GUSTAÇÃO E OLFAÇÃO neurociencia

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GUSTAÇÃO E OLFAÇÃO Baseado em prioridades
Quimiorreceptores: Tipos de células sensíveis a substâncias químicas - distribuídas por todas as partes do corpo. Exemplos: Terminais nervosos na pele e em membranas mucosas sinalizam substâncias químicas irritantes. Diversos quimiorreceptores nos informam, consciente ou inconscientemente, acerca de nosso estado interno: terminações nervosas nos órgãos digestivos detectam muitos tipos de substâncias ingeridas; os receptores em artérias do pescoço medem os níveis sangüíneos de dióxido de carbono e oxigênio; os terminais sensoriais nos músculos respondem à acidez, dando-nos a sensação de ardência que vem com o esforço e a falta de oxigênio.
GUSTAÇÃO E OLFATO: Possuem tarefas similares: Detectar substâncias químicas do ambiente. Percepção de sabor pelo SNC Conexão direta com necessidades básicas internas: sede, fome, emoção, sexo e certas formas de memória. 
Sistemas separados -> Diferentes estruturas e mecanismos dos receptores químicos até a organização das conexões centrais e efeitos sobre o comportamento. As informações neurais de cada sistema são processadas em paralelo e mescladas posteriormente em níveis superiores, no córtex cerebral.
GUSTAÇÃO
Um sensível e versátil sistema de gustação foi necessário para distinguir entre novas fontes de alimentos e possíveis toxinas. Algumas de nossas preferências gustativas são inatas. Entretanto, a experiência pode modificar o instinto, e podemos aprender a tolerar e mesmo a gostar do amargor de substâncias como o café e o quinino. O corpo tem a capacidade para reconhecer a deficiência de certos nutrientes-chave e desenvolver um apetite por eles. 
Os Sabores Básicos: Podemos reconhecer apenas cinco sabores básicos. cinco*. Os quatro sabores básicos são Salgado Azedo (ácido) Doce Amargo - Substâncias amargas variam de simples íons - como o K+ (o KCl: evoca ambos os sabores, de salgado e de amargo) e o Mg2+, até complexas moléculas orgânicas como o quinino e a cafeína. Compostos orgânicos amargos podem ser percebidos mesmo em concentrações muito baixas - geralmente as substâncias venenosas são amargas Umami - Um quinto sabor, definido pelo gosto do aminoácido glutamato ou glutamato monossódico. A estrutura química das substâncias pode variar consideravelmente, enquanto seus sabores permanecem os mesmos. Percepção de sabores: a) Cada alimento ativo uma diferente combinação de sabores básicos b) O sabor distinto também é o resultado da soma de seus sabor e aroma, percebidos simultaneamente. c) Outros sentidos contribuem para a experiência gustativa - Textura e temperatura, a sensação de dor (sabor picante e estimulante da capsaicina). Para distinguir o sabor único de um alimento, nosso cérebro combina informações sensoriais acerca de seu sabor, aroma e tato.
ORGÃOS DA GUSTAÇÃO
A gustação é primariamente uma função da língua, mas regiões da faringe, do palato e da epiglote têm alguma sensibilidade. As passagens nasais estão localizadas de maneira que o odor da comida ingerida possa penetrar através do nariz ou da faringe, favorecendo a contribuição do olfato para uma percepção mais global do sabor. 
LÍNGUA: Degustamos com a língua, mas outras áreas da boca - o palato, a faringe e a epiglote - também estão envolvidas. Os aromas do alimento passam pela faringe rumo à cavidade nasal -> onde são detectados pelos receptores olfativos. A ponta da língua é a mais sensível para o sabor doce, o fundo para o amargo, e as bordas laterais para o salgado e o azedo porém a maior parte da língua é sensível a todos os sabores básicos. PAPILAS: Pequenas projeções espalhadas pela superfície da língua – são as estruturas sensíveis ao gosto. São classificadas quanto a sua forma em: Filiformes (foliadas, com forma cônica e alongada) Valadas (com formato achatado) - maiores e mais posteriores Fungiformes (com forma de cogumelos) - maiores na base da língua e menores nas laterais e na ponta. BOTÕES GUSTATIVOS: Cada papila tem de um a várias centenas de botões gustativos - Cada botão gustativo tem de 50 a 150 células receptoras gustativas - São as células gustativas receptoras - os axônios aferentes gustativos fazem sinapses com células gustativas e basais (as envolvem). Uma pessoa possui entre 2.000 a 5.000 botões gustativos. Limiar de concentração: Sabores são percebidas a partir de uma concentração (o estímulo passa a evocar a percepção). Concentrações acima do limiar: Papilas sensíveis a apenas um sabor básico – Ex: papilas sensíveis ao azedo (ácido) e papilas sensíveis ao doce. Concentrações dos estímulos gustativos aumentadas: Maioria das papilas torna-se menos seletiva e responde a diferentes sabores básicos. 
