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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 Casal 20 Objetivo: Descrever sobre a origem e desenvolvimento do SNC. - Embriologia. -- MOORE -- → O sistema nervoso é constituído de três partes principais: • Sistema nervoso central (SNC), que inclui o encéfalo e a medula espinhal. • Sistema nervoso periférico (SNP), que inclui neurônios fora do SNC e nervos cranianos e espinhais , que unem o encéfalo e a medula espinhal às estruturas periféricas. • Sistema nervoso autônomo (SNA), que possui partes tanto no SNC como no SNP , e consiste em neurônios que inervam músculo liso, músculo cardíaco ou epitélios glandulares ou uma combinação desses tecidos. ORIGEM D0 SISTEMA NERVOSO O sistema nervoso origina-se da placa neural (Fig. 17-1 A), uma área espessada do ectoderma embrionário. A notocorda e o mesoderma paraxial induzem o ectoderma sobrejacente a se diferenciar na placa neural. -Moléculas sinalizadoras parecem envolver membros da família do fato de crescimento transformante Beta ( transforming growth factor-Beta - TGF-Beta ), Shh e BMPs. A formação das pregas neurais, do tubo neural e da crista neural a partir da placa neural está ilustrada nas Figuras 17-15 a F e 17-2. • 0 tubo neural diferencia-se no SNC, que é formado pelo encéfalo e pela medula espinhal. • A crista neural dá origem às células que formam a maior parte do SNP e do SNA, constituídos de gânglios cranianos , espinhais autônomos . A formação do tubo neural - neurulação - começa durante o estágio 10 do desenvolvimento (22 a 23 dias) na região do quarto ao sexto pares de somitos. Nesse estágio, os dois terços cefálicos da placa e do tubo neural até o quarto par de somitos representam o futuro encéfalo, enquanto o terço caudal da placa e do tubo neural representam a futura medula espinhal. A fusão das pregas neurais e a formação do tubo neural avançam em direção cefálica e caudal até que somente pequenas áreas permaneçam abertas em ambas as extremidades (Fig. 17-3^4 e B). Nesses locais, a luz do tubo neural - canal neural - comunica-se livremente com a cavidade amniótica (Fig. 17-3C). A abertura cranial, o neuroporo rostral, fecha-se por volta do vigésimo quinto dia; o neuroporo caudal fecha-se dois dias mais tarde (Fig. 17-3D). 0 fechamento dos neuroporos coincide com o estabelecimento de uma circulação vascular sangüínea no tubo neural. As paredes do tubo neural se espessam para formar o encéfalo e a medula espinhal (Fig. 17-4). O canal neural é convertido no sistema ventricular do encéfalo e no canal central da medula espinhal. DESENVOLVIMENTO DA MEDULA ESPINHAL A porção do tubo neural caudal ao quarto par de somitos dá origem à medula espinhal (Figs. 17-4 e 17-5). As paredes laterais do tubo neural se espessam, reduzindo gradualmente o tamanho do canal neural, até somente restar, com 9 a 10 semanas , um diminuto canal central da medula espinhal (Fig. 17-5C). Inicialmente, a parede do tubo neural é composta de um espesso neuroepitélio pseudo-estratificado colunar (Fig. 17-5D). - Essas células neuroepiteliais constituem a zona ventricular (camada ependimária), que dá origem a todos os neurônios e células macrogliais (macróglia) na medula espinhal (Figs. 17-5 e 17-6). - As células da macróglia são os maiores tipos celulares da neuróglia (p. ex., astrócitos e oligodendrócitos). - Logo se pode reconhecer uma zona marginal composta das partes externas das células neuroepiteliais. Gradualmente, o crescimento dos axônios provenientes dos corpos de células nervosas da medula espinhal, dos gânglios espinhais e do encéfalo torna essa zona a substância branca da medula espinhal. Algumas células neuroepiteliais em divisão na zona ventricular diferenciam-se em neurônios primordiais - neuroblastos . -Essas células embrionárias formam uma zona intermediária (camada do manto) entre as zonas ventricular e marginal . Os neuroblastos se tornam neurônios ao formar prolongamentos citoplasmáticos (Fig. 17-6). As células de sustentação primordiais do sistema nervoso central - os glioblastos (espongioblastos) - diferenciam-se a partir das células neuroepiteliais , principalmente depois que cessa a formação dos neuroblastos. -Os glioblastos migram da zona ventricular para as zonas intermediária e marginal. Alguns glioblastos se tornam astroblastos e, mais tarde, astrócitos , enquanto outros se tornam oligodendroblastos e finalmente oligodendrócitos (Fig. 17-6). - Quando as células neuroepiteliais cessam a produção de neuroblastos e glioblastos, elas se diferenciam em células ependimárias, as quais formam o epêndima (epitélio ependimário) que reveste o canal central da medula espinhal. A sinalização sonic hedgehog controla a proliferação, a sobrevivênca e a padronização de células progenitoras neuroepiteliais ao regular os fatores de transcrição Gli (Fig. 17-2) -As células microgliais (micróglia), dispersas pelas substâncias branca e cinzenta, são células pequenas derivadas das células mesenquimais (Fig. 17-6). As células microgliais invadem o sistema nervoso central mais tardiamente no período fetal, depois de os vasos sangüíneos já terem penetrado. A micróglia origina-se- na medula óssea e faz parte do sistema mononuclear fagocitário. O espessamento diferencial das paredes laterais da medula espinhal produz, rapidamente, um sulco longitudinal raso de ambos os lados - o sulco limitante (Figs. 17-52? e 17-7). Esse sulco separa a parte dorsal, a placa (lâmina) alar, da parte ventral, a placa (lâmina) basal. As placas alar e basal formam saliências longitudinais que se estendem por quase toda a extensão da medula espinhal em desenvolvimento. Essa separação regional é de fundamental importância porque, mais tarde, as placas alar e basal se associam a funções aferentes e