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O processo de excitação e condução em fibras nervosas mielinizadas de vertebrados é caracterizado pelas suas características descontínuas e salinizantes. Sem dúvida, estas características distintivas derivam das seguintes propriedades histológicas e fisiológicas destas fibras nervosas.

• A bainha de mielina que cobre o cilindro-eixo destas fibras nervosas é interrompida mais ou menos regularmente em cada nó de Ranvier.
• O fluxo de corrente eléctrica dentro e à volta destas fibras nervosas é restringido pelo isolamento do cilindro-eixo com a bainha de mielina.
• A camada cortical do cilindro-eixo no nó de Ranvier é capaz de produzir potenciais de acção de uma forma tudo ou nada em resposta à passagem de corrente eléctrica dirigida para o exterior.
• O potencial de acção produzido num nó de Ranvier gera um impulso de forte corrente dirigida para o exterior nos nós vizinhos.

• 1 Bainha de mielina e nós de Ranvier
• 2 Isolamento eléctrico de eixo-cilindro pela bainha de mielina
• 3 Fluxo capacitivo de corrente através da bainha de mielina
• 4 Corrente interior associada à excitação de um nó de Ranvier
• 5 Produção de tudo-ou-nenhum potencial de acção por um único nó de Ranvier
• 6 Margem de segurança na condução nervosa
• 7 Condução salina – Uma narrativa histórica
• 8 Referências
• 9 Ver Também

h2> Bainha de mielina e nós de Ranvier

Isolamento eléctrico de eixos-cilindro por bainha de mielina

Em 1934, pouco depois do desenvolvimento da técnica de isolar cirurgicamente uma fibra nervosa motora inervante do músculo gastrocnémio do sapo em G. No laboratório de Kato, foi feita uma descoberta por M. Kubo e S. Ono, indicando que a bainha de mielina exerce uma forte influência sobre a eficácia de um pulso de corrente estimulante.

Figure 1: A intensidade limiar de um pulso de corrente longa para excitar uma fibra nervosa motora traçada contra a distância dos nós de Ranvier. B representa uma bateria. O cátodo estimulante (eléctrodo de pipeta de 100 \mu)m de diâmetro na ponta) foi deslocado numa piscina pouco profunda de fibras nervosas salinas, passo a passo ao longo da fibra nervosa. O estremecimento do músculo tudo ou nada foi tomado como um índice de excitação nervosa.

Mediante a medição das intensidades do limiar de intensidade dos impulsos de corrente entregues a uma fibra nervosa que flutua numa piscina pouco profunda de solução salina através do uso de um eléctrodo de pipeta, verificou-se que o limiar atinge um mínimo agudo quando o cátodo estimulante é colocado perto de um dos nós e um máximo agudo quando a ponta do eléctrodo está no ponto a meio caminho entre dois nós vizinhos. A partir de análises extensivas deste e dos resultados experimentais subsequentes, deduzem-se as seguintes conclusões.

• A resistência óhmica da bainha de mielina é muito elevada.
• O processo de excitação é desencadeado a partir de uma fibra nervosa por um fluxo de corrente exterior no nó.

Fluxo capacitivo de corrente através da bainha de mielina

Pouco antes da Segunda Guerra Mundial, verificou-se ser possível registar correntes de acção derivadas de um segmento curto de uma fibra nervosa dividindo a solução salina circundante em piscinas independentes através da utilização de fendas de ar estreitas. (Ver Figura 2.)

Figure 2: Esquerda: Diagrama esquemático ilustrando a configuração utilizada para registar correntes de acção a partir de um segmento curto ( l mm de comprimento) mielinizado de uma fibra nervosa isolada e um exemplo dos registos obtidos. Direita: Corrente de acção registada a partir de um segmento curto incluindo um nódulo de Ranvier. Para evocar um impulso conduzido através do local de registo, um breve choque eléctrico foi transmitido à fibra perto da sua extremidade proximal.

O registo à esquerda na figura mostra o curso temporal da corrente que atravessa uma região mielinizada curta de uma fibra nervosa no momento em que um impulso está a passar pela região. Note-se que o intervalo entre os dois picos da corrente transitória para fora coincide com o tempo de condução internodal (~2mm / 20mm por msec). Evidentemente, estes dois picos são produzidos pelo fluxo capacitivo de corrente através da bainha de mielina em associação com o início de um potencial de acção no nó (N_{1}) e no diagrama superior (N_{2}). Desta e de outras experiências relacionadas, conclui-se que a bainha de mielina se comporta como um simples condensador eléctrico com uma elevada resistência paralela.

