Neurônios

O cérebro é composto por bilhões de células nervosas denominadas neurônios. O neurônio é o componente básico do sistema nervoso central (SNC) e cada neurônio compartilha estruturas comuns e características funcionais.

Tipicamente, um neurônio contém três importantes partes:

um corpo central celular que contém o núcleo e direciona todas as atividades do neurônio; os dendritos, fibras curtas que se estendem do corpo celular.

Local de recebimento de mensagens de outros neurônios;
o axônio, uma fibra longa simples que transmite mensagens do corpo celular para os dendritos de outros neurônios ou tecidos do corpo como os músculos.

Apesar da maioria dos neurônios conterem todas as três partes, há uma variedade de tamanhos e formas dos neurônios, assim como seus axônios e dendritos. Por exemplo: o comprimento de um axônio pode variar de poucos milímetros a metros, como aqueles pertencentes a neurônios motores que saem da medula espinhal até os músculos que eles enervam.

O axônio transmite impulsos elétricos ( na forma de potencial de ação) do corpo celular para outros neurônios ou músculos, órgãos ou glândulas do corpo.

A transferência de uma mensagem de um axônio de um neurônio para o dendrito de outro é conhecida como neurotransmissão. Apesar dos axônios e dendritos estarem localizados extremamente próximos uns dos outros, a transmissão de uma mensagem não ocorre através de contato direto.

A comunicação entre células nervosas ocorre principalmente através da liberação de substâncias químicas no espaço entre os axônios e dendritos. Este espaço é conhecido como sinapse.. Quando um neurônio se comunica, uma mensagem, encaminhada como impulso elétrico, move-se pelo axônio na direção da sinapse. Na sinapse, há uma liberação de moléculas, chamadas neurotransmissores, pelo axônio.

Os neurotransmissores, então, difundem-se na sinapse e se ligam em moléculas especiais, denominadas receptores, que estão localizadas nas membranas celulares dos dendritos da célula nervosa adjacente. Estes, por sua vez, estimulam ou inibem uma resposta elétrica do neurônio receptor. Portanto, os neurotransmissores agem como mensageiros químicos, levando informações de um neurônio a outro.

Há diferentes tipos de neurotransmissores; cada um tem um papel preciso no funcionamento do cérebro. Geralmente, cada neurotransmissor liga-se somente a um receptor específico. Portanto, quando um neurotransmissor acopla-se a um receptor, é como se fosse “chave na fechadura”. Este acoplamento dispara uma cascata de eventos na superfície do dendrito do neurônio receptor e dentro da célula. Desta maneira, a mensagem levada pelo neurotransmissor é recebida e processada pela célula nervosa receptora. Uma vez que isso ocorreu, o neurotransmissor pode ser inativado por um dos dois modos: ele pode ser quebrado por uma enzima ou reabsorvido pela célula nervosa que o havia liberado.

A reabsorção é realizada por moléculas transportadoras. As moléculas transportadoras residem nas membranas celulares dos axônios que liberaram os neurotransmissores. Eles recolhem os neurotransmissores na sinapse, atravessando a membrana celular no interior do axônio. Os neurotransmissores ficam então disponíveis para serem reutilizados.

Os axônios de muitos neurônios são cobertos por uma estrutura lipídica denominada barra de mielina. A barra de mielina tem várias funções. Uma das mais importantes funções é aumentar a velocidade com que o impulso nervoso percorre o axônio. A velocidade de condução de um impulso nervoso de um axônio altamente mielinizado pode ser tão rápida como 120m/s. Em contraste, um impulso nervoso de um axônio sem barra de mielina pode percorrer menos de 2m/s.

NEUROTRANSMISSORES Acetilcolina

A acetilcolina foi primeiramente identificada como transmissor químico no sistema periférico nervoso e no cérebro; deficiências na secreção desse neurotransmissor são associadas com disfunções no aprendizado e memória, como aquelas vistas na doença de Alzheimer. Após exercerem seu efeito na membrana dendrítica pós-sináptica, sua ação é terminada pela enzima acetilcolinesterase, que degrada o neurotransmissor.

