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Aspectos gerais do sistema nervoso e o movimento voluntário Unidade 1 A divisão funcional do sistema nervoso central (SNC) Posicionamento do recém-nascido A medula espinhal O sistema nervoso periférico (SNP) Os nervos A divisão aferente do SNP: sistema sensorial A divisão eferente do SNP: sistema nervoso autônomo e sistema motor somático Microscopia: as células que formam o sistema nervoso e suas funções As sinapses Introdução à neurofisiologia do movimento voluntário A junção neuromuscular Os primeiros comandos dos movimentos: alto comando motor Os neurônios motores A divisão funcional do sistema nervoso central (SNC) O sistema nervoso é dividido em duas partes principais: sistema nervoso central (SNC) e sistema nervoso periférico (SNP). O SNC é composto pelo encéfalo e pela medula espinhal, enquanto o SNP é formado por toda a parte do sistema nervoso que se encontra fora do SNC. O sistema nervoso central possui importantes funções coordenadas por bilhões de neurônios, as quais consistem em analisar, interpretar e gerar uma resposta a outras regiões do SNC ou à periferia do organismo. O SNC processa as informações trazidas pelos chamados neurônios aferentes do SNP, e a partir delas gera respostas, que por sua vez são conduzidas à periferia por neurônios eferentes do SNP. O SNC organiza e coordena o funcionamento de quase todas as funções gerais do nosso corpo: motoras, endócrinas, psíquicas e outras. Para entender a atividade de um sistema tão complexo, precisamos analisar a sua organização básica e sua divisão funcional. O ENCÉFALO O encéfalo é protegido pela caixa craniana e é a principal região de organização das respostas corporais. Para realizar tal função, essa parte do SNC conta com mais de 100 bilhões de neurônios. O encéfalo é o órgão que dá ao ser humano os atributos únicos da nossa espécie e permite comportamentos extremamente complexos. Por isso, entender esta parte do SNC não é um processo simples; estudar qualquer função, mesmo que aparentemente básica, pode envolver a atividade de várias áreas do encéfalo. Quanto à sua organização, o encéfalo é composto pelo cérebro, cerebelo, tronco encefálico e diencéfalo. Estudaremos, a partir de agora, cada uma destas regiões. O cérebro constitui a maior parte do encéfalo e é composto por dois hemisférios conectados pelo corpo caloso, que é uma estrutura formada por axônios que cruzam de um lado ao outro do cérebro e garantem que os hemisférios se comuniquem. Os hemisférios cerebrais consistem no córtex cerebral, camada externa de substância cinzenta composta por corpos celulares de neurônios, e em uma camada interna de substância branca composta por axônios de neurônios mielinizados. Cada hemisfério cerebral é dividido em quatro lobos principais, com delimitações não muito precisas, que recebem os nomes dos ossos do crânio nos quais estão localizados: frontal, parietal, temporal e occipital. Além destes quatro, há um quinto lobo que se situa mais profundamente e não se relaciona diretamente com os ossos do crânio, o lobo da ínsula. Podemos dizer que cada um dos lobos do cérebro possui determinadas funções. Por exemplo: o lobo parietal tem a função de organizar o tato; a função auditiva é realizada por uma região do lobo temporal; a visão é atribuída ao lobo occipital; o julgamento moral e a olfação estão a cargo do lobo frontal; o lobo da ínsula tem relação com o paladar; dentre outras. Todavia, esta definição localizacionista das funções deve ser vista com muita cautela, pois as regiões cerebrais não operam isoladamente, ou seja, o grau de conexões entre elas é muito grande. De acordo com Silverthorn, em Fisiologia humana: uma abordagem integrada, de 2017, ao observar a superfície do cérebro, vemos que ele possui uma aparência enrugada, com ranhuras denominadas sulcos, que delimitam circunvoluções, chamadas de giros. Os sulcos e giros permitem aumentar a superfície do cérebro sem aumentar o volume cerebral. Durante o desenvolvimento do sistema nervoso, o cérebro cresce mais rapidamente do que o crânio, forçando o tecido a se dobrar sobre si mesmo e a se ajustar a um volume menor. O grau de dobramento está diretamente relacionado ao nível de capacidade de processamento do encéfalo, o qual é bastante convoluto quando comparado ao de outros mamíferos. Dentro do nosso encéfalo existem cavidades chamadas ventrículos, que produzem o líquido cerebrospinal. Temos quatro deles: os ventrículos laterais (direito e esquerdo), que são as cavidades dos hemisférios cerebrais; o III ventrículo, que é a cavidade do diencéfalo; e o IV ventrículo, cavidade que fica entre o bulbo, a ponte e o cerebelo. Cerebelo – O cerebelo é a região do encéfalo que funciona como centro de coordenação de movimentos e de controle da postura e do equilíbrio. Ele recebe informações dos músculos, das articulações, da pele, dos olhos, do aparelho vestibular, das vísceras e de outras partes do encéfalo envolvidas no controle do movimento. A atividade do cerebelo é fundamental para que os movimentos não sejam descoordenados. Córtex cerebral – O córtex cerebral é uma das áreas mais