Sistema nervoso: geração e condução do impulso nervoso

Fisiologia Humana SDE0097Aula 3

Características fisiológicas dos neurônios

• Propriedades fundamentais Irritabilidade (ou excitabilidade)Condutibilidade

• A membrana plasmática possui a capacidade de selecionar os tipos de substâncias que entram e saem da célula, barrando alguns (como proteínas) e deixando passar outras (como íons) – é portanto uma membrana semipermeável.

• Esta seletividade da membrana determina diferentes concentrações de substâncias entre os meios intra e extracelular (MIC e MEC). Este gradiente (=diferença) de concentração de substâncias iônicas (substâncias dotadas de carga elétrica) determina também um gradiente elétrico entre os dois lados da membrana.

• Devido a esta distribuição desigual de íons entre os dois lados da membrana, o neurônio - em repouso – possui seu interior ligeiramente mais negativo do que o exterior. Esta diferença elétrica é chamada de diferença de potencial (DDP) ou simplesmente voltagem elétrica entre os lados da membrana, pois é medida em volts.

• Assim, é fácil entender que o neurônio, quando em repouso (potencial de repouso), está no estado polarizado (com dois polos elétricos definidos).

Canais e bombas iônicas

• As principais estruturas de transporte de membrana que contribuem para formar este potencial elétrico são os canais iônicos e as bombas iônicas.

• Canais iônicos (ou canais de vazamento) são proteínas que atravessam a membrana (proteínas integrais) que possuem uma luz (túnel), por onde trafega íons em mão dupla, de dentro para fora da célula e vice versa. Por possuir carga elétrica, os íons não conseguiriam passar pela membrana se não existissem os canais.

• Estes canais podem estar fechados ou abertos a passagem de íons e podem ser controladas por substâncias químicas (ligante-dependentes), íons e pelo campo elétrico, além de outros agentes. Quando os canais são controlados pelo campo elétrico, são denominados canais dependentes de voltagem, pois sua abertura depende do potencial de membrana.

Bomba de sódio-potássio (Bomba Na+K+ATPase)

• Na+ mais concentrado no MEC.• K+ mais concentrado no MIC.

• Bomba Na+K+ATPase Estrutura de transporte presente na membrana de inúmeras células do corpo – incluindo os neurônios - que expulsa ativamente íons sódio (Na+) do meio interno da célula para o exterior, enquanto reconduz íons potássio (K+) de fora para dentro.

• Funciona por ciclos: a cada ciclo, expulsa 3 íons Na+ e captura 2 íons K+. Como vai contra o gradiente de concentração naturais destas substâncias, este transporte só pode ocorrer de forma ativa, com gasto de energia pela célula (hidrólise do ATP).

• Participa ativamente da transmissão do impulso nervoso pelo neurônio, agindo na fase de repolarização da célula.

Potencial de repouso e Potencial de Ação

• Potencial de repouso (PR) o neurônio está em repouso, polarizado, não transmitindo o impulso nervoso. Canais de Na+ estão fechados.

• Potencial de ação (PA) o neurônio inicia o processo de transmissão do impulso nervoso.

• Três fases sequenciais do PA:

2Polarização

Invertida

3Repolarização

1 Despolarização

Fases do PA

1 – Despolarização

• Dependendo da intensidade do estímulo recebido, a membrana do neurônio pode despolarizar.

• Neste caso, abrem-se os canais de Na+ voltagem-dependentes que, por difusão, tendem a entrar na célula. Como são positivos, vão anulando (despolarizando) as cargas negativas no MIC, tornando gradativamente o interior da célula menos negativo com relação ao meio externo.

• Para fins didáticos, a fase de despolarização acaba quando as cargas elétricas entre os lados interno e externo da membrana acusa zero (DDP = 0V).

• Esta despolarização propaga-se como uma onda despolarizante que percorre o axônio do neurônio a partir do ponto que foi gerada, ou seja, ela é o próprio impulso nervoso.

Fases do PA

2 – Polarização invertida

• Continuação do processo anterior, ou seja, a abertura dos canais de Na+ voltagem dependentes.

• A continuada entrada de íons Na+ para o interior inverte a polaridade entre os meios interno e externo da célula (polarização invertida): o interior da célula fica ligeiramente mais positivo que o exterior.