Essa perda da especificidade é um fenômeno comum nos sistemas sensoriais. Muitos receptores sensoriais apresentam uma capacidade de discriminação baixa em relação aos agentes que os excitam. 
 As microvilosidades, no terminal apical das células gustativas, projetam-se ao poro gustativo, o sítio onde as substâncias químicas dissolvidas na saliva entram em contato direto com as células gustativas. 
As Células Receptoras Gustativas
Terminal apical: Parte quimicamente sensível da célula receptora gustativa - pequena região de sua membrana próxima à superfície da língua. Os terminais apicais possuem microvilosidades - finas extensões que se projetam ao poro gustativo - pequena abertura na superfície da língua onde a célula gustativa é exposta aos conteúdos da boca. 
As células receptoras gustativas não são consideradas neurônios mas fazem sinapses com os terminais dos axônios gustativos aferentes na base dos botões gustativos e estabelecem sinapses químicas e elétricas com algumas células basais que fazem sinapses com axônios sensoriais -> Podendo formar um circuito simples de processamento de informação dentro de cada botão gustativo. As células do botão gustativo sofrem um constante ciclo de crescimento, morte e regeneração (vida média de 2 semanas). 
FIGURA Célula 2: produz forte resposta de despolarização, tanto ao estímulo salgado (NaCl) quanto ao ácido (HCl) ácido clorídrico -> células relativamente não seletivas, porém com respostas preferenciais. 
As células gustativas e seus axônios diferem em suasrespostas preferenciais. Cada axônio gustativo é influenciado por quatro dos sabores básicos mas apresenta uma clara preferência.
POTENCIAL DO RECEPTOR: mudança na voltagem 
Transmissão sináptica básica de um receptor gustativo para um axônio sensorial:
Receptores gustativos ativados por substância química -> mudança do potencial de membrana -> mudança atinge o limiar de despolarização -> receptores gustativos disparam potenciais de ação. 
A despolarização da membrana do receptor -> promove a abertura de canais de Ca2+ dependentes de voltagem -> o Ca2+ entra no citoplasma -> desencadeia liberação de moléculas de transmissores químicos -> excitam a região pós-sináptica no axônio sensorial que dispara potenciais de ação -> comunicam os sinais gustativos ao tronco encefálico. 
Mais de 90% das células receptoras respondem a dois ou mais sabores básicos: células relativamente não-seletiva a substâncias químicas. 
Figura: Quatro axônios gustativos de um rato. Um deles responde fortemente somente ao sal, um, apenas ao doce, e dois, a todos os sabores exceto o doce. 
A resposta (PA) depende do mecanismo particular de transdução presente em cada célula.
MECANISMO DE TRANSDUÇÃO GUSTATIVA
Transdução: Processo pelo qual um estímulo ambiental causa uma resposta elétrica em uma célula receptora sensorial. A natureza do mecanismo de transdução determina a sensibilidade específica de um sistema sensorial. Alguns sistemas sensoriais possuem um único tipo básico de célula receptora, que utiliza um mecanismo de transdução (ex: sistema auditivo) - Transdução gustativa: Envolve diversos processos diferentes - Cada sabor básico pode usar um ou mais mecanismo. Os estímulos gustativos podem: (1) passar diretamente através de canais iônicos (salgado e ácido), (2) ligar-se a e bloquear canais iônicos (ácido) (3) ligar-se a receptores de membrana acoplados a proteínas G -> que ativam sistemas de segundos mensageiros que -> abrem canais iônicos (doce, amargo e umami). 