complexas do sistema nervoso, pois é nele que informações básicas são coletadas e processadas. O córtex é responsável pelo reconhecimento dos sentidos, pela coordenação de movimentos habilidosos, pelo raciocínio, aprendizado, memória e pela associação ou integração de todas as informações do corpo. Abaixo do córtex estão localizados os núcleos da base, que são grupos heterogêneos de substância cinzenta que exercem importante função no controle do movimento e da postura, participando da coordenação da atividade muscular esquelética e nos aspectos mais complexos do comportamento, como as emoções. Tronco encefálico/reflexos inatos – O tronco encefálico é uma estrutura em forma de haste formada pelo mesencéfalo, ponte e bulbo (ou medula oblonga). O tronco encefálico realiza diferentes funções, tais como movimentos dos olhos e do corpo, controle da respiração, controle do batimento cardíaco e da pressão sanguínea e reflexos como o da tosse, espirro e vômito. O tronco encefálico também é responsável por alguns reflexos inatos, como o da preensão palmar dos bebês, os quais desaparecem com dois ou três meses de vida pela inibição de neurônios motores do tronco encefálico por parte do córtex cerebral. A inibição do tronco encefálico pelo córtex também é responsável pela diminuição do choro e pelo aparecimento do sorriso social nos bebês nos primeiros meses de vida, conforme pontua Lent, em Cem bilhões de neurônios? Conceitos fundamentais de Neurociência, de 2010. O diencéfalo é a área central do encéfalo, constituída pelo tálamo, hipotálamo e pela glândula pineal. O tálamo recebe muitas informações aferentes sensitivas vindas de várias partes do corpo e as distribui para outras partes do encéfalo, de modo que os diferentes sinais sejam codificados em áreas específicas. Abaixo do tálamo encontra-se o hipotálamo, o qual desempenha muitas funções: ele é responsável pelos chamados comportamentos motivados, como o da fome e o da sede, pela regulação da temperatura corporal, pelo controle do sistema nervoso autônomo (SNA), pela produção de hormônios que regulam o sistema endócrino, além de ser o centro do relógio biológico. A glândula pineal, localizada ao lado do tálamo, tem a função de produzir a melatonina, hormônio que informa ao nosso organismo que é noite e nos induz ao sono. Juntamente com o hipotálamo, a glândula pineal controla os ritmos biológicos. Além do encéfalo, o SNC também é formado pela medula espinhal, que está no interior da coluna vertebral. A medula serve de caminho para diferentes vias que levam informações do SNP ao SNCe vice- versa. Outra função da medula é a realização dos reflexos medulares. A MEDULA ESPINHAL A medula espinhal é uma estrutura do SNC que se estende abaixo do forame magno do crânio até a região coccígea da coluna vertebral, estando totalmente envolvida pelos ossos da coluna vertebral. Uma das principais funções da medula é servir de c aminho para diferentes vias que levam informações do SNP ao SNC e vice-versa. Os comandos que saem do encéfalo passam pela medula espinhal e chegam ao restante do corpo. A medula espinhal contém redes neuronais responsáveis pela locomoção e, quando lesionadas, podem levar à diminuição da sensibilidade na pele e nos músculos e, também, à paralisia. Outra função é a realização dos reflexos medulares, como o reflexo miotático, o miotático inverso e o flexor de retirada. Esses reflexos ocorrem porque a medula espinhal pode funcionar como um centro integrador próprio, no qual os sinais passam de um neurônio sensorial para um neurônio eferente, sem a necessidade de passar pelo encéfalo para que o comando aconteça. Ela é dividida em quatro grandes regiões: cervical, torácica, lombar e sacra, nomes que correspondem a suas respectivas localizações na coluna vertebral. Cada uma destas regiões é subdividida em segmentos, e de cada segmento surge um par bilateral de nervos espinhais. Antes de um nervo espinhal se juntar à medula, ele se divide em dois ramos, que são as raízes. A raiz dorsal de cada nervo espinhal é por onde as informações sensoriais (também chamadas de informações aferentes) alcançam a medula, ou seja, chegam ao sistema nervoso central (SNC). Os gânglios da raiz dorsal, que são dilatações encontradas na raiz dorsal antes de entrar na medula, contêm os corpos celulares dos neurônios sensoriais. Já a raiz ventral faz o caminho inverso, pois carrega informações do SNC para a periferia do organismo (informações eferentes). Na medula estão localizadas a substância cinzenta, com grande concentração de corpos celulares de neurônios, e a substância branca, na qual predominam suas fibras nervosas (axônios dos neurônios). Na substância cinzenta, as informações sensitivas são conduzidas pelos neurônios sensitivos ou aferentes, e as informações motoras, pelos neurônios motores ou eferentes. A substância cinzenta, em forma da letra H, está rodeada pela substância branca. As fibras sensoriais da raiz dorsal fazem sinapse com interneurônios em regiões chamadas cornos dorsais da substância cinzenta. Os cornos ventrais da substância cinzenta contêm corpos celulares de neurônios motores que conduzem sinais