Olfação neurociencias resumo

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OLFAÇÃO Neurologia
O olfato traz tanto bons quanto maus sinais. Ele se combina com a gustação para ajudar-nos a identificar alimentos e aumentar nossa satisfação com muitos deles. Contudo, também pode alertar sobre o perigo potencial de algumas substâncias (comida estragada) ou lugares (cheios de fumaça). No olfato, os maus sinais podem pesar mais do que os bons. Algumas estimativas sugerem que podemos detectar centenas de milhares de diferentes aromas/substâncias, mas apenas 20% delas “cheiram bem”. A prática ajuda no olfato: os profissionais de perfumes e de bebidas podem chegar a distinguir milhares de odores. O olfato é também um modo de comunicação. Substâncias químicas liberadas pelo corpo, denominadas feromônios (do grego, pherein, “carregar”, e horman, “excitar”), são importantes sinais para comportamentos reprodutivos e podem também ser usados para demarcar territórios, identificar indivíduos e indicar agressão ou submissão. Embora os feromônios estejam bem caracterizados em muitos animais, sua importância em humanos não é clara 
Os Órgãos do Olfato 
Epitélio olfativo: pequena e fina camada de células no alto da cavidade nasal com três tipos celulares principais. A) Células receptoras olfativas: locais da transdução. Diferente das células receptoras gustativas, os receptores olfativos são neurônios genuínos, com axônios próprios que penetram no SNC. B) Células de suporte (similares à glia) - auxiliam na produção de muco. C) Células basais - fonte de novos receptores. Os receptores olfativos (de forma semelhante aos receptores gustativos) crescem continuamente, (ciclo dura cerca de 4 a 8 semanas). Receptores olfativos são dos muito poucos tipos de neurônios no sistema nervoso que são regularmente substituídos ao longo da vida. Olfação -> leva o ar através das passagens nasais - apenas uma pequena percentagem desse ar passa sobre o epitélio olfativo. O epitélio produz uma fina cobertura de muco, que flui constantemente e é substuída a cada 10 minutos. Estímulos químicos no ar -os odorantes - dissolvem-se na camada de muco antes de atingirem as células receptoras. O muco consiste em uma solução aquosa contendo mucopolissacarídeos (longas cadeias de açúcares), uma variedade de proteínas (incluindo anticorpos, enzimas e proteínas capazes de ligar odorantes) e sais. Anticorpos são cruciais porque as células olfativas podem ser uma rota direta para alguns vírus (como o vírus da raiva) e bactérias entrarem no encéfalo. Proteínas ligantes de odorantes - são pequenas e solúveis e podem auxiliar a concentrar odorantes no muco. O tamanho do epitélio olfativo é um indicador da acuidade olfativa de um animal. 
Neurônios Receptores Olfativos Neurônios receptores olfativos: têm um único dendrito fino, que termina com uma pequena dilatação na superfície do epitélio -> A partir dessa dilatação, há vários cílios longos e finos que se estendem para dentro da camada de muco. As substâncias odoríferas no muco ligam-se à superfície dos cílios e ativam o processo de transdução. No lado oposto dos receptores olfativos: há um axônio muito fino e não-mielinizado. Nervo olfativo (primeiro nervo craniano) = Conjunto dos axônios olfativos. Os axônios olfativos não se juntam todos em um único feixe (como os outros nervos cranianos) -> quando deixam o epitélio, pequenos grupos de axônios penetram em uma fina placa óssea denominada placa cribiforme e, então, rumam para o bulbo olfatório. Os axônios olfativos são frágeis e, durante um traumatismo, como um soco no rosto, podem ser seccionados permanentemente pelas forças entre a placa cribiforme e tecidos vizinhos = O resultado é a anosmia, a incapacidade de perceber odores. 
A Transdução Olfativa
Os receptores olfativos usam apenas um sistema molecular de transdução. Todas as moléculas de transdução estão nos cílios. Via olfativa: Substâncias odoríferas → Ligação aos receptores odoríferos na membrana → Estimulação de uma proteína G (Golf) → Ativação da adenilato ciclase → Formação do AMP cíclico (AMPc) → Ligação do AMPc a canais catiônicos específicos → Abertura dos canais catiônicos e influxo de Na+ e Ca2+ → Abertura de canais de cloreto regulados por Ca2+ → Fluxo de corrente e despolarização de membrana (potencial do receptor)
Canais catiônicos regulados por AMPc abertos -> corrente flui para dentro, e a membrana do neurônio olfativo despolariza. Além do Na+ , o canal iônico regulado por AMPc permite que razoáveis quantidades de Ca2+ entrem no cílio. o Ca2+ ativa canais de cloreto que podem amplificar o potencial do receptor olfativo. (Isso é diferente do efeito usual das correntes de Cl– que inibem neurônios; em células olfativas, a concentração interna de Cl– deve ser tão anormalmente alta que a corrente de Cl– tende a despolarizar em vez de hiperpolarizar a membrana.) Se o potencial resultante do receptor for suficientemente grande - exceder o limiar para o potencial de ação no corpo celular -> os potenciais irão se propagar ao longo do axônio até o SNC. 