A acetilcolina é altamente distribuída por todo o cérebro, particularmente nas regiões do córtex cerebral, hipocampo, diencéfalo, ponte e cerebelo. Sugere-se que a acetilcolina possa estar envolvida em circuitos que modulam dor e outras recepções sensoriais e em mecanismos relacionados à estimulação, atenção, humor e sono.

Catecolaminas (dopamina e noradrenalina)

O termo catecolamina se refere a compostos contendo um núcleo catecol (um anel benzeno com dois grupos hidroxila) a qual se liga um grupo amino. No sistema nervoso central (SNC) o termo se refere aos neurotransmissores dopamina e noradrenalina.

Após a liberação, a dopamina e a noradrenalina exercem seus efeitos ligando-se a receptores específicos pós-sinápticos. A inativação dos neurotransmissores ocorre primeiramente pela recaptação dos mesmos através de moléculas transportadoras existentes nos terminais dos nervos pré-sinápticos. Dentro dos terminais nervosos, as catecolaminas podem ser inativadas por enzimas, como a monoamino-oxidase (MAO).

Os corpos celulares de neurônios noradrenérgicos estão localizados no tronco encefálico. Desta região, axônios se projetam amplamente pelo cérebro a terminais nervosos no córtex cerebral, sistema límbico, hipotálamo e cerebelo.

Projeções dos axônios também vão para a medula espinhal, onde ele exerce ações analgésicas. A liberação de noradrenalina produz aumento no estado de alerta, sentimentos positivos de recompensa e analgesia. A liberação de noradrenalina pode também estar envolvida em comportamentos instintivos básicos como fome, sede, emoções e sexo.

Quanto aos neurônios dopaminérgicos, três circuitos foram descritos. No primeiro, corpos celulares existentes no hipotálamo enviam axônios para a glândula pituitária, regulando certos hormônios. No segundo, corpos celulares do tronco encefálico projetam seus axônios ao gânglio basal, desempenhando importante papel na regulação dos movimentos. No terceiro, corpos celulares do cérebro médio projetam seus axônios até o córtex cerebral (especialmente o córtex frontal) e o sistema límbico.

Serotonina

O neurotransmissor serotonina está relacionado à depressão, sono, sexo e à regulação da temperatura corpórea. Significantes quantidades de serotonina são encontradas na região superior do tronco encefálico. Projeções do tronco encefálico terminam difusamente através do córtex cerebral, hipocampo, hipotálamo e sistema límbico.

Glutamato (ácido glutâmico)

O glutamato parece ser o neurotransmissor excitatório primário do cérebro; seus receptores podem ser encontrados na superfície de virtualmente todos os neurônios. Curiosamente, o glutamato é também o precursor do maior neurotransmissor inibitório, o GABA. O glutamato desempenha um importante papel nas funções cognitivas (hipocampo e córtex), funções motoras, funções do cerebelo e funções sensoriais.

GABA (ácido gama-amino butírico)

O GABA é o maior neurotransmissor inibitório e é encontrado em altas concentrações no cérebro e na medula espinhal. Dois tipos de receptores GABA são encontrados: GABA-A e GABA-B. Receptores GABA-A são encontrados no córtex cerebral, hipocampo e cerebelo. A ativação dos receptores GABA-B na amídala é associada com a desestabilização da membrana.

Peptídeos opióides

Peptídeos opióides produzem analgesia atuando em receptores específicos existentes no cérebro. Receptores opióides são encontrados no tronco encefálico, tálamo e medula espinhal. Os receptores existentes no tronco encefálico também estão envolvidos na mediação da tosse, náuseas, vômitos, manutenção da pressão sangüínea e controle das secreções estomacais.

As maiores concentrações de receptores opióides no sistema nervoso central estão localizadas no sistema límbico. Apesar dos opióides não exercerem ações analgésicas nessa região, eles provavelmente afetam o comportamento emocional. Poucos receptores opióides são encontrados no córtex crebral e nenhum encontrado no cerebelo.

