Sinapse: Comunicação Neuronal

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SINAPSE : COMUNICAÇÃO NEURONAL
Introdução
Até o momento, discutimos a transmissão do processamento e integração das informações como função do sistema nervoso.
Na última aula, compreendemos que a informação é traduzida em sinais elétricos que são conduzidos pela fibra neuronal até o seu destino.
Nessa aula, trataremos do que acontece quando esse sinal elétrico chega ao seu destino. Vamos conhecer os locais específicos dos neurônios e da célula muscular nos quais a informação é recebida.
Na aula anterior, discutimos como se comporta o neurônio em repouso e como acontece a transmissão do potencial de ação. Nessa aula, vamos estudar o local onde acontece o contato entre os neurônios e entre os neurônios e os órgãos efetuadores da ação, esses locais são denominados sinapses.
Tipos de sinapses
SINÁPSE ELÉTRICA
Há comunicações entre neurônios que acontecem por meio da justaposição entre as membranas. Nesse tipo de sinapse a justaposição entre as membranas permite o alinhamento entre os canais iônicos formando uma passagem chamada de gap. Pelos gaps acontecem o livre trânsito de íons de uma membrana a outra, desta maneira o potencial de ação passa de uma célula para outra muito mais rápido do que na sinapse química, mas não pode ser bloqueado.
Observe  ao lado uma sinapse elétrica.
SINÁPSE QUÍMICA
A maiorias das sinapses nos seres humanos é dependente de um neuroquímico.
ENTENDA
A maioria dos neurônios secreta um produto químico chamado de neurotransmissor. 
Para passar a informação que carreia para outro neurônio ou para outro tipo de célula, o neurônio libera esse neurotransmissor na fenda sináptica.
As sinapses do sistema nervoso central possuem diferentes denominações de acordo com o local de comunicação entre os neurônios. São as sinapses:
Axodendriticas : Em uma sinapse em que o axônio do neurônio pré-sináptico comunica-se com o dendrito do neurônio pós-sináptico dizemos que esta sinapse é axodendrítica.
Axossomática: Quando a membrana pós-sináptica está localizada no corpo celular a sinapse será axossomática.
Axoaxônica: Quando a membrana pós-sináptica está localizada em outro axônio a sinapse, é chamada axoaxônica
Dendrodentrítica: Em alguns casos especiais os dendritos de um neurônio se comunicam com os dendritos de outro neurônio formando uma sinapse denominada dendrodentrítica.
Sinapses do Sistema Nervoso Central
As sinapses do SNC podem, ainda, ser classificadas de acordo com a morfologia da membrana pré e pós-sináptica:
As junções neuromusculares constituem a área de comunicação entre neurônios motores da medula espinhal e o músculo esquelético:
São consideradas as maiores sinapses do corpo humano e são infalíveis. Isso significa que todo potencial de ação gerado nos neurônios motores desencadeiam respostas nas fibras musculares que inervam.
Isso se deve a alta especialização dessas sinapses como, por exemplo, o elevado número de zonas ativas no neurônio pré-sináptico e de receptores na membrana pós-sináptica. A membrana pós-sináptica da junção neuromuscular é chamada de placa motora. Observe ao lado.
Para que ocorra sinapse química são necessários três mecanismos básicos:
Liberação de neurotransmissores na fenda sináptica, em resposta ao potencial de ação.
Acoplamento dos neurotransmissores aos seus respectivos receptores para gerar resposta no neurônio pós-sináptico.
Remoção dos neurotransmissores da fenda sináptica para cessar o potencial de ação.
Receptores: Os receptores podem ser divididos em dois grupos:
São estruturas localizadas na densidade pós-sináptica (membrana do neurônio-alvo) que irão receber os neurotransmissores lançados na fenda sináptica.
potencial excitatório pós-sináptico (PEPS): É a forma mais elementar de resposta pós-sináptica onde a abertura de um único tipo de canal, mediado por neurotransmissores, é capaz de promover a despolarização da membrana pós-sináptica desencadeando, portanto, um potencial excitatório pós-sináptico (PEPS). 
