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Neurofisiologia G R U P O D A S A L V Ç Ã OG R U P O D A S A L V Ç Ã O Grupo da Salvação #pas 1 TECIDO NERVOSO EXPLANAR O TECIDO NERVOSO, BEM COMO A NEUROFISIOLOGIA DAS SINAPSES, POTENCIAL DE AÇÃO E NEUROTRANSMISSORES. Check List: Explanar o tecido nervoso, bem como a neurofisiologia das sinapses, potencial de ação e neurotransmissores. Falar de tudo, desde ao estímulo mecânico, despolitização, repolarização, repouso, hiperpolarização, tudo ou nda, momento refratário, deslocamento de vesicula, exocitose de neurotransmissores, como os principais neurotransmissores são formados (dopamina, serotonina, acetilcolina e noradrenalina) tem outros tbm mas foca nesses. Onde são formados, sua ação , como se espalham pelo cérebro. Como ocorre a recaptação (entra astrocitos tbm), receptores. INTRODUÇÃO (+geral) O tecido nervoso é basicamente constituído por neurônios e células da glia. O neurônio é a unidade funcional, com a função básica de receber, processar e enviar informações. A neuroglia compreende células com função de sustentação, revestimento, isolamento, modulação e defesa. Após a diferenciação, os neurônios dos vertebrados NÃO se dividem, porém no bulbo olfatório e no hipocampo, neurônios novos são formados, mesmo em adultos. → Neurônios: células altamente excitáveis que se comunicam entre si ou com células efetuadoras, usando basicamente uma linguagem elétrica. Possui 3 regiões: Corpo celular: núcleo, citoplasma (pericário) e organelas. É o centro metabólico, responsável pela síntese de proteínas e renovação dos constituintes celulares. Dele partem os prolongamentos. Dendritos: especializados em receber estímulos, traduzindo-os em alterações do potencial de membrana que se propagam em direção ao corpo celular e ao axônio. As espinhas dendríticas são de enorme importância. Axônio: prolongamento longo e fino que se origina do corpo ou de um dendrito principal. Diferentes axônios apresentam comprimentos variados. Geralmente sofrem arborização terminal, se comunicando com outros neurônios ou células efetuadoras. → Atividade elétrica: a membrana celular separa dois ambientes: o meio intracelular onde predomina o potássio K+ e o meio extracelular onde predominam sódio Na+ e cloro Cl-. Isso é responsável por manter um potencial de membrana, sendo alterado por movimentos de íons. Os dendritos são especializados em receber estímulos, traduzindo-os em alterações do potencial de membrana que podem se expressar por despolarização ou hiperpolarização. A despolarização é excitatória e reduz a carga negativa e deve-se à grande entrada de Na+. A hiperpolarização é inibitória e significa aumento da carga negativa. Esses potenciais se propagam em direção ao corpo e em direção ao cone de implantação do axônio até a chamada zona de disparo, onde existem canais de sódio e potássio sensíveis a voltagem. A despolarização deve-se à grande entrada de Na+. Fluxo axoplasmático: fundamental para renovação dos componentes do axônio, possibilitando a manutenção de sua função. → Sinapses: locais de contato entre neurônios ou entre um neurônio e uma célula efetuadora. Podem ser elétricas ou químicas: Elétricas: raras em vertebrados e exclusivamente entre neurônios. Há um acoplamento iônico (comunicação através de canais iônicos) permitindo a passagem direta de pequenas moléculas. Servem para sincronizar atividades de grupos de neurônios (ex: centro respiratório). O fluxo da comunicação ocorre nos dois sentidos. Químicas: grande maioria das sinapses entre neurônios e todas as neuroefetuadoras. Nas sinapses químicas existe a dependência da liberação de neurotransmissores. São sinapses polarizadas, ou seja, apenas o elemento pré- sináptico contém o neurotransmissor. Sinapses químicas interneuronais: uma terminação axônica entra em contato com qualquer parte de outro neurônio. O elemento pré sináptico armazena e libera o neurotransmissor, o elemento pós sináptico contém receptores para o neurotransmissor e a fenda sináptica separa as duas membranas. A transmissão sináptica ocorre da união do neurotransmissor com seu receptor na membrana pós sináptica. → Sinapses químicas neuroefetuadoras: envolvem os axônios dos nervos periféricos e uma célula efetuadora não neuronal. • Mecanismo da transmissão sináptica: a chegada do impulso nervoso na membrana pré sináptica origina aumento dos íons cálcio, liberando os neurotransmissores que vão encontrar seus receptores na membrana pós sináptica. Pode então ocorrer uma despolarização ou hiperpolarização desses canais iônicos (ex: GABA, cloro, acetilcolina sódio). A perfeita função das sinapses exige que o neurotransmissor seja retirado da fenda, evitando sua ação por tempo prolongado. → NEURÓGLIA: se relacionam com os neurônios e, diferente desses, conseguem se multiplicar. No sistema nervoso central, a neuroglia compreende astrócitos, oligodendrócitos, microglia e as células ependimárias. Grupo da Salvação #pas 2 TECIDO NERVOSO I) Astrócitos (protoplasmáticos ou fibrosos) apoiam-se em capilares sanguíneos, sustentando e isolando os neurônios. Também participam do controle dos níveis de potássio extraneuronal, captando esse íon e para a recaptação de alguns neurotransmissores. II) Oligodendrócitos: formação da bainha de mielina em axônios do SNC. III) Microglia: funções fagocíticas. Possuem um papel muito importante na resposta imune do SNC. IV) Células ependimárias: formam as paredes dos ventrículos, do aqueduto cerebral e do canal central da medula. Constituem os plexos coroides, responsáveis pela formação do LCR. * No sistema nervoso periférico, a neuroglia compreende as células satélites e as células de Schwann. As células satélites circulam o pericário dos neurônios e dos gânglios e as de Schwann formam a bainha de mielina no SNP. Cap 3: As Unidades do Sistema Nervoso Forma de Função de Neuronios e Gliócitos INTRODUÇÃO + Todos os neurônios geram sinais elétricos que atuam como unidades de informação; + Neuroglia: Os gliócitos ou células da glia-Astrocitos, Oligodentrodtos. Função: Participa da infraestrutura do SN conduzindo nutrientes, controlando ions armazenam glicogênio, participam do processo de cicatrização e defesa, fornecem uma capa isolante aos axonios, influenciam os neurônios nos sinais químicos. A FORMA E OS COMPONENTES DAS CÉLULAS NERVOSAS + Corpo celular ou soma: tem organelas + Dentritos: Entrada/ Prolongamentos neurais, neuritos ou axônios: Saida Tem grande variedade forma e tamanho. + Região entre axonio e outra célula: sinapse O neurônio tem uma membrana (bicamada lipidica com proteinas flutuantes) permeável que separa o meio interno do externo. Essa permeabilidade que ajuda nos impulsos. Todas as organelas são delimitadas por membranas. Funções do citoesqueleto: Mantém a forma do neurônio, mobilidade de neurônios jovens, constitui um sistema de transporte de moléculas sinalizadoras, nutrientes, fatores tróficos e vesículas membranosas. + Constituição do citoesqueleto: microtúbulo formado por tubulinas e MAP), neurofilamento (neurofibrilas) e microfilamentos (Actina-movimentos celulares). Doença reladonada: Alzheimer-As fibrilas tem alterações degenerativas e se acumula desorganizadamente no citoplasma. Núcleo: É delimitada pelo envelope nuclear que é formado por cisternas aplanadas que se continuam com o R.E. As separações entre as cistemas são os poros onde ocorre a transferenda de ácido nucléico e proteinas. Substància de Nissl: R.E.R. quando corado fica com aspecto tigroso. As proteinas recém sintetizadas se difundem pelo núcleo, pelo citosol (para se ligar as organelas) ou são armazenado no R.E para ser posteriormente secretado (retículo endoplasmático R.E vai pra Golgi (também libera lisossomos pra degradar moléculas já utilizadas) que sai empacotado e é transportado pelos microtúbulos até o axônio-O conteúdo são enzimas que regulam neuromediadores, transportam também os neuromediadores e componentesda membrana). + Mitocôndria: Fixação de 0, e produção de energia. + Peroxissomo: Semelhante aos lisossomos, mas com proteção ao peroxido. Dendritos: Tem a mesma composição da soma e formam árvores com diversas espinhas, que são projeções que formam os contatos sinapticos. Elas também têm ions e moléculas relacionadas a transmissão de informação. A quantidade de espinhas muda com a aprendizagem e doenças. A presença de R.E.R (retículo endoplasmático rugoso) só tem-nos de maior calibre. Sua coloração é realizada pela substancia de Nissi (aspecto tigroso). Axônios: Emerge da soma pela zona de disparo ou segmento inicial (muito excitável porque tem muitos canais iónicos). Conduz