eferentes, respectivamente. Os corpos celulares das placas alares formam as colunas cinzentas dorsais, que se estendem por todo o com- primento da medula espinhal. Em cortes transversais da medula, essas colunas são os cornos dorsais cinzentos. Os neurônios dessas colunas constituem os núcleos aferentes, e grupos desses núcleos formam as colunas cinzentas dorsais. Com o crescimento das placas alares, forma-se o septo mediano dorsal. Os corpos celulares das placas basais formam as colunas cinzentas ventrais e laterais. Em cortes transversais da medula espinhal, essas colunas constituem os cornos cinzentos ventraise c ornos cinzentos laterais, respectivamente (Fig. 5-7C). Os axônios das células do corno ventral crescem para fora da medula espinhal e formam as raízes dorsais dos nervos espinhais. Com o crescimento das placas basais, elas produzem uma saliência ventral de ambos os lados do plano mediano. Enquanto isso ocorre, forma-se o septo mediano ventral e se desenvolve na superfície ventral da medula espinhal um sulco longitudinal profundo - a fissura mediana ventral. 1 2 3 Desenvolvimento dos Gânglios Espinhais Os neurônios unipolares nos gânglios espinhais (gânglios da raiz dorsal) derivam de células da crista neural (Figs. 17-8 e 17-9). Inicialmente, as células dos gânglios espinhais são bipolares, mas os dois prolongamentos axonais logo se unem, formando um T. Os dois prolongamentos das células dos gânglios espinhais possuem características estruturais de axônios, mas o prolongamento periférico é um dendrito, pois conduz em direção ao corpo celular. O prolongamento periférico das células do gânglio espinhal vão através dos nervos espinhais para terminações sensoriais em estruturas somáticas ou viscerais (Fig. 17-8). Os prolongamentos centrais penetram a medula espinhal e constituem as raízes dorsais dos nervos espinhais . Formação das Meninges da Medula Espinhal O mesênquima que circunda o tubo neural (Fig. 17-3F) se condensa para formar uma membrana denominada meninge primitiva ou meninge. A camada externa dessa membrana se espessa, para formar a dura-máter (Fig. 17-10). A camada interna, a pia-aracnóide, composta da pia-máter e aracnóide-máter (leptomeninge), é derivada das células da crista neural. Dentro das leptomeninges , aparecem espaços preenchidos por líquido, que logo coalescem para formar o espaço subaracnóideo . A origem da pia-máter e da aracnóide a partir de uma única camada é evidenciada no adulto pelas trabéculas aracnóideas - numerosas faixas delicadas de tecido conjuntivo que passam entre a pia e a aracnóide. O líquido cerebroespinhal (LCE) embrionário começa a se formar durante a quinta semana. Mudanças de Posição da Medula Espinhal No embrião, a medula espinhal estende-se por todo o comprimento do canal vertebral (Fig. 17-l(M..Os nervos espinhais passam pelos forames intervertebrais próximo aos seus níveis de origem. Uma vez que a coluna vertebral e a dura-máter crescem mais rapidamente que a medula espinhal, essa relação não persiste. A extremidade caudal da medula espinhal coloca-se gradualmente em níveis relativamente mais altos. Com 6 meses, ela está no nível da primeira vértebra sacral (Fig. 17-105). 4 A medula espinhal no recém-nascido termina no nível da segunda ou terceira vértebra lombar (Fig. 17-10C). No adulto , a medula espinhal geralmente termina na borda inferior da primeira vértebra lombar (Fig. 17-10D). Esse é o nível médio, pois a extremidade caudal da medula espinhal pode estar acima da 12a vértebra torácica ou inferior à terceira vértebra lombar. Como resultado, as raízes nervosas espinhais, especialmente as dos segmentos lombar e sacral, correm obliquamente da medula espinhal até o nível correspondente da coluna vertebral. As raízes nervosas inferiores à extremidade terminal da medula espinhal - o cone medular (Latim [L]. conus medullaris) - formam um feixe de raízes nervosas, a cauda eqüina . Apesar de, no adulto, a dura-máter e a aracnóide-máter geralmente terminarem na vértebra S2, a pia-máter não o faz. Distalmente à extremidade caudal da medula espinhal, a pia-máter forma um longo filamento fibroso, o filamento terminal (L. ftlum terminalè), que indica a linha de regressão da extremidade caudal da medula espinhal embrionária (Fig. 17-10Q. Esse filamento vem do cone medular e se liga ao periósteo da primeira vértebra coccígea. Mielinização das Fibras Nervosas Na medula espinhal, as bainhas de mielina começam a se formar durante o período fetal tardio e continuam a fazê-lo durante o primeiro ano pós-natal. As proteínas básicas da mielina , uma família de isoformas de polipeptídios relacionadas, são essenciais para a mielinização. Em geral, os feixes de fibras se tornam mielinizados aproximadamente no momento em que se tornam funcionais. As raízes motoras mielinizam-se antes das raízes sensitivas. As bainhas de mielina que envolvem as fibras nervosas situadas na medula espinhal são formadas pelos oligodendrócitos . A membrana plasmática destes se enrola ao redor do axônio, formando um certo número de camadas (Fig. 17-11F a H). As bainhas de mielina ao redor de axônios de fibras nervosas periféricas são formadas pelas membranas plasmáticas de células do neurolema (células de Schwann), análogas aos oligodendrócitos. Essas células neurogliais são originadas de células da cris-ta neural que migram para a periferia e se enrolam em torno dos axônios de neurônios somáticos motores e dos neurônios autônomos motores pré-ganglionares quando estes saem do sistema nervoso central (Figs. 17-8 e 17-1 IA a E). Essas células também se enrolam em torno dos prolongamentos centrais e periféricos dos neurônios sensitivos somáticos e viscerais, assim como em torno dos axônios dos neurônios motores autônomos pós-sinápticos. Começando