a) Sabor Salgado O sabor do sal é principalmente o gosto do cátion Na+ em concentração relativamente alta. Células gustativas sensíveis para salgado: Possuem canal seletivo ao Na+ -bloqueado pelo fármaco amilorida - Os canais de sódio sensíveis à amilorida são bastante diferentes dos canais de sódio dependentes de voltagem que gera potenciais de ação; canal gustativo é insensível à voltagem e permanece aberto o tempo todo. Ingesta de alimento salgado -> aumento da concentração de Na+ no lado de fora do receptor -> Aumento do gradiente de Na+ através da membrana -> Difusão do Na+ a favor do gradiente: influxo intracelular (corrente de entrada) -> despolarização da membrana = potencial de receptor -> causa abertura dos canais de sódio e cálcio dependentes de voltagem próximo das vesículas sinápticas -> liberação do neurotransmissor sobre o axônio gustativo aferente. Os ânions dos sais afetam o sabor dos cátions. Exemplo: o NaCl tem um sabor mais salgado do que o acetato de sódio -> quanto maior for um ânion, mais ele inibirá o sabor salgado do cátion. Quando os ânions se tornam maiores tendem a impor seu próprio sabor. A sacarina sódica tem um sabor doce porque a concentração de sódio é muito baixa para provocar um estímulo salgado, e a sacarina ativa com grande potência os receptores para o sabor doce. 
b) O Sabor Azedo (Ácido). O sabor azedo é causado por sua alta acidez (baixo pH). Ácidos (como o HCl) dissolvem-se em água e liberam íons hidrogênio (prótons ou H+) = Os prótons são os agentes causadores da sensação de acidez e do azedume afetando os receptores gustativos sensíveis de duas maneiras - mecanismos para transdução do sabor azedo: 1) O H+ entra pelos canais de sódio sensíveis à amilorida (mesmo canal que medeia o sabor salgado) -> causando a entrada de corrente de H+ -> Despolarização da célula. 
2) Os íons hidrogênio se ligam a e bloqueiam canais seletivos para K+ -> Diminuição da permeabilidade de membrana ao K+ -> despolarização da membrana. 
C) O Sabor Amargo. Genes T1R e T2R: duas famílias de genes para receptores gustativos que codificam diversos receptores gustativos acoplados a proteínas G. Substâncias amargas são detectadas por cerca de 30 tipos diferentes de receptores T2R. Receptores para o sabor amargo são também detectores de venenos. É difícil a detecção de diferenças entre estímulos amargos porque cada célula gustativa sensível ao amargo expressa quase todas as 30 proteínas receptoras e cada célula gustativa pode enviar somente um tipo de sinal ao seu nervo aferente -> a substância química que se liga a um dos 30 receptores desencadeia essencialmente a mesma resposta que outra. O sistema nervoso aparentemente não distingue uma substância amarga de outra. Receptores para o sabor amargo usam uma via de segundos mensageiros para transferir o sinal ao axônio aferente gustativo. Os receptores para os sabores amargo, doce e umami parecem todos utilizar exatamente a mesma via de segundos mensageiros para transferir seus sinais aos axônios aferentes. Substância química se liga a ao receptor para o sabor amargo (ou doce ou umami) -> ativação de uma proteína G que estimula a enzima fosfolipase C -> produção do mensageiro intracelular inositol trifosfato (IP3). As vias do IP3 são sistemas de sinalização celular - Nas células gustativas -> A via de sinalização celular IP3 ativa um tipo especial de canal iônico (particular para essas células) -> Abertura do canal iônico -> Entrada de Na+ despola-rização da células -> causa abertura de canais de cálcio dependen-tes de voltagem -> Influxo de Ca2+ intracelular. O IP3 também induz a liberação de Ca2+ dos estoques intra-celulares. Essas duas fontes de Ca2+ ajudam a desenca-dear a liberação do neuro-transmissor -> estimulan-do o axônio aferente gustativo. 
d) O Sabor Doce. Todos os estímulos doces são detectados pela mesma proteína receptora gustativa acoplada a proteínas G e formada por duas proteínas firmemente associadas. Um receptor funcional para o estímulo doce requer dois membros da família de receptores T1R: T1R2 e T1R3. Se algum desses dois membros estiver ausente ou mutado, um animal pode não perceber o sabor doce. A ligação de substâncias químicas ao receptor T1R2 + T1R3 (ou seja, o receptor para o estímulo doce) ativa exatamente o mesmo sistema de segundo mensageiro que os receptores para o estímulo amargo. As proteínas que formam o receptor estimulado pelo sabor amargo e aquelas que formam o receptor para o sabor doce são expressas em células gustativas diferentes que conectam-se a axônios gustativos diferentes. 