impulsos nervosos. Membrana é o axolema, citoplasma = axoplasma (não tem R.E.R). Os microtúbulos são essenciais para o fluxo axoplasmático. Grupo da Salvação #pas 3 TECIDO NERVOSO + Fluxo axoplasmático: movimento de moléculas que usam os microtúbulos como trilhos. Soma → Axonio: Fluxo anterógrado/ Axônio → Soma: Fluxo retrogrado. O anterógrado pode ser rápido (saltatoro-400mm/ dia-liberação de neurotransmissores), médio (Carrela proteina do citoesqueleto pros axônios-0,4 a 5 mm/ dia) ou devagar (0,2 a 2,5mm/ dia). + Bainha de mielina: Composto lipidico e proteico que envolve axônios sendo produzida pelos oligodendrocitos no SNC e pelas células de Schwann no SNP. Diferença: No SNC, a bainha tem uma substància que não permite regeneração de axônios. A MEMBRANA E OS SINAIS ELÉTRICOS DO SISTEMA NERVOSO + A membrana do neurônio é excitável-Permite que ele produza, conduza e transmita sinais elétricos a outros neurônios. Seus canais iónicos fazem permeabilidade seletiva CANAIS IONICOS são proteinas integrals de membrana que deixa passar ions de modo seletivo, continuamente ou como resposta a estimulos elétricos, químicos ou mecánicos. Canais Abertos: Passam ions continuamente + Canais controlados por comporta: Abre com estimulos-Podem ser lônicos (Calcio, Sódio, Potássio, cloreto.), dependente de voltagem ou dependente de ligante (neurotransmissor, hormônios, neuromodulador). + Receptor de Acetilcolina: Glicoproteínas formados por subunidades repetidas/ Canal de Sódio: Uma subunidade a maior e duas ß menores (B1 e B2)/ Canal de Acetilcolina: 5 subunidades semelhantes. + Nate Cloreto (a): EXTRACEL/ K * e Proteínas negativas: INTRACEL → Isso é o gradiente químico e fornece energia potencial para o movimento iônico do [+] pro (-). + Gradiente elétrico: o movimento iônico causa uma fina nuvem na parte externa da membrana que resulta no aparecimento de uma diferença de potencial elétrico (PA) na membrana. + Canais controlados por comporta funcionam por alosteria. A modificação espacial delas faz com que moléculas passem ou não! 1- Canal dependente de voltagem: Alteração na diferença de potencial elétrico na membrana ativa a mudança conformacional; 2- Canal dependente de ligante: Reação química não covalente do ligante. 3- Canais mecânicos e térmicos: a reação resulta num estiramento da membrana. + Estados funcionais dos canais: 1- REPOUSO: Fechado, podendo ser ativado a qualquer momento; 2- ATIVO: Aberto ocorrendo o fluxo iônico; 3- REFRATÁRIO: Fechado e não pode ser ativado. NEURÔNIOS EM SILÊNCIO: O POTENCIAL DE REPOUSO Potencial de repouso: Diferença elétrica entre o neurônio e o meio externo. É calculado pela primeira equação de Nersnt e pela equação de Goldman. Potencial de equilíbrio do potássio = -75mV, do Sódio = + 55mV e do Cl = -60mV. A combinação dos movimentos destes íons resulta no potencial de repouso, que é entre -60mV e -70mv. Existem mais canais de K * abertos que Nate cl.o potencial de repouso dos astrócitos é -75mV, pressupondo que ele só tem canais de K * abertos. + ATPase de Na/ K *: É uma proteína transmembrana responsável pelo transporte iônico ativo. Ela é composta por duas subunidades, sendo uma catalítica (a) uma glicoprotéica reguladora (B). A subunidade a se liga INTRAcelularmente ao Nate ATP e EXTRAcelularmente ao K. Troca 3 sódios por 2 potássios (contra o gradiente). NEURÔNIOS EM ATIVIDADE: O POTENCIAL DE AÇÃO + É constituída da despolarização, repolarização e estado refratário. A despolarização é causada por uma súbita abertura nos canais de Na * que permite a entrada no axônio. Depois ele se torna inativo e cessa a corrente de sódio. A repolarização é mais rápida, sendo realizada pela abertura dos canais de potássio pouco depois que os de sódio fecham. A saída de potássio restaura a polaridade para os níveis de repouso e posteriormente, ela passa um tempo inexcitável, sendo este chamado de período refratário. Quando ele sai do refratário e se vira repouso, a membrana torna a ser excitável, a bomba Grupo da Salvação #pas 4 TECIDO NERVOSO de Na */ K * restaura o gradiente original e começa tudo de novo. O microeletrodo detecta a seguinte variação: -70mv → 40mv a 50mv → -75my →- 70mv. 1. Repouso/ 2. Despolarização/ 3. Repolarização/ 4. Refratário/ 5. Repouso. PROPAGAÇÃO DOS SINAIS ELÉTRICOS DOS AXÔNIOS + O axônio pode se ramificar em ramos colaterais partindo do corpo celular (finalizam perto da soma) ou mais distal (finaliza longe) e cada ramo tem diversas arborizações. Nas extremidades que ocorrem as sinapses! Alguns têm bainha de mielina e outros não. Os que não têm bainha têm alta carga de canais iônicos, sendo altamente excitáveis. Quando os canais de sódio se abrem na zona de disparo, surge um (potencial de ação) PA e a membrana nesse local fica com polaridade oposta as regiões vizinhas. Ou seja: Além da corrente iônica, ainda tem as correntes locais no axoplasma e no meio externo. Essas correntes laterais ocorrem pela transferência de suas cargas de uns aos outros. + Como o limiar de excitabilidade é mais alto do soma ao axônio, as correntes locais não são capazes de excitar pro lado do soma, já na outra direção consegue atingir o limiar e produzir um novo PA. Lembrar que os canais de trás também estão ainda no período refratário e os da frente em repouso. A repetição disso causa o ' deslocamento do PA não no sentido de trafegar na célula, mas sim novos PA's que são produzidos ao longo da membrana do axônio. Na verdade, não ocorre deslocamento, mas sim novos PA's. + O PA é autorregenerativo ou autopropagável. Em pontos de bifurcação, são transmitidos os mesmos PA. A resistência elétrica do meio interno e externo determina a velocidade da corrente. No meio externo é baixa, já no axoplasma, depende do calibre do axônio: quanto maior, menos resistência. Ou seja: quando mais grosso o axônio, mais rápido a informação correrá. Velocidades maiores ocorreram em neurônios com bainha de mielina. Como sabemos, a cobertura dela é irregular e a região não coberta é chamada nodo de Ranvier. O PA acontece de modo saltatório, já o lipídio é isolante. As características elétricas dos neurônios se mantêm, assim como a amplitude do PA e sua duração. O POTENCIAL DE AÇÃO (PA) É UMA UNIDADE DE CÓDIGO DA LINGUAGEM DO CÉREBRO + Lei do tudo-ou-nada: Ou PA ocorrerá em um local da membrana ou não ocorrerá todo. O GLIOCITO É A CÉLULA POLIVALENTE DO SISTEMA NERVOSO Astrócitos: São classificados por uma proteína exclusiva chamada de Proteína Ácida Fibrilar Glial (GFAP). Essa proteína é um dos componentes dos filamentos intermediários do citoesqueleto. O que varia é a intensidade de expressão. Os da subs cinzenta são chamados de astrocitos protoplasmáticos e tem muita GFAP e os da substância branca tem pouca GFAP, denominados de astróctos fibrosos. + Oligodendrocitos: Emitem prolongamentos com expansões aplanadas, que irão formar e manter a bainha de mielina. Tem a proteína básica da mielina (MBP). + NG2: É composta de neuroglicano-2 e se encontra nas substância branca e cinzenta, principalmente no córtex, hipocampo e cerebelo. Ela controla a emissão de ramos nos nodos de Ranvier. No cerebelo e hipocampo elas recebem sinapses de neurônios. + Células de Schwann: Principais gliócitos mielinizantesno SNP. Difere-se dos oligodendrocitos pela produção de células com ação regenerativas. + Microgliócitos: Representantes do sistema imunitário no SNC capazes de fagocitar e apresentar antígenos A REDE NEURAL-GLIAL DE INFORMAÇÃO Os astrócitos não geram potenciais de ação, mas geram correntes internas de cálcio com alta capacidade de sinalização usada pra ativar a expressão gênica e vias bioquímicas. Eles liberam gliotransmissores. + Sinapses envolvidas por astrócitos atuam na interiorização do excesso de neurotransmissor e modula a transmissão sinaptica. FLUXO SANGUÍNEO A SERVIÇO DA FUNÇÃO NEURAL + Os astrócitos são estimulados pelos neurotransmissores produzindo correntes de cálcio que se espalha nas células chegando aos pedículos perivasculares causando vasodilatação local (Hiperemia funcional-Aumento do fluxo local correlacionado a atividade da região). + No desenvolvimento, a glia funciona como um trilho para a migração neuronal. Outras emitem moléculas sinalizadoras que orientam os axônios em crescimento e os neurônios migrantes, ajudando-os a encontrar o caminho correto. Fornecem também sinais químicos para a formação da sinapse. + Mantêm a posição da pia máter. Gliose: Quando ocorre lesões no SN, os astrócitos se proliferam de formam uma cicatriz ao redor. Grupo da Salvação #pas 5 TECIDO NERVOSO Cap 4: Os Chips Neurais Processamento de Informação e Transmissão de