Em 1976, três tipos de receptores opióides foram identificados: mu, kappa e sigma. Em 1981 um quarto tipo foi adicionado: o receptor delta. Mais recentemente, subtipos desses receptores foram identificados e a existência do receptor sigma foi questionada.

Receptores mu estão localizados no tronco encefálico e no tálamo; mediam a analgesia induzida pela morfina e a depressão respiratória. Receptores kappa localizados na medula espinhal mediam a analgesia e no tronco encefálico estes receptores mediam a sedação e a miose. Receptores delta estão envolvidos em alterações no comportamento afetivo e euforia.Neuroquímica

Uma das áreas de pesquisa da química é a neuroquímica: a ciência que estuda a relação entre a estrutura química de certas moléculas e suas atividades no Sistema Nervoso Central (SNC). Como são transmitidos os impulsos nervosos? Como a informação é armazenada? O que são os neurotransmissores?

O sistema nervoso, juntamente com o sistema endócrino, é responsável pela maioria das funções do controle do organismo. O SNC pode ser comparado a um supercomputador, capaz de processar um número enorme de bits de informação, provenientes de diferentes órgãos sensoriais e, então, determinar a resposta a ser executada pelo organismo. O modo de transmissão entre os neurônios, no cérebro, não é elétrico, e sim carreado por neurotransmissores, substâncias químicas neuroativas liberadas no lado pré-sináptico da junção entre dois neurônios, a sinapse.

De toda a informação enviada pelos órgãos sensoriais, apenas 1% produz uma resposta do organismo: uma das principais funções do SNC é filtrar as informações que chegam - na verdade, 99% são simplesmente descartadas.

A sinapse é o ponto de contato entre um neurônio e o seu vizinho - um local próprio para a transmissão de sinais. Na sinapse, um neurônio (o pré-sináptico) libera neurotransmissores, que viajam pelo meio intercelular, até os receptores sinápticos do neurônio seguinte (o pós-sináptico), desencadeando um potencial de ação no segundo neurônio. Os receptores são, na verdade, proteínas situadas na membrana celular do neurônio, que interagem com o neurotransmissor, provocando uma alteração conformacional em algumas regiões da membrana (como canais de sódio ou cloro). Isto produz uma polarização ou despolarização da membrana celular deste neurônio - é o impulso elétrico gerado por uma sinapse química!

A fenda sináptica tem, em geral, cerca de 250 angstrons. Os terminais pré-sinápticos são regiões do neurônio ricas em duas estruturas internas importantes: as mitocôndrias e as vesículas sinápticas. As vesículas são pequenas "bolsas" que carregam os neurotransmissores. Um estímulo químico ou elétrico pode causar a migração das vesículas para a membrana e consequente liberação dos neurotransmissores na fendas sináptica.

O transmissor tem de ser sintetizado com extrema rapidez, porque a quantidade armazenada pelas vesículas só é suficiente para durar alguns minutos! A produção de neurotransmissores a partir de seus precursores torna-se possível pela presença de enzimas específicas, a custa de um dispêndio de energia, fornecida pelo ATP. Daí a importância das mitocôndrias, responsáveis pela produção do ATP!

Chave & Fechadura

Uma vez na fenda sináptica, as moléculas do neutotransmissor têm acesso aos sítios receptores, situados em moléculas da membrana pós-sináptica e também da pré-sináptica. Tais sítios têm uma estrutura molecular particular que lhe permite reconhecer a molécula do transmissor, assim como uma fechadura reconhece sua chave (o modelo é chamado de lock and key). A combinação do neurotransmissor com os receptores da membrana pós-sináptica produz uma alteração de sua configuração espacial ou deformação do receptor.

Essa alteração conformacional faz com que o receptor abra canais iônicos específicos, modificando rapidamente a polaridade elétrica da membrana; alternativamente, ativam enzimas formadoras de mensageiros químicos no citoplasma do neurônio pós-sináptico, que por sua vez provocam alterações mais lentas e persistentes das propriedades elétricas da membrana neuronal ou, ainda, modificam a velocidade de reações químicas no citoplasma desse neurônio, alterando o seu funcionamento.