A magnitude do PEPS é dependente de vários fatores, tais como: Número de sinapses excitatórias ativas conjuntamente, distância das sinapses à zona de disparo e das propriedades da membrana dendrítica.
potencial inibitório pós-sináptico (PIPS): O potencial inibitório pós-sináptico (PIPS) ocorre da mesma forma que o PEPS, mas os receptores pós-sinápticos, mediados por neurotransmissores como o GABA ou a GLICINA, das sinapses inibitórias são altamente permeáveis ao cloreto (Cl-), o que faz com que os canais iônicos, após abertos, promovam um rápido influxo de cloro para o meio intracelular, tornando o potencial da membrana mais negativo e, portanto, menos excitável.
Além disso, existe a inibição por derivação (shunt) onde, por exemplo, uma sinapse excitatória ativa realiza despolarização ao longo do dendrito, porém, antes de chegar ao corpo celular encontra uma sinapse inibitória ativa impedindo assim que a corrente flua para o axônio, desabilitando, assim, o potencial de ação.
modulação sináptica.: Vimos anteriormente, que o acoplamento de neurotransmissores a seus respectivos receptores promovem a abertura de canais iônicos, seja de forma direta ou pela ação da proteína G, causando um PEPSs ou um PIPSs. No entanto, a resposta ao acoplamento de alguns neurotransmissores a receptores mediados pela proteína G não promovem resposta direta (PEPSs ou PIPSs) ao invés disso, modificam a efetividade de PEPSs gerados por outras sinapses. Este processo recebe o nome de modulação sináptica.
Como exemplo pode-se citar a ação da noradrenalina (NA) sobre os receptores β onde o acoplamento dos mesmos não possui ação direta sobre canais iônicos, após uma cascata de reações bioquímicas envolvendo proteína G e segundos mensageiros, induz ao fechamento de canais de K+. Isto aumenta a resistência da membrana dendrítica gerando uma elevação da capacidade de condução. Assim, sinapses excitatórias distantes ou fracas tornar-se-ão mais efetivas para despolarização e, portanto, mais excitáveis.
Comunicação entre as células nervosas 
Introdução
Todas as nossas sensações, sentimentos, pensamentos,  respostas motoras e emocionais, a aprendizagem e a memória, a ação das drogas psico-ativas, as causas das doenças mentais, e qualquer outra função ou disfunção do cérebro humano não poderiam ser compreendidas sem o conhecimento do fascinante processo de comunicação entre as células nervosas (neurônios). Os neurônios precisam continuamente coletar informações sobre o estado interno do organismo e de seu ambiente externo, avaliar essas informações e coordenar atividades apropriadas à situação e às necessidades atuais da pessoa.
Como os neurônios processam essas informações?
Isso ocorre essencialmente graças aos impulsos nervosos.  Um impulso nervoso é a transmissão de um sinal codificado de um estímulo dado ao longo da membrana do neurônio, a partir de seu ponto de aplicação. Os impulsos nervosos podem passar de uma célula a outra, criando assim uma cadeia de informação dentro de uma rede de neurônios.
Dois tipos de fenômenos esão envolvidos no processamento do impulso nervoso: os elétricos e os químicos. Os eventos elétricos propagam o sinal dentro de um neurônio, e os eventos químicos transmitem o sinal de neurônio a outro ou para uma célula muscular. O processo químico de interação entre os neurônios e entre os neurônios e células efetoras acontecem na terminação do neurônio, em uma estrutura chamada sinapse. Aproximando-se do dendrito de outra célula (mas sem continuidade material entre ambas as células), o axônio  libera substâncias químicas chamadas neurotransmissores, que ligam-se aos receptores químicos do neurônio seguinte e promove mudanças excitatórias ou inibitórias em sua membrana.
Portanto, os neurotransmissores possibilitam que os impulsos nervosos de uma célula influencie os impulsos nervosos de outro, permitindo assim que as células do cérebro "conversem entre si", por assim dizer. O corpo humano desenvolveu um grande número desses mensageiros químicos para facilitar a comunicaçãointerna e a transmissão de sinais dentro do cérebro. Quando tudo funciona adequadamente, as comunicações internas acontecem sem que sequer tomemos consciência delas.