A resposta olfativa pode terminar por várias razões: 1) Substâncias odoríferas difundem-se para longe, 2) Enzimas na camada de muco podem hidrolisá-las, e o 3) AMPc pode ativar outras vias de sinalização que encerram o processo de transdução. Mesmo na presença contínua da substância odorífera -> a resposta olfativa diminui porque a resposta do receptor em si se adapta à substância odorífera em cerca de um minuto. A diminuição da resposta, apesar da presença continuada de um estímulo, é chamada de adaptação -> característica comum dos receptores sensoriais nas diversas modalidades. 
Essa via de sinalização tem dois aspectos incomuns: a) As proteínas receptoras para substâncias odoríferas no início da via e os canais regulados por AMPc próximos ao final. b) As proteínas receptoras têm sítios de ligação para odorantes em sua superfície extracelular. 
Podemos discriminar milhares de substâncias odoríferas porque há muitos tipos de receptores para elas Os humanos têm aproximadamente 350 genes que codificam proteínas funcionais de receptores que ficam dispersos pelo genoma, e em quase todos os cromossomos encontram-se pelo menos alguns deles. Cada gene de receptor tem uma estrutura única -> permite que as proteínas codificadas por esses genes liguem odorantes diferentes. Cada célula receptora olfativa expressa apenas uma parte ou apenas um dos 1.000 tipos de receptores conhecidos. Disso resulta que há cerca de 1.000 tipos de células receptoras olfativas, cada uma identificada pelo gene de receptor que ela expressa. O epitélio olfativo está organizadoem algumas grandes zonas, e cada zona contém células receptoras que expressam um diferente subconjunto de genes para receptores. Dentro de cada zona, os receptores individuais estão espalhados aleatoriamente.
PROTEÍNAS RECEPTORAS VOMERONASAIS: Os neurônios receptores do órgão vomeronasal expressam o seu próprio conjunto de proteínas receptoras (semelhantes aos receptores olfativos) - Há algumas proteínas receptoras vomeronasais a mais - 5 em humanos - do que proteínas receptoras de odor. As estruturas dos receptores protéicos para odor e dos receptores protéicos vomeronasais são diferentes. Os tipos de substâncias que os receptores vomeronasais detectam são desconhecidas, mas é provável que algumas delas sejam. 
PROTEÍNAS RECEPTORAS OLFATIVAS: As proteínas receptoras olfativas pertencem a superfamília de proteínas receptoras acoplados a proteínas G - apresentam sete domínios em alfa-hélice transmembrana. Os receptores acoplados a proteínas G também incluem uma variedade de receptores para neurotransmissores e receptores para os estímulos amargo, doce e umami descritos previamente neste capítulo. Esses receptores são acoplados a proteínas G, as quais, por sua vez, retransmitem um sinal para um outro sistema de segundos mensageiros dentro da célula (as células receptoras olfativas usam um tipo particular de proteína G, denominada Golf). 
Há crescentes evidências de que o único segundo mensageiro que medeia a transdução olfativa em vertebrados seja o AMPc. Nos neurônios, o AMPc é um segundo mensageiro comum mas age na transdução olfativa de forma diferente -> uma população de canais nos cílios das células olfativas respondem diretamente ao AMPc -> os canais são dependentes de AMPc. 
As células receptoras discriminam os estímulos odoríferos através de um esquema de código por população. Cada proteína receptora liga diferentes substâncias odoríferas mais ou menos facilmente, e, portanto, a célula receptora é mais ou menos sensível a esses estímulos. 
