Kandel parte 1 resumo (2)

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Resumo Abrangente de Neurofisiologia Médica para Ensino Superior
1.0 Organização Geral e Estrutural do Sistema Nervoso Central
A compreensão da macroanatomia do sistema nervoso central (SNC) constitui o alicerce indispensável para o estudo aprofundado de suas complexas funções. A organização hierárquica e a especialização regional do encéfalo não são meros detalhes anatômicos; são os princípios fundamentais que ditam a lógica do processamento neural e permitem a localização precisa de funções cognitivas, sensoriais e motoras. Uma análise anatômica detalhada revela uma arquitetura sofisticada, onde cada componente desempenha um papel distinto, mas integrado, no funcionamento global do sistema.
As principais divisões do encéfalo podem ser delineadas da seguinte forma:
· Hemisférios Cerebrais: Representam as maiores e mais proeminentes estruturas do encéfalo humano, sendo o substrato para as funções cognitivas superiores, como o pensamento, a memória e a consciência. Estão divididos em direito e esquerdo, e a principal via de comunicação entre eles é uma espessa faixa de fibras nervosas denominada corpo caloso.
· Lobo Frontal: A porção mais anterior do cérebro, associada ao planejamento de ações, tomada de decisões, personalidade e controle do movimento voluntário, orquestrado pelo giro pré-central (córtex motor primário). Nesta região também se localiza a Área de Broca, essencial para a produção da fala. Estas áreas não são homogêneas; elas contêm representações neurais detalhadas e desproporcionais do corpo, conhecidas como homúnculos motor e sensorial, onde áreas com maior controle motor fino ou sensibilidade, como as mãos e os lábios, ocupam um espaço cortical muito maior.
· Lobo Parietal: Situado posteriormente ao lobo frontal, é fundamental para o processamento de informações somatossensoriais (tato, temperatura, dor), que chegam ao giro pós-central (córtex somatossensorial primário). Desempenha, igualmente, um papel vital na percepção espacial e na integração de múltiplos estímulos sensoriais.
· Lobo Temporal: Localizado inferiormente ao sulco lateral, é o centro primário para o processamento de informações auditivas (córtex auditivo). É também uma área crítica para a formação de memórias e para a compreensão da linguagem, função associada à Área de Wernicke.
· Lobo Occipital: A região mais posterior do cérebro, cuja função primordial e altamente especializada é o processamento de informações visuais.
· Cerebelo: Estrutura localizada na parte posterior e inferior do encéfalo, sob os lobos occipitais. Possui uma importância crucial na coordenação motora fina, no ajuste do equilíbrio e na aprendizagem de novas habilidades motoras, uma capacidade que emerge da sua arquitetura celular única, como veremos adiante.
· Tronco Encefálico: Conecta o cérebro à medula espinal e é composto por três estruturas vitais que regulam funções autonômicas essenciais à sobrevivência:
· Mesencéfalo: A porção mais superior, envolvida no controle dos movimentos oculares e em reflexos auditivos e visuais.
· Ponte: Situada abaixo do mesencéfalo, atua como uma estação de retransmissão de sinais entre o cérebro e o cerebelo e participa no controle da respiração.
· Bulbo: A parte mais inferior do tronco, que se conecta à medula espinal. Regula funções autonômicas críticas como a frequência cardíaca, a respiração e a pressão arterial.
· Núcleos da Base: Um conjunto de estruturas subcorticais profundas que desempenham um papel central na modulação do movimento, no aprendizado de hábitos e na expressão de emoções.
· Diencéfalo: Localizado centralmente no encéfalo, engloba estruturas chave como o tálamo, que atua como a principal estação de retransmissão para quase todas as informações sensoriais que se dirigem ao córtex, e o hipotálamo, o principal centro de regulação da homeostase corporal.
Com a estrutura macroscópica devidamente delineada, torna-se imperativo transitar para a análise microscópica dos seus componentes celulares, que são a base de toda a sua funcionalidade.
2.0 A Base Celular do Sistema Nervoso: Neurônios e Células da Glia
2.1 O Neurônio: A Unidade Funcional
O neurônio é a célula primária de sinalização do sistema nervoso. Sua morfologia é altamente especializada para a recepção, integração e transmissão de sinais.
· Corpo Celular (Soma): É o centro metabólico e genético da célula, contendo o núcleo e a maior parte do citoplasma e organelas.