Uma compreensão da transmissão sináptica é a chave para a o entendimento das operações básicas do sistema nervoso a nível celular. O sistema nervoso controla e coordena as funções corporais e permite que o corpo responda, e aja sobre o meio ambiente. A transmissão sináptica é o processo chave na ação interativa do sistema nervoso
Nós já vimos o processo elétrico do impulso nervoso no artigo anterior. Nesse número, vamos examinar mais em detalhes como a sinapse e os neurotransmissores funcionam.
Sinapse: O ponto de encontro entre neurônios
Dado que os neurônios formam uma rede de atividades elétricas, eles de algum modo têm que estar interconectados. Quando um sinal nervoso, ou impulso, alcança o fim de seu axônio, ele viajou como um potencial de ação ou pulso de eletricidade. Entretanto, não há continuidade celular entre um neurônio e o seguinte;  existe um espaço chamado sinapse. As membranas das células emissoras e receptoras estão separadas entre si pelo espaço sináptico, preenchido por um fluido. O sinal não pode ultrapassar eletricamente esse espaço. Assim, substâncias químicas especias, chamadas neurotransmissores, desempenham esse papel. Elas são liberadas pela membrana emissora pré-sináptica e se dinfundem através do espaço para os receptores da membrana do neurônio receptor pós-sináptico. A ligação dos neurotransmissores para esses receptores tem como efeito permitir que íons (partículas carregadas) fluam para dentro e para fora da célula receptora, conforme visto no artigo sobre condução nervosa.
A direção normal do fluxo de informação é do axônio terminal para o neurônio alvo, assim o axônio terminal é chamado de pré-sináptico (conduz a informação para a sinapse) e o neurônio alvo é chamado de pós-sináptico (conduz a informação a partir da sinapse).
Tipos de sinapses
A sinapse típica, e a mais frequente, é aquela na qual o axônio de um neurônio se conecta ao segundo neurônio através do establecimento de contatos normalmente de um de seus dendritos ou com o corpo celular. Existem duas maneiras pelas quais isso pode acontecer: as sinapses elétricas e as sinapses químicas.
A Sinapse elétrica 
  
A maioria das sinapses dos mamíferos são sinapses químicas, mas existe uma forma simples de sinapse elétrica que permite a transferência direta da corrente iônica de uma célula para a célula seguinte. As sinapses elétricas ocorrem em locais especializados chamados junções. Elas formam canais que permitem que os ions passem diretamente do citoplasma de uma célula para o citoplasma da outra. A transmissão nas sinapses elétricas é muito rápida; assim, um potencial de ação no neurônio pré-sináptico, pode produzir quase que instantaneamente um potencial de ação no neurônio pós-sináptico. Sinapses elétricas no sistema nervoso central de mamíferos, são encontradas principalmente em locais especiais onde funções normais exigem que a atividade dos neurônios vizinhos seja altamente sincronizada. Embora as junções sejam relativamente raras entre os neurônios de mamíferos adultos, eles são muito comuns em uma grande variedade de células não neurais, inclusive as células do músculo liso cardíaco, células epiteliais, algumas células glandulares, glia, etc. Elas também são comuns em vários invertebrados.
A sinapse química
Nesse tipo de sinapse, o sinal de entrada é transmitido quando um neurônio libera um neurotransmissor na fenda sináptica, o qual é detectado pelo segundo neurônio através da ativação de receptores situados do lado oposto ao sítio de liberação. Os neurotransmissores são substâncias químicas produzidas pelos neurônios e utilizadas por eles para transmitir sinais para outros neurônios ou para células não-neuronais (por exemplo, células do músculo esquelético, miocárdio, células da glândula pineal) que eles inervam.
A ligação química do neurotransmissor aos receptores causa uma série de mudanças fisiológicas no segundo neurônio que constituem o sinal. Normalmente a liberação do primeiro neurônio (chamado pré-sináptico) é causado por uma série de eventos intracelulares evocados por uma despolarização de sua membrana, e quase que invariavelmente quando um potencial de ação é gerado. 