A atividade de diferentes axônios gustativos -> refletea sensibilidade química das células gustativas que os estimulam -> as mensagens relacionadas aos sabores doce e amargo são entregues ao SNC ao longo de diferentes linhas de transmissão. 
e) Umami (Amino-ácidos). Muitos dos aminoácidos têm gosto bom, embora alguns sejam amargos. O processo de transdução para o umami é idêntico ao que ocorre para o sabor doce, com uma exceção = O receptor para o estímulo umami, (assim como o receptor para o estímulo doce) é composto por dois membros da família de proteínas T1R, mas nesse caso, é T1R1 + T1R3. Ambos os receptores para os estímulos umami e doce utilizam a proteína T1R3 -> é a outra proteína T1R que determina se o receptor é sensível a aminoácidos ou ao sabor doce. Proteína T1R1 = sabor do glutamato e de outros aminoácidos. Receptores para estímulo umami e receptores para estímulos doce e amargo = os três utilizam a mesma via de segundos mensageiros. As células gustativas expressam seletivamente apenas uma classe de proteína receptora gustativa -> Existem células gustativas específicas para o sabor umami, bem como para o sabor doce e para o sabor amargo. Os axônios gustativos que elas estimulam enviam mensagens ao encéfalo, correspondentes aos sabores umami, doce ou amargo.
Vias Centrais da Gustação 
Fluxo da informação gustativa -> dos botões gustativos -> para os axônios gustativos primários -> e daí para o tronco encefálico -> depois subindo ao tálamo -> e córtex cerebral (Figura 8.8). 
Três nervos cranianos contêm os axônios gustativos primários e levam a informação gustativa ao encéfalo. 1) Nervo craniano VII ou nervo facial = os dois terços anteriores da língua e o palato enviam axônios para seu ramo. 2) Nervo craniano IX ou nervo glossofaríngeo = Seu ramo inerva o terço posterior da língua 3) Nervo craniano X ou nervo vago = regiões em volta da garganta, incluindo a glote, a epiglote e a faringe enviam axônios gustativos para um ramo do nervo craniano X ou nervo vago. 
Esses nervos estão envolvidos em uma variedade de outras funções motoras e sensoriais, mas todos os seus axônios gustativos entram no tronco encefálico, reunidos em um feixe, e estabelecem sinapses dentro do núcleo gustativo delgado - parte do núcleo do tracto solitário no bulbo. 
As vias gustativas divergem a partir do núcleo gustativo -> A experiência consciente do gosto é mediada pelo córtex cerebral. O caminho para o neocórtex via tálamo é uma via comum para a informação sensorial. 
Neurônios do núcleo gustativo estabelecem sinapses com um subgrupo de pequenos neurônios do núcleo ventral póstero-medial (núcleo VPM0 - porção do tálamo que lida com a informação sensorial proveniente da cabeça. Os neurônios gustativos do núcleo VPM enviam axônios ao córtex gustativo primário (localizado nas regiões insuloperculares do córtex). As vias gustativas direcionadas para o tálamo e córtex são primariamente ipsilaterais aos nervos cranianos que as suprem. Lesões no núcleo VPM do tálamo ou no córtex gustativo, como resultado de um acidente vascular cerebral, por exemplo, podem causar ageusia (ou ageustia), a perda da percepção gustativa. 