Mensagens Pelas Sinapses INTRODUÇÃO Sinapse: Local de contato entre dois neurônios/ Transmissão sinaptica: Passagem de informação através da sinapse. + As transmissões são mutáveis. Consiste em uma dupla conversão de códigos: A informação é veiculada eletricamente por meio de potencial de ação e no terminal axônico vira resposta química. As moléculas são percebidas pelo segundo neurônio e volta a ser veiculada eletricamente. Na conversão, o conteúdo é quase sempre modificado. SINAPSES ELÉTRICAS: SINCRONIZADORES CELULARES + É mais comum no desenvolvimento e recebe o nome de junção comunicante (e não sinapse). As membranas da região de contato têm canais iônicos especiais chamados de conexons que são formados por 6 subunidades protéicas-conexinas- que se acoplam quimicamente formando poros. Não há intermediários e a resposta é ultra rápida. A transmissão elétrica pode ser controlada pelas células acopladas e o acoplamento é regulado por variações metabólicas, como cálcio e pH. Unidirecionais = Junções retificadoras. São importantes na sincronização de numerosas populações acopladas. Ex: Células cardíacas; para iniciar um processo ontogenético no desenvolvimento; neurônios do tronco encefálico responsáveis pelo ritmo respiratório. Animais com comportamentos estereotipados fazem mais sinapse elétrica. SINAPSES QUÍMICAS: PROCESSADORES DE SINAIS A ESTRUTURA DA SINAPSE QUIMICA É ESPECIALIZADA NO PROCESSAMENTO DE SINAIS A fenda sinaptica é composta por uma matriz protéica adesiva que fixa as células e ajuda na difusão molecular. Unidirecional, antes = pré-sinaptico, pós = pós-sinaptico, o pre tem vesículas que ficam perto das membranas e os grânulos secretores são elétron-denso. GERALMENTE o pré é axônio e o pós, dendrito. As informações chegam ao elemento pré-sinaptico como potencial de ação propagado pelo axônio até os terminais. A fenda sináptica e a ausência de conexons faz com que a informação elétrica se transforme em química. O PA libera os neurotransmissores e eles se difundem até o neurônio pós: 1- reconvertendo a química em elétrica ou 2 transferindo informações químicas para uma cadeia de sinais moleculares no pós. Sinapses entre neurônios têm como finalidade aumentar, diminuir ou bloquear a atividade do pós. Por isso os potenciais de ação que chegam no pré nem sempre liberam mediadores capazes de provocar a mesma resposta no pós. Isso é a modulação da informação transmitida. TIPOS MORFOLÓGICOS E FUNCIONAIS DA SINAPSE + Sinapse excitatória: PA pós sinaptico despolarizante, que aproxima o potencial de repouso do nivel limiar da zona de disparo. Sinapse inibitória: PA pós sinaptico é hiperpolarizante, que afasta o potencial de repouso do limiar da zona de disparo do neurônio. Classificação das sinapses: 1. Quanto a natureza: Axodendritica, Axossomática (é a mais eficaz: mais perto da zona de disparo), axoaxônicas, dendrodendritica e somatossomática. 2. Quanto à simetria: Assimétricas (membrana pós mais espessa que a pré, vesículas esféricas, geralmente excitatória) e Simétricas (mesma espessura, vesículas achatadas, geralmente inibitorias). TRANSMISSÃO SINAPTICA ETAPAS: Síntese, transporte e armazenamento de neuromediador → controle da liberação na fenda → difusão e reconhecimento do neuromediador pela pós → potencial pos sinaptico desativação do neuromediador. ☆ OS VEÍCULOS QUÍMICOS DA MENSAGEM NERVOSA Pág. 120 Neurônio motor colinergico é excitatório porque a Acth despolariza. O neurônio colinérgico que inerva o coração é inibitório pq a Acth hiperpolariza. + Lei de Dale: Não funciona mais !! → Cada neurônio possui apenas um neurotransmissor e o efeito que ele produz depende da célula pós sinaptica. Passou-se a usar sufixos únicos: Acetilcolina = Colinérgicos, Noradrenalina = noradrenérgicos, Serotonina = Serotoninérgicos. Hoje sabemos que um neurônio aloja diferentes neurotransmissores. Tipos neurot .: aminoácidos (disponíveis no citoplasma e sintetizado a partir da glicose ou proteína. Exceção: GABA = Glutamato-sintetizado nos terminais dos neurônios), aminas (sintetizadas nos terminais dos neurônios) e purinas/ Grupo da Salvação #pas 6 TECIDO NERVOSO Neuromoduladores: peptídeos, lipídeos e gases (lip e gás = funcionam como msg retrógrados sintetizados no pós. Como se difundem, não podem ser armazenados em vesículas. Agem no pré em receptores lipídicos ou influenciam vias citoplasmáticas). Indolaminas: Serotonina (triptofano)/ Catecolaminas: Dopamina, Adrenalina e Noradrenalina (tirosina). + Parkinson = Deficiência na síntese de dopamina. Depressão: Serotonina e Noradrenalina, O POTENCIAL DE AÇÃO COMANDA A LIBERAÇÃO DOS NEUROMEDIADORES O PA chega ao terminal sináptico despolarizando a membrana e toda membrana no terminal é rica em canais de cálcio dependentes de voltagem, ou seja, sempre que ocorre um PA, é liberada grande quantidade de cálcio dentro do neurônio. Exocitose: fusão da membrana das vesículas com a face interna da membrana do terminal nas zonas ativas. Isso resulta a liberação na fenda. As zonas ativas ancoram as vesículas e é nela que tem maior concentração de cálcio. Os neuromoduladores peptídicos são liberados de forma diferente: os grânulos não ancoram nas zonas ativas tornando sua adesão mais difícil, havendo uma necessidade de maior frequência de PA's para liberação. A reposição dos grânulos é mais lenta por causa do fluxo axoplasmático. A endocitose devolve ao citoplasma a quantidade extra de membrana aderida no terminal. Caso as membranas se esgotem, o terminal atravessa uma fase de fadiga e a transmissão diminui ou interrompe até que se recomponham. MENSSAGEM TRANSMITIDA: OS RECEPTORES E OS POTENCIAIS SINAPTICOS + O resultado final do neuromediador é a alteração do potencial pós sinaptico. Receptores: complexo molecular membranar protéico que se liga especificamente a um neuromodulador. A reação química da ligação provoca o potencial pós sinaptico. Classes: Ionotrópicos (canal iônico dependente de ligante) e Metabotrópicos (produzido pela proteina G ou ação enzimática intracelular). lonotrópicos: Ligantes = neuromediadores. Ao se ligar ao receptor pós (canal iônico), ocorre alosteria causando abertura dos canais e passagem iônica. Como não são seletivos, é comum a passagem de diversos ſons. Se predominar sódio (de fora para dentro), ocorre despolarização e o receptor é exatatorio (porque o valor se aproxima do limiar do disparo do PA). Esse potencial sinaptico é chamado de PEPS = Potencial Pós Sinaptico Excitatório. Porém, se entrar muito cloreto ou sair muitopotássio, ocorre hiperpolarização e o receptor é inibitorio (porque o valor se afasta do limiar do disparo do PA, dificultando o aparecimento de mais PAs). Esse potencial hiperpolarizante é chamado de PIPS = Potencial Pós Sinaptico Inibitório Receptor lonotrópico Despolarizante: Ex = Sinapse neuromuscular-Acth. O neurônio pré tem muita acetilcolina e após o PA, são liberadas na fenda e seguindo o gradiente, entram no neurônio pós e se ligam ao receptor! Isso causa uma alosteria e ele se abre, passando também sódio e potássio. A prevalência do sódio causa uma PEPS. Receptores Nicotinicos e Muscarinicos: Podemos encontrar o nicotinico (ACHN) no músculo esquelético e o muscarinico (ACH-M) no coração. Ambas são colinérgicas, porém o efeito no coração é hiperpolarizante-inibitório e no músculo é despolarizante-excitatório. Glutamato: No SNC é um receptor despolarizante. O excesso de ativação é tóxico e pode matar os neurônios pós. Os astrocitos, salvadores da pátria, removem o excesso pro seu citoplasma e os inativam. Ex: Epilepsia. Receptores glutamatérgicos: 3 lonotrópicos e 1 metabotrópico. Receptores NMDA (despolariza pouco-lento) são canais para cátions que respondem ao agonista NMDA e são ionotrópicos. Os outros dois receptores não-NMDA (fortemente despolarizante-rápidos) respondem só a sódio e potássio e agonistas diferentes de NMDA. Metabotrópicos: Ocorre por reações químicas intracelulares que podem fosforilar canais iônicos independentes do receptor. São iniciadas por uma proteina ancorada na face interna chamada Proteina G. Em repouso ela tem 3 subunidades (a, B e v) com uma GDP ligada na a. Na alosteria, o GDP vira GTP e a subunidade a se separa, procurando proteínas integrais que realizarão a cascata intracelular. Receptores muscarínicos: uma vez ligados a Ach, ativam a proteina G e a subunidades a abrem os canais de potássio, que é hiperpolarização, levando um potencial inibitório. lonotrópico é mais rápido que metabotrópico. FIM DA TRANSMISSÃO SINAPTICA: O BOTÃO DE DESLIGAR + Ocorre por 1-Recaptação do neuromediador e 2-Degradação enzimática. # 1. Ocorre por