O Potencial de Ação: os neurônios em atividade

O que garante a capacidade do neurônio para transmitir uma informação é o Potencial de Ação. Como representado na figura, o Potencial de Ação constitui-se através de uma rápida despolarização seguida de uma repolarização. A despolarização é uma inversão da carga elétrica desta célula. Como já vimos anteriormente, um neurônio possui uma carga de aproximadamente -70mV quando em repouso (Potencial de Repouso). Durante o Potencial de Ação a carga elétrica do neurônio poderá chegar a 55mV.

Nos próximos posts veremos em detalhes todas as fases do potencial de ação.

O potencial de repouso: neurônios em silêncio

O potencial de repouso de um neurônio caracteriza-se pela diferença de um potencial elétrico entre o meio interno e externo do neurônio. Como vimos anteriormente, este potencial elétrico ocorre graças às forças de difusão e eletrostática que atuam na membrana semipermeável da membrana do neurônio.

Para estudar este potencial de repouso, pode-se utilizar uma preparação que utiliza o axônio gigante da lula. Nestes axônios, é possível medir esta diferença de potencial através de um voltímetro, aparelho especializado na medição de cargas elétricas através da introdução de um microeletrodo dentro da célula, enquanto outro permanece fora da membrana.

Na figura de hoje, podemos observar que de fato um neurônio encontra-se carregado eletricamente, tal qual uma bateria ou uma pilha que compramos em um supermercado. Como veremos adiante, o impulso elétrico ocorre quando há uma despolarização, ou seja, uma inversão das cargas elétricas do axônio. Tal processo é chamado de potencial de ação. 

A permeabilidade seletiva da membrana e os canais iônicos

A membrana plasmática possui uma permeabilidade baixa para o Sódio (Na+); uma permeabilidade um pouco maior para o potássio (K+). Para o Cloro (Cl-), entretanto, a membrana é totalmente permeável. Para as proteínas negativamente carregadas a membrana é totalmente impermeável. Elas nunca deixam o interior da célula.

Desta forma os canais iônios atuam como filtros de passagem seletiva para os íons. Os canais iônicos são proteínas embutidas na membrana plasmática. Eles possuem a capacidade de deixar os íons passarem de modo seletivo. Atuam de forma contínua, ou em resposta a estímulos elétricos, mecânicos ou químicos.

Os canais que permitem a passagem contínua de íons são os “canais abertos”. Os canais que dependem de estímulos são os chamados “canais controlados por comportas”. Estes últimos são altamente específicos: existem canais para o Sódio (Na+), Potássio (K+) etc. Podem abrir mediantealterações da voltagem da membrana, os chamados “dependentes de voltagem”. Ou então os canais podem abrir por substâncias específicas, os neurotransmissores. Neste caso são chamados “dependentes de ligantes”.

Na figura de hoje podemos observar a esquematização de um canal iônico fechado e aberto. 

O Potencial de Repouso e a Bomba de Sódio e Potássio

Para que uma célula mantenha o potencial de repouso de sua membrana, a separação dos íons deve ser constante. Como vimos, as forças da difusão e eletrostática são capazes de equilibrar os íons Potássio e Cloro, dentro e fora da célula respectivamente. Entretanto o mesmo não ocorre com o Sódio. Ele possui estas duas forças o “empurrando” para dentro da célula.

Uma experiência foi feita para se observar como tal processo funciona. Utilizou-se o axônio da Lula, considerado o maior da natureza. Colocou-se o axônio numa solução salina, muito parecida com a água do mar. Nesta solução encontravam-se íons de Sódio carregados radioativamente. Depois de um certo tempo observou-se o axoplama (citoplasma do axônio) da Lula. Através da radioatividade detectou-se que houve um certo influxo de Sódio para o interior da membrana. Mas a quantidade se mantinha constante. Para isso seria necessário que houvesse algo que bombeasse o Sódio para fora, contra seu gradiente de concentração.

A bomba de Sódio e Potássio consiste numa proteína incrustada na membrana plasmática. Ela necessita de energia na forma de ATP para funcionar. Na verdade 40 % do metabolismo celular são utilizados para o funcionamento desta bomba capaz de expulsar três moléculas de Sódio do interior da célula a capturar duas moléculas de Potássio do seu exterior. Tal processo ocorre de forma contínua. Além da bomba de Sódio e Potássio, existe outro mecanismo que controla a entrada e saída de moléculas destas células. São os chamados “canais iônicos”

As fases da transmissão elétrica: os íons Sódio (Na+) e Potássio (K+)

Uma das principais propriedades de um neurônio é a sua capacidade de receber e transmitir sinais elétricos. Tal propriedade é chamada de transmissão elétrica. A transmissão elétrica envolve a participação de moléculas eletricamente carregadas denominadas de ions. Tais ions, subdividem-se em dois tipos: aqueles carregados positivamente, os cátions, e aqueles carregados negativamente, os anions.