Drogas psicotrópicas

Algumas drogas com ação no SNC possuem uma estrutura química semelhante a de um neurotransmissor, podendo, então, se ligar ao sítio receptor. Na animação, note como todas as moléculas possuem alguns grupos "chaves" para a associação com o receptor.

O sistema nervoso, juntamente com o sistema endócrino, é responsável pela maioria das funções do controle do organismo. O SNC pode ser comparado a um supercomputador, capaz de processar um número enorme de bits de informação, provenientes de diferentes órgãos sensoriais e, então, determinar a resposta a ser executada pelo organismo. (O QMCWEB já falou sobre os receptores sensoriais, no artigo sobre os quimiossensores) O modo de transmissão entre os neurônios, no cérebro, não é elétrico, e sim carreado por neurotransmissores, substâncias químicas neuroativas liberadas no lado pré-sináptico da junção entre dois neurônios, a sinapse.

De toda a informação enviada pelos órgãos sensoriais, apenas 1% produz uma resposta do organismo: uma das principais funções do SNC é filtraras informações que chegam - na verdade, 99% são simplesmente descartadas.

Quimiosensores

Em menos de um segundo somos capazes de detectar, no ar, a presença de substâncias em concetrações tão baixas que nenhuma máquina construída pelo homem detectaria.

O olfato é o mais antigo - e um dos mais intrigantes - sentidos desenvolvidos pelo homem. Nesta edição do QMCWEB você vai saber um pouco mais sobre o olfato, quimiossensores e a relação entre a estrutura da molécula e o odor experimentado

O olfato depende de receptores sensoriais que respondem à presença de certas moléculas na atmosfera. Nos humanos, estes quimiorreceptores estão localizado no epitélio oftactatório - um pedaço de tecido do tamanho de um selo postal, localizado na cavidade nasal.

Este tecido é recoberto de cílios e uma camada de muco. As moléculas gasosas são dissolvidas no muco e, então, interagem com os receptores. Isto ativa uma enzima, a adenilil ciclase, que cataliza a conversão de ATP ao AMP cíclico (cAMP). O cAMP ativa um canal de Na+, gerando um potencial de despolarização ao longo da membrana. Este impulso é transmitido pelos nervos olfactatórios até o cérebro, que, computando outros estímulos sensoriais, interpreta o impulso como um odor - muitas vezes acionando áreas da memória que relacionam o particular odor com algo já experimentado antes.

A substância odorante precisa ter certas propriedades para ser capaz de provocar alterações sensoriais: deve apresentar alguma solubilidade em água, pressão de vapor considerável, lipofilicidade, e massa molar não muito elevalda (em um artigo de 1967, Demole e Wuest, na Helv. Chem. Acta., garantem não existir nenhuma molécula odorante com massa molar maior do que 294 g/mol). Existem cerca de 50 milhões de células receptoras em cada uma das duas cavidades nasais.

O ser humano é capaz de distinguir mais de 10.000 espécies químicas diferentes, baseado apenas em sua estrutura molecular.

Uma comparação das estruturas das moléculas com seus odores revela algumas similaridades: por exemplo, substâncias com odor de peixes geralmente contém um átomo de nitrogênio ligado a 3 átomos, com um par eletrônico não-ligante: são aminas primárias, secundárias ou terciárias, tal como dietilamina, bC–NH–Cb e etilamina, H2N–CH2Cb.

A indústria alimentícia tem particular interesse em substâncias odorantes. Os grupos mais utilizados comercialmente são os ésteres e as gama e delta lactonas.

Diversos grupos de pesquisa no Brasil estudam compostos que apresentam odores ou aromas. Este é um campo promissor, pois a indústria alimentícia depende de nós, químicos, para a obtenção de compostos que confiram aos seus produtos os sabores desejados.

SINAPSES

Todos os estímulos do nosso ambiente causam, nos seres humanos, sensações como dor e calor. Todos os sentimentos, pensamentos, programação de respostas emocionais e motoras, causas de distúrbios mentais, e qualquer outra ação ou sensação do ser humano, não podem ser entendidas sem o conhecimento do processo de comunicação entre os neurônios.

Os neurônios são células especializadas, que junto com as células gliais formamo sistema nervoso.