aproximadamente com 20 semanas, as fibras nervosas periféricas tomam um aspecto esbranquiçado, resultante do depósito de mielina. DESENVOLVIMENTO DO ENCÉFALO A região do tubo neural cefálica ao quarto par de somitos dá origem ao encéfalo. A fusão das pregas neurais da região cefálica e o fechamento do neuroporo rostral formam as três vesículas encefálicas primárias das quais se forma o encéfalo (Fig. 17-20). As três vesículas encefálicas primárias formam o: • Encéfalo anterior (prosencéfalo). • Encéfalo médio (mesencéfalo). • Encéfalo posterior (rombencéfalo). Durante a quinta semana, o encéfalo anterior se divide parcialmente em duas vesículas encefálicas secundárias , o telencéfalo e o diencéfalo -, o encéfalo médio não se divide; o encéfalo posterior se divide parcialmente em metencéfalo e mielencéfal-,conseqüentemen-te, formam-se cinco vesículas encefálicas primitivas. Flexuras Cefálicas Durante a quarta semana, o encéfalo do embrião cresce rapidamente e se dobra ventralmente com a prega cefálica. Esta produz a flexura mesencefálica, na 5 região do encéfalo médio, e a flexura cervical , na junção do encéfalo posterior com a medula espinhal (Fig. 17-2 IA). Mais tarde, o crescimento desigual do encéfaloentre essas duas flexuras produz a flexura pontina na direção oposta. Essa flexura causa um adelgaçamento do teto do encéfalo posterior. Inicialmente, o encéfalo primitivo tem a mesma estrutura básica da medula espinhal em desenvolvimento ; entretanto, as flexuras encefálicas produzem uma considerável variação do contorno das secções transversais nos diferentes níveis do encéfalo e na posição das substâncias cinzenta e branca. O sulco limitante avança cefalicamente até a junção do encéfalo médio com o encéfalo anterior, e as placas alares e basais somente são identificáveis no encéfalo médio e no encéfalo posterior (Fig. 11-SC). Encéfalo Posterior A flexura cervical separa o encéfalo posterior da medula espinhal (Fig. 17-21/1). Mais tarde, essa junção é definida arbitrariamente como o nível da radícula superior do primeiro nervo cervical, localizado aproximadamente no forame magno. A flexura pontina, localizada na futura região da ponte, divide o encéfalo posterior nas partes caudal (mielencéfalo) e rostral (metencéfalo). O mielencéfalo torna-se a medula oblonga , e o metencéfalo torna-se a ponte e o cerebelo . A cavidade do encéfalo posterior torna-se o quarto ventrículo e o canal central no bulbo. Mielencéfalo A porção caudal do mielencéfalo (porção fechada do bulbo) assemelha-se à medula espinhal tanto por seu desenvolvimento como por sua estrutura (Fig. 17-2 li?). O canal neural do tubo neural forma um pequeno canal central. Diferentemente do que ocorre na medula espinhal, os neuroblastos das placas alares do mielencéfalo migram para a zona marginal e formam áreas isoladas de substância cinzenta - os núcleos gráceis, medialmente, e os núcleos cuneiformes, lateralmente. Esses núcleos estão associados aos tratos de nomes correspondentes que chegam ao bulbo vindos da medula espinhal. A área ventral do bulbo contém um par de feixes de fibras - as pirâmides - constituídas de fibras corticoespinhais que descem do córtex cerebral em desenvolvimento. - A parte rostral do mielencéfalo (parte "aberta" 6 do bulbo) é larga e bastante achatada, sobretudo em frente à flexura pontina (Fig. 17-21C e D). A flexura pontina faz com que as paredes laterais do bulbo se desloquem lateralmente como as páginas de um livro aberto. Esta também leva a placa do teto a se tornar distendida e muito adelgaçada. Além disso, a cavidade dessa parte do mielencéfalo (a parte do futuro quarto ventrículo) torna-se rombóide (com forma de diamante). Com o deslocamento lateral das paredes do bulbo, as placas alares colocam-se lateralmente às placas basais do bulbo. Com a mudança de posição das placas, os núcleos motores geralmente se desenvolvem medialmente aos núcleos sensitivos (Fig. 17-21C) . - Os neuroblastos das placas basais do bulbo , do mesmo modo que os da medula espinhal, dão origem a neurônios motores. No bulbo, os neuroblastos formam núcleos (grupo de células nervosas), e estes se organizam em três colunas de cada lado (Fig. 17-21 D). De uma posição mediai para lateral, eles são: • Os ferentes somático s gerais, representados por neurônios do nervo hipoglosso. • Os eferentes viscerais especiais, representados pelos neurônios que inervam os músculos derivados dos arcos faríngeos (Capítulo 9). • Os eferentes viscerais gerais, representados por alguns neurônios dos nervos vago e glossofaríngeo. Os neuroblastos das placas alares formam neurônios que se dispõem em quatro colunas de cada lado. De uma posição mediai para lateral, são eles: • Os aferentes viscerai s gerais, que recebe m impulsos das vísceras. • Os aferentes viscerais especiais, que recebem as fibras gus-tativas . • Os aferentes somáticos gerais, que recebem impulsos da superfície da cabeça. • Os aferentes somáticos especiais, que recebem impulsos da orelha. Alguns neuroblastos das placas alares migram ventralmente e formam os neurônios dos núcleos olivares (Fig. 17-21C e D). Metencéfalo As paredes do metencéfalo formam a ponte e o cerebelo, e a cavidade do metencéfalo forma a parte superior do quarto ventrículo (Fig. 11-22Á). Como na parte rostral do mielencéfalo, a flexura pontina faz com que as paredes laterais da ponte se afastem, o que espalha substância cin-zenta pelo assoalho do quarto ventrículo (Fig. 17-225). Como no mielencéfalo, os neuroblastos em cada placa basal formam núcleos motores e se organizam em três colunas de cada lado. 7 O cerebelo origina-se de espessamentos dorsais das placas alares. Inicialmente, os intumescimentos cerebelares se projetam para o quarto ventrículo (Fig. 17-225). A medida que esses intumescimentos