eferentes para músculos e glândulas na periferia do organismo. Estão organizados em núcleos motores somáticos e autonômicos, e as fibras dos neurônios eferentes deixam a medula espinhal pela raiz ventral. A substância branca, formada por fibras nervosas mielinizadas, é dividida em três funículos: anterior, lateral e posterior ou dorsal. O funículo anterior fica situado entre a fissura mediana anterior e o sulco lateral anterior; o funículo lateral fica situado entre os sulcos lateral anterior e lateral posterior; o funículo posterior está situado entre o sulco lateral posterior e o sulco mediano posterior, este último ligado à substância cinzenta pelo septo mediano posterior. Na região cervical da medula, o funículo posterior é dividido pelo sulco intermédio posterior em fascículo grácil e fascículo cuneiforme. Os funículos estão organizados em tratos (ou feixes) de axônios ascendentes e descendentes, que transferem informações para cima e para baixo na medula. O sistema nervoso periférico (SNP) Vimos que o sistema nervoso central é constituído pelo encéfalo e pela medula espinhal. Já o sistema nervoso periférico corresponde às fibras nervosas, nervos e gânglios que se encontram fora do SNC. O SNP é formado, portanto, por fibras nervosas aferentes e eferentes, que se agrupam em nervos, e pelos gânglios, que correspondem a aglomerados de corpos celulares dos neurônios. Os neurônios do SNP transmitem sinais entre o SNC, tecidos e órgãos-alvo espalhados pelo organismo. A divisão aferente do SNP, aquela que leva a informação até o SNC, é formada por receptores e fibras nervosas sensoriais. A divisão eferente, aquela que leva a informação para as regiões periféricas ao SNC, é formada pelas fibras nervosas motoras do sistema nervoso autônomo e do sistema nervoso motor somático. OS NERVOS O SNP apresenta 43 pares de nervos: 12 pares de nervos cranianos que se unem ao SNC por meio de orifícios no crânio e 31 pares de nervos espinhais que se conectam à medula. Com exceção do nervo olfatório, que entra no bulbo olfatório, os 11 demais nervos cranianos se conectam ao longo do tronco encefálico. A função dos nervos cranianos é carregar as informações sensoriais e motoras relativas à cabeça e ao pescoço. Dentre os 12 pares existentes, vamos destacar o nervo trigêmeo (V), o nervo vago (X), o nervo vestibulococlear (VIII) e o nervo hipoglosso (XII). As fibras aferentes do nervo trigêmeo (V) transmitem informações provenientes de receptores da pele, músculos esqueléticos da face e alvéolos dentários. As fibras eferentes do nervo trigêmeo inervam os músculos esqueléticos da mastigação. As fibras aferentes do nervo vago (X) transmitem informações provenientes de receptores do tórax e do abdômen, enquanto suas fibras eferentes inervam músculos esqueléticos da faringe, laringe, músculo liso e glândulas do tórax e do abdômen. O nervo vago está relacionado com importantes funções fisiológicas, como o controle dos batimentos cardíacos, função pulmonar, atividade do sistema digestório, fala e deglutição. Observe que o nervo trigêmeo e o nervo vago são mistos, pois possuem tanto função sensorial quanto motora. As fibras aferentes do nervo vestibulococlear (VIII) transmitem informações provenientes dos receptores da orelha interna, sendo um nervo sensorial relacionado ao equilíbrio e à audição. As fibras eferentes do nervo hipoglosso (XII) inervam os músculos esqueléticos da língua, faringe e laringe, sendo um nervo motor responsável pelos movimentos nestas regiões. Os 31 pares de nervos espinhais são designados de acordo com os níveis vertebrais de onde saem: cervical, torácico, lombar, sacral e coccígeo. Cada segmento da medula está associado a um par de nervos espinhais. Em geral, as fibras dos nervos espinhais de cada nível se comunicam com estruturas vizinhas, controlando músculos e glândulas, bem como recebendo estímulos sensoriais. Por exemplo: os cinco pares de nervos sacrais inervam as genitálias e o trato digestório inferior. A DIVISÃO AFERENTE DO SNP: SISTEMA SENSORIAL O sistema sensorial recebe as informações sobre o mundo externo e sobre o ambiente interno do corpo em diferentes formas: temperatura, luz, pressão, ondas sonoras, uma variedade de substâncias químicas etc. O sistema sensorial pode ser dividido em sistemas específicos: 1- sistema somestésico (tato, propriocepção, termossensibilidade e dor) e 2- sistemas especiais (auditivo, visual, olfativo e gustativo). Para que os sistemas sensoriais recebam diferentes informações, é necessária a atividade de receptores sensoriais, os quais estão nas extremidades dos neurônios aferentes e transformam as informações em potenciais de ação, que caminham em direção ao SNC. Existem diferentes classes de receptores sensoriais, classificados de acordo com o estímulo ao qual são sensíveis: mecanorreceptores, termorreceptores, fotorreceptores, quimiorreceptores e nociceptores. Os mecanorreceptores detectam alterações na pressão ou outros estímulos mecânicos; os termorreceptores são sensíveis ao frio e ao calor; os fotorreceptores são receptores de luz; os quimiorreceptores respondema diferentes substâncias químicas; e os