· Dendritos (Apicais e Basais): São projeções ramificadas que funcionam como as principais estruturas receptoras, recebendo sinais sinápticos de outros neurônios.
· Cone de Implantação Axonal: Região de transição entre o corpo celular e o axônio, considerada a "zona de gatilho", onde os sinais elétricos são integrados e o potencial de ação é gerado, caso o limiar de excitação seja atingido.
· Axônio: Uma longa projeção que funciona como a principal via de transmissão do sinal elétrico (potencial de ação) do corpo celular para outras células, que podem ser outros neurônios ou células efetoras, como as musculares.
· Bainha de Mielina e Nodos de Ranvier: Muitos axônios são envolvidos por uma bainha de mielina, uma camada lipídica isolante que é interrompida em intervalos regulares pelos Nodos de Ranvier. Esta estrutura permite a condução saltatória, aumentando drasticamente a velocidade de propagação do impulso nervoso.
· Terminal Pré-sináptico: A extremidade do axônio que forma uma sinapse com uma célula pós-sináptica. É neste local que ocorre a liberação de neurotransmissores na fenda sináptica, permitindo a comunicação intercelular.
2.2 Diversidade Morfológica dos Neurônios
A máxima "a forma segue a função" é particularmente verdadeira no sistema nervoso. Os neurônios exibem uma vasta diversidade morfológica, diretamente relacionada aos seus papéis específicos.
· Neurônio Sensorial: Geralmente possui uma estrutura adaptada para captar informações da periferia (p. ex., pele, músculos) e transmiti-las para o sistema nervoso central.
· Neurônio Motor: Caracteriza-se por um longo axônio que se projeta do sistema nervoso central para inervar músculos ou glândulas, transmitindo comandos motores.
· Célula Piramidal: Um tipo de neurônio proeminente no córtex cerebral, distinguido pela sua elaborada árvore dendrítica apical e basal. Esta complexidade estrutural permite a integração de um grande número de inputs sinápticos.
· Célula de Purkinje: Encontrada no cerebelo, é um dos neurônios mais complexos do cérebro. Sua espetacular arborização dendrítica, densa e estritamente planar, assemelha-se a um leque, uma morfologia otimizada para receber e integrar uma vasta quantidade de inputs (até 200.000 sinapses) para a computação precisa do timing e coordenação motora.
2.3 Células da Glia: O Suporte Essencial
Embora não participem diretamente da transmissão de potenciais de ação a longas distâncias, as células da glia são essenciais para a função e sobrevivência dos neurônios.
· Astrócitos: Células em formato de estrela que fornecem sustentação estrutural, regulam o ambiente químico extracelular (removendo excesso de neurotransmissores e íons) e, com seus "pés" terminais em contato com capilares sanguíneos, contribuem para a formação da barreira hematoencefálica.
· Oligodendrócitos: Responsáveis pela formação da bainha de mielina no Sistema Nervoso Central (SNC). Um único oligodendrócito pode mielinizar segmentos de múltiplos axônios simultaneamente.
· Células de Schwann: Desempenham a mesma função no Sistema Nervoso Periférico (SNP), mas de forma distinta: cada célula de Schwann forma um único segmento de mielina em um único axônio.
Após a análise da estrutura celular, o próximo passo lógico é examinar como estas células geram e transmitem os sinais elétricos que constituem a base da função neural.
3.0 Sinalização Neuronal: Potenciais e Circuitos
A capacidade do sistema nervoso de perceber o mundo, processar informações e comandar ações depende inteiramente da geração e propagação de sinais elétricos. O potencial de ação, um impulso elétrico rápido e transitório, representa a linguagemfundamental através da qual os neurônios se comunicam, codificando e transmitindo informações por todo o corpo.
3.1 O Potencial de Ação
O potencial de ação é uma alteração "tudo ou nada" no potencial elétrico da membrana de um neurônio, que segue uma sequência estereotipada de fases:
· Potencial de Repouso: O estado basal da membrana neuronal, que se encontra eletricamente polarizada, com o interior da célula sendo negativo em relação ao exterior (aproximadamente -70mV).
· Despolarização: Um estímulo de entrada que atinge o limiar de excitação provoca a abertura de canais iônicos, resultando em um rápido influxo de íons positivos (Na+) que inverte a polaridade da membrana, tornando o interior positivo.