Corrente interior associada à excitação de um nó de Ranvier

Figure 2, à direita, mostra o curso temporal da corrente de acção que atravessa a superfície de uma pequena porção de uma fibra nervosa, incluindo um nó de Ranvier ({ N_{1}})). É registada no momento em que um impulso está a passar pela porção. Evidentemente, a primeira deflexão para cima representa a corrente dirigida para fora associada ao desenvolvimento de um potencial de acção no nó proximal (N_{0}}).

Ao examinar o efeito de uma solução anestesiante adicionada ao conjunto distal e ao conjunto médio de solução salina, foi demonstrado que a deflexão acentuada para baixo representa a corrente dirigida para dentro, iniciada pelo início de um potencial de acção no nó médio (\(N_{1}})) e terminada pelo início de um potencial de acção no nó distal (\(N_{2})).

Produção de potenciais de acção tudo ou nada por um único nó de Ranvier

Potenciais de acção desenvolvidos por um único nó de Ranvier podem ser registados ligando a porção distal de uma fibra nervosa isolada a um amplificador com uma elevada impedância de entrada, seguida de anestesia de todos os nós no lado proximal do nó em estudo. (Ver Figura 3.)

Aqui, as respostas eléctricas são obtidas a partir do nó \(N_{1}}), fornecendo breves impulsos de tensão entre a piscina de soro fisiológico normal (na qual \\\\1})está imersa) e a porção proximal da fibra (separada da piscina que contém soro fisiológico normal por uma estreita abertura de ar). Os potenciais de acção observados são cerca de 110 mV em amplitude e têm uma fase de subida abrupta e uma fase de descida gradual, seguida finalmente por uma queda ligeiramente acelerada do potencial no final. Note-se que os potenciais de acção de tamanho completo são produzidos de uma maneira tudo-ou-nenhuma quando o potencial dentro do nó é elevado ao nível do limiar (cerca de 20 mV no caso presente) pelos impulsos aplicados.

Margem de segurança na condução nervosa

A produção de um potencial de acção num nó de uma fibra nervosa é acompanhada por um fluxo de corrente que circula localmente entre o nó excitado e o nó de repouso vizinho. Foi provado repetidamente que a corrente externa gerada no nó vizinho é muito mais intensa do que o nível necessário para excitar um nó no seu estado de repouso. Por outras palavras, o processo de reestimulação sucessiva dos nós pela corrente local (Strömchen, Hermann, 1879) prossegue com uma margem considerável de segurança. Deve-se lembrar a este respeito que o fluxo capacitivo da corrente através da bainha de mielina impõe um rigoroso limite inferior ao tempo necessário para o processo de excitação (ou seja, mudança abrupta no e.m.f.) saltar de um nó para o outro.

br>>>h2> Condução salina – Uma narrativa histórica

No Inverno de 1938, o autor (I. Tasaki) estava a prosseguir o estudo do efeito dos anestésicos em fibras nervosas isoladas no laboratório fisiológico da Universidade de Keio em Tóquio. Nessa altura, com base em experiências anteriores com fibras nervosas isoladas através do uso da técnica de estimulação tripolar, havia amplas evidências indicando que a fibra nervosa é isolada electricamente pela bainha de mielina e também que um impulso nervoso propagador é gerado por um fluxo de corrente para fora através da superfície não isolada do cilindro-eixo nos nós de Ranvier.

Uma noite, o autor decidiu examinar o efeito de uma solução de 3 mM de cocaine-Ringer aplicada a uma pequena porção – incluindo um único nó de Ranvier – de uma preparação de fibras nervosas motoras de gastrocnemio. Para testar a excitabilidade do nó antes e depois da aplicação do anestésico, a técnica de estimulação tripolar foi adoptada como previamente feito.

Imediatamente após a aplicação da solução de cocaína-Ringer ao nó único, foi comprovado que a concentração de cocaína utilizada era suficientemente elevada para tornar o nó em estudo completamente insuperável. Quando o efeito de um choque estimulante aplicado à fibra nervosa foi testado, foi surpreendentemente notado, com grande excitação, que nenhum bloqueio de condução foi provocado pela solução anestesiante. Ou seja, um impulso nervoso evocado na porção proximal da fibra foi conduzido através de um nó totalmente insuperável até à porção distal da fibra. A seguinte pergunta intrigante surgiu de imediato: como pode um impulso nervoso viajar através de uma região insuperável de uma fibra nervosa?

Naqueles dias, a maioria dos fisiologistas aceitou a suposição de que os impulsos nervosos viajam continuamente no interior do eixo-cilindro. Quando o surpreendente facto experimental acima referido foi trazido à luz do dia, tornou-se imediatamente evidente que a validade desta antiga e amplamente aceite suposição tinha de ser questionada.