nociceptores são os responsáveis pela nocicepção, ou seja, pela percepção dos estímulos dolorosos. É importante destacar que a dor, apesar de ser uma experiência extremamente desagradável, é fundamental para proteger nosso organismo; não é à toa que pessoas que sofrem de uma patologia rara chamada insensibilidade congênita à dor ou analgesia congênita possuem expectativa de vida baixa. Independentemente da natureza do estímulo que ativa os receptores sensoriais, a informação tem de ser traduzida em potenciais de ação. Este processo é conhecido como transdução sensorial. O processo de transdução envolve a abertura e o fechamento de canais iônicos localizados na membrana do receptor. A mudança no fluxo de íons por meio da membrana receptora promove uma mudança no potencial de membrana de repouso. Esta mudança é chamada de potencial receptor; se o estímulo for forte o suficiente, o potencial receptor atinge o limiar e dá origem ao potencial de ação. A partir daí, as informações ascendem em direção ao sistema nervoso central pelas vias sensoriais aferentes, formadas por cadeias de três ou mais neurônios conectados por sinapses. A DIVISÃO DO SNP: SISTEMA NERVOSO AUTÔNOMO E SISTEMA MOTOR SOMÁTICO A divisão eferente do sistema nervoso é aquela que leva uma resposta motora que parte do sistema nervoso central (SNC) para a periferia do organismo. Esse controle motor pode ser feito via sistema nervoso autônomo (SNA) ou via sistema motor somático. A inervação eferente de tecidos, com exceção do músculo esquelético, é feita pelo sistema nervoso autônomo (SNA), formado pelas divisões simpática e parassimpática. Os neurônios motores autônomos inervam células de tecidos e órgãos que, em geral, não estão sob comando voluntário. É importante destacar que o sistema nervoso entérico (SNE), formado por uma rede de neurônios do sistema digestório, pode ser incluído como uma divisão do SNA por alguns autores, enquanto outros consideram o SNE como uma divisão à parte do sistema nervoso periférico. Diferentemente do sistema nervoso motor somático, a via efetora motora do sistema nervoso autônomo é composta por dois neurônios em série: um neurônio pré-ganglionar, cujo corpo celular está localizado no SNC, e um neurônio pós-ganglionar, cujo corpo celular está localizado em um dos gânglios autônomos. O neurônio pré-ganglionar que parte do SNC faz sinapse no gânglio autônomo com o neurônio pós-ganglionar, e este faz sinapse com uma célula-alvo (ou efetor) em um tecido ou órgão específico. Este encontro entre o neurônio autônomo pós-ganglionar e a célula-alvo é chamado de junção neuroefetora. Tanto os neurônios pré-ganglionares simpáticos quanto os pré-ganglionares parassimpáticos liberam a acetilcolina (ACh) como neurotransmissor, a qual se liga em receptores específicos, chamados receptores colinérgicos nicotínicos, nos neurônios pós- ganglionares. Os neurônios pós-ganglionares simpáticos liberam noradrenalina (NA) na fenda sináptica, enquanto os neurônios pós-ganglionares parassimpáticos liberam ACh novamente. Os efeitos fisiológicos do sistema nervoso autônomo simpático (SNAS) e do sistema nervoso autônomo parassimpático (SNAP) são antagônicos. Por exemplo: o SNAS aumenta os batimentos cardíacos, enquanto o SNAP os diminui; o SNAS promove a broncodilatação, enquanto o SNAP tem o efeito contrário. Dessa forma, as duas divisões do SNA trabalham o tempo todo em conjunto para manter a homeostase. Em algumas situações do nosso dia a dia, no entanto, a atividade de uma ou de outra divisão fica mais evidente, como a enorme descarga simpática que ocorre em momentos que geram algum estresse ao organismo, como na reação de “luta ou fuga”. Na reação reflexa de “luta ou fuga”, os principais efeitos fisiológicos do SNA simpático consistem em preparar o organismo para situações consideradas de perigo, que podem ser perigos reais ou potenciais. Em muitas situações não há um perigo real, mas nosso sistema nervoso interpreta dessa forma. Os efeitos principais da reação reflexa de “luta ou fuga” são desencadeados pela liberação do neurotransmissor noradrenalina na junção neuroefetora, o qual se liga em seus receptores específicos, chamados receptores adrenérgicos, nas células-alvo. Tais efeitos incluem aumento do débito cardíaco (volume de sangue ejetado por minuto pelo coração) e da pressão arterial, dilatação dos vasos sanguíneos dos membros, dilatação dos bronquíolos nos pulmões, liberação de glicose pelo fígado e aumento da glicemia, dilatação da pupila, liberação de adrenalina na corrente sanguínea pelas glândulas suprarrenais, dentre outros. A adrenalina liberada pelas suprarrenais atua como um hormônio e tem os mesmos efeitos no organismo que a noradrenalina. Estes efeitos aumentam o suprimento de sangue, oxigênio e energia para que possamos enfrentar ou fugir da situação em questão. Além do mais, a pupila dilatada aumenta o campo de visão, o que também auxilia na tomada de decisão. O SNAS não está ativo somente em situações de grande estresse ou excitação, mas também atua em funções essenciais para o funcionamento normal do organismo, como na distribuição do fluxo sanguíneo para