· Pico do Potencial de Ação: O momento de máxima positividade, quando o potencial de membrana atinge aproximadamente +40mV.
· Repolarização: Imediatamente após o pico, canais de íons positivos (K+) se abrem, permitindo seu efluxo e restaurando rapidamente a negatividade no interior da célula.
· Hiperpolarização: Um breve período em que a membrana se torna transitoriamente mais negativa do que o potencial de repouso, devido ao fechamento mais lento dos canais de K+.
3.2 Codificação e Transmissão do Sinal
O fluxo de informação através de um circuito neural, como o arco reflexo, ilustra como diferentes tipos de potenciais trabalham em conjunto para produzir uma resposta comportamental.
1. Estímulo e Potencial Receptor: Um estímulo mecânico, como o estiramento de um músculo, ativa um receptor sensorial (fuso muscular), gerando um potencial receptor. Este é um potencial graduado, cuja amplitude é proporcional à intensidade do estímulo, diferentemente do potencial de ação, que é "tudo ou nada".
2. Geração do Potencial de Ação: Se a despolarização do potencial receptor atinge o limiar na zona de gatilho do neurônio sensorial, são disparados potenciais de ação. A intensidade do estímulo original é codificada pela frequência desses potenciais de ação.
3. Transmissão Sináptica: O potencial de ação propaga-se ao longo do axônio sensorial até o terminal pré-sináptico, onde desencadeia a liberação de neurotransmissores na sinapse com um neurônio motor.
4. Potencial Sináptico e Integração: O neurotransmissor liga-se a receptores no neurônio motor, gerando um potencial sináptico, outro tipo de potencial graduado que, se atingir o limiar, irá disparar o neurônio motor.
5. Contração Muscular: Se a soma dos potenciais sinápticos atinge o limiar no neurônio motor, este dispara seu próprio potencial de ação, que viaja até a junção neuromuscular. Ali, a liberação de neurotransmissores provoca a contração da fibra muscular.
3.3 Princípios de Circuitaria Neural
Os neurônios não operam isoladamente, mas sim em circuitos precisos. Os padrões de conectividade determinam como a informação é processada.
· Convergência: Ocorre quando múltiplos neurônios pré-sinápticos estabelecem sinapses com um único neurônio pós-sináptico. Este arranjo permite a integração de informações de diversas fontes, aumentando a sensibilidade e a complexidade do processamento.
· Divergência: Acontece quando um único neurônio pré-sináptico se ramifica para fazer sinapse com múltiplos neurônios pós-sinápticos. Este padrão permite a amplificação de um sinal, distribuindo-o para várias áreas ou alvos simultaneamente.
· Inibição Recorrente e Feed-forward: Circuitos que utilizam interneurônios inibitórios são cruciais para o controle fino da atividade neural. A inibição feed-forward permite que um grupo de neurônios excitatórios ative um grupo de músculos (flexores) enquanto inibe simultaneamente o grupo antagonista (extensores). A inibição recorrente ocorre quando um neurônio, ao disparar, excita um interneurônio inibitório que, por sua vez, inibe o próprio neurônio que o ativou. Este é um circuito de feedback negativo clássico, essencial para aprimorar a precisão temporal da sinalização neuronal, prevenindo disparos excessivos ou prolongados e focando a atividade no grupo de neurônios mais relevante.
Com estes princípios básicos de sinalização estabelecidos, podemos agora explorar como áreas cerebrais específicas utilizam estes mecanismos para executar funções cognitivas superiores, como a linguagem.
4.0 Localização de Funções Superiores e Imagem Funcional
O conceito de localização funcional postula que, embora muitas funções cerebrais sejam distribuídas por redes neurais extensas, certas áreas corticais são altamente especializadas em processar tipos específicos de informação ou em executar tarefas particulares. A linguagem é um dos exemplos mais clássicos e bem estudados desta especialização. Modernas técnicas de neuroimagem funcional, como a ressonância magnética funcional (fMRI), permitem-nos visualizar essa especialização em tempo real, observando a atividade cerebral em indivíduos saudáveis enquanto realizam tarefas cognitivas.
4.1 O Modelo Clássico da Linguagem
O modelo neurolinguístico clássico descreve uma rede de áreas corticais no hemisfério esquerdo que colaboram para a produção e compreensão da linguagem.