Os neurônios são constituídos fundamentalmente por:

Corpo Celular

Conhecido como soma, é a região onde está o núcleo e a maioria das estruturas citoplasmáticas;

Dentritos (do grego dendron, que significa árvore)

São prolongamentos geralmente muito ramificados. Eles são responsáveis pelo recebimento dos sinais;

Axônio (do grego axoon, que significa eixo)

Só possui ramificações na extremidade. Ele é responsável por conduzir os sinais;

Contatos Sinápticos, ou sinapses

São responsáveis por transmitir as informações de uma célula para outra célula.

Além destas estruturas os neurônios possuem outras, devido o seu nível de especialização. Dentre elas podemos citar a bainha de mielina.

Alguns neurônios têm seus axônios envolvidos por um tipo celular denominado célula de Schwann. As células de Schwann determinam a formação da bainha de mielina - invólucro lipídico que atua como isolante térmico e facilita a transmissão do impulso nervoso. Entre uma célula de Schwann e outra existe uma região de descontinuidade da bainha de mielina, denominada nódulo de Ranvier. A parte celular da bainha de mielina, onde estão o citoplasma e o núcleo da célula de Schwann, constitui o neurilema.

O percurso do impulso nervoso no neurônio é sempre no sentido

Dendrito >> Corpo Celular >> Axônio

Um impulso é transmitido de uma célula a outra através das sinapses (do grego synapsis, ação de juntar). A sinapse é uma região de contato muito próximo entre a extremidade do axônio de um neurônio e a superfície de outras células. Estas células podem ser tanto outros neurônios como células sensoriais, musculares ou glandulares.

As terminações de um axônio podem estabelecer muitas sinapses simultâneas. Na maioria das sinapses nervosas, as membranas das células que fazem sinapses estão muito próximas, mas não se tocam. Há um pequeno espaço entre as membranas celulares (o espaço sináptico ou fenda sináptica).

Quando os impulsos nervosos atingem as extremidades do axônio da célula pré-sináptica, ocorre liberação, nos espaços sinápticos, de substâncias químicas denominadas neurotransmissores ou mediadores químicos, que tem a capacidade de se combinar com receptores presentes na membrana das célula pós-sináptica, desencadeando o impulso nervoso. Esse tipo de sinapse, por envolver a participação de mediadores químicos, é chamado sinapse química.

Os cientistas já identificaram mais de dez substâncias que atuam como neurotransmissores, como a acetilcolina, a adrenalina, a noradrenalina, a dopamina e a serotonina.

Existe também um outro tipo de sinapse, a sinapse elétrica, onde íons e pequenas moléculas passam por eles, conectando então canais de uma célula a próxima, de forma que alterações elétricas em uma célula são transmitidas quase instantaneamente à próxima.

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Fonte: www.ced.ufsc.br

Sinapses

Anexo de Sinapses Excitatórias e Inibitórias

As sinapses podem ser excitatórias ou inibitórias, controlando as reacções do corpo do animal em relação a um estímulo. Cada neurónio pode apresentar dezenas de dendrites, através das quais outros neurónios estabelecem centenas de sinapses. Cada um desses neurónios pré-sinápticos pode produzir um tipo diferente de neurotransmissor, tal como diferentes zonas do neurónio pós-sináptico podem apresentar diferentes receptores.

Pode-se, então, concluir que cada neurónio é capaz de receber uma grande variedade de mensagens químicas. Se a sua resposta a essa mensagem for uma despolarização da membrana, a sinapse é excitatória. Se, pelo contrário, a sua resposta for uma hiperpolarização da membrana, então a sinapse é inibitória.

Como funcionam as sinapses inibitórias e qual a sua importância?

Em vertebrados os neurotransmissores inibitórios mais comuns são o ácido gama-amino-butírico (GABA) e a glicina. Em sinapses inibitórias a membrana pós-sináptica possui canais iónicos de cloro, controlados quimicamente, que causam a hiperpolarização da membrana e diminuem a probabilidade desta gerar um potencial de acção.