diferentes tecidos. Durante a prática de atividades físicas, a atividade do SNAP diminui e a do SNAS aumenta. O SNAS aumenta o fluxo de sangue para os músculos em atividade, além de aumentar o débito cardíaco. Quando o exercício termina, a atividade simpática diminui e a parassimpática aumenta, restabelecendo o estado de repouso. Os neurônios que secretam noradrenalina e os receptores que se ligam à adrenalina e à noradrenalina são descritos como adrenérgicos. Os receptores adrenérgicos localizados nas células-alvo possuem duas isoformas, denominadas alfa (α) e beta (β). A isoforma α possui maior afinidade de ligação pela noradrenalina e a isoforma β2 possui afinidade maior pela adrenalina. Os receptores β1 respondem igualmente à noradrenalina e à adrenalina. Uma característica importante a ser destacada é que um mesmo sinal químico pode ter efeitos diferentes, a depender do receptor em que se liga. Por exemplo, a adrenalina contrai ou dilata os vasos sanguíneos, dependendo se estes vasos têm receptores adrenérgicos α ou β2. O sistema nervoso autônomo parassimpático (SNAP) está mais ativo quando a pessoa se encontra em estado de “repouso ou digestão”, como nos períodos após nos alimentarmos (pós-prandiais). Neste estado, a maioria dos processos ativados pelo SNAS se encontra menos ativo. Dentre os principais efeitos da atividade do SNA parassimpático estão a constrição das pupilas dos olhos, a diminuição da frequência cardíaca, o aumento da motilidade do estômago e dos intestinos, a constrição das vias respiratórias, a produção de glicogênio pelo fígado (glicogênese), o aumento da produção de saliva, dentre outros. Os neurônios que secretam acetilcolina e os receptores que se ligam a ela são descritos como colinérgicos. O neurônio pós-ganglionar parassimpático libera acetilcolina na junção neuroefetora, que se liga em seus receptores específicos, chamados receptores colinérgicos muscarínicos, nas células-alvo. Os receptores colinérgicos muscarínicos possuem cinco subtipos, e a resposta do tecido à ativação dos receptores muscarínicos varia conforme o subtipo do receptor. O sistema motor somático é formado por todas as fibras nervosas que partem do SNC em direção à musculatura esquelética e está relacionado ao movimento voluntário. As vias motoras somáticas controlam exclusivamente a musculatura esquelética e são constituídas por um neurônio único, chamado neurônio motor ou motoneurônio, que se origina no SNC (no tronco encefálico ou na medula espinhal) e projeta seu axônio, com até um metrode comprimento, até as fibras musculares. Os neurônios motores se ramificam próximo às fibras musculares, e tal ramificação permite que um único neurônio motor controle diferentes fibras musculares ao mesmo tempo. Concomitantemente, uma fibra muscular esquelética recebe inervação de um único neurônio motor. O conjunto formado por um neurônio motor e todas as fibras musculares que ele inerva recebe o nome de unidade motora. Uma característica importante é que as vias motoras somáticas sempre são excitatórias, diferentemente das vias autonômicas, que podem ser excitatórias ou inibitórias, dependendo do receptor ao qual o neurotransmissor se liga na célula-alvo. Isso significa dizer que a atividade de um neurônio motor sempre promove na fibra muscular esquelética a despolarização da sua membrana até o limiar e a consequente geração de um potencial de ação (PA), o que acaba por levar à sua contração. Microscopia: as células que formam o sistema nervoso e suas funções Os tipos celulares que formam o sistema nervoso são os neurônios e as células da glia. Os neurônios são as unidades funcionais do sistema nervoso e podem ser de diferentes formatos e tamanhos, mas todos possuem a função de compartilhar mensagens entre si. A maioria dos neurônios é composta por três partes: o corpo celular (ou soma), os dendritos e o axônio (ou fibra nervosa). É no corpo celular que se encontram as informações genéticas e toda a maquinaria necessária para produzir proteínas. Os prolongamentos do corpo celular recebem o nome de dendritos, os quais são bastante ramificados para receber informações de muitos outros neurônios. O axônio é um longo prolongamento que se estende do corpo celular e transporta os sinais elétricos para outras células. A região do axônio que emerge do corpo celular é o segmento inicial, local em que, na maioria dos neurônios, os sinais elétricos são gerados e, a partir daí, propagam-se ao longo do axônio, sendo a região final do axônio denominada terminal axônico. O axônio pode ser único ou conter ramos colaterais. Em humanos, os axônios dos neurônios variam bastante em comprimento (de micrometros até mais de um metro). Observe, na Figura 8, a presença de estruturas, as bainhas de mielina, envolvendo o axônio. As bainhas de mielina têm composição lipídica e atuam como isolantes elétricos; dessa forma, os potenciais de ação, ao se espalharem pela membrana, não alcançam as regiões nas quais a bainha está presente. Como ocorre o PA apenas nos locais sem bainha, a propagação do sinal elétrico é bastante acelerada. Assim, o potencial de ação em neurônios mielinizados é do tipo