proteínas transportadoras específicas e pelos astrócitos, que possuem moléculas transportadoras para alguns neurotransmissores, principalmente os excitatórios como glutamato e aspartato, mas também tem para GABA e glidna. Cocaina bloqueia recaptação de amina. Alguns antidepressivos bloqueiam recaptação de serotonina no córtex pré frontal. Grupo da Salvação #pas 7 TECIDO NERVOSO 2. A degradação é usada em sinapses aminérgicas, colinérgicas, histaminérgica e peptidérgica. A acetilcolinesterase degrada a acetilcolina na sinapse muscular. INTEGRAÇÃO SINAPTICA COTRANSMISSÃO E COATIVAÇÃO Cada neurônio recebe milhares de sinapses. Como agir frente a isso? Se um estímulo for fraco e rápido, produzirá em poucas fibras sensitivas um PA passageiro e de baixa frequência, conduzindo poucas sinapses. Se o PA for mais forte, atingira o mesmo número de fibras sensitivas e cada uma delas produzirá PAs com maior frequência, gerando um PEPS maior e liberação de glutamato e glicina em maior quantidade. A cotransmissão (dois neurotransmissores na mesma sinapse) e a coativação de receptores diferentes (NMDA e não-NMDA) amplificam o potencial sináptico sendo mais eficaz. INTEGRAÇÃO ENTRE POTENCIAIS SINAPTICOS Somação temporal: Ocorre quando o neurônio recebe um PEPS de um neurônio e depois o mesmo neurônio manda outro PEPS, outro PEPS . resultando num somatório de PEPS que atinge o limiar e gera o PA. Somação espacial: Ocorre quando um neurônio recebe vários PEPS de diversos neurônios distintos e a soma de todos eles gera um PA. Caso ocorra PEPS + PIPS, O resultado será a soma algébrica! TOPOGRAFIA SINAPTICA Uma sinapse excitatória na ponta do dendrito tem que ter uma PEPS grande para atingir o limiar e o problema piora se o dendrito for longo. Uma sinapse no soma tem mais chances de dá certo. As sinapses inibitórias tendem a ser no corpo dos neurônios. Sinapses Axoaxônicas no terminal controlam o nível de despolarização da membrana pré sináptica. ROSS E GUYTON SINAPSES A maior organela do neurônio é o núcleo e também onde esta contido o seu DNA e RNA pelo qual expressa sua atividade. Uma função básica dessa estrutura é, por exemplo, a expressão para produção dos seus neuromoduladores. Primeiramente, o DNA produz o RNA mensageiro através da RNApolimerase quebrandoas ligações de hidrogênio da fita dupla e convertendo-se em fita simples. Ocorre então a transcrição do RNA e então o DNA se restitui. Então, o RNA mensageiro sai do núcleo e se comunica com o Reticul endoplasmático de aspecto rugoso, onde em contato com o RNA ribossomico ira transcrever proteínas que irão derivar os NEUROMODULADORES. Estes, serão empacotados no aparelho de GOLGI e transformados em vesículas que serão liberadas no citosol. A MEMBRANA E O IMPULSO A capacidade de gerar os sinais elétricos se da através dos micro-tubulos e que também são responsáveis pelo transporte retrogrado e anterógrado do mesmo. Grupo da Salvação #pas 8 TECIDO NERVOSO Para que isso ocorra, na membrana celular existem os canais iônicos que ao se abrirem deixam passar ions como; Na+, Ca+ e Cl+. Criando um estado de eletropositividade no interior da membrana. No interior da membrana, encontramos o K, que tem difusão passiva pela membrana, com uma permeabilidade de cerca de 100X mais do que outros ions, isso faz com que o meio interno seja concentrado deste ion que por outro lado repele suas cargas positivas para o meio externo devido ao gradiente de difusão ( ...do mais concetrado para menos concentrado), isto faz com que as cargas internas sejam NEGATIVAS responsáveis pela eletro negatividade interna. Com a abertura dos canais iônicos, o mesmo principio de difusão se aplica (os ions Na, Cl, Ca, principalmente o Na, se difundem do mais concentrado para o menos, no caso o meio interno) despolarizando a membrana e criando eletropositividade. Essa mesma, se atinge o valor limiar de disparo da membrana, desencadeia um POTENCIAL DE AÇAO. Normalmente os canais iônicos são abertos mediante contato com energia (mecânica, radiação /impacto, calor). Logo, a homeostasia e recuperada através da ação da bomba ATPase NA/K que por transporte ativo retira 3 ions Na / captando 2 ions K. E o gradiente de difusão que faz com que o Na saia também. Entao, se atingido o limiar, o potencial caminha até o botão pre- sinaptico, que então faz a abertura dos canais de Ca++, p/ potencializar os estímulos e realizar a ancoragem das vesículas sinápticas para que ocorra então a EXOCITOSE. Grupo da Salvação #pas 9 TECIDO NERVOSO As sinapses então, podem ser químicas ou elétricas segundo o “in put” As Quimicas, dependem de ação de neuromoduladores, como por exemplo: Acetilcolina: neuromodulador pre- ganglionar, e pos ganglionar parassimpático, ação muscular excitatória, inibitória no musculo cardiaco. De bioquímica proteica. Dopamina/Adrenalina/Noradrenal ina; proteicos, derivados da tirosina, tem ação excitatória, sendo os 2 ultimos atuando também no Simpatico. Serotonina- peptídico, implica no reconhecimento do ambiente, regulando sono, humor, apetite, sensibilidade de membrana, etc.. Endorfina- peptídico, transmite sensação de prazer GABA- aminoácido inibidor do SNC Gluatamato- aminoácido excitatório do SNC Glicina- aminoácido inibidor do tronco encefálico Histamina- peptídeo vasodilatador e ionotropico(aumentam influxo de ions). A fenda sináptica tem 20-50mm As elétricas, depednem de passagem de corrente elétrica aferente que desencadeie potencial de ação em aproximação com as hendiduras sinápticas. A fenda sináptica tem aproximadamente 3mm. São junções comunicantes, praticamente sem processamento de informação, apenas propagação. Pós= rapidez de transmissão e interligação. Ex; células cardíacas sinciciais. O circuito da percepção começa através das sinapses elétricase então é convertida em química no soma neuronal. TIPOS DE NEURONIOS SENSITIVOS: transmitem impulsosdesde os receptores até o SNC, são fibras aferentes somáticas ou viscerais. Podem ser neurônios bipolares ou pseudo-unipolar (nos gânglios). MOTOR: transmissão eferente apartir do SNC. Somaticas e viscerais, voluntarias ou involuntárias. Grupo da Salvação #pas 10 TECIDO NERVOSO INTERNEURONIO: cerca de 99% dos neurônios, integram as informações sensório-motoras. Podem ser; neurônio piramidal (cérebro), neurônio de Purkinje (cerebelo), neurônio de integração (medula e núcleos). TIPOS DE SINAPSES • Axodendritica, as mais comuns, onde os axônios fazem sinapse com dendritos. • Axosomatica, o axônio faz sinapse diretamente com o corpo neural, tendo maior eficacio porem mais rara. • Axoaxonica, onde o axonio faz sinapse com outro axônio podendo então interferir no resultado para o 3ºneuronio. Então, a transmissão sináptica divide-se em 5 fases; 1-Síntese, transporte e armazenamento do mediador = (neuropeptideo, retransmissor, lipídeos, gases) 2-Deflagração e controle da liberação do neuromediador na fenda sináptica; abertura de canais de Ca++ e exocitose 3- difusão e reconhecimento do neuromediador na fenda pos- sinaptica. 4- deflagração do potencial pos- sinaptico 5- desativaçao do neuromediador= (difusão lateral/ recaptaçao pelos astrocitos e pela membrana/ degradação enzimática, ex; ação acetilcolinesterase) Grupo da Salvação #pas 11 TECIDO NERVOSO NISHIDA, M. S. Mecanismos de comunicação entre os neurônios e dos neurônios com os órgãos efetuadores. Curso de Fisiologia, 2013. Ciclo de Neurofisiologia. Departamento de Fisiologia, IB Unesp, Botucatu. Disponível em: <http://www.ibb.unesp. br/Home/Departamentos/Fisiologia/Neuro/04.sinapse.pdf> Acesso em: 03 de junho de 2020. MECANISMOS DE COMUNICAÇÃO ENTRE OS NEURÔNIOS E DOS NEURÔNIOS COM OS ÓRGÃOS EFETUADORES Os neurônios estabelecem comunicações entre si por meio de estruturas denominadas sinapses nervosas e a comunicação entre neurônios e as células musculares ocorre através de junção neuromuscular. As sinapses nervosas podem ser químicas ou elétricas Sinapse química. Forma de comunicação dos neurônios com outros neurônios ou com as células efetuadoras por meio de mediadores químicos denominados neurotransmissores (NT). Os NT são sintetizados pelos próprios neurônios e armazenados dentro de vesículas. Essas vesículas concentram-se no terminal axônico e quando os impulsos nervosos chegam a esses terminais os NT são liberados por meio de exocitose. A membrana do terminal que libera os NT denomina-se membrana pré-sináptica e a imediatamente vizinha, membrana pós- sinaptica. Entre elas há um espaço em torno de 100-500A chamado fenda sináptica. A interação dos NT com a membrana pós-sinaptica é realizada por meio de receptores protéicos altamente específicos. Além dos