Estados de um neurônio - Repouso, Ação e refratariedade

Sabe-se que a principal atividade do neurônio é quando ele exerce ações de transmissão/produção de informações, seja entre neurônios como em conexão com uma célula-alvo.

Essa célula-alvo pode ser qualquer célula a qual necessita de um "comando" para executar uma função.

Exemplo: Célula muscular a qual necessita de interação, vinda das células neuronais, para executar funções de contração ou relaxamento muscular.

Para uma melhor compreensão de como funciona e inicia tal atividade, precisamos entender conceitos básicos da biologia celular.

Membrana plasmática

Fig 1 - Modelo mosaico fluido de uma membrana.
Fonte: Prático e básico.

A membrana plasmática de uma célula obedece um padrão na sua formação, ao qual damos o nome de "Modelo Mosaico fluido". Tal formação propõe uma base composta por uma bicamada fosfolipídica em, uma distribuição de colesterol, proteínas, canais que proporcionam interações de permeabilidade seletiva e maleabilidade estrutural. FIG 1.

Assim, canais (iônicos) de sódio, canais (iônicos) de potássio e receptores são componentes que são apresentados com frequência na membrana.

Bomba de Sódio e Potássio 

Os canais iônicos (nos neurônios) são controlados por alterações da voltagem presente nas membrana no axônio FIG 2. E tais voltagens são alteradas pela influência de estímulos que, podem ser muitos, como por exemplo:

Para neurônios encarregados da visão, atividade externa que envolva fotossensibilidade - presença de fótons (luz) - é considerada estímulo para alteração de voltagem devido aos fotorreceptores;

Para neurônios encarregados pelo olfato, a influência externa por odores incomuns é considerada estímulo para a alteração de voltagem.

Fig 2 - Canais iônicos presentes na membrana.
Fonte: Difusão.

Também existem canais que ficam sempre abertos, muito conhecidos como "canais de vazamento".

No ambiente intracelular (região interna da célula), ocorre uma presença maior de potássio e no meio extracelular (região externa da célula), ocorre uma presença maior de Sódio. Para uma compreensão mais direta, é bom fundamentar que: POR ESTAR DO "LADO DE FORA", O SÓDIO SEMPRE ENTRA E O POTÁSSIO, POR ESTAR DO "LADO DE DENTRO", SEMPRE SAI.

Os canais de Sódio e os canais de Potássio, proporcionam uma interação de passagem desses íons, sempre conduzindo o Sódio para dentro e o potássio para fora da célula. Porém, se houvesse somente esses canais, em algum momento as quantidades de Sódio e de Potássio se tornariam iguais.

Para isso existe a Bomba de Sódio e Potássio!

A bomba de Sódio e Potássio é um canal diferente dos canais de sódio e dos canais de potássio, que proporciona o transporte controlado dessas concentrações, que em seu estado de repouso mantém o meio intracelular com maior concentração de Potássio e o Sódio em maior concentração no meio extracelular.

Mas como ela faz isso? É simples, transportando quantidades DESIGUAIS de Sódio e de Potássio (No caso, 3 Sódios para fora e 2 Potássios para dentro). Vale ressaltar que, por ser um transporte ativo, gasta ATP. Logo, acaba gerando cargas elétricas ao longo da SUPERFÍCIE e somente da superfície da membrana.

Estados do neurônio

Devido a geração de cargas citada anteriormente, a membrana do neurônio - quando em repouso - apresenta no interior cargas negativas e no exterior cargas positivas. FIG 3

Fig 3 - Voltagem da membrana de um neurônio.
Fonte: Só Biologia.

Aqui os estímulos entram em ação!

Quando ocorre algum estímulo, as cargas negativas e positivas alteram, provocando a abertura e fechamento dos canais, deixando os neurônios em 3 estados potenciais: Potencial de Repouso, Potencial de Ação e Estado Refratário.

No potencial de repouso, não ocorre produção de atividade elétrica e os canais de vazamento ficam abertos. Nesse estado, o meio intracelular se mantém negativo e o extracelular positivo. Chamamos um neurônio em estado de repouso de "Polarizado". FIG 4

Fig 4 - Demonstração das atividades dos canais
na membrana. Fonte: WebQuest

No potencial de ação, o neurônio se encontra ativo e produzindo atividade elétrica - Para ocorrer esse potencial é necessário a ativação por algum estímulo. De maneira geral, ocorre a geração de uma voltagem positivo rápida que retorna rapidamente ao seu valor negativo. Vale ressaltar que o potencial de ação não volta, ao ser produzido no Cone de implantação ele segue um único caminho.

Mas como isso acontece?

Essa pergunta é tão importante que faz com que formemos 3 subdivisões do Potencial de ação para entendermos. Chamamos essa subdivisão de Despolarização, Repolarização e Hiperpolarização (que são os 3 momentos que definem o potencial de ação).

Na Despolarização, os canais de Sódio - controlados por voltagem - se abrem devido a presença de um estímulo. Quando esse estímulo é "forte" o suficiente, ele atinge um estado que chamamos de estado Limiar. Ao atingir o limiar, todos os canais se abrem ao mesmo tempo. permitindo a entrada o Sódio, deixando a região intracelular com carga mais positiva.

Na Repolarização, a voltagem positiva fecha os canais de Sódio e Abre os canais de Potássio, retornando a negatividade da carga.

Na Hiperpolarização, o neurônio fica mais negativo do que no estado de repouso para fechar o canal de potássio.

Demonstração gráfica do potencial de ação do neurônio. Fonte: Blog Jaleko (modificado)

No estado refratário, o neurônio não pode ser ativado e se mantém assim por um tempo. Esse estado também é subdividido como: Absoluto e relativo.

No absoluto, não é possível a produção de um potencial de ação. Esse estado ocorre desde o início da despolarização até o final da repolarização. Porque já existe uma atividade nos canais e não é possível ocorrer dois estímulos um em cima do outro.

No Relativo, pode ocorrer um novo potencial de ação pois esse estado ocorre desde o final da repolarização até o retorno do potencial de repouso.

Video explicativo: