Como os sinais nervosos se propagam

Um potencial de ação leva o interior de um neurônio de -70 mV a +30 mV e de volta em cerca de 2 milissegundos.

Uma pequena bateria através da membrana

Todo neurônio mantém uma pequena diferença elétrica entre os dois lados da membrana. Ela é medida no interior em relação ao exterior, em milivolts (mV). Em repouso, o interior fica em cerca de -70 mV. Duas condições estabelecem essa diferença. A concentração de íons de sódio (Na+) é cerca de dez vezes maior fora da célula do que dentro, enquanto a de íons de potássio (K+) é maior no interior. A bomba de sódio e potássio mantém essas diferenças ao transportar Na+ para fora e K+ para dentro. Como funciona contra os gradientes, consome energia na forma de ATP. A membrana em repouso é como uma bateria carregada à espera de um interruptor.

Limiar e o disparo do tipo tudo ou nada

Um estímulo, como um neurotransmissor vindo de outra célula ou a pressão sobre um receptor tátil, permite a entrada de um pouco de Na+, e o interior fica menos negativo. Isso é a despolarização. Se a alteração for pequena, ela simplesmente se dissipa. Se atingir cerca de -55 mV, o limiar, muitos canais de sódio dependentes de voltagem se abrem, o Na+ entra rapidamente e o interior chega a cerca de +30 mV. Depois, canais de potássio dependentes de voltagem se abrem, o K+ sai e o potencial de membrana volta a cair. Ele passa brevemente de -70 mV para um valor mais negativo, em uma curta hiperpolarização, antes de voltar ao repouso. Todo o potencial de ação dura cerca de 2 milissegundos, e a variação de -70 a +30 corresponde a 100 mV, ou 0.1 volt.

Por causa do limiar, o potencial de ação obedece ao princípio do tudo ou nada. Um estímulo fraco que não chega a -55 mV não produz potencial de ação algum. Um estímulo forte não produz um potencial maior, pois todos os potenciais de ação atingem o pico na mesma voltagem. O que um estímulo mais forte faz é gerar potenciais de ação com mais frequência. Assim, o sistema nervoso codifica a intensidade pela frequência de disparos do neurônio, não pela altura de cada pico. Durante o período refratário absoluto, o mesmo segmento de membrana não pode iniciar outro potencial de ação. Esse período refratário também mantém o sinal seguindo em uma única direção, rumo às terminações axônicas.

Propagação contínua e por saltos ao longo do axônio

Em um axônio sem mielina, a despolarização se espalha um pouco, abre os próximos canais de sódio, avança mais um pouco e assim por diante. Essa condução contínua é lenta. Em um axônio mielinizado, há canais de sódio dependentes de voltagem apenas nos nódulos de Ranvier. A carga se espalha rapidamente sob a mielina e o potencial de ação é regenerado em cada nódulo, por isso parece saltar de um para outro. Isso é a condução saltatória, do latim saltare, saltar. Axônios mais grossos também conduzem mais depressa. Fibras finas sem mielina conduzem sinais a cerca de 0.5 a 2 metros por segundo; as fibras mielinizadas mais grossas chegam a cerca de 120 metros por segundo.

Atravessando o espaço: a sinapse

Na extremidade do axônio, o sinal elétrico precisa chegar a outra célula. Algumas sinapses são elétricas: as duas células ficam unidas de modo que os íons passam diretamente entre elas. A maioria é química. Quando um potencial de ação chega ao botão sináptico, canais de cálcio dependentes de voltagem se abrem e o Ca2+ entra. O cálcio ajuda as vesículas, pequenas bolsas cheias de neurotransmissor, a se fundirem com a membrana e liberarem seu conteúdo na fenda sináptica, o pequeno espaço entre as células. O neurotransmissor atravessa a fenda por difusão e se liga a receptores na célula receptora. Cada receptor se encaixa em um neurotransmissor, como uma chave na fechadura.

A ligação altera a voltagem da membrana receptora. Um potencial pós-sináptico excitatório a aproxima do limiar; um inibitório a afasta. Um único sinal raramente basta. Sinais de muitas sinapses, ou vários sinais em rápida sucessão de uma mesma sinapse, somam-se na zona de disparo. O próximo neurônio só dispara se a soma atingir o limiar. Por fim, o neurotransmissor é removido para que o sinal termine: a acetilcolina é degradada pela enzima acetilcolinesterase, e aminoácidos como o glutamato são bombeados de volta para neurônios ou células da glia e reutilizados. Segundo o NINDS, a acetilcolina faz os músculos se contraírem, o glutamato é um importante neurotransmissor excitatório e o GABA é inibitório.

Este é um material educativo sobre como o corpo é formado e funciona. Não é orientação médica e não serve para diagnosticar nem tratar ninguém.