Algumas células são mais específicas para a estrutura química das substâncias odoríferas mas, em geral, cada receptor é ativado de maneira bastante inespecífica. Cada estímulo ativa muitos dos 1.000 tipos de receptores. A concentração da substância odorífera é importante, e, quanto mais estímulos, mais fortes tendem a ser as respostas produzidas. Cada célula olfativa produz informação bastante ambígua sobre o tipo e a intensidade de estímulo odorífero -> O trabalho das vias olfativas centrais é analisar o conjunto completo de informações que chega do epitélio olfativo – o código de população – e utilizá-lo posteriormente para classificar os estímulos. 
Vias Centrais do Olfato
Os neurônios receptores olfativos projetam seus axônios para os dois bulbos olfatórios -> Os bulbos são cheios de circuitos com diferentes arranjos dendríticos, sinapses recíprocas incomuns e altos níveis de muitos neurotransmissores. Glomérulo olfativo: camada que recebe os sinais em cada bulbo - 2.000 estruturas esféricas. Dentro de cada glomérulo, cerca de 25.000 terminais de axônios olfativos primários (das células olfativas) convergem e fazem contato com dendritos de cerca de 100 neurônios olfativos de segunda ordem. Cada glomérulo recebe axônios de uma grande região do epitélio olfativo. Nenhum axônio parece estar fora de seu lugar - Esse mapeamento preciso também é consistente entre os dois bulbos olfatórios: cada bulbo tem apenas dois glomérulos marcados para P2 em posições simétricas. Cada glomérulo recebe sinais de apenas um tipo determinado de células receptoras -> o arranjo dos glomérulos dentro do bulbo é um mapa muito ordenado dos genes de receptores expressos no epitélio olfativo e, por conseqüência, um mapa da informação odorífera.
Convergência dos axônios olfativos no bulbo olfatório: Neurônios receptores olfativos que expressam um tipo particular de gene receptor enviam seus axônios para o mesmo glomérulo.
A informação olfativa é modificada por interações inibitórias e excitatórias - dentro e entre os glomérulos, e entre os dois bulbos. Os neurônios nos bulbos estão sujeitos à modulação por sistemas de axônios descendentes - de áreas superiores do encéfalo. Os circuitos dos bulbos olfatórios têm importantes funções - É provável que eles comecem a separar sinais odoríferos em categorias amplas, independentemente de suas intensidades e possíveis interferências de outros estímulos odoríferos. A identificação precisa de um odor provavelmente requer um processamento posterior nos próximos estágios do sistema olfativo. Muitas estruturas encefálicas recebem conexões olfativas. Os axônios de saída dos bulbos olfatórios estendem-se através dos tractos olfatórios e projetam-se diretamente para vários alvos - Entre os alvos mais importantes estão a região primitiva do córtex cerebral, denominada córtex olfativo, e algumas estruturas vizinhas no lobo temporal. Essa anatomia torna o olfato muito singular. Todos os outros sistemas sensoriais passam primeiro pelo tálamo antes de se projetarem ao córtex cerebral. O arranjo olfativo resulta em uma influência incomumente direta e distribuída sobre partes do prosencéfalo que têm algum papel na discriminação do odor, na emoção, na motivação e em certos tipos de memória.
Percepções conscientes de odores podem ser mediados por uma via que vai do tubérculo olfatório ao núcleo medial dorsal do tálamo e, daí, para o córtex orbitofrontal (situado logo atrás dos olhos).
Representações Espacial e Temporal da Informação Olfativa No olfato, encaramos um aparente paradoxo -> Receptores individuais são bastante inespecíficos para seus estímulos; ou seja, cada célula é sensível a uma grande variedade de substâncias químicas. Entretanto, quando aspiramos essas mesmas substâncias, podemos facilmente discriminá-las. 
O que o encéfalo inteiro faz (que células olfativas não conseguem): (1) cada estímulo odorífero é representado pela atividade de uma grande população de neurônios; (2) os neurônios que respondem a determinados estímulos podem estar organizados em mapas espaciais; (3) a organização temporal dos potenciais de ação pode ser um código essencial para determinados estímulos. 
Código Olfativo de População o sistema olfativo usa as respostas de uma grande população de receptores para codificar um estímulo específico. Exemplo: Quando apresentamos um odor cítrico, nenhuma das três células receptoras pode distinguílo claramente de outros estímulos. Entretanto, examinando-se a combinação de respostas das três células, o encéfalo pode indubitavelmente distinguir o odor cítrico do floral, da hortelã e da amêndoa. Usando tal codificação ou representação populacional o sistema olfativo com 1000 receptores diferentes pode ser hábil para reconhecer dezenas de milhares de diferentes odores. 