Cada neurónio "decide" se irá ou não gerar um potencial de acção após somar todos os estímulos que recebe (excitatórios e inibitórios), e é este o mecanismo que permite a integração de informação que apenas o tecido nervoso consegue obter. Cada neurónio pode receber até 1000 estímulos sinápticos mas apenas produz uma resposta, um potencial de acção formado no seu axónio.

Na esmagadora maioria dos neurónios, a região de "tomada de decisão" está localizada no corpo celular, junto à base do axónio, local não isolado por células da Glia e extremamente rica em canais iónicos controlados electricamente. Assim, se a soma de todos os estímulos sinápticos recebidos pela célula atingirem este local e causarem uma diferença de potencial suficiente para causar a despolarização da membrana, o axónio dispara um potencial de acção.

Esta "soma" de estímulos pode ser espacial ou temporal:

Soma espacial

Resulta da adição de estímulos simultâneos de sinapses localizadas em diversos locais da célula pós-sináptica

Soma temporal

Resulta da adição de estímulos de uma mesma sinapse em rápida sequência.

Uma doença autoimune incapacitante que afecta as sinapses motoras é a miastenia grave, que atinge cerca de 1 em cada 200000 pessoas. Os principais sintomas desta doença são a fraqueza muscular e a incapacidade de manter esforços físicos continuados.

Avalanche de neurônios é importante para versatilidade e criatividade cerebral

REINALDO JOSÉ LOPES
EDITOR DE CIÊNCIA

Ao ler este texto, seu cérebro está sendo varrido por inúmeras avalanches, de todos os tipos e tamanhos. As mesmas avalanches acontecem quando você dorme, sonha ou manipula um objeto que nunca tinha visto antes.

Esses "terremotos" de neurônios, sugere um novo estudo, são um elemento importante para a versatilidade e a criatividade do cérebro.

Eles correspondem a explosões de atividade de neurônios, que se propagam massa encefálica afora, ganhando força --como uma avalanche de verdade.

Se o cérebro fosse um motor de carro, elas seriam equivalentes a um pé permanentemente no acelerador, pronto para fazer o veículo disparar diante de um estímulo interessante ou relevante.

"É como se o cérebro trabalhasse sempre para maximizar o número de padrões possíveis, seja sensoriais [envolvendo os sentidos], seja mnemônicos [ligados à memória]", conta o neurocientista Sidarta Ribeiro, da UFRN (Universidade Federal do Rio Grande do Norte).

Ribeiro é um dos autores da pesquisa, que acaba de sair na revista científica de acesso livre "PLoS One", junto com a dupla de físicos Mauro Copelli e Tiago Ribeiro, da UFPE (Universidade Federal de Pernambuco).

	editoria de arte/folha press/editoria de arte/folha press

O trabalho é o primeiro a mostrar que as chamadas avalanches neuronais não são só uma curiosidade que acontece em culturas de células ou "fatias" de neurônios em laboratório, mas estão presentes durante as atividades naturais de um mamífero --no caso, uma turma de 14 ratos de laboratório.

Para espionar as avalanches neuronais dos bichos, a equipe instalou neles eletrodos capazes de medir a atividade individual das células nervosas. Entre 100 e 150 neurônios foram monitorados para cada bicho, em regiões do cérebro ligadas ao tato, à visão e a memória.

Depois, os pesquisadores deixaram que os roedores dormissem e acordassem espontaneamente, explorando objetos que não conheciam durante as horas despertas.

Também observaram o que acontecia quando os bichos eram submetidos a uma anestesia geral.

Foi preciso usar uma série de ferramentas estatísticas refinadas para analisar os dados, porque os eletrodos só registram parte das avalanches que estão ocorrendo em dado momento. Mas, com as contas feitas, a equipe se deu conta de que as avalanches eram essencialmente as mesmas em qualquer situação --menos na de anestesia.

Eles verificaram que não há um tamanho típico para as avalanches (em número de neurônios afetados). "Nossa hipótese é que elas estão vindo da ação de centros profundos do cérebro, que só são "desligados" pela anestesia", diz Ribeiro.

Fonte:

www.qmc.ufsc.br