Nos meios intra e extra celular existe uma grande quantidade de íons. No meio extracelular podemos observar uma maior quantidade de cátions Sódio (Na+) e ânions Cloro (Cl-). No meio intracelular existe uma maior quantidade de cátions Potássio (K+), e de moléculas de proteínas ionizadas negativamente. Por meio de um mecanismo chamado difusão as moléculas de Sódio tendem a atravessar a membrana, para atingir a mesma concentração deste ion nos meios intra e extra celular. O mesmo ocorre com os demais ions.

Além da força de difusão existe também uma outra força que regula o comportamento destes ions: a chamada força eletrostática. Esta força controla a interação deste ions fazendo com que partículas com sinais iguais se repilam, enquanto que partículas com sinais diferentes se atraiam. Partículas positivamente carregadas, por exemplo, irão se repelir, mas serão atraídas por partículas negativas e vice-versa.

Levando-se em consideração estas duas formas podemos analisar o comportamento de ions importantes que estão presentes em tono do neurônio. O potássio, por exemplo, tende a ficar DENTRO da célula, devido ao equilíbrio das forças da difusão e pressão eletrostática. Na verdade, a força eletrostática mantém o íon dentro da célula (fora da célula é positivo, assim como a carga do potássio), pois ele tende a sair, pois fora da célula a concentração de potássio é menor.

O contrário acontece com o Cloro. Ele tende a entrar na célula, pois sua concentração é maior fora da célula. Entretanto, como ele está carregado negativamente a força eletrostática o mantém fora, pois dentro da célula a carga também é negativa.

Finalmente temos o Sódio. Ele, através da difusão, tende a entrar na célula, pois sua concentração é maior fora dela. A força eletrostática também ajuda, pois o Sódio está carregado positivamente, e o interior da célula está carregado negativamente. Mas por que então a concentração de Sódio na célula fica inalterada? Através de um engenhoso mecanismo chamado de Bomba de Sódio e Potássio.

A Incrível Variedade de Formas dos Neurônios

Acima podemos observar algumas variedades morfológicas de neurônios multipolares. Como vimos ontem, este tipo de neurônio caracteriza-se por possuir diversas ramificações dendríticas e somente um axônio. É o tipo mais comum de neurônio do sistema nervoso.

Os neurônios piramidais, por exemplo, localizam-se no hipocampo e no córtex cerebral, precisamente no córtex motor primário. São também chamados de células de Betz. Tais células são algumas das maiores no sistema nervoso central. São responsáveis pela transmissão de informações do sistema nervoso central para os músculos. Dessa forma são classificados funcionalmente como neurônios eferentes, ou motores.

As formas que os neurônios assumem possuem uma estreita relação com sua função. A quantidade de extensões ou tamanho destas extensões irá facilitar o desempenho de uma determinada tarefa. A localização do neurônio também é importante. Diferentes neurotransmissores são encontrados em diferentes áreas do cérebro.

Nos próximos posts veremos o funcionamento de uma das importantes propriedades do neurônio: a transmissão sináptica. 

Neurônios: classificação morfológica

Podemos classificar os neurônios quanto à sua morfologia, ou seja, a forma que assumem. Tal característica pode ser observada de acordo com o número de extensões que saem do corpo celular. Desta forma temos:

A-) Neurônio Unipolar: Possui apenas um único axônio saindo do corpo celular. Neurônios unipolares são raros. Geralmente são encontrados em invertebrados ou em processos embrionários.

B-) Neurônio Bipolar: Possui dois axônio com origem em locais opostos do corpo celular. Esta configuração axônica encontra-se somente entre neurônios sensoriais, como por exemplo, em sistemas visuais, auditivos e olfativos

C-) Neurônio Pseudounipolar: Desenvolveram-se inicialmente como neurônios bipolares mas eventualmente os dois axônios se unem formando um único axônio que emerge do corpo celular. Este axônio divide-se em dois; um vai para o sistema nervoso periférico, como por exemplo receptores sensoriais ou fibras musculartes. O outro vai para o sistema nervoso central, mais especificamente para a medula.

D-) Neurônio Multipolar: Possui apenas um único neurônio e vários dendritos. Este é o tipo de neurônio mais comum no sistema nervoso, tais como os neurônios piramidais e as células de Purkinje.

.Na figura de hoje podemos observar o aspecto destas células. A letra C significa o “corpo celular”. A letra D significa “dendritos” e a letra A representa o “axônio”.