  
  
Sinapse. Quando um impulso elétrico ao viajar para a "cauda" da célula, chamado axônio", chega a seu término, ele dispara vesículas que contêm um neurotransmissor as quais movem-se em direção a membrana terminal. As vesículas se fundem com a membrana terminal para liberar seus conteúdos. Uma vez na fenda sináptica (o espaço entre dois neurônios) o neurotransmissor pode ligar-se aos receptores (proteínas específicas ) na membrana de um neurônio vizinho.
O que dispara a liberação de um neurotransmissor?
Algum mecanismo deve existir através do qual o potencial de ação causa a liberação do transmissor armazenado nas vesículas sinápticas para a fenda sináptica.
O potencial de ação estimula a entrada de Ca2+, que causa a adesão das vesículas sinápticas aos locais de liberação, sua fusão com a membrana plasmática e a descarga de seu suprimento de transmissor. O transmissor se difunde para a célula alvo, onde se liga à uma proteína receptora na superfície externa da membrana celular. Após um breve período o transmissor se dissocia do receptor e a resposta é terminada. Para impedir que o transmissor associe-se novamente a um receptor e recomece o ciclo, o tranmissor, ou é destruído pela ação catabólica de uma enzima, ou é absorvido, normalmente na terminação pré-sináptica. Cada neurônio pode produzir somente um tipo de transmissor. 
Categorias de sinapses químicas
Existem dois tipos de sinapses químicas, de acordo com o efeito que causam no elemento pós-sináptico: 
Sinapses excitatórias
Sinapses excitatórias causam uma mudança elétrica excitatória no potencial pós-sináptico (EPSP). Isso acontece quando o efeito líquido da liberação do transmissor é para despolarizar a membrana, levando-o a um valor mais próximo do limiar elétrico para disparar um potencial de ação. Esse efeito  é tipicamente mediado pela abertura dos canais da membrana (tipos de poros que atravessam as membranas celulares para os íons cálcio e potássio.
Sinapses inibitórias
As sinapses inibitórias causam um potencial pós-sináptico inibitório (IPSP), porque o efeito líquido da liberação do transmissor é para hiperpolarizar a membrana, tornando mais difícil alcançar o potencial de limiar elétrico. Esse tipo de sinapse inibitória funciona graças à abertura de diferentes canais de ions na membranas: tipicamente os canais cloreto (Cl-) ou potássio (K+).
Um impulso chegando no terminal pré-sináptico provoca a liberação do neurotransmissor. A. As moléculas ligam-se aos canais de íon, cuja abertura é controlada pelo transmissor, na membrana pós-sináptica. Se o Na+ entra na célula pós-sináptica através dos canais abertos, a membrana se tornará despolarizada. 
B. As moléculas ligam-se aos canais de íon, cuja abertura é controlada pelo pelo transmissor, na membrana pós-sináptica. Se o Cl- entra a célula pós-sináptica, através dos canais abertos, a membrana se tornará hiperpolarizada. A mudança resultante no potencial da membrana, conforme registrado através de um microeletrodo na célula é visto na figura abaixo (Geração de um EPSP e IPSP).
Nessa figura, o registro do potencial elétrico transmembrana em função do tempo (em vermelho) mostra que há uma deflexão gradual para cima do traçado quando uma sinapse excitatória (EPSP) é ativada. O fluxo de íons causa a despolarização, i.e, a membrana torna-se menos polarizada. Lembre-se que normalmente a face externa da membrana é negativa em relação ao interior, e que o potencial de repouso da membrana pós-sináptica é cerca de -70 milivolts. Qualquer despolarização diminui esse valor, tornando-o menos negativo, e portanto causando uma deflexão para cima (mais próxima ao nível zero).
O registro do potencial de membrama para o potencialpós-sináptico inibitório (IPSP: em verde) mostra uma hiperpolarização, i.e., uma deflexão para baixo no traçado porque ele torna-se mais negativo que o potencial de repouso.
Uma única célula nervosa normalmente tem centenas ou milhares de sinapses químicas excitatórias e inibitórias que chegam em seus dendritos ou corpo celular. As EPSP e IPSPs somam-se de modo que a curva resultante (em preto) podem inclinar-se para uma despolarização líquida ou uma hiperpolarização. Se a despolarização líquida alcançar o valor limiar, a célula pós-sináptica dispara potenciais de ação.