crescem e se fundem no plano mediano, eles avançam sobre a metade rostral do quarto ventrículo e se sobrepõem à ponte e ao bulbo (Fig. 17-22D). Alguns neuroblastos da zona intermediária das placas alares migram para zona marginal, onde se diferenciam em neurônios do córtex cerebelar. Outros neuroblastos dessas placas dão origem a núcleos centrais, o maior dos quais é o núcleo denteado (Fig. 17-22D). Células das placas alares também originam os núcleos pontinos, os núcleos cocleares e vestibulares e os núcleos sensitivos do nervo trigêmeo. A estrutura do cerebelo reflete seu desenvolvimento filogenético (evolucionário) (Fig. 17-22C e D): • 0 arquicerebelo (lobo floculonodular), a parte filogeneticamente mais antiga, tem conexão com o aparelho vestibular. • 0 paleocerebelo (vérmis e lobo anterior), de desenvolvimento mais recente, está associado a informações sensitivas vindas dos membros. • 0 neocerebelo (lobo posterior), filogeneticamente mais recente, está relacionado com o controle seletivo dos movimentos dos membros. As fibras nervosas que ligam os córtices cerebral e cerebelar com a medula espinhal passam pela camada mar- ginal da região ventral do metencéfalo. Essa região do tronco encefálico é denominada ponte por causa do es- pesso feixe de fibras nervosas que cruzam seu plano mediano e formam uma volumosa crista em suas porções anterior e lateral. 8 Plexos Coróides e Líquido Cerebroespinhal (LCE) O delgado teto ependimário do quarto ventrículo está co-berto externamente pela pia-máter, derivada do mesên- quima associado ao encéfalo posterior (Fig. 17-22C e D). A pia-máter vascular, juntamente com o teto ependimário, forma a tela coróide do quarto ventrículo. Por causa da ativa proliferação da pia-máter, a tela coróide invagina-se no quarto ventrículo, onde se diferencia formando o plexo coróide (envolvimento de artérias coróides da pia-máter). Plexos coróides semelhantes formam-se no teto do terceiro ventrículo e nas paredes mediais dos ventrículos laterais. Os plexos coróides secretam o líquido ventricular, que se torna o líquidocerebroespinhal (LCE) depois de receber acréscimos das superfícies do encéfalo e da medula espinhal, assim como da camada pia-aracnóide das meninges. O delgado teto do quarto ventrículo faz evaginações em três locais. Essas evaginações rompem-se, formando aberturas. As aberturas mediana e lateral (forame de Magendie e forame de Luschka, respectivamente) permitem ao LCE sair do quarto ventrículo e passar para o espaço subaracnóideo. O principal local de absorção do LCE pelo sistema venoso é através das vilosidades aracnóideas, que são protrusões da aracnóide nos seios venosos da dura (grandes canais venosos entre as camadas da dura-máter). Essas vilosidades são constituídas de uma fina camada celular originária do epitélio da aracnóide e do endotélio do seio. Encéfalo Médio O encéfalo médio (mesencéfalo) é a parte do encéfalo que sofre as menores transformações durante o desenvolvimento (Fig. 17-23^4), exceto a parte mais caudal do encéfalo posterior. O canal neural estreita-se formando o aqueduto cerebral (Fig. 17-22D), um canal que liga o terceiro ventrículo ao quarto ventrículo. Neuroblastos migram das placas alares do encéfalo médio para o tectum (teto) e se agregam para formar quatro grandes grupos de neurônios, os colículos superior e inferior pareados (Fig. 17-2 e 5), que estão relacionados com os reflexos visuais e auditivos, respectivamente. Os neuroblastos das placas basais podem dar origem a grupos de neurônios do tegmento (núcleos vermelhos, núcleos do terceiro e quarto nervos cranianos [NC] e núcleos reticulares). A substância negra, uma larga camada de substância cinzenta adjacente ao pedúnculo encefálico (Fig. 17-2 3 D e E), também pode se diferenciar a partir da placa basal, mas algumas autoridades acreditam que ela é derivada de células na placa alar que migram ventralmente. Fibras que saem do encéfalo formam os pedúnculos encefálicos anteriormente (Fig. 17-235). Os pedúnculos cerebrais tornam-se progressivamente mais proeminentes à medida que mais grupos de fibras descendentes (cortico-pontino, corticobulbar e corticoespinhal) passam através do encéfalo médio em desenvolvimento em seu trajeto para o tronco encefálico e medula espinhal. Encéfalo Anterior Quando ocorre o fechamento do neuroporo rostral, aparecem duas evaginações laterais - as vesículas ópticas - (Fig. 17-4^4), uma de cada lado do encéfalo anterior. As vesículas ópticas são os primórdios das retifias e dos nervos ópticos (Capítulo 18). Um segundo par de divertículos surge logo após, mais dorsal e rostralmente; estes são as vesículas telencefálicas (Fig. 17-23 C). Elas são o primórdio dos hemisférios cerebrais, e suas cavidades se tornam os ventrículos laterais (Fig. 17-285). A parte rostral, ou anterior do encéfalo anterior, incluindo os primórdios dos hemisférios cerebrais, constitui o telencéfalo, enquanto a parte caudal, ou posterior, do encéfalo anterior constitui o diencéfalo. As cavidades do telencéfalo e do diencéfalo contribuem para a formação do terceiro ventrículo, embora a contribuição da cavidade do diencéfalo seja maior. Diencéfalo Nas paredes laterais do terceiro ventrículo, formam-se três intumescências, que posteriormente se tornam o epitálamo, o tálamo e o hipotálamo (Fig. 17-24C a E). O tálamo é separado do epitálamo pelo sulco epitalâmico, e do hipotálamo pelo sulco hipotalâmico. Este último não é uma continuação do sulco limitante do encéfalo an- terior e não separa, como o sulco limitante, áreas sensitivas e motoras. 