NT, os neurônios sintetizam mediadores conhecidos como neuromoduladores cujo efeito é o modular (controlar, regular) a transmissão sináptica. Sinapse elétrica. Comunicação nervosa que dispensa mediadores químicos; a neurotransmissâo é estabelecida através da passagem direta de íons por meio das junções abertas ou comunicantes (gap junctions). Os canais iônicos ficam acoplados e formas unidades funcionais denominadas conexinas. A transmissão da informação é muito rápida, mas oferece quase nenhuma versatilidade quanto ao controle da neurotransmissão. São particularmente úteis nas vias reflexas rápidas e nas respostas sincrônicas de alguns neurônios do SNC. Durante a fase de desenvolvimento ontogenético do SN humano os neurônios possuem ambos os tipos de sinapses, mas depois predominam as neurotransmissões químicas. Grupo da Salvação #pas 12 TECIDO NERVOSO Sinapse química Sinapse elétrica MECANISMO DA NEUROTRANSMISSÃO QUÍMICA Liberação dos NT Com a chegada do PA no terminal (1), os canais de Ca++ voltagem dependentes abrem-se e ocorre a difusão de Ca++ para o interior do terminal (2). O aumento de Ca++ intracelular estimula a exocitose dos NT para a fenda sináptica (3, 4). Os NT ligam-se a receptores da membrana pós-sinaptica (5) e causam mudanças de permeabilidade iônica. O fluxo resultante de íons muda o potencial de membrana pós-sinaptico transitoriamente, causando uma resposta pós-sinaptica. Os NT por outro lado, são inativados por enzimas específicas (6). Os NT causam alterações no potencial de membrana Os NT liberados para a fenda difundem-se até a membrana pós-sináptica e ligam-se, reversivelmente, às moléculas receptoras. Essas moléculas são de natureza protéica e se ligam especificamente ao seu mediador químico promovendo eventos elétricos. Conforme o tipo de NT, a interação causa uma mudança na condutância iônica da membrana pós-sináptica e um fluxo resultante de íons que pode levar à uma despolarização (entrada de cátions) ou hiperpolarizaçâo (saída de cátions ou entrada de anions). Essas respostas elétricas da membrana pós-sináptica são chamadas de potenciais pós-sinápticos e propagam-se passivamente a distâncias bem curtas. O intervalo de tempo que corresponde a liberação do NT até o inicio do potencial sináptico (em torno de 0,5ms) chama-se retardo sináptico. Esse retardo pode variar conforme o tipo de receptor sináptico ativado. A freqüência dos impulsos nervosos determina a quantidade de NT liberados Em cada vesícula sináptica há centenas de moléculas de NT. Quando o impulso de um único PA chegar ao terminal, um certo número de vesículas é esvaziado. Se a freqüência dos PA aumentar, proporcionalmente, mais vesículas são liberadas, pois o aumento da atividade nervosa no terminal manterá os canais de Ca++ abertos por mais tempo. Por outro lado, se a Grupo da Salvação #pas 13 TECIDO NERVOSO freqüência dos PA se mantiver alta por muito tempo, poderá ocorrer falta de vesículas e a neurotransmissâo poderá falhar até que o estoque de NT seja reposto. A neurotransmissâo química é quântica A unidade elementar da neurotransmissão química é o efeito causado pelos NT contidos em uma vesícula. Como cada vesícula contém a mesma quantidade de NT, a resposta pós-sinaptica é quântica, ou seja, a amplitude do potencial pós-sinaptico será sempre o múltiplo da resposta causada por uma única vesícula. Como desativar a neurotransmissão? Os NT (ou os neuromoduladores) exocitados não podem permanecer ligados aos receptores permanentemente. O sistema de recepção precisa voltar rapidamente ao seu estado de repouso, prontificando-se para receber novas mensagens. Há três maneiras de inativar os mediadores químicos: a) difusão lateral; b) degradação enzimática e c) recaptação pela membrana pré-sináptica via proteínas especificas de transporte (com consumo de ATP) e assistida pelos astrócitos. A acetilcolina é o único NT que não sofre recaptação. Os neurônios possuem dois tipos de NT Se o NT causar despolarização na membrana pós-sináptica, o NT e a sinapse são chamados de excitatórios. Mas, se causarem hiperpolarização são chamados de inibitórios. Há vários tipos de NT excitatórios e inibitórios. O potencial pós-sináptico despolarizante é denominado potencial pós-sináptico excitatório (PEPS) e o hiperpolarizante, potencial pós- sináptico inibitório (PIPS). Os PEPS e PIPS são, portanto, alterações localizadas no potencial de membrana causadas por aberturas de canais iônicos dependentes de NT. A figura ilustra o efeito do NT excitatório causando uma corrente de despolarização na membrana pós-sináptica (influxo de Na+) e de NT inibitórios, causando uma corrente de hiperpolarização (influxo de Cl-). Os PEPs e os PIPs são respostas elétricas de baixa voltagem e as respectivas amplitudes dependem da quantidade de NT.Os potenciais pós-sinápticos são eventos elétricos causados pela abertura de canais iônicos NT dependentes cuja amplitude é baixa mas variável. Já os PA são eventos elétricos do tipo tudo-ou-nada (amplitude e duração constantes) causados pela abertura de canais iônicos (Na e K) voltagem dependentes. OS NT agem sobre dois tipos de receptores pós-sinápticos Receptores ionotrópicos: possuem sítios de recepção para os NT localizados em um canal iônico com comporta. Quando o NT se liga ao sítio receptor ocorre uma mudança de conformação espacial resultando na abertura (ou fechamento) de poro iônico. Receptores metabotrópicos: são moléculas que possuem sítios para os NT, mas que não são canais iônicos. A formação do complexo NT-receptor inicia reações bioquímicas que culmina com a abertura indireta dos canais iônicos. Nesse caso o receptor pós-sinaptico ativa uma proteína reguladora chamada proteína G que por sua vez, aciona uma outra proteína chamada efetuadora que efetivamente, poderá mudar a conformação de um canal iônico ou então, ativar uma enzima chave que modifica o metabolismo do neurônio pós-sinaptico. Esses tipos de receptores ativam uma reação em cascata e usam um segundo mensageiro (o primeiro é NT). Assim, nas sinapses em que os NT agem diretamente sobre receptores ionotrópicos, a neurotransmissâo é bastante rápida e nas sinapses mediadas por receptores metabotrópicos a comunicação é mais demorada. À esquerda, receptor ionotrópico. Á direita, receptor metabotrópico, mostrando dois sistema da proteína G: ação direta e via 2o mensageiro A proteína G é uma molécula que fica ancorada na membrana citoplasmática e possui três subunidades (, e ). Quando ela está em repouso, a unidade está ligada a uma molécula de GDP. Quando o NT se liga ao receptor, a proteína G troca a molécula de GDP pelo GTP e a subunidade desliza-se pela membrana até encontrar uma molécula efetora. Por exemplo, quando a acetilcolina liberada pelos terminais nervosos se liga ao seu receptor nas fibras musculares cardíacas, a subunidade age abrindo os canais de K e a sua saída e causa PIPS. A hiperpolarização torna a fibra cardíaca menos excitável e como conseqüência, ocorre a redução na freqüência de batimento do coração. Outro NT, o GABA possui receptores metabotrópicos no SNC que agem de maneira semelhante, causando PIPS também pela abertura de canais de K. Proteína G e o sistema da adenilciclase A proteína G pode não só atuar diretamente sobre o canal iônico como também estimular a geração de 2º mensageiros e acionar outras proteínas efetuadoras intracelulares. A adenilciclase é uma das enzimas-chaves que uma vez ativada pela proteína G produz um 2º mensageiro conhecido como cAMP. Conforme a célula-alvo, encontraremos subtipos de proteínas G (Gs, Gi e Go). O NT Noradrenalina, por exemplo, quando se liga ao receptor do tipo , ativa o sítio Gs da proteína G. A subunidade ativa a enzima-chave adenilciclase (AC) que a partir do ATP produzirá o 2o mensageiro, o cAMP. O cAMP tem a função de ativar uma enzima quinase A (PKA) cuja função é a de fosforilar canais de Ca++. A entrada de cátions torna a membrana pós-sináptica mais fácil de ser excitada. Um outro tipo de receptor da mesma noradrenalina é um tipo 2 que tem efeito antagônico, ou seja, a inibe a AC. A inibição da enzima deixará de produzir cAMP e como conseqüência os canais de K+ que estavam abertos, se fecham. Podemos concluir que um mesmo NT pode ter receptores diferentes e conforme a sinapse, apresentar efeitos antagônicos. Coração Vasos Proteína G e o sistema da fosfolipase C Outros receptores metabotrópicos ativam outra enzima chave: a fosfolipase C (PLC) que como a adenilciclase flutua na membrana. A PLC age na membrana fosfolipídica quebrando o inositol fosfolipídio em dois componentes: IP3 (hidrossolúvel) e DAG (lipossolúvel). O