon sódio voltagem dependentes (densidade até quatro ordens de magnitude a mais que nas membranas amielínicas), o que permite a ocorrência do potencial de ação, que corresponde à fase ativa da propagação do potencial de ação.
A distância entre os nódulos de Ranvier deve ser muito bem calculada pelas células, de modo que o potencial passivo chegue com íons suficientes para provocar o potencial de ação.
A consequência da bainha de mielina queimar etapas na propagação, ao diminuir o número de potenciais ativos, está nos movimentos saltatórios, que possuem esse nome em razão de haver a impressão de que os potenciais de ação saltam de nódulo em nódulo.
De acordo com a figura acima, os cátions à esquerda, dentro da célula, são conseguidos a partir de um potencial de ação. Passivamente, eles se difundem para outro nódulo de Ranvier, onde gerarão um novo potencial de ação.
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