Sinapses no sistemas nervoso central 
Diferentes tipos de sinapses podem ser diferenciados pelo critério de qual parte do neurônio é pós-sináptico em relação ao axônio teminal. Se a membrana pós-sináptica está em um dendrito, a sinapse é chamada axo-dendrítica. Se a membrana pós-sinpática está no corpo celular, a sinapse é chamada axo-somática. Em alguns casos a membrana pós-sináptica está em um outro axônio, e essas sinapses são chamadas axo-axônicas. Em determinados neurônios especializados, os dendritos formam, na realidade, sinapses entre si, essas são as chamadas sinapses dendro-dendríticas.
Neurotransmissores:  Mensageiros do Cérebro
Quimicamente, os neurotransmissores são moléculas relativamente pequenas e simples. Diferentes tipos de células secretam diferentes neurotransmisores. Cada substância química cerebral funciona em áreas bastante espalhadas mas muito específicas do cérebro e podem ter efeitos diferentes dependendo do local de ativação. Cerca de 60 neurotransmissores foram identificados e podem ser classificados, em geral em uma das quatro categorias.
1) colinas: das quais a acetilcolina é a mais importante;
2) aminas biogênicas: a serotonina, a histamina, e as catecolaminas - a dopamina e a norepinefrina
3) aminoácidos: o glutamato e o aspartato são os transmissores excitatórios bem conhecidos, enquanto  que o ácido gama-aminobutírico (GABA), a glicina e a taurine são neurotransmissores inibidores.
 4) neuropeptídeos: esses são formados por cadeias mais longas de aminoácidos (como uma pequena molécula de proteína). Sabe-se que mais de 50 deles ocorrem no cérebro e muitos deles têm sido implicados na modulação ou na transmissão de informação neural.
Neurotransmissores importantes e suas funções
Dopamina 
Controla níveis de estimulação e controle motor em muitas partes do cérebro. Quando os níveis estão extremamente baixos na doença de Parkinson, os pacientes são incapazes de se mover volutáriamente. Presume-se que o LSD e outras drogas alucinógenas ajam no sistema da dopamina.
Serotonina 
Esse é um neurotransmissor que é incrementado por muitos antidepressivos tais com o Prozac, e assim tornou-se conhecido como o 'neurotransmissor do 'bem-estar'. ' Ela tem um profundo efeito no humor, na ansiedade e na agressão.
Acetilcolina (ACh) 
A acetilcolina controla a atividade de áreas cerebrais relaciondas à atenção, aprendizagem e memória. Pessoas que sofrem da doença de Alzheimer apresentam tipicamente baixos níveis de ACTH no córtex cerebral, e as drogas que aumentam sua ação podem melhorar a memória em tais pacientes.
Noradrenalina 
Principalmente uma substância química que induz a excitação física e mental e bom humor. A produção é centrada na área do cérebro chamada de locus coreuleus, que é um dos muitos candidatos ao chamado centro de "prazer" do cérebro. A medicina comprovou que a norepinefrina é uma mediadora dos batimentos cardíacos, pressão sanguínea, a taxa de conversão de glicogênio (glucose) para energia, assim como outros benefícios físicos.
Glutamato 
O principal neurotransmissor excitante do cérebro, vital para estabelecer os vínculos entre os neuroônios que são a base da aprendizagem e da memória a longo prazo.
Encefalinas e Endorfinas 
Essas substâncias são opiáceos que, como as drogas heroína e morfina, modulam a dor, reduzem o estresse, etc. Elas podem estar envolvidas nos mecanismos de dependência física.
Os Efeitos da Cocaína no Cérebro 
Corte cerebral pós-mortem de um adito em cocaína. A lesão  
mostrada refere-se a uma hemorragia cerebral massiva e está associada ao uso da cocaína
Axônio de um neurônio em contato com o dendrito de outro neurônio (a sinapse). 
O elemento pós-sináptico mostra sua membrana, bem como os receptores, aos quais 
o neurotransmissor se liga e intermedia os seus efeitos. 