DAG ativa a proteína quinase C (PKC) enquanto o IP3 difunde-se para o citosol e abre canais de Ca++ dos reservatórios do retículo endoplasmático. A presença de Ca++ intracelular altera o metabolismo do neurônio pós-sinaptico assim com a condutância iônica, mudando a excitabilidade celular. Este é um dos mecanismos de ação da serotonina. As células possuem mecanismos para reverter estes efeitos, graças a enzimas que defosforilam as moléculas fosfatadas pelas quinases. São as fosfatases. O efeito sobre os canais iônicos desses NT metabotrópicos dependerá do balanço entre as reações de fosforilação e de defosforilação. Que vantagens há em usar 2º mensageiros? A vantagem é que intracelularmente são produzidos muitos mediadores, isto é, amplificação do sinal inicial: os receptores ionotrópicos possuem uma relação de 1 NT: 1 canal iônico. No sistema acoplado à proteína G a relação é de 1NT: muitos canais. Além disso, possui um efeito mais prolongado e os 2º mensageiros podem enviar sinais para dentro da célula. O fato de os receptores metabotrópicos demorarem mais tempo para modificar a excitabilidade do neurônio ou, então, por agirem modificando o metabolismo, torna os mediadores químicos que agem nesses receptores agentes moduladores da neurotransmissâo. MECANISMOS DE INTEGRAÇÃO ELEMENTAR DOS SINAIS NEURAIS Os PEPS e PIPS são computados algebricamente na membrana pós-sinaptica por somação Os potenciais pós-sinápticos gerados com a chegada dos NT propagam-se passivamente até a zona de gatilho. Se o PA será gerado ou não, isso dependerá do evento elétrico: a) se a despolarização atingir um valor crítico (ou limiar) será gerado um PA b) se a despolarização ultrapassar o potencial critico então mais de um PA será gerado c) se a despolarização atingir valores menores do que o crítico ou se houver hiperpolarização, não haverá qualquer PA Somação espacial e temporal Na superfície da membrana dos dendritos e dos corpos celulares há receptores para NT excitatórios e inibitórios. Isso quer dizer que o neurônio pós-sinaptico gera PEPS e PIPS conforme a sinapse que está em atividade. Então, como o neurônio realiza a análise dos sinais aferentes? Ele realiza uma análise combinatória de potenciais pós- sinápticos denominada somação que pode ser de duas maneiras: Somação Espacial: somação de potenciais pós-sinápticos causados por diferentes neurônios pré- sinapticos. Somação Temporal: somação de potenciais pós-sinápticos em rápida sucessão deflagrados pelo mesmo neurônio pré-sináptico. Os potenciais pós-sinápticos têm a propriedade de se somarem algebricamente modificando a sua intensidade. Assim a somação de três PEPS causados por neurônios distintos ou pelo mesmo neurônio aumenta as chances do potencial de membrana pós- sinaptico atingir o valor limiar. Enquanto os potenciais pós-sinapticos gerados nos dendritos e corpo celular são graduáveis em termos de intensidade, os PA, ao contrário, possuem duração e amplitude fixas. Isso que dizer que nos axônios, a decodificação de intensidade é feita pela modulação na freqüência dos PA. Esses comportamentos elétricos mediante os tipos de NT deixam bem claro que as sinapses químicas funcionam como processadores binários de sinais (despolarização/hipoepolarizaçao) e que na freqüência dos PA está codificada a mensagem resultante da análise. Por isso, um neurônio ao receber os sinais de vários neurônios distintos pode integrá-los por meio de somação e gerar (ou não) uma determinada freqüência de PA como resposta. Potenciais de placa das junções neuro-musculares Os motoneurônios são os elementos periféricos do SN motor somático cujos corpos celulares estão localizados na substância cinzenta da medula ou nos núcleos motores dos nervos cranianos. Seus axônios são mielinizados e conduzem os impulsos nervosos em alta velocidade. Os terminais axonicos fazemsinapse com uma região especializada do sarcolema chamada placa motora. A acetilcolina (Ach) é o NT responsável pela estimulação das fibras musculares e a sua liberação para a fenda sináptica ocorre como nas sinapses nervosas. A Ach causa um potencial pós-sináptico excitatório chamado potencial de placa. Como fora da placa motora há canais de Na e K voltagem dependentes, o potencial de placa causará PA ao longo do sarcolema que por sua vez causará a contração da fibra muscular. Os potenciais pós-sinapticos das sinapses nervosas e das junções neuro-musculares operam com níveis diferentes de segurança Nas junções neuromusculares, os potenciais de placa são excitatórios e devem ser à prova de falhas: a cada PA do motoneurônio, o terminal axônico deve liberar uma quantidade suficiente de vesículas (em torno de 200) capaz de produzir um potencial de placa suficiente para as fibras musculares se contraírem. Já nas sinapses nervosas a neurotransmissâo opera de maneira diferente: a quantidade de NT liberada pelas vesículas devido a um único PA não será suficiente para causar um PA no neurônio pós-sináptico: na verdade será necessária a somação espacial e/ou temporal de vários PEPS. Assim, as sinapses nervosas estão sempre em condições de processar previamente os sinais nervosos antes de produzir os sinais (PA) em seus axônios. Propriedades das comunicações neurais 1) Facilitação. Quando o neurônio estimula o outro com uma freqüência elevada durante um certo intervalo de tempo, a membrana pós-sináptica passa a responder com maior amplitude a cada estímulo isolado. Em outras palavras, ela fica mais fácil de ser despolarizada até o seu limiar (torna-se mais excitável). 2) Fadiga sináptica. Se os estímulos de alta freqüência se prolongarem, a membrana pós- sinaptica apresenta fadiga, resultando na suspensão temporária da transmissão nervosa, devido ao esgotamento do NT e à inativação dos receptores pós-sinapticos. 3) Potenciação pós-tetânica. É uma forma de facilitação sináptica mais prolongada. Logo após a fadiga sináptica, a membrana pós-sinaptica se torna excessivamente sensível à estimulação. Supõe-se que o acúmulo de Ca++ dentro dos terminais pré-sinápticos facilite a liberação dos NT. 4) Potenciação em longo prazo (LTP). A potenciação pós-tetânica decai dentro de poucos minutos, mas em algumas sinapses centrais (como no hipocampo) o processo é mantido por longo tempo e parece estar associada à base da aprendizagem e memória. 5) Condução unidirecional. A condução dos impulsos nervosos através das sinapses se dá apenas unidirecionalmente, dos botões terminais para a membrana pós-sinaptica, nunca em sentido contrário, garantido o fluxo unidirecional das informações. Uma exceção é a ação de do neurotransmissor, NO que age do neurônio pós-sináptico para a o pré-sináptico. Um neurônio pode regular a excitabilidade de outro neurônio por meio de neurônios inibitórios Os PIPS causam redução na excitabilidade da membrana pós-sinaptica, pois o potencial de membrana se afasta do potencial limiar. A função do neurônio inibitório é justamente tornar o neurônio pós- sinaptico incapaz de deflagar um PA ou reduzir a freqüência dos PA. Na figura ao lado, observamos que o neurônio possui dois tipos de sinapses: um excitatório e outro inibitório. Suponha que apenas o neurônio excitatório esteja em atividade (figura de cima). O eletrodo colocado no dendrito acusa um PEPS e no soma observamos a propagação eletrotônica da despolarização. Já na figura de baixo, entra em ação a sinapse inibitória. Repare que o soma já não manifesta qualquer resposta excitatória, indicando a total incapacidade de gerar PA. A grande maioria dos canais iônicos dependentes de NT inibitórios é permeável aos íons Cl-. No SNC o principal NT inibitório é o GABA. Dendritos e Corpo Celular: local de integração dos potenciais pós sinápticos de baixa voltagem e graduados PEPS PIPS PEPS Zona de Gatilho: conforme o resultado da somação algébrica dos potenciais pós-sinapticos haverá ou não geração dos PA. A freqüência dos PA será determinada pela amplitude do PEPS. Neurônio Excitatório Zona de Gatilho do PA Neurônio Inibitório CIRCUITOS NEURAIS: UM SISTEMA LÓGICO DE PROCESSAMENTO DE SINAIS ELÉTRICOS A relação dos NT excitatórios e inibitórios com suas respectivas famílias de receptores sugerem uma ampla flexibilidade no processo de análise e processamento da informação nervosa. Agora veremos que os arranjos arquitetônicos dos circuitos nervosos também propiciam sistemas de controle da informação. No SNC, as sinapses mais comuns são do tipo axo-somática ou axo-dendrítica. Há, porém, mais raramente, a ocorrência de sinapses axo-axônicas, dendro-dendríticas, somato-somáticas, somato-dendríticas e somato-axônicas. Apesar de incomum, o circuito nervoso