Vias centrais da gustação - Figura (a) A informação gustativa de diferentes regiões da língua e cavidade da boca é conduzida para o bulbo por três nervos cranianos (VII, IX e X). (b) Os axônios gustativos atingem o núcleo gustativo localizados no bulbo. Os axônios do núcleo gustativo fazem sinapse com neurônios do tálamo, e esses, por sua vez, projetam-se para regiões do córtex cerebral, que incluem o giro pós-central e o córtex insular. São mostrados os planos de secção através do ➀ bulbo e do ➁ prosencéfalo. (c) Sumário das vias gustativas centrais
A gustação é importante para os comportamentos básicos, como o controle da alimentação e da digestão, as quais envolvem vias gustativas adicionais. As células do núcleo gustativo se projetam para uma variedade de regiões do tronco encefálico, principalmente na medula oblonga, envolvidas na deglutição, na salivação, no vômito e nas funções fisiológicas básicas como a digestão e a respiração. Além disso, a informação gustativa é distribuída ao hipotálamo e a regiões relacionadas na base do telencéfalo - estruturas do sistema límbico - envolvidas na palatabilidade dos alimentos e na motivação para comer (Quadro 8.2). Lesões localizadas no hipotálamo ou na amígdala, um núcleo na base do telencéfalo, podem levar um animal a um estado de voracidade crônica, ou ao desinteresse pelos alimentos, ou à alteração de suas preferências alimentares.
A Codificação Neural da Gustação Se você estivesse projetando um sistema para codifi car sabores, você poderia começar com muitos receptores gustativos para muitos sabores básicos (p. ex., doce, azedo, salgado, amargo, chocolate, banana, manga, carne, queijo). Então, você poderia conectar cada tipo de receptor, por um conjunto separado de axônios, aos neurônios no encéfalo, que também responderiam a apenas um sabor Quadro 8.2 DE ESPECIAL INTERESSE Quando um de nós tinha 14 anos, ele terminou um divertido dia em um parque de diversões fazendo um lanche e comendo seu prato favorito – mexilhões fritos. Em cerca de uma hora, ele estava nauseado, vomitando e teve o mais desagradável retorno de ônibus para casa. Presumivelmente, os mexilhões estavam estragados. Tristemente, durante anos depois desse episódio, ele não podia sequer imaginar comer outro mexilhão frito, e o simples cheiro deles lhe era repulsivo. A aversão ao mexilhão frito foi bastante específi ca. Não afetou sua preferência por outras comidas e nem afetou a diversão nos parques, passeios de ônibus ou a amizade com aqueles que estavam com ele no dia em que se sentiu mal. O tempo passou, e o autor atingiu seus 30 anos, voltando, felizmente, a comer mexilhões fritos. Ele também leu acerca de uma pesquisa original que John Garcia, trabalhando na Escola de Medicina de Harvard, havia feito na mesma época da experiência com mexilhões estragados. Garcia alimentou ratos com um líquido doce e alguns animais receberam, adicionalmente, uma droga que os fazia sentirem-se mal por um curto período. Depois de uma única sessão desse tratamento, os ratos que tinham recebido a droga evitavam o estímulo doce para sempre. A aversão dos ratos foi específi ca para o sabor do estímulo; eles não evitaram estímulos sonoros ou luminosos sob as mesmas condições. Muitos estudos têm mostrado que o aprendizado aversivo para sabor/odor resulta em uma forma particularmente robusta de memória associativa. Ela é mais efetiva para estímulos alimentares (tanto a gustação quanto o olfato contribuem), requer notavelmente pouca experiência (tão pouca quanto uma única sessão) e pode durar um longo tempo – mais de 50 anos para algumas pessoas! E o aprendizado acontece mesmo que haja um longo retardo entre o alimento (o estímulo condicionado) e a náusea (estímulo não-condicionado). Na natureza, essa é, obviamente, uma forma útil de aprendizado. Um animal não pode correr o risco de ser um aprendiz lento quando novos alimentos podem ser venenosos. Para o homem moderno, esse mecanismo de memória pode ser um tiro pela culatra; muitos mexilhões fritos perfeitamente bons deixaram de ser comidos. A aversão por alimentos pode ser um sério problema para pacientes com câncer, fazendo quimioterapia ou radioterapia, quando a náusea induzidapor esses tratamentos torna muitos alimento impalatáveis. Por outro lado, o aprendizado de gosto aversivo tem sido usado para evitar o ataque de coiotes a ovelhas em fazendas e para ajudar pessoas na redução da dependência do álcool e