9 O tálamo desenvolve-se rapidamente de cada lado e faz saliência na cavidade do terceiro ventrículo, reduzindo este a uma fenda estreita. Em cerca de 70% dos encéfalos, os tálamos se encontram e se fundem na linha mediana, formando uma ponte de substância cinzenta que cruza por sobre o terceiro ventrículo - a adesão intertalâmica. -O hipotálamo surge pela proliferação de neuroblastos na zona intermediária das paredes diencefálicas, ventralmente aos sulcos hipotalâmicos. Mais tarde, desenvolvem-se vários núcleos relacionados com atividades endócrinas e a homeostasia. Um par de núcleos, os corpos mamilares, forma intumescências de tamanho de uma ervilha na superfície ventral do hipotálamo (Fig. 17-24C). O epitálamo origina-se do teto e da porção dorsal da parede lateral do diencéfalo. Inicialmente, as intumescências epitalâmicas são grandes, porém depois elas se tornam relativamente pequenas. A glândula pineal (corpo pineal) desenvolve-se como um divertículo mediano da parte caudal do teto do diencéfalo (Fig. 17-24C e D). A proliferação de células na sua parede logo converte este em uma glândula sólida em forma de cone. A hipófise (L. hypophysis) tem origem ectodérmica (Fig. 17-25; Tabela 17-1) e se origina de duas fontes: • Uma evaginaçã o do tet o ectodérmic o do estomode u - o divertículo hipofisário (bolsa de Rathke). • Uma invaginaçã o do neuroectoderm a do diencéfalo , o divertículo neuroipofisário. Essa origem embrionária dupla explica por que a hipófise é composta de dois tipos de tecidos completamente diferentes. • A adenoipófise (parte glandular), ou lobo anterior, origina-se do ectoderma oral. • A neuroipófise (parte nervosa), ou lobo posterior, origina-se do neuroectoderma. Por volta da terceira semana, o divertículo hipofisário projeta-se do teto do estomodeu, tornando-se adjacente ao assoalho (parede ventral) do diencéfalo (Fig. 17-25C). Na quinta semana, essa bolsa já se alongou e sofreu uma constrição em sua ligação com o epitélio oral, o que lhe confere um aspecto de mamilo (Fig. 17-25Ç). Nesse estágio, ela entrou em contato com o infundibulo (derivado do divertículo neuroipofisário), uma invaginação ventral do diencéfalo (Figs. 17-24 e 17-25). O pedículo do divertículo hipofisário regride. As partes da hipófise que se desenvolvem do ectoderma do estomodeu - as partes anterior, intermédia e tuberal - formam a adenoipófise (Tabela 17-1). O pedículo do divertículo hipofisário passa entre os centros de formação de cartilagem dos ossos pré-esfenóide e basiesfenóide do crânio (Fig. 17-2SE). Durante a sexta semana a conexão da bolsa com a cavidade oral degenera e desaparece (Fig. 17-25D e E). Células da parede anterior do divertículo hipofisário proliferam e dão origem à parte distai da hipófise. Mais tarde, uma extensão, a parte tuberal, cresce em torno da haste infundibular (Fig. 17-25E). A extensa proliferação celular da parede anterior do divertículo hipofisário reduz a sua luz a uma fenda estreita (Fig. 17-25E). Esta fenda residual geralmente não é reconhecida na glândula adulta, mas pode ser representada por uma zona de cistos. As células da paredeposterior da bolsa hipofisária não proliferam; elas dão origem à delgada e maldefinida parte intermédia. A parte da hipófise que se origina do neuroectoderma do encéfalo (infundíbulo) é a neuroipófise (Tabela 17-1). O infundíbulo dá origem à eminência média, à haste infundibular e à parte nervosa. Inicialmente, as paredes do infundíbulo são delgadas, mas a extremidade distai do infundíbulo logo se torna maciça pela proliferação de células neuroepiteliais. Mais tarde essas células se diferenciam em pituícitos, as células primárias do lobo posterior da hipófise, intimamente relacionadas com as células neurogliais. Fibras nervosas penetram a parte nervosa, vindas da área hipotalâmica, à qual a haste infundibular está ligada. Telencéfalo O telencéfalo é constituído de uma parte mediana e dois diverticulos laterais, as vesículas cerebrais Esses divertículos são os primórdios dos hemisférios ce-rebrais (Figs. 17-245 e 17-25^). A cavidade da parte mediana do telencéfalo forma a extremidade anterior do terceiro ventrículo (Fig. 17-27). Inicialmente, os hemisférios cerebrais estão em ampla comunicação com a cavidade do terceiro ventrículo através dos forames interventriculares (Figs. 17-27 e 17-285). Ao longo de uma linha, a fissura coróide, parte da parede mediai do hemisfério cerebral em desenvolvimento (Fig. 17-3CL4) torna-se muito delgada. Inicialmente, essa porção delgada do epêndima fica no teto do hemisfério e é contínua com o teto ependimário do terceiro ventrículo (Fig. 17-28^4). O plexo coróide do ventrículo lateral forma-se mais tarde nesse local (Figs. 17-27 e 17-29). Com a expansão dos hemisférios cerebrais, eles cobrem, sucessivamente, o diencéfalo, o encéfalo médio e o encéfalo posterior. Os hemisférios acabam se encontrando na linha média, achatando suas superfícies mediais. O mesênquima preso na fissura longitudinal entre eles dá origem à foice cerebral (L. falx cerebri), uma prega mediana da dura-máter. O corpo estriado aparece durante a sexta semana como uma proeminente saliência no assoalho de 10 cada hemisfério cerebral (Fig. 17-295). O assoalho de ambos os hemisférios se expande mais lentamente do que suas delgadas paredes corticais, por conter o corpo estriado, bastante grande; conseqüentemente, os hemisférios cerebrais assumem a forma de C (Fig. 17-30). O crescimento e a curvatura dos hemisférios também afetam a forma dos ventrículos laterais. Eles se tornam cavidades com a forma aproximada de um C, preenchidas de LCE. A extremidade caudal de cada hemisfério cerebral gira ventralmente e depois rostralmente, formando o lobo temporal; ao fazê-lo, carrega junto o ventrículo (formando o corno temporal) e a fissura coróide (Fig. 17-30). Nesse local, a delgada parede mediai do hemisfério é invaginada ao longo da fissura coróide pela pia-máter vascular, formando o plexo coróide do corno temporal (Fig. 