mais simples possível seria o de um neurônio sensitivo e um neurônio motor, cujo estímulo no primeiro provocaria uma resposta no segundo. Entende-se por circuito neural o arranjo sináptico entre mais de dois neurônios. Um arco reflexo é um circuito que pode ter no mínimo um neurônio sensorial, um neurônio motor e o órgão efetuador. Neste caso, este circuito é denominado arco reflexo monossináptico, pois envolve uma única sinapse entre o neurônio sensorial e o neurônio motor. Mas o mais comum é encontrar circuitos polissinápticos, com a participação de não só um único interneurônio, mas vários que ficam interpostos entre os neurônios sensoriais e os motoneurônios. Em vários circuitos, os contatos sinápticos são estáveis e precisos com alto grau de reconhecimento celular, mas em outros, ocorrem rearranjos dramáticos e não raro, são eliminados. Ao longo do desenvolvimento, os circuitos são passiveis de serem modificados com o uso. Os circuitos neurais podem ser cadeias de neurônios abertas ou fechadas. Tipos de circuitos abertos Circuito convergente: arranjo no qual vários neurônios convergem para um único neurônio. Repare que este neurônio constitui uma via final comum de vários impulsos nervosos que podem chegar de diferentes regiões do SNC. Nos circuitos divergentes os neurônios estão arranjados de tal modo que uma célula pode redistribuir a informação para vários neurônios situados em diferentes locais do sistema nervoso. Tipos de circuitos fechados Circuitos neuronais como vemos na figura ao lado, propiciam a recorrência ou reverberação do impulso nervoso, auto-reforçando a propagação do impulso excitatório na cadeia. Denominamos este tipo de circuito de feedback positivo ou facilitatório. Assim, a informação é reverberada por um certo tempo que depende do número e tipos de associação dos componentes da cadeia. Entretanto, a presença de um neurônio inibitório neste tipo de circuito, ao contrário, autocontrola o nível de excitabilidade da própria cadeia: quanto maior o nível de excitação, maior vai ser o de inibição e o circuito é denominado de feedback negativo inibitório. Circuito inibitório lateral No caso do arranjo de duas cadeias paralelas de neurônios excitatórios, uma poderá influenciar a outra através de um neurônio inibitório lateral. Este circuito é conhecido como inibição lateral. Se houver um outro neurônio inibitório influenciando o neurônio inibitório do circuito anterior, o primeiro inibiria o efeito inibitório do segundo, liberando o circuito excitatório. Neste caso temos um circuito desinibitório. Baseado numa forma binária de processamento de sinal (excitação/inibição) e infinitas possibilidades arquitetônicas na organização dos circuitos neurais um processamento nervoso progressivamente cada vez mais complexo é possível. Em outras palavras, quanto maior o numero de neurônios em um circuito maior será o grau de complexidadeno processamento da informação. Zona de descarga e Orla Sublimiar Veja o circuito neuronal ao lado: suponha a estimulação apenas do neurônio A. Este é eficaz para causar PA no neurônio 1 mas só consegue causar PEPS sublimiares nos neurônios 2, 3 e 4. O mesmo acontece com a estimulação do neurônio B. Se ambos, A e B forem estimulados simultaneamente, além dos neurônios 1 e 5, a somação espacial facilitará os neurônios 2, 3 e 4 que também serão disparados. Denomina-se zona de descarga, o conjunto de neurônios que dispara em resposta ao estimulo limiar, no caso corresponde aos neurônios 1 e 5; já os neurônios 2, 3 e 4 corresponde à orla sublimiar. Células marcapasso No sistema nervoso, existem células que manifestam atividade elétrica espontânea. Uns descarregam-se ritmicamente e outros ao acaso. As células nervosas que regulam o ciclo respiratório possuem tais propriedades. A B 1 5 2 3 4 NEUROTRANSMISSORES E NEUROMODULADORES Um NT tem como características típicas: 1. ser sintetizado pelos neurônios pré-sinápticos; 2. ser armazenado dentro de vesículas e armazenados nos terminais axonicos; 3. ser exocitado para a fenda sináptica com a chegada do PA; 4. possuir receptores pós-sinápticos cuja ativação causa potenciais pós-sináptico (excitatórios ou inibitórios); 5. uma vez purificado, mimetizar os mesmos efeitos fisiológicos. Geralmente, um neurônio produz apenas um tipo de NT, excitatório ou inibitório. Não raro, entretanto, ele pode sintetizar e secretar dois tipos de mediadores químicos: um NT e outro neuromodulador. Esse último tem a função de regular o nível de excitabilidade da membrana pós-sinaptica. Os NTs são sintetizados no próprio terminal, mas os neuromoduladores peptídicos são fabricados no corpo celular e armazenados em grânulos secretores que são transportados até o terminal. A ação dos neuromoduladores não é tipicamente a de causar potenciais de ação, mas de controlar ou regular o grau de excitabilidade da membrana pós-sinaptica, facilitando ou dificultando a deflagração dos PA nas zonas de gatilho. Já vimos que os NT são inativados eficazmente pela combinação de vários mecanismos: a) difusão: os NT difundem-se para fora da sinapse. b) inativação química por enzimas específicas presentes na sinapse. c) captação pré-sináptica. d) recaptação pelas células gliais (astrócitos). CLASSES DE NEUROTRANSMISSORES E OS MECANISMOS DE AÇÃO Vimos que os NT apresentam dois tipos de efeitos na membrana pós-sináptica: os excitatórios que causam despolarização e os inibitórios, hiperpolarizaçâo. Tanto um efeito quanto outro pode ser causado não só por um tipo exclusivo de NT, mas por vários tipos diferentes. Além disso, um mesmo NT possui não só um tipo de receptor pós-sináptico, mas vários subtipos. Todas essas características da neurotransmissâo química conferem às sinapses nervosas, uma enorme diversidade e plasticidade. Biossíntese dos Neurotransmissores Os NT são dos seguintes tipos químicos: aminoácidos, aminas, purinas, peptídeos e gases (Veja a lista de alguns NT na tabela). Neurotransmissores Neuromoduladores Aminoácidos Aminas Purinas Peptideos Gases Acido gama-amino-butirico Acetilcolina (ACh) Adenosina (GABA) Glutamato (Glu) Adrenalina ou Epinefrina ATP Glicina (Gli) Dopamina Aspartato (Asp) Noradrenalina Norepinefrina Serotonina (5HT) Gastrina, CCK NO Vasopressina, ocitocina CO Insulina Neuropetideo opioide Secretina, glucagon, VIP Substancia P, Substancia K Os NT são sintetizados a partir dos sistemas enzimáticos presentes nos terminais axônicos ou no corpo celular. Os aminoácidos, por exemplo, são sintetizados em todas as células a partir da glicose ou de proteínas decompostas. A única exceção é o GABA que é sintetizado a partir do glutamato por determinados neurônios. As aminas são todas sintetizadas no terminal sendo que a acetilcolina é sintetizada a partir da colina; a serotonina, a partir do triptofano e as catecolaminas (dopamina, adrenalina e noradrenalina), a partir da tirosina. Conhecer os passos da síntese dos NT é especialmente importante já que muitas doenças neurológicas e psiquiátricas estão associadas com falhas na síntese de NT. Por exemplo, os distúrbios na síntese de serotonina e noradrenalina causam quadros de depressão profunda. É interessante observar que muitas outras células sintetizam essas substâncias que chamamos de NT; mas os neurônios são especialistas em armazenar e concentrar tais substâncias ou os seus percussores dentro de vesículas. Os neuromoduladores peptídicos são todos sintetizados no reticulo endoplasmático rugoso e armazenados em granulos secretores. Princípios de Neurofarmacologia Nosso organismo está exposto a várias substâncias tóxicas: venenos de origem animal ou vegetal metais pesados (mercúrio, chumbo e cromo) e a um monte de drogas sintéticas (fármacos). Várias substâncias são neurotóxicas e afetam especificamente a neurotransmissâo. O conhecimento básico de alguns princípios de neurofarmacologia nos serão muito úteis. As substâncias exógenas que se ligam especificamente a um determinado receptor mimetizando fielmente os efeitos do NT natural são conhecidos como agonistas. Quando o contrário acontece, isto é quando o efeito natural é bloqueado, chamamos essas drogas de antagonistas. Já vimos que um mesmo NT pode ter muitos subtipos de receptores pós-sinapticos. Por exemplo, a ACh possui dois subtipos: os receptores nicotínicos e os muscarínicos. Os receptores nicotínicos são ionotrópicos, são estimulados somente pela nicotina e estão presentes somente nas placas motoras das fibras musculares esqueléticas; já os receptores muscarínicos são metabotrópicos, são estimulados exclusivamente pela muscarina e estão restritos às fibras musculares lisas e cardíacas. Além