saltatório, os quais conduzem sinais muito mais rapidamente do que os neurônios que não são mielinizados. Quando as bainhas de mielina do sistema nervoso central passam a ser atacadas pelo nosso próprio sistema imune, desenvolve-se a esclerose múltipla (EM). Essa patologia é caracterizada por vários sinais e sintomas, dentre eles: fadiga e cansaço, alteração da visão, depressão, problemas de memória, dificuldade em controlar a bexiga e o intestino, falta de coordenação dos movimentos, perda de força muscular, espasmos e rigidez dos músculos. O sistema nervoso também é formado por outros tipos celulares, as chamadas células da glia, ou gliócitos, que correspondem aos astrócitos, aos oligodendrócitos, às células de Schwann, à micróglia e às células ependimárias. Essas células possuem diferentes funções bem estabelecidas: formar bainhas de mielina, regular a composição do líquido extracelular no sistema nervoso central, suprir os neurônios nutricionalmente, funções imunológicas, regular a produção do líquido cefalorraquidiano e auxiliar na formação da barreira hematoencefálica. Porém, nos últimos anos, descobriu-se a participação das células da glia nos mecanismos de processamento de informação do sistema nervoso, em cooperação estreita com os neurônios. Sabe-se que as células da glia são capazes de influenciar fortemente os neurônios por meio de sinais químicos, conforme pontua Lent, em Cem bilhões de neurônios? Conceitos fundamentais de Neurociência, de 2010. AS SINAPSES Os potenciais de ação gerados pelos neurônios alcançam as células vizinhas por meio das sinapses (ou transmissões sinápticas). Sinapse é uma junção anatomicamente especializada entre duas células. A transmissão sináptica é o principal processo pelo qual os sinais elétricos são transferidos entre dois neurônios, ou entre neurônios e outros tipos celulares. As sinapses podem ser de dois tipos: elétricas ou químicas. Nas sinapses elétricas, as membranas plasmáticas de duas células são unidas por junções comunicantes, interligando diretamente os seus citoplasmas. Essas junções permitem que os sinais elétricos fluam diretamente pela junção por meio dos canais iônicos especiais que conectam uma célula com outra (os conexons). Em uma sinapse elétrica, o espaço entre as células é bastantepequeno – cerca de três nanômetros. Essas sinapses estão presentes entre os neurônios e entre as células da glia, e atuam em funções neuronais importantes, como na sincronização de algumas funções no sistema nervoso central. As sinapses elétricas são eficazes para transmitir sinais que precisam se espalhar rapidamente pelas células, sem que haja modificação do sinal entre elas. Um bom exemplo acontece nos neurônios do tronco encefálico encarregados do controle do ritmo respiratório, uma função que requer o disparo sincronizado dos neurônios que comandam os músculos da respiração. As sinapses químicas são o principal tipo de transmissão de informações sensitivas e motoras do corpo humano. Neste tipo de sinapse, não existe comunicação direta entre o citoplasma das duas células, como na sinapse elétrica. As membranas plasmáticas estão separadas por um pequeno espaço chamado fenda sináptica, com cerca de 20 µm, e as interações entre as células ocorrem por meio de intermediários químicos, os neurotransmissores. As sinapses químicas normalmente acontecem em uma única direção, ou seja, são unidirecionais (as sinapses elétricas podem ser bidirecionais), permitindo definir um elemento pré-sináptico e um pós-sináptico, com uma fenda sináptica entre eles. O elemento pré-sináptico é quase sempre a extremidade terminal do axônio de um neurônio, cheio de vesículas contendo neurotransmissores. O elemento pós-sináptico pode ser um neurônio, uma célula muscular, uma célula da glia, uma glândula ou outros tipos celulares; além disso, a célula pós-sináptica apresenta receptores específicos para o neurotransmissor liberado na fenda. A sinapse entre neurônios acontece entre o axônio do elemento pré-sináptico e o corpo celular ou dendritos do elemento pós-sináptico. As sinapses químicas podem ser excitatórias ou inibitórias. São excitatórias quando os neurotransmissores liberados pela célula pré- sináptica na fenda sináptica promovem a abertura de canais de cátion, normalmente de Na+, na célula pós-sináptica. Quando a despolarização atinge o limiar, há a consequente geração de um potencial de ação na célula pós-sináptica, ou seja, há uma continuidade da transmissão do sinal. Já nas sinapses inibitórias, os neurotransmissores liberados pela célula pré-sináptica na fenda promovem a hiperpolarização da membrana da célula pós-sináptica, normalmente por promoverem a abertura de canais de Cl-, o que dificulta a geração do potencial de ação e o sinal, então, é bloqueado. É importante destacar que um único neurônio pode fazer sinapse com muitos outros. Dessa forma, o que determina se irá ocorrer a geração ou não de um PA na célula pós-sináptica não é apenas o tipo e a quantidade de neurotransmissores liberados na fenda, mas principalmente a somação dassinapses excitatórias e inibitórias que estão ocorrendo com um mesmo elemento