17-295). Com a diferenciação do córtex cerebral, fibras que chegam e saem passam pelo corpo estriado, dividindo-o em núcleos caudado e lentifome. Essa via de fibras - a cápsula interna (Fig. 17-29(7) - toma a forma de um C quando o hemisfério assume essa forma. O núcleo caudado alonga-se e toma a forma de C, acompanhando o contorno do ventrículo lateral (Fig. 17-30). Sua cabeça piriforme e o corpo alongado ficam no assoalho do corno frontal e no corpo do ventrículo lateral, enquanto sua cauda faz uma volta em U para alcançar o teto do corno temporal, ou inferior. Comissuras Cerebrais Com o desenvolvimento do córtex cerebral, grupos de fibras - as comissuras - conectam áreas correspondentes dos hemisférios cerebrais (Fig. 17-29). A mais importante dessas comissuras se cruza na lâmina terminal, a extremidade rostral do encéfalo anterior. Essa lâmina se estende do teto do diencéfalo para o quiasma óptico (cruzamento de fibras do nervo óptico). Ela é a via natural de um hemisfério para o outro. As primeiras comissuras a se formarem são a comissura anterior e a comissura do hipocampo, pequenos feixes de fibras que unem partes do cérebro filogeneticamente mais antigas. A comissura anterior conecta o bulbo olfatório e áreas relacionadas de um hemisfério com as do lado oposto. A comissura do hipocampo conecta as formações do hipocampo A maior das comissuras cerebrais é o corpo caloso (Fig. 17-29A) que une áreas neocorticais. Inicialmente, o corpo caloso situa-se na lâmina terminal, mas fibras são adicionadas a ele à medida que o córtex vai crescendo; como conseqüência, ele se estende gradualmente além da lâmina terminal. O restante da lâmina terminal fica entre o corpo caloso e o fórnice. Ele se distende para formar o delgado septo pehícido, uma fina placa de tecido cerebral. Ao nascimento, o corpo caloso se estende sobre o teto do diencéfalo. O quiasma óptico (G. chiasma), que se desenvolve na parte ventral da lâmina terminal (Fig. 17-29/í), é constituído de fibras das metades mediais das retinas, que cruzam para unir-se ao trato óptico do lado oposto. As paredes dos hemisférios cerebrais em desenvolvimento mostram, inicialmente, as três zonas típicas do tubo neural (ventricular, intermediária e marginal)-, mais tarde, aparece uma quarta camada, a zona subventricular. Células da zona intermediária migram para zona marginal e dão origem às camadas corticais. Desse modo, a substância cinzenta localiza-se na periferia, e os axônios vindos de seus corpos celulares caminham centralmente para formar o grande volume de substância branca - o centro medular. Inicialmente, a superfície dos hemisférios é lisa (Fig. 17-3 IA); entretanto, à medida que o crescimento continua, sulcos (depressões entre os giros) e giros (estruturas tortuosas) (Fig. 17-315 e C). Os sulcos e giros permitem um aumento considerável da área de superfície do córtex cerebral sem requerer, no entanto, um grande aumento do tamanho do crânio (Fig. 17-325 e C). Com o crescimento de cada 11 hemisfério cerebral, o córtex que recobre a superfície externa do corpo estriado cresce de modo relativamente lento e logo fica encoberto (Fig. 17-31D). Esse córtex encoberto e escondido na profundeza do sulco (fissura) lateral do hemisfério cerebral (Fig. 17-32) é a insula (L. island). - Eventos celulares responsáveis pelo desenvolvimento. ETAPAS E PRINCÍPIOS DO DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA NERVOSO O trabalho dos neuroembriologistas ao longo do século 20, e principalmentenos últimos 20 anos, permitiu conhecer as etapas e os princípios do desenvolvimento do tecido nervoso. Estas etapas sucedem-se rapidamente até a constituição do indivíduo adulto, e apenas com intenção didática é que as podemos separar. 12 São elas: 1. a determinação da identidade neural do neuroectoderma; 2. a proliferação celular controlada; 3. a migração das células jovens, resultando na formação das diferentes regiões do sistema nervoso; 4. a diferenciação celular, com a aquisição da forma e das propriedades das células maduras; 5. a formação dos circuitos neurais; 6. a eliminação programada de células e circuitos extranumerários. INDUÇÃO NEURAL: UMA CADEIA DE INTERAÇÕES CELULARES A primeira descoberta importante que se fez foi que a diferenciação neural é o caminho “normal” de todo o ectoderma. A conclusão foi tirada de experimentos em que células de ectoderma eram dissociadas e, em seguida, cultivadas em meio de cultura: nessas condições, todas se tomavam células neurais. Então, era lógico supor que as células ectodérmicas que não se tornariam células neurais disporiam de algum fator bloqueador dessa via de desenvolvimento. Dito e feito: experimentos subsequentes identificaram um grupo de proteínas do ectoderma não neural, capazes de bloquear a neuralização (Figura 2.7). Essas moléculas já eram conhecidas por outras funções com o nome de proteínas morfogenéticas ósseas (BMPs, sigla criada a partir da expressão inglesa correspondente), e faziam parte de uma grande família de moléculas chamadas fatores tróficos transfonnantes (TGFs, sigla também criada a partir da expressão inglesa correspondente). E o que fazem, então, os presumidos sinais indutores emitidos pela região organizadora? Já se sabe que eles bloqueiam o bloqueador (Figura 2.7), isto é, suprimem o efeito das BMPs no ectoderma vizinho. Desse modo, a região da piaca neural pode seguir a via neuralizante “normal”, sem ser desviada pela ação das BMPs. Vários fatores indutores foram já identificados, destacando-se três: folistatina, noguina e cordina. Sua ação consiste em ligar-se às BMPs, inibindo sua atividade. A neurulação, assim, consiste no direcionamento da expressão gêmea das células ectodérmicas no sentido da síntese de proteínas específicas do tecido nervoso, que vão