da ação das drogas agonistas, esses receptores possuem também antagonistas específicos: o curare bloqueia apenas os receptores nicotínicos e a atropina, os receptores muscarinicos. Essas propriedades não deixam dúvidas de que os receptores colinérgicos são farmacológica e molecularmente diferentes. Isso pode tornar a compreensão da neurotransmissâo um pouco mais complicada, mas, por outro lado, quer dizer que se torna possível fabricar medicamentos bastante específicos que agem ou coração ou nas fibras musculares esqueléticas. A tabela abaixo resume alguns subtipos de receptores e os respectivos NT: Neurotransmissor Receptor Agonistas Antagonistas Ach Muscarínico Nicotínico Muscarina Nicotina Atropina Curare Noradrenalina Receptor Receptor Fenilefrina Isoproterenol Fenoxibenzoamina Propanolol Glutamato AMPA NMDA AMPA NMDA CNQX AP5 GABA GABAA GABAB Muscimol Baclofen Bicuculina Faclofen ACETILCOLINA Acetil AC Transportador de ACh Colina Transportador de colina A Ach é um NT clássico e o primeiro a ser descoberto. Atua como mediador de várias sinapses nervosas centrais e periféricas. Os neurônios colinérgicos possuem a enzima-chave a acetilcolina transferase que transfere um grupo acetil do acetil-CoA à colina. O neurônio também sintetiza a enzima acetilcolinesterase (AchE) que é secretada para a fenda sináptica e degrada o NT em colina e ácido acético. A colina é recaptada e reutilizada para síntese de novos NT. Venenos como o gás dos nervos e os inseticidas organofosforados inibem a ação da AchE. Esse efeito leva a uma exacerbação da atividade parassimpática e da atividade colinérgica sobre a musculatura esquelética. Receptor pós- ACETILCOLINA Receptores nicotínicos Receptores muscarinicos Tipo Ionotrópico Metabotrópico Mecanismo de ação Abrem canais de Na Via proteína G; abrindo canaisde K+. Subtipos M1, M2, M3, M4 e M5 Agonistas Nicotina Muscarina Antagonistas Curare Atropina Distribuição Placa motora; SNC SNA parassimpático CATECOLAMINAS OU AMINAS BIOGÊNICAS O aminoácido tirosina é o precursor de três NTs que possuem o grupo catecol: noradrenalina, adrenalina e dopamina conhecidas como catecolaminas. Sofrem recaptação na membrana pré-sináptica e são enzimaticamente degradadas pela MAO (monoaminooxidades) no terminal pré-sináptico. Muitas drogas interferem com a sua recaptação prolongando a presença do NT na fenda como a anfetamina e a cocaína. AChE Colina + Acetato SEROTONINA Não é uma catecolamina, pois é uma amina sem o grupo catecol. É sintetizada a partir do aminoácido essencial triptofano. Os neurônios serotonérgicos centrais parecem estar envolvidos na regulação da temperatura, percepção sensorial, na indução do sono e na regulação dos níveis de humor. Como as catecolaminas são recaptadas pela membrana pré-sináptica e degradadas pela MAO. Drogas que atuam bloqueando a sua recaptação como fluoxetina (Prozac) são utilizados nos tratamentos antidepressivos. SEROTONINA Tipo Ionotrópico Metabotrópico Mecanismo de ação Canais iônicos Proteína G; cAMP Subtipos 5HT3 5 HT1A, 5 HT1B , 5 HT1C , 5 HT1D, 5HT2, e 5HT4 Agonsitas Antagonistas AMINOÁCIDOS (glutamato, aspartato, gaba, glicina) Glutamato e Aspartato ADRENALINA NORADRENALINA Receptores Receptores Tipo Metabotrópico Metabotrópico Mecanismo de ação Proteína G; cAMP Proteína G; Proteína G; cAMP Abrem canais de Ca Fecham canais de K+ Subtipos 1, 2 1, 2 Agonsitas Fenilefrina Isoproterenol Antagonistas Fenoxibenzoamina Propanolol DOPAMINA Receptores Tipo Metabotrópico Mecanismo de ação Proteína G; cAMP Abrem canais de Ca++ Subtipos D1, D2, D3, D4 e D5 Agonistas Antagonistas Mais da metade dos neurônios do SNC utiliza o Glutamato (Glu) e Aspartato (Asp), principais NT excitatórios do SNC sendo que o Glu responde por 75% da atividade despolarizante. Os receptores para o Glu são do tipo: O Glu possui quatro tipos de receptores, sendo três deles ionotrópicos: AMPA: canal iônico para cátions (Na) produzindo despolarização rápida Kainato: parecido com o AMPA NMDA: canais para dois cátions (Na e Ca) produzindo despolarização lenta e persistente. Os receptores do tipo NMDA são bastante complexos. O Glu liga-se a receptores NMDA, mas precisa de outro NT chamado Glicina para abrir o canal. Mesmo aberto, o interior do canal está obstruído por íons Mg++ o que impede a entrada de Ca++. Como o canal AMPA é mais rápido, a entrada de cations por essa via despolariza a membrana repelindo os íons Mg++ dos canais NMDA. Finalmente, torna-se possível a entrada de Na+ e de Ca++. Em outras palavras, a ação despolarizante que o Glutamato depende de uma despolarização previa e de dois NT. O Ca++ desempenha importante papel como 2º mensageiro. GLUTAMATO Receptores NMDA Receptores Ñ-NMDA Receptores Kainato Tipo ionotrópico (rápido) ionotrópico (lento) Metabotrópico Mecanismo de ação Abrem canais de Ca, Na e K Abrem canais de Na e K ? Agonistas NMDA AMPA KAINATO Antagonistas AP5 CNQX ? GABA, GLICINA O ácido -aminobutírico (GABA) é um aminoácido que não entra na síntese de proteínas e só está presente nos neurônios gabaégicos. É o principal NT inibitório do SNC. Os receptores são de dois subtipos: GABAA: Ionotópicos que abrem canais de Cl- e hiperpolarizam a membrana. GABAB Metabotópicos que estão acoplados a proteína G e aumentam a condutância para os íons K+, hiperpolarizando a membrana. As drogas conhecidas como tranqüilizantes benzodiazepínicos (ansiolíticos) estimulam estes receptores, aumentando o nível de inibição do SNC e são utilizadas nos tratamentos da ansiedade e da convulsão. Já os barbituricos têm o mesmo efeito, agindo em outro sitio de ligação; são tão potentes que são utilizados como anestésicos gerais. A Glicina é um NT inibitório que aumenta a condutância para o Cl- na membrana pós- sináptica dos neurônios espinhais. A sua presença é essencial para que os receptores NMDA funcionem. A bactéria Clostridium entra no organismo por lesões de pele tais como cortes, arranhaduras, mordidas de animais e causa o tétano. A bactéria possui toxinas que agem competitivamente sobre os receptores de glicina, removendo a sua ação inibidora sobre os neurônios motores do tronco encefálico e da medula espinhal. São os sintomas: rigidez muscular em todo o corpo, principalmente no pescoço, dificuldade para abrir a boca (trismo) e engolir, riso sardônico produzido por espasmos dos músculos da face. A contratura muscular pode atingir os músculos respiratórios. A estricnina é um veneno alcalóide de sementes de Strichnos nux vomica que antagonizam os efeitos da Gli, causando convulsão e morte. Outros mediadores da neurotransmissâo ATP Em adição às aminas e aminoácidos, outras moléculas menores podem servir como mensageiros. Entre eles está o ATP, molécula chave do metabolismo: ele está concentrado em muitas sinapses do SNC e do SNP e é liberado na fenda dependente de cálcio. Parece abrir canais catiônicos na membrana pós-sinaptica Peptídeos Neuroativos Também conhecidos como neuropeptídeos, são sintetizados e liberados em baixa quantidade. Foram identificados ao menos 25 que atuam modulando atividades nervosas. A ação neuromoduladora consiste em influenciar uma neurotransmissâo clássica, alterando pré- sinapticamente a quantidade de NT liberada em resposta a um potencial de ação ou pós- sinapticamente, alterando a sua resposta a um NT. Geralmente os neuropeptídeos são co- liberados juntamente com os NT clássicos, mas em vesículas separadas (vesículas secretoras). Substância P: um polipeptídio que se encontra em quantidade apreciável no intestino, e participa como importante mediador de reflexos gastrointestinais. É também sintetizado por neurônios aferentes primários influenciando a sensibilidade dolorosa. Peptídeos Opióides: os seus receptores são estimulados por substancias opióides como a morfina. A encefalina é encontrada nos terminais nervosos do trato gastrintestinal e modulam a sensibilidades dolorosa, agindo sobre os canais de Ca++ voltagem-dependentes. Há pelo menos 5 subtipos de receptores opiáceos: , , , , e que diferem entre si quanto às propriedades farmacológicas e distribuição. Oxido nítrico (NO) e monóxido de carbono (CO): ambos são moléculas gasosas pequenas e que são sintetizadas enzimas especificas presentes em alguns neurônios. A síntese desses gases geralmente nas sinapses excitatórias, especialmente mediadas pelo glutamato, através de receptores do tipo NMDA. Como são voláteis não são armazenados em vesículas e se difundem facialmente. Essas moléculas agem pós e pré-sinapticamente; neste ultimo caso, age facilitando a neurotransmissâo por retro-alimentaçâo positiva.
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