Mapas Olfativos. Um mapa sensorial é um arranjo ordenado de neurônios que se correlaciona com certos aspectos do ambiente. Registros de microeletrodos mostram que muitos receptores neuronais respondem à apresentação de uma única substância odorífera, e que essas células estão distribuídas em uma ampla área do epitélio olfativo - coerente com a distribuição difusa de cada gene para receptores. Entretanto os axônios de cada tipo de célula receptorafazem sinapses em determinados glomérulos no bulbo olfatório -> Esse arranjo produz um mapa sensorial, no qual neurônios em lugares específicos do bulbo respondem a determinados odores. Quando muitos neurônios do bulbo olfatório são ativados por um estímulo, a posição dos neurônios constitui padrões espaciais complexos, mas reproduzíveis. Assim, o odor de uma determinada substância química é convertido em um mapa específico dentro do “espaço neural” dos bulbos, e a forma do mapa depende da natureza e da concentração do estímulo odorífero. 
Cada sistema sensorial utiliza seus mapas espaciais, talvez para muitos propósitos diferentes. Em muitos casos, os mapas correspondem obviamente a aspectos do mundo sensorial. Por exemplo, no sistema visual, há mapas do espaço visual, e, no sistema sensorial somático, há mapas da superfície corporal. 
Os mapas dos sentidos químicos são insólitos porque os estímulos em si não possuem propriedades espaciais significativas - o sistema olfativo não precisa mapear o padrão espacial de um odor da mesma forma como o sistema visual mapeia os padrões espaciais de luz, os mapas neurais olfativos podem estar disponíveis para outros propósitos, tais como a discriminação dentro de um número gigantesco de possíveis substâncias químicas diferentes. Uma idéia alternativa é a de que os mapas espaciais não codificariam os odores de fato, mas seriam simplesmente a mais eficiente maneira de o sistema nervoso formar conexões apropriadas entre conjuntos relacionados de neurônios (por exemplo, células receptoras e células glomerulares). Com o mapeamento ordenado, o comprimento dos axônios e dos dendritos pode ser minimizado. Neurônios com funções similares interconectam-se mais facilmente se forem vizinhos. O mapa espacial resultante pode ser simplesmente um efeito secundário desses requerimentos do desenvolvimento, em vez de ser um mecanismo fundamental de representação sensorial em si. 
Codificação Temporal no Sistema Olfativo. Os padrões temporais dos potenciais em ponta são aspectos cruciais no sistema de codificação olfativa. Comparados a sons e imagens, odores são estímulos inerentemente lentos, e, portanto, a organização temporal rápida dos potenciais de ação não parece ser necessária para representar o perfil temporal dos odores. A codificação temporal, que depende da organização temporal dos picos de potenciais, pode, em vez disso, representar a qualidade dos odores. O bulbo olfatório e o córtex olfativo geram oscilações de atividade quando estímulos odoríferos são apresentados aos receptores, mas a relevância desses ritmos ainda é desconhecida. Padrões temporais são também evidentes nos mapas espaciais de odores, pois eles, às vezes, mudam de forma durante a estimulação com um único odor - um odor gera uma ampla faixa de padrões temporais de picos de potenciais em vários neurônios olfativos centrais. A organização temporal dos picos de potenciais nas células e entre os grupos de células mostraram que a informação do odor é codificada por número, padrão temporal, ritmo e sincronia célula a célula dos picos de potencial. 
CONSIDERAÇÕES FINAIS Os sentidos químicos são um bom lugar para se começar a aprender acerca dos sistemas sensoriais, pois o olfato e a gustação são as mais básicas das sensações. O olfato e a gustação utilizam uma variedade de mecanismos de transdução para reconhecer o enorme número de substâncias químicas encontradas no meio ambiente. Ainda assim, os mecanismos moleculares de transdução são muito similares aos sistemas de sinalização usados em todas as células do corpo para funções tão diversas quanto a neurotransmissão e a fertilização. Notáveis paralelos têm sido estabelecidos, como a similaridade molecular entre as células sensoriais do olfato e da visão. Princípios sensoriais comuns também se estendem ao nível dos sistemas neurais. A maioria das células sensoriais é grosseiramente específica para seus estímulos -> Isso significa que o sistema nervoso deve usar códigos de população para representar e analisar informações sensoriais, resultando em uma percepção notavelmente precisa e detalhada. Populações de neurônios são freqüentemente arranjadas em mapas sensoriais dentro do encéfalo. E a organização temporal dos potenciais de ação pode ser utilizada para representar informações sensoriais de formas que ainda pouco compreendemos.