Outras experiências revelaram os seguintes factos:

• Qualquer lesão mecânica ou osmótica infligida à região anestesiada bloqueia prontamente a condução nervosa através da região.
• A aplicação da solução anestesiante exclusivamente ao segmento mielinizado de uma fibra nervosa não produz qualquer alteração significativa na excitabilidade da fibra.
• Quando uma porção da fibra que inclui dois nós sucessivos é anestesiada, o bloqueio de condução ocorre ocasionalmente.
• Quando três ou mais nós são incluídos na região fortemente anestesiada, não pode ser observada qualquer condução de impulsos nervosos através da região.

Não foi difícil obter uma compreensão razoável de todos estes resultados experimentais. Pouco antes da realização destas experiências, A L. Hodgkin (1937) examinou o mecanismo do bloqueio de condução induzido pela compressão mecânica do nervo ciático da rã (tronco) e explicou os resultados obtidos com base na teoria actual local de Hermann. Viu-se daí que a teoria de Hermann oferece uma explicação totalmente satisfatória de todos os resultados experimentais acima referidos. A explicação defendida é a seguinte.

“Um potencial de acção produzido pelo nó imerso na solução normal de Ringer gera um fluxo de corrente dirigida para o exterior nos nós vizinhos. Esta corrente é tão forte que, mesmo depois de sofrer uma atenuação progressiva na região anestesiada, incluindo um ou dois nós, ainda é capaz de excitar o primeiro nó normal no lado distal da região anestesiada. O bloco de condução ocorre quando a corrente externa proveniente do nó normal proximal se torna sub-limiar para o nó no lado distal da região anestesiada”.

De facto, ao medir a intensidade do limiar dos choques eléctricos de teste aplicados ao nó distal, foi demonstrado de forma decisiva que a corrente de sub-limiar esperada mal atravessa o nó distal quando o bloqueio de condução ocorre de facto. Além disso, foram aduzidas provas para mostrar que a solução salina fora da fibra nervosa está directamente envolvida como o caminho da corrente no processo de reestimulação dos nós sucessivos. O manuscrito que descreve todas estas observações iniciais sobre a condução salina foi enviado para os EUA e publicado no American Journal of Physiology em 1939.

Durante os anos seguintes, o autor repetiu, confirmou e alargou essas observações iniciais, registando correntes de acção de fibras nervosas isoladas com um osciloscópio de raios catódicos que o próprio autor construiu. Quando chegou o momento da publicação dos novos resultados, uma nova dificuldade decorrente da situação inquieta do mundo nessa altura teve de ser ultrapassada. Como se tornou impossível procurar a publicação do novo material nos EUA, os dois primeiros manuscritos (escritos em alemão) tiveram de ser enviados para Frankfurt, Alemanha, através da estrada de ferro siberiana. Quando a via siberiana ficou indisponível em 1941, os manuscritos foram enviados para Frankfurt por submarino via América do Sul.

Figure 4: Dr. Ichiji Tasaki. Foto tirada em 1954, num momento crucial da sua carreira.

Muito tempo após o fim da guerra, verificou-se que todos os manuscritos enviados para a Alemanha foram aceites e publicados pelo Arquivo Pflügers. Por volta dessa altura, foi recebida em Tóquio a notícia de que novas experiências foram conduzidas sobre a condução salina por A F.Huxley e R.Stämpfli.

Muito mais tarde, aqui nos Institutos Nacionais de Saúde, os valores absolutos da resistência e da capacidade da bainha de mielina e de outras partes da fibra nervosa foram medidos por um método razoavelmente fiável (1955). Além disso, o curso temporal do potencial de acção desenvolvido por um único nó de Ranvier pôde ser determinado com justa precisão (1956). Estes dados foram encontrados para formar uma base de análise quantitativa do fenómeno de condução salina nas fibras nervosas mielinizadas (cf. Tasaki, 1982).

Ranvier, L. (1871) Contribution á l’histologie et á la physiologie des nerfs périphériques. C. R. 73, 1168-1171.

Hermann, L. (1879) Handbuch der Physiologie., Theil 1. 1-196, Vogel, Leibzig.

Kato, G. (1934) Microphysiology of Nerve, Maruzen, Tóquio.

Tasaki, I. (1939) Am. J. Physiol. 127: 211-227.

Tasaki, I., e Takeuchi, T, (1941) Pflügers Arch ges. Physiol. 244: 696-711; e (1942) 245; 764-782.

Huxley, A. F.., e Stämpfli, R. (1949) J. Physiol. 108: 315-339.

Hodgkin, A. L. (1937) J. Physiol. 90: 183 – 232.

Tasaki, I. (1982) Physiology and Electrochemistry of Nerve Fibers, Academic Press,New York.

See Also

Electrophysiology, Neuron, Neuronal Excitability