Resistência Axial e Propriedades Passivas de Cabo de Axônios

Antes da abertura de qualquer canal dependente de voltagem, um axônio comporta-se como um cabo elétrico com perdas. A teoria do cabo trata o axônio como um condutor central cuja resistência interna (axial ou longitudinal), resistência da membrana e capacitância da membrana determinam, em conjunto, como um potencial local se propaga e decai ao longo de seu comprimento. Essas propriedades passivas preparam o terreno para o potencial de ação ativo e governam a distância e a velocidade com que os sinais subliminares viajam.

Definition

As propriedades passivas de cabo descrevem um axônio como um condutor central no qual a resistência axial (longitudinal intracelular), a resistência da membrana e a capacitância da membrana determinam a propagação eletrotônica do potencial; a constante de comprimento define a distância sobre a qual um potencial estável decai e a constante de tempo define a rapidez com que o potencial de membrana responde à corrente.

Scope

Este tópico aborda as propriedades elétricas passivas do axônio: resistência axial, resistência e capacitância da membrana, a constante de comprimento e a constante de tempo, e como elas governam a propagação eletrotônica e influenciam a condução. Ele trata o axônio como um condutor central e é uma referência de fisiologia, não uma orientação clínica.

Core questions

• O que significa tratar um axônio como um cabo elétrico?
• Como a resistência axial, a resistência da membrana e a capacitância determinam as constantes de comprimento e de tempo?
• Como as propriedades passivas de cabo influenciam a velocidade de condução do impulso?
• Por que um diâmetro de fibra maior diminui a resistência axial e aumenta a velocidade de condução?

Key concepts

• Resistência axial (longitudinal)
• Resistência da membrana
• Capacitância da membrana
• Constante de comprimento (lambda)
• Constante de tempo (tau)
• Propagação eletrotônica (passiva)
• Modelo de condutor central

Key theories

Teoria do cabo (condutor central)

Um tratamento do axônio como um condutor cilíndrico com resistência axial, resistência da membrana e capacitância da membrana distribuídas, a partir do qual são derivadas a constante de comprimento, a constante de tempo e a dependência da condução em relação à geometria.

Mechanisms

A corrente injetada em um ponto de um axônio se divide entre fluir longitudinalmente através do citoplasma, contra a resistência axial, e vazar para fora através da resistência da membrana enquanto carrega a capacitância da membrana. O equilíbrio entre a resistência axial e a resistência da membrana fixa a constante de comprimento, a distância sobre a qual um potencial em estado estacionário cai para cerca de 37% de seu valor; uma baixa resistência axial ou uma alta resistência da membrana resulta em uma constante de comprimento maior e uma propagação mais distante. O produto da resistência da membrana e da capacitância fixa a constante de tempo, que determina a rapidez com que o potencial de membrana muda em resposta à corrente. Como a resistência axial diminui à medida que a área da seção transversal da fibra aumenta, axônios de maior diâmetro têm constantes de comprimento maiores e propagação passiva mais rápida, o que, juntamente com as correntes ativas descritas por Hodgkin e Huxley, os faz conduzir potenciais de ação mais rapidamente. A teoria do cabo, portanto, liga a geometria do axônio e as propriedades da membrana tanto à sinalização subliminar quanto à velocidade de condução.

Clinical relevance

As propriedades de cabo explicam por que o diâmetro da fibra e o isolamento da membrana afetam a velocidade de condução e por que a propagação passiva do sinal é limitada pela distância. Esta entrada é material de referência descritivo sobre biofísica normal e não é base para decisões clínicas individuais.

Evidence & guidelines

A estrutura deriva de análises de condutor central (cabo) de fibras nervosas e de medições biofísicas subjacentes ao modelo de Hodgkin-Huxley; estes são tratamentos mecanicistas e teóricos, em vez de diretrizes clínicas.

History

A análise de cabo de fibras biológicas tem raízes na teoria do cabo telegráfico do século XIX, adaptada ao nervo no século XX. O tratamento de Rushton de 1951 sobre o nervo mielinizado formalizou como o tamanho da fibra molda a condução, e Rall posteriormente estendeu a teoria do condutor central à geometria de ramificação dos neurônios, tornando a teoria do cabo um fundamento para a compreensão tanto da integração passiva quanto da propagação do impulso.

Key figures

• William Rushton
• Alan Hodgkin
• Andrew Huxley
• Wilfrid Rall

Seminal works

• rushton-1951
• hodgkin-huxley-1952

Frequently asked questions

O que é a constante de comprimento de um axônio?

É a distância sobre a qual um potencial estável e passivamente propagado decai para cerca de 37% de seu tamanho original; ela aumenta quando a resistência axial é baixa ou a resistência da membrana é alta, permitindo que os sinais se propaguem mais longe.

Por que axônios mais grossos conduzem mais rápido?

Uma área de seção transversal maior diminui a resistência axial interna, alongando a constante de comprimento para que a despolarização se propague mais longe e mais rápido para levar a próxima região da membrana ao limiar.