Fases do PA

3 – Repolarização

• Abrem-se os canais de K+ (dependentes de voltagem, lentos) e ativam-se as bombas Na+K+ATPase, que expulsam ativamente Na+ e promovem o influxo de K+, reestabelecendo o estado de polarização original – retorna-se ao PR, com o interior da célula mais negativo que o exterior.

• O processo de formação do PA dura apenas alguns milissegundos e o impulso formado propaga-se para a célula seguinte com rapidez.

• OBS: Hiperpolarização as células pós-sinápticas das chamadas sinapses inibitórias apresentam canais de Cl- (cloro) ligante-dependentes. Quando esses canais são ativados por um neurotransmissor, ocorre um influxo de Cl- (negativo) para o MIC, tornando o DDP da membrana pós-sináptica ainda maior (hiperpolarização). Assim há uma probabilidade menor de geração de um potencial de ação pela célula pós-sináptica.

Impulso nervoso (onda despolarizante)

PA no gráfico

Condução do impulso nervoso

• Percurso do impulso nervoso: dendrito corpo celular axônio

• Para que o neurônio inicie um PA, o estímulo recebido por ele deve atingir o potencial limiar excitatório

• “Princípio do Tudo ou Nada” estímulo limiar despolarizaçãoestímulo sublimiar não induz despolarização, mas é cumulativo

(somação)

• Condução através do axônio condução contínua fibras amielínicas, mais lenta (percorre toda a extensão do axônio)

condução saltatória fibras mielínicas, muito mais rápida (despolarização ocorre apenas nos nódulos de Ranvier)

Sinapses• Regiões onde um neurônio se comunica com outra célula: um outro neurônio, células musculares ou células

epiteliais glandulares. Dois tipos:

1. Quanto à ordem transmitida Sinapses excitatórias Estimulam a formação de um novo PA na célula pós-sináptica

Ocorre despolarização da membrana pós-sináptica

Sinapses inibitórias (GABA, glicina)

Impedem a formação de um novo PA na célula pós-sináptica

Promovem hiperpolarização da membrana pós-sináptica (não ocorre despolarização da membrana pós-sináptica)

2. Quanto à forma de condução do estímulo

Sinapses elétricas (maioria) Mais rápidas, retardo nulo, não pode ser bloqueada

Propagação direta do PA da célula pré para a pós- sináptica, através de junções comunicantes (“gap junctions”)

Condução bidirecional do sinal

Sinapses químicas Mais lentas, maior período de retardo, podem ser bloqueadas

Liberação de mediadores químicos (neurotransmissores) na fenda sináptica

Condução unidirecional do sinal

Sinapses elétricas

Sinapses químicas

Transmissão do estímulo pela sinapse química

Neurotransmissores (NT) e Receptores

• Neurotransmissores Acetilcolina (colina e acetil CoA) SN Voluntário, SNA Simpático e Parassimpático

Dopamina, Noradrenalina e Adrenalina SNA SimpáticoAminasDerivados de triptofano: SerotoninaDerivados de histadina: HistaminaAminoácidos Glutamato, Aspartato, GABA, GlicinaPolipeptídeos Subst. P e peptídeos opióides (encefalinas e endorfinas

• Receptores Ionotrópicos canais iônicos dependentes de ligantes.Metabotrópicos não são canais; exercem suas ações nos sistemas de

segundo mensageiro

• Nos sistemas de segundo mensageiro, os receptores metabotrópicos não possuem canais, mas estão ligados a proteínas G no lado interior da membrana celular. Esta proteína é responsável por passar a mensagem ao interior da célula. Responsáveis por respostas mais lentas e de longa duração.

OBS: substâncias agonistas e antagonistas mimetizam ou inibem a atividade do neurotransmissor.

Efeitos da ligação neurotransmissor + receptor

1 - N+R ionotrópico

• abertura de canais iônicos potenciais sinápticos rápidos

• Gera Potenciais Excitatórios Pós-Sinápticos (PEPS, despolarizantes) ou inibitórios (PIPS, hiperpolarizantes)

2 - N+ R metabotrópico:

• geração de 2ºmensageiro potenciais sinápticos lentos

• resposta lenta associada ao crescimento e desenvolvimento de neurônios e mecanismo de memória de longa duração.

Ação dos receptores