Limiar, Princípio do Tudo-ou-Nada e Períodos Refratários

Três propriedades interligadas governam quando e com que frequência um axónio dispara. O limiar é a voltagem da membrana na qual a despolarização se torna autossustentável; o princípio do tudo-ou-nada significa que qualquer estímulo supralimiar produz um potencial de ação completo de amplitude fixa; e os períodos refratários são os intervalos após um pico durante os quais a membrana não pode, ou só com dificuldade, disparar novamente. Juntos, eles estabelecem a fiabilidade e a frequência máxima da sinalização neuronal.

Definition

Limiar é o potencial de membrana crítico no qual a corrente de sódio para dentro excede pela primeira vez a corrente para fora e desencadeia um potencial de ação regenerativo; o princípio do tudo-ou-nada afirma que um estímulo supralimiar produz um pico estereotipado de amplitude fixa; e os períodos refratários são o intervalo absoluto durante o qual nenhum segundo pico pode ser provocado e o intervalo relativo durante o qual é necessário um estímulo mais forte do que o normal.

Scope

Este tópico explica o limiar, a resposta de tudo-ou-nada e os períodos refratários absoluto e relativo, e como cada um decorre da cinética dos canais dependentes de voltagem. Também nota onde no neurónio os potenciais de ação são iniciados. É fisiologia de referência, não orientação clínica.

Core questions

• O que determina o limiar para o disparo de um potencial de ação?
• Por que o potencial de ação é de tudo-ou-nada em vez de graduado com a força do estímulo?
• Que estado molecular dos canais dependentes de voltagem produz os períodos refratários absoluto e relativo?
• Onde ao longo do neurónio o potencial de ação é normalmente iniciado?

Key concepts

• Potencial limiar
• Princípio do tudo-ou-nada
• Período refratário absoluto
• Período refratário relativo
• Inativação e recuperação do canal de sódio
• Segmento inicial do axónio como local de iniciação
• Limitação da taxa de disparo

Mechanisms

O limiar é a voltagem na qual a corrente regenerativa de sódio para dentro excede as correntes de potássio e de fuga para fora, de modo que uma despolarização adicional se torna autoamplificadora; abaixo dela, as despolarizações decaem, enquanto que no ou acima dela segue-se um pico completo. Como a fase ascendente é regenerativa, o seu tamanho não escala com a força do estímulo, dando a resposta de tudo-ou-nada. Após a fase ascendente, os canais de sódio são inativados e não podem reabrir até que a membrana repolarize, produzindo o período refratário absoluto; à medida que os canais recuperam e enquanto a condutância de potássio permanece elevada, é necessário um estímulo maior do que o normal para atingir o limiar, o período refratário relativo. Em muitos neurónios, o limiar é mais baixo no segmento inicial do axónio, devido à sua alta densidade de canais de sódio, que é, portanto, o local usual de iniciação do potencial de ação.

Clinical relevance

O limiar e a refratariedade limitam a frequência de disparo e explicam por que a condução pode falhar quando os canais são alterados ou bloqueados; eles sustentam a interpretação dos testes de excitabilidade. Esta entrada é material de referência descritivo e não constitui base para diagnóstico ou tratamento individual.

Evidence & guidelines

Estas propriedades são derivadas da cinética dos canais de Hodgkin-Huxley e de estudos posteriores da iniciação do potencial de ação no segmento inicial do axónio em neurónios de mamíferos; são descobertas mecanicistas em vez de diretrizes clínicas.

History

O caráter de tudo-ou-nada do impulso nervoso foi reconhecido na eletrofisiologia do início do século XX e recebeu uma explicação mecanicista pelo modelo de Hodgkin-Huxley, no qual o limiar e a refratariedade emergem diretamente da ativação, inativação e recuperação dos canais de sódio. Trabalhos posteriores localizaram a iniciação do potencial de ação no segmento inicial do axónio e atribuíram-na à distribuição de subtipos específicos de canais de sódio.

Key figures

• Alan Hodgkin
• Andrew Huxley
• Bruce Bean
• Greg Stuart

Seminal works

• hodgkin-huxley-1952
• kole-stuart-2012
• hu-2009

Frequently asked questions

Por que o potencial de ação é de tudo-ou-nada?

Uma vez ultrapassado o limiar, o influxo de sódio é autoamplificador, de modo que o pico atinge uma amplitude completa e fixa, independentemente de quão acima do limiar o estímulo estava; estímulos sublímiares não produzem nenhum pico.

O que causa o período refratário absoluto?

Durante e logo após o pico, os canais de sódio dependentes de voltagem são inativados e não podem reabrir até que a membrana repolarize, de modo que nenhum segundo potencial de ação pode ser desencadeado, por mais forte que seja o estímulo.