resultar na gradativa transformação dessas células precursoras em células neurais. Já vimos que esse direcionamento seria a via normal de todo o ectoderma, não fosse bloqueado pelas BMPs, exceto na região da placa neural, que recebe influência dó mesoderma subjacente através dos fatores indutores capazes de suprimir a ação das BMPs. Fica clara a importância de um aspecto essencial para o destino das células durante a embriogênese: a sua posição. A intensa interação entre células vizinhas através de moléculas sinalizadoras envolve, diferentes elementos: 1. fatores morfogenéticos secretados (como as BMPs, por exemplo), que provocam no interior de células adjacentes uma cadeia de reações que leva à diferenciação numa certa direção; 13 2. fatores indutores difusíveis (por exemplo, cordina, noguina e folistatina), secretados por células próximas, que poderão atuar à distância sobre outras células, desviando sua diferenciação inicial; 3. moléculas de transdução (cextas enzimas, por exemplo), encarregadas das reações intracelulares que acabarão por influenciar a expressão gênica; 4. fatores de transcrição, que regulam a expressão gênica 5. segmentos gênicos encarregados da síntese de proteínas específicas de cada tipo celular. A explosiva multiplicação celular no sistema nervoso embrionário: Quem será quem ¿ A partir da célula-ovo, o fenômeno mais típico, mais comum e mais espantoso da embriogênese é a proliferação celular: de uma só célula, surge todo o embrião. No sistema nervoso, a proliferação celular intensifica-se após a formação do tubo neural. A parede do tubo toma-se mais espessa, seu comprimento se alonga, o perfil adquire dobraduras e torções e, na região cranial, a forma cilíndrica original modifica-se inteiramente, com o surgimento das vesículas primitivas. Essas transformações morfogenéticas devem-se em grande parte à intensa atividade proliferativa por que passam as células precursoras dos neurônios e da neuroglia. Cada precursor atravessa rapidamente as etapas do ciclo celular durante algumas horas, divide-se em duas células-filhas, e estas recomeçam novo ciclo. Issó é quase sempre verdade para os precursores da neuroglia. Mas, no caso dos precursores neuronais, pode ocorrer que, das duas células-fiíhas, só uma recomece o ciclo celular. A outra o interrompe, e inicia um longo movimento de migração para fora das proximidades do ventrículo. Desse modo, a parede do tubo neural, que inicialmente é formada por uma única camada de células, passa a ser constituída por várias camadas que, finalmente, originarão as regiões laminadas do sistema nervoso, como acontece no córtex cerebral. Em outros casos, formam-se aglomerações de neurônios que não apresentam a disposição em camadas, e que vão dar origem aos núcleos do sistema nervoso, como ocorre no diencéfalo. As células-filhas que interrompem o ciclo celular para migrar não reiniciam um novo ciclo, a não ser algumas delas, que permanecem em estado quiescente, mas capaz de em algum momento reiniciar a proliferação. Durante muitos anos, acreditou-se que o sistema nervoso não apresenta a mesma capacidade regenerativa dos demais tecidos porque os neurônios se tornam incapazes de proliferar. Essa é uma meia-verdade: a maioria dos neurônios adultos realmente é incapaz de proliferar. Mas recentemente se constatou que o SNC de animais adultos apresenta células tronco em alguns locais estratégicos, capazes de proliferar e gerar novos neurônios. Acendeu-se a esperança de que essas células multipotentes com capacidade proliferativa pudessem se tomar elementos terapêuticos para promover a regeneração do tecido nervoso lesado. Para os precursores neuronais, a intensa atividade proliferativa, seguida da interrupção do ciclo que precede a migração, chama-se neurogênese . Do mesmo modo, chama-se gliogênese a fase de intensa proliferação dos precursores neurogliais. Como a grande maioria dos precursores neuronais em um certo momento interrompe a proliferação, pode-se identificar para cada um deles uma data de nascimento que marca a sua transformação em um neurônio juvenil pós-mitótico. Para os precursores neurogliais não se pode determinar o mesmo, já que as células da neuroglia, mesmo na. vida adulta, mantêm a capacidade de proliferar. E inevitável supor que cada espécie deve ter um meio muito eficiente de controlara proliferação dos precursores, isto é, o número de ciclos celulares dos precursores em cada região. Nada de espantar: cada ciclo celular duplica o número de células, o que significa que a multiplicação celular cresce: em progressão geométrica. Logo, em algum momento é preciso interromper o ciclo: então, o exato número de células — neurônios e gliócitos - característico de cada região deve ser atingido, pelo menos parcialmente, por uma delicada regulação da proliferação celular nas zonas germinativas. De fato, há evidências de que as células das zonas germinativas a um certo ponto começam a produzir moléculas específicas reguladoras do ciclo celular, entre elas o glutamato e o ácido gama-ammobutírico (GABA), que mais tarde exercerão a função de neurotransmissores sinápticos. Essas moléculas passariam de uma célula a outra rapidamente através de junções comunicantes, sincronizando o ciclo celular de populações inteiras de precursores. Neurônios migrantes: Agregação nuclear e formação de camadas 14 Logo que a célula precursora de um neurônio pára de se dividir, inicia-se um movimento migratório que leva o neurônio juvenil ao local definitivo onde se estabelecerá. Isso ocorre tanto para as células do tubo neural, que formarão as estruturas do SNC, como para as células da crista neural, que formarão as estruturas do SNP. O neurônio juvenil pode migrar de diferentes maneiras. A mais frequente é a chamada locomoção : como