pós- sináptico. O íon cálcio (Ca2+) tem um papel fundamental na liberação dos neurotransmissores na fenda sináptica. Isso porque uma célula pré-sináptica “entende” que deve liberar um neurotransmissor na fenda pela entrada do íon na célula. A despolarização da membrana pré-sináptica pelo PA abre canais de Ca2+ dependentes de voltagem no terminal axônico, permitindo a entrada do íon na célula. O íon cálcio faz com que as vesículas contendo os neurotransmissores se fundam com a membrana plasmática da célula pré-sináptica, em uma região específica chamada zona ativa. Em seguida, os neurotransmissores são liberados na fenda sináptica, ligando-se a seus receptores na célula pós-sináptica e promovendo sua excitação ou inibição. Um exemplo de neurotransmissor excitatório é o glutamato. Acredita-se que cerca de metade das sinapses do sistema nervoso central sejam glutamatérgicas, o que dá uma boa ideia de sua importância funcional. Um exemplo de neurotransmissor inibitório que atua no sistema nervoso central é o GABA (ácido gama- aminobutírico). Introdução à neurofisiologia do movimento voluntário Após estudarmos a fisiologia básica do sistema nervoso, vamos entender agora qual a relação deste sistema com a realização dos movimentos. A motricidade permite que mantenhamos nosso corpo em uma posição e que possamos movimentá-lo. O movimento voluntário fica a cargo do sistema motor somático, constituído pelas fibras nervosas que saem do SNC em direção à musculatura esquelética, ou seja, pelas fibras dos neurônios motores. Esse conjunto neuromuscular é conhecido como sistema motor. A região de encontro entre o terminal axônico de um neurônio motor e uma fibra muscular esquelética é chamada de junção neuromuscular. Uma junção neuromuscular, por vezes chamada de placa motora, nada mais é do que uma sinapse química entre um neurônio motor somático e uma fibra muscular esquelética. A JUNÇÃO NEUROMUSCULAR A junção neuromuscular é a responsável pela execução do movimento. Assim como as demais sinapses químicas, ela é formada por três componentes: o terminal axônico do elemento pré-sináptico; o neurônio motor somático, contendo vesículas com o neurotransmissor acetilcolina em seu interior; a fenda sináptica, por onde os mensageiros químicos se difundem; e a membrana do elemento pós-sináptico, ou seja, a fibra muscular esquelética. Conforme demonstrado na Figura 12, o axônio de um neurônio motor se ramifica e cada ramificação forma uma junção neuromuscular com uma fibra muscular esquelética. O conjunto formado por um neurônio motor e todas as fibras musculares que ele inerva recebe o nome de unidade motora. Contudo, para que a motricidade possa ser exercida, existe um centro de comando especializado em nosso SNC, denominado alto comando motor, que planeja e coordena a execução dos movimentos. OS PRIMEIROS COMANDOS DOS MOVIMENTOS: ALTO COMANDO MOTOR As fibras do músculo esquelético são aquelas que efetuam o movimento em si, isto é, são as efetoras da ação. Para que os movimentos ocorram, o comando deve partir do sistema nervoso central e é por isso que muitas lesões neurais provocam paralisias e paresias. Os ordenadores dos movimentos mais próximos dos músculos esqueléticos são os neurônios motores, que partem da medula espinhal em direção aos músculos do corpo, para a maioria dos músculos do pescoço e também do tronco encefálico para os músculos da cabeça e alguns do pescoço. Com exceção de alguns movimentos reflexos, o planejamento e a origem da ordem de execução tanto dos movimentos voluntários quanto daqueles relacionados à manutenção do equilíbrio e da postura começam no encéfalo pelos primeiros ordenadores e controladores dos movimentos, que fazem parte do alto comando motor. Dentre as diferentes regiões do encéfalo que formam o alto comando motor estão o córtex motor, o tronco encefálico, os núcleos da base e o cerebelo. Para isso, recebem constantemente informações sensoriais dos proprioceptores localizados nos músculos e tendões, que são os fusos musculares e os órgãos tendinosos de Golgi. Esses proprioceptores são estimulados por alterações no comprimento das fibras e pelas tensões exercidas sobre elas. A chegada das informações proprioceptivas, acessíveis também aos neurônios motores, é fundamental para corrigir erros de comando e de execução dos movimentos. Para realizar os movimentos de forma harmônica, o alto comando motor também conta com informações provenientes do aparelho vestibular. OS NEURÔNIOS MOTORES Os neurônios motores, situados na medula espinhal e no tronco encefálico, são os ordenadores diretos dos movimentos. Os neurônios motores medulares partem do chifre ventral da medula, enquanto os do tronco encefálico se aglomeram em alguns núcleos dos nervos cranianos. Os neurônios motores podem ser classificados como inferiores ou superiores. Os inferiores são aqueles que estão mais próximos às fibras musculares esqueléticas, na junção neuromuscular; já os neurônios motores superiores são os neurônios que comandam os inferiores, principalmente os do córtex cerebral. Essa nomenclatura é importante, pois se reflete na descrição dos sintomas provenientes de lesões