· Área de Wernicke: Localizada no lobo temporal, é fundamental para a compreensão da linguagem, tanto falada quanto escrita. Lesões nesta área resultam em uma afasia fluente, onde o paciente fala com fluidez mas sem sentido e tem grande dificuldade em compreender o que lhe é dito.
· Área de Broca: Situada no lobo frontal, está intimamente envolvida no planejamento motor e na sintaxe necessários para a produção da fala. Danos a esta área causam uma afasia não fluente, caracterizada por um discurso lento, trabalhoso e agramatical, embora a compreensão geralmente permaneça intacta.
· Fascículo Arqueado: Um feixe robusto de fibras nervosas que conecta as áreas de Wernicke e Broca. Esta via é crucial para tarefas que exigem a interação entre compreensão e produção, como a repetição de palavras ouvidas.
· Córtex Visual e Auditivo: Funcionam como as portas de entrada da informação linguística. O córtex auditivo processa os sons da fala, enquanto o córtex visual processa a informação de palavras escritas. Essas informações sensoriais primárias são então retransmitidas para as áreas de linguagem para processamento superior.
4.2 Mapeamento Cerebral e Neuroimagem
O mapeamento funcional do cérebro tem uma longa história, que foi revolucionada pela tecnologia moderna.
· Citoarquitetura e o Mapa de Brodmann: No início do século XX, Korbinian Brodmann mapeou o córtex cerebral com base em diferenças na sua estrutura celular, ou citoarquitetura. Ele descobriu que estas distintas áreas citoarquitetônicas correspondiam a diferentes especializações funcionais, um princípio que permanece relevante até hoje.
· Ressonância Magnética Funcional (fMRI): Esta técnica não invasiva mede a atividade cerebral de forma indireta, detectando mudanças no fluxo sanguíneo local. Áreas cerebrais mais ativas consomem mais oxigênio, e o sistema vascular responde aumentando o fluxo de sangue oxigenado para essas regiões. A fMRI capta este sinal (conhecido como BOLD - Blood-Oxygen-Level Dependent) para criar mapas de ativação cerebral.
· Evidências da Neuroimagem: Estudos com fMRI, como os ilustrados nas imagens de referência, confirmam e expandem o modelo clássico. Observa-se que a tarefa de ouvir palavras ativa primariamente o córtex temporal, enquanto ver palavras ativa o córtex occipital. A tarefa motora de falar palavras recruta a área de Broca e o córtex motor. Por fim, a tarefa mais complexa de gerar verbos associados a substantivos recruta uma rede mais ampla que inclui áreas frontais e temporais, demonstrando a colaboração entre diferentes regiões para funções cognitivas superiores.
· Bilinguismo e Organização Cerebral: A fMRI também revela como a experiência molda a organização cerebral. Em bilíngues que aprenderam uma segunda língua mais tarde na vida, as representações das duas línguas na área de Broca podem ocupar territórios corticais adjacentes, mas distintos. Em contraste, em bilíngues precoces, as áreas de ativação para ambas as línguas tendem a se sobrepor significativamente.A organização funcional do cérebro, embora plástica, é em última instância estabelecida por um plano fundamental ditado pelos genes. Portanto, o próximo passo é investigar a influência dos fatores genéticos na estrutura e função do sistema nervoso.
5.0 Genética, Comportamento e Ritmos Biológicos
A conexão entre os genes, a arquitetura do sistema nervoso e o comportamento é uma das fronteiras mais fascinantes da neurociência. Desde a estrutura fundamental da molécula de DNA, que carrega o código da vida, até os complexos mecanismos de regulação da expressão gênica, os fatores genéticos exercem uma influência profunda e multifacetada sobre traços neurológicos, predisposição a doenças e padrões comportamentais complexos, como os ritmos biológicos.
5.1 Fundamentos Genéticos
O material genético é a base para a construção e o funcionamento de todo o organismo, incluindo o sistema nervoso.
· Estrutura do DNA: O DNA é uma molécula em dupla hélice.
· Estrutura: Consiste em duas fitas de desoxirribose-fosfato que correm em direções opostas (antiparalelas), uma de 5' para 3' e a outra de 3' para 5'.