dos cigarros. Memórias de Uma Refeição Ruim Bear_08.indd 262 07.02.08 17:23:04 ▼ A GUSTAÇÃO 263 específi co. Em todo o trajeto até o córtex, você esperaria encontrar neurônios específi cos respondendo a “doce” e “chocolate”, e o sabor de sorvete de chocolate envolveria um rápido disparo dessas células, e muito pouco das células para “salgado”, “azedo” ou “banana”. Esse conceito remete à hipótese (ou código) da linha marcada*, em princípio simples e racional. No início do sistema gustativo, as células receptoras formam algo como linhas marcadas de transmissão. Como vimos, receptores gustativos individuais são, com freqüência, seletivamente sensíveis a classes particulares de estímulo: doce, amargo ou umami. Entretanto, muitos deles são grosseiramente ajustados ao estímulo, isto é, eles não são muito específi cos em suas respostas. Eles podem ser excitados tanto por estímulo salgado quanto por azedo, por exemplo (ver Figura 8.3). Axônios gustativos primários são ainda menos específi cos do que as células gustativas, e a maioria dos neurônios gustativos centrais continua a a apresentar uma ampla responsividade em todo o trajeto até o córtex. Em outras palavras, a resposta de uma única célula gustativa é freqüentemente ambígua com relação ao alimento que está sendo provado; as marcas nas linhas gustativas são mais incertas do que distintas. As células no sistema gustativo são pouco específi cas por várias razões. Se um receptor gustativo tem dois mecanismos de transdução diferentes, ele irá responder a dois tipos de estímulos gustativos, embora ele ainda possa responder mais fortemente a um deles. Além disso, sinais de receptores gustativos convergem em axônios aferentes. Cada célula receptora faz sinapse com o axônio gustativo primário que recebe sinais de vários outros receptores, daquela papila e de papilas vizinhas. Isso signifi ca que um axônio pode combinar a informação gustativa de várias papilas. Se um desses receptores é mais sensível ao estímulo azedo, e outro, ao estímulo salino, então o axônio responderá ao sal e ao azedo. Esse padrão de resposta continua se repetindo até chegar ao encéfalo: neurônios do núcleo gustativo recebem sinapses de muitos axônios com diferentes especifi cidades gustativas e podem se tornar menos seletivos para sabores do que os próprios axônios gustativos primários. Toda essa mistura de informação gustativa pode parecer um caminho inefi - ciente para se projetar um sistema de códigos. Por que não usar muitas células gustativas altamente específi cas? Em parte, a resposta pode ser que necessitaríamos de uma enorme variedade de tipos de receptores e poderíamos não ter como responder a novos estímulos. Assim, quando você saboreia um sorvete de chocolate, como é que o encéfalo, partindo, aparentemente, de uma informação ambígua, consegue resolver qual o verdadeiro sabor do sorvete diante das milhares de outras possibilidades? A provável resposta é um esquema que inclui aspectos de linhas grosseiramente marcadas e um código de população, em que as respostas de um grande número de neurônios grosseiramente específi cos, em vez de um pequeno número de neurônios altamente específi cos, são usadas para especifi car as propriedades de um estímulo em particular, como um sabor. Esquemas envolvendo códigos de população parecem ser usados em todos os sistemas sensorial e motor do encéfalo, como veremos em capítulos posteriores. No caso da gustação, os receptores não são sensíveis a todos os estímulos gustativos; a maioria responde de forma ampla – ao salgado e ao azedo, mas não ao amargo e ao doce, por exemplo. Apenas com uma grande população de células gustativas com diferentes padrões de respostas é que o encéfalo pode distinguir entre sabores alternativos. Um alimento ativa um determinado conjunto de neurônios, em que alguns respondem com disparos muito fortes, alguns com disparos moderados, e ainda outros não respondem, ou talvez até mesmo fi - quem inibidos, abaixo de sua taxa espontânea de disparo (i. e., taxa de disparo não-estimulado). Um outro alimento excita algumas das células ativadas pelo primeiro, mas também outras, e o padrão geral dos disparos é nitidamente diferente. A população relevante pode mesmo incluir neurônios ativados pelo olfato, pela temperatura e por aspectos da textura do alimento; certamente, a frieza cremosa do sorvete de chocolate contribui para a nossa capacidade de distinguí-lo de um bolo de chocolate.