Sintetizada em 1859, a cocaína tem como origem a planta Erythroxylon coca, um arbusto nativo da Bolívia e do Peru (mas 
também cultivado em Java e Sri-Lanka), em cuja composição química se encontram os alcalóides Cocaína, Anamil e Truxillina 
(ou Cocamina).
As propriedades primárias da droga bloqueiam a condução de impulsos nas fibras nervosas, quando aplicada externamente, produzindo uma sensação de amortecimento e enregelamento. A droga também é vaso constritora, isto é, contrai os vasos sangüíneos inibindo hemorragias, além de funcionar como anestésico local, sendo este um dos seus usos na medicina. 
Ingerida ou aspirada, a cocaína age sobre o sistema nervoso periférico, inibindo a reabsorção, pelos nervos, da norepinefrina (uma substância orgânica semelhante à adrenalina). Assim, ela potencializa os efeitos da estimulação dos nervos. A cocaína é também um estimulante do sistema nervoso central, agindo sobre ele com efeito similar ao das anfetaminas.
A quantidade necessária para provocar uma overdose varia de uma pessoa para outra, e a dose fatal vai de 0,2 a 1,5 grama de cocaína pura. A possibilidade de overdose, entretanto, é maior quando a droga é injetada diretamente na corrente sangüínea. O efeito da cocaína pode levar a um aumento de excitabilidade, ansiedade, elevação da pressão sangüínea, náusea e até mesmo alucinações. Um relatório norte-americano afirma que uma característica peculiar da psicose paranóica, resultante do abuso de cocaína, é um tipo de alucinação na qual formigas, insetos ou cobras imaginárias parecem estar caminhando sobre ou sob a pele do cocainômano. Embora exista controvérsia, alguns afirmam que os únicos perigos médicos do uso da cocaína são as reações alérgicas fatais e a habilidade da droga em produzir forte dependência psicológica, mas não física. Por ser uma substância de efeito rápido e intenso, a cocaína estimula o usuário a utilizá-la seguidamente para fugir da profunda depressão que se segue após o seu efeito. 
A Coca-Cola, um dos refrigerantes mais populares, foi originalmente uma beberagem feita com folhas de coca e vendida como um "extraordinário agente terapêutico para todos os males, desde a melancolia até a insônia". Complicações legais, todavia, fizeram com que a partir de 1906 o refrigerante passasse a utilizar em sua fórmula folhas de coca descocainadas (revista Planeta, julho,1986).
Os malefícios da cocaína
A cocaína é a droga que mais rapidamente devasta o usuário. Bastam alguns meses ou mesmo semanas para que ela cause um emagrecimento profundo, insônia, sangramento do nariz e corisa persistente, lesão da mucosa nasal e tecidos nasais, podendo inclusive causar perfuração do septo (12). Doses elevadas consumidas regularmente também causam palidez, suor frio, desmaios, convulsões e parada respiratória. No cérebro, a cocaína afeta especialmente as áreas motoras, produzindo agitação intensa. A ação da cocaína no corpo é poderosa porém breve, durando cerca de meia hora, já que a droga é rapidamente metabolizada pelo organismo.
Interagindo com os neurotransmissores, tornam imprecisas as mensagens entre os neurônios. 
Porque a Cocaína Vicia ?
A dependência à cocaína depende de suas propriedades psicoestimulantes e ação anestésica local. A dopamina é considerada importante no sistema de recompensa do cérebro, e seu aumento pode ser responsável pelo grande potencial de dependência da cocaína (veja videoclips sobre experimentos em centros do prazer no cérebro de ratos) .
Um estudo de PET, feito por cientistas da Johns Hopkins University e o National Institute on Drug Abuse (NIDA) nos EUA, descobriu que o vício pelacocaína está diretamente correlacionado a um aumento no cérebro dos receptores para substâncias opióides, como as endorfinas, que são naturais, e drogas de abuso, como a heroína e o ópio [2]. Quanto maior a intensidade do vício, maior esse número de receptores. 
Quando os viciados em cocaína que foram testados na pesquisa ficavam um mês longe da droga, em alguns deles o número de receptores voltava ao normal, mas em outros continuava alto. Pode haver uma correlação entre esse fato e a susceptibilidade do drogadito voltar ao vício ou não.