· Pareamento de Bases: As fitas são unidas por pares de bases nitrogenadas através de ligações de hidrogênio, seguindo uma regra estrita de complementaridade: a Adenina (A) sempre pareia com a Timina (T), e a Guanina (G) sempre pareia com a Citosina (C).
· Mutações: A Origem da Diversidade: Erros na replicação do DNA ou danos à molécula podem levar a mutações, que são a fonte da variação genética.
· Mutações Pontuais: Alterações em um único par de bases. Podem ser de perda de sentido (missense), quando a troca de um nucleotídeo resulta na troca de um aminoácido na proteína; sem sentido (nonsense), quando a mutação cria um códon de parada prematuro, truncando a proteína; ou com alteração do padrão de leitura (frameshift), quando a inserção ou deleção de nucleotídeos (que não sejam múltiplos de três) muda todo o quadro de leitura subsequente.
· Mutações em Larga Escala: Envolvem alterações estruturais em cromossomos, como a inversão, deleção ou duplicação de segmentos inteiros, podendo afetar múltiplos genes de uma só vez.
5.2 A Influência Genética no Comportamento
A genética comportamental utiliza diversas abordagens para desvendar a contribuição dos genes para o comportamento.
· Estudos de Concordância em Gêmeos: Comparar a taxa de concordância (a probabilidade de ambos os gêmeos terem um traço) entre gêmeos monozigóticos (MZ), que compartilham 100% dos genes, e dizigóticos (DZ), que compartilham cerca de 50%, é um método poderoso. Taxas de concordância significativamente mais altas em gêmeos MZ para condições como esquizofrenia e transtorno bipolar fornecem forte evidência de uma importante contribuição genética para essas doenças.
· Modelo Animal: Comportamento de Forrageamento em C. elegans: O estudo de organismos modelo simples pode revelar princípios fundamentais. No nematoide C. elegans, existem duas variantes naturais de comportamento de forrageamento: cepas "sedentárias" tendem a se aglomerar em fontes de alimento, enquanto cepas "com maior mobilidade" exploram uma área mais ampla. Essa diferença fenotípica é largamente influenciada pela variação em um único gene, demonstrando como um único fator genético pode modular um comportamento complexo.
5.3 Bases Moleculares dos Ritmos Circadianos
Muitos comportamentos seguem um ritmo de aproximadamente 24 horas, controlado por um "relógio biológico" molecular interno.
· O Ciclo de Feedback Molecular do Relógio: Em organismos como a mosca-das-frutas (Drosophila), o mecanismo do relógio central baseia-se em um ciclo de feedback transcricional-translacional.
1. Ativação: Durante o dia, o complexo proteico ativador CLOCK-CYCLE (CLK/CYC) liga-se a promotores para ativar a transcrição dos genes period (per) e timeless (tim).
2. Acúmulo: As proteínas PER e TIM são produzidas no citoplasma e acumulam-se gradualmente.
3. Inibição: Ao anoitecer, as proteínas PER e TIM formam dímeros, entram no núcleo e inibem sua própria transcrição, desligando os genes per e tim.
4. Degradação: A luz da manhã ativa proteínas fotorreceptoras (criptocromos), que se ligam a TIM, levando à sua degradação. Sem TIM para estabilizá-la, a proteína PER também é degradada.
5. Reinício: Com a remoção dos inibidores (PER e TIM), o ciclo de transcrição dos genes per e tim pode recomeçar, iniciando um novo ciclo de 24 horas.
· Disrupção Genética e Comportamento Arrítmico: A importância deste relógio genético para o comportamento é evidenciada em estudos com mutantes. Gráficos de atividade (actogramas) mostram que moscas do tipo selvagem exibem um padrão rítmico claro de atividade e repouso. Em contraste, moscas com mutações no gene clock, um componente chave do mecanismo ativador, perdem essa ritmicidade e exibem um comportamento arrítmico, demonstrando a ligação direta entre o mecanismo genético e o ritmo comportamental.
Em suma, a neurofisiologia moderna é um campo de investigação profundamente integrativo, que exige uma análise que se estende da arquitetura macroscópica do cérebro à estrutura molecular do DNA. A compreensão de cada um destes níveis de análise — da hélice do DNA aos ritmos do comportamento — não é apenas um exercício acadêmico; é o alicerce indispensável para a prática clínica e para o avanço do conhecimento sobre o mais complexo órgão conhecido: o cérebro humano.