de um ou de outro tipo de neurônio. Dentre todos os neurônios motores, há uma população específica para cada músculo. Os neurônios motores de uma mesma população inervam apenas aquela musculatura. Podemos identificar três tipos de neurônios motores, diferenciados segundo sua morfologia, suas conexões e sua função: Neurônios motores α Apresentam corpos celulares grandes ou médios e extensos dendritos. Seus axônios emergem por meio das raízes ventrais medulares e das raízes dos nervos cranianos, e se integram aos nervos até chegarem aos músculos correspondentes. São responsáveis por inervar a maioria das fibras musculares, sendo os responsáveis por comandar diretamente a contratilidade muscular. Neurônios motores γ Apresentam corpos celulares e dendritos pequenos. São responsáveis por inervar, nos músculos, fibras musculares modificadas que atuam como receptores sensoriais. Tais fibras modificadas recebem o nome de fusos musculares e são especializadas em monitorar o comprimento muscular e suas variações. Portanto, os neurônios motores γ não influenciam diretamente sobre a contração do músculo, mas participam de um mecanismo de controle indireto da contração muscular. Neurônios motores β Possuem propriedades intermediárias aos demais tipos. Os seus axônios se ramificam nas fibras musculares comuns e inervam os fusos musculares. Estão pouco presentes em humanos, sendo mais comuns em vertebrados inferiores. Na substância cinzenta da medula e no tronco encefálico existem também os interneurônios, que são neurônios com axônios bem pequenos, que se encontram misturados aos neurônios motores. Podem ser excitatórios ou inibitórios, e participam da modulação do comando motor. Os axônios dos neurônios motores, antes de deixarem o SNC, emitem muitos ramos colaterais que recebem o nome de recorrentes, os quais fazem sinapses com interneurônios da região. Assim, os colaterais recorrentes fazem uma "cópia" do comando enviado aos músculos, que pode ser controlada e modificada pelos circuitos locais. Um neurônio motor que inerva determinada musculatura “decide” se deve disparar ou não potenciais de ação e em qual frequência, determinando se o músculo vai se contrair ou não, em função do conjunto de informações que recebe. Um único neurônio motor recebe muitas sinapses em sua membrana, algumas excitatórias e outras inibitórias. Essas sinapses são realizadas com interneurônios e com vários outros neurônios que chegam deregiões mais distantes. O somatório dessas informações aferentes gera uma resposta, que excita ou inibe o neurônio motor. Lembre-se: toda vez que um neurônio motor é ativado, irá ocorrer a geração de um consequente potencial de ação nas fibras musculares esqueléticas que ele inerva. Um único potencial de ação, no entanto, não é suficiente para provocar a contração da fibra, mas somente produzir aquilo que chamamos de abalo. Dessa forma, é a frequência de disparos de potenciais de ação do neurônio motor que define a contração efetiva da fibra muscular esquelética. SINTETIZANDO Nessa unidade, iniciamos o estudo do sistema nervoso, que é dividido em sistema nervoso central (SNC), sistema nervoso periférico (SNP) e suas células. Além de ser composto pelos neurônios, que são as células responsáveis por transmitir informações, o sistema nervoso também é formado pelas células da glia, que possuem diferentes funções, como auxiliar na nutrição dos neurônios. O SNC tem a importante função de receber e processar infinitas informações por meio das fibras sensoriais do SNP e, a partir delas, gerar uma resposta ao próprio SNC ou à periferia do organismo. As respostas são enviadas aos tecidos periféricos pelas fibras motoras do SNP, que podem ser as fibras motoras somáticas ou as autônomas. Enquanto as fibras motoras somáticas, pertencentes ao sistema motor somático, inervam exclusivamente a musculatura esquelética, controlando a contração muscular, as fibras autonômicas, pertencentes ao sistema nervoso autônomo, inervam diferentes órgãos e tecidos de ação involuntária. O sistema nervoso autônomo, que faz parte do SNP, é dividido em simpático e parassimpático, sendo que o primeiro é conhecido por estar envolvido nas reações de “luta ou fuga” e o segundo em processos de “repouso e digestão”. Isso significa dizer que as duas divisões do sistema nervoso autônomo promovem efeitos antagônicos e garantem a homeostase. O sistema motor somático é o responsável por produzir a contração dos músculos esqueléticos. Isso acontece porque seus neurônios motores produzem sinais na forma de potenciais de ação que chegam à membrana da fibra muscular esquelética, por meio da junção neuromuscular, e provocam a contração da fibra. Apesar de os neurônios motores serem os responsáveis diretos pela contração das fibras, os primeiros comandos para a execução dos movimentos acontecem no encéfalo, em regiões que fazem parte do alto comando motor. Por fim, os neurônios motores não somente promovem a contração muscular, mas também recebem informações de fibras musculares especializadas (fusos musculares) em monitorar o comprimento muscular.
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