um caracol que se move arrastando a própria concha, a célula migrante desloca-se arrastando o corpo celular, lím dos seus poios estende projeções de membrana para frente em uma determinada direção, formando um prolongamento-líder, e o corpo do neurônio segue atrás, puxando um prolongamento menor, cauda!. Outro modo de deslocamento celular é chamado translocação nuclear: a célula apresenta prolongamentos em duas direções, ancorados nas superfícies do tubo neural, e o núcleo com algumas organelas deslocam-se “por dentro” dos prolongamentos, reposicionando o corpo celular. Finalmente, quando um desses prolongamentos se solta, o que permanece pode “puxar” o corpo celular, que então se desloca para uma posição diferente. As proteínas que compõem o citoesqueleto do neurônio são as grandes responsáveis pela migração neuronal do desenvolvimento, pois sofrem transformações que encurtam e alongam prolongamentos, e movem o citoplasma, o núcleo e as demais organelas citoplasmáticas. O cerebelo, no rombencéfalo, e o córtex cerebral, no prosencéfalo, são as regiões mais bem conhecidas do sistema nervoso embrionário quanto ao fenômeno da migração neuronal. Tanto um quanto o outro apresentam camadas de neurônios bem definidas, cada uma delas com características morfológicas e funcionais distintas. O exemplo do prosencéfalo é ilustrativo dos mecanismos de formação dessas camadas. Durante a neurogênese, a parede da vesícula prosencefálica é bastante simples, constituída por uma camada única de células precursoras que se dividem sucessivamente Os histologistas identificam logo a seguir o aparecimento de uma segunda camada celular, a pré-placa cortical. Em seguida, aparece uma nova camada de neurônios inseridos bem no meio da pré-placa: a placa cortical.E logo depois a piaca começa a se subdividir em sucessivas camadas de neurônios, típicas do córtex cerebral maduro De que modo se formam, tão ordenadamente, todas essas camadas? O pesquisador americano Richard Sidman, no início dos anos I960, descobriu que elas se formam pela migração dos neurônios juvenis. Sidman e seus colaboradores injetaram em camundongas grávidas uma pequena quantidade de timidina marcada com um isótopo radioativo do hidrogênio. Só os precursores neuronais que se encontravam na fase S do ciclo celular (a fase de síntese de novo DNA) eram capazes de incorporar a timidina radioativa no novo DNA, e mais: só aqueles que se encontravam no seu último ciclo mantinham a quantidade máxima de timidina radioativa, porque os demais, dividindo-se outras vezes, passavam a incorporar timidina não radioativa, diluindo a radioatividade do seu DNA. As injeções eram feitas em diferentes fases da gestação. Os filhotes marcados nasciam normalmente, e ao atingir a maturidade eram sacrificados para o estudo histológico do córtex cerebral, em busca da posição dos neurônios mais radioativos (marcados na sua data de nascimento). Um exemplo da experiência de Sidman, neste caso com um marcador não radioativo mais moderno. Sidman verificou que os neurônios radioativos situados nas camadas profundas pertenciam a camundongos injetados em fases mais precoces do desenvolvimento do córtex, e que os neurônios radioativos das camadas superficiais pertenciam aos camundongos injetados em idades gestacionais posteriores. Concluiu que as camadas corticais se formavam em sequência “inversa”, as mais profundas primeiro, seguidas ordenadamente pelas mais superficiais. Além disso, concluiu que as camadas se formavam pela migração dos neurônios juvenis logo após a última divisão celular Deste modo posicionam-se os futuros neurônios piramidais do córtex cerebral, nascidos na zona ventricular: ascendem perpendicularmente à superfície, utilizando os prolongamentos da glia radial como guia. Esse tipo de migração ficou conhecido como gliofílica ou radial. Outros experimentos comprovaram a ideia de Rakic, mas descobriram também casos de migração não gliofílica, também chamada tangencial, cujos “trilhos” são ainda mal conhecidos. E o caso dos futuros interneurônios inibitórios do córtex e do bulbo olfatório \ que nascem longe do seu destino final e migram por longas distâncias dentro de túneis celulares ou seguindo bordas moleculares dispostas paralelamente à superfície. 15 Grande esforço tem sido feito para identificar os sinais que regulam a migração dos neurônios juvenis. Alguns deles foram já identificados, e são semelhantes aos que regulam o crescimento dos axônios, um tema abordado adiante. 16 Há sinais de iniciação do movimento ( motogênicos ), outros que repelem os neurônios, outros ainda que os atraem, não só nos pontos de origem e de destino final, mas também ao longo do trajeto. No destino final, o neurônio encontra moleculas que “desligam” a sua maquinaria intracelular de movimento. Imagine a delicadeza e precisão dessa orquestra molecular. As células presentes no trajeto devem ser capazesde sintetizar e secretar moléculas que formam a matriz extracelular, moléculas que ficam incrustadas na sua membrana mas expostas ao exterior para o reconhecimento das células migrantes, e moléculas pequenas, difíceis, que estabelecem um gradiente “'percebido” pelos prolongamentos-líderes dos neurônios migrantes. Tudo na hora certa e no lugar certo. Essa precisa orquestração de sinais às vezes falha, por razões genéticas (mutações) ou ambientais (drogas de abuso durante a gravidez), e o resultado c o aparecimento de defeitos no posicionamento dos neurônios, que resultam em doenças congênitas que podem provocar epilepsia, retardo mental, deficiências motoras e outros sintomas Algumas células da crista neural encontram, a certa a Lura de seu trajeto, células mesodérmicas que vão formar a parte mais externa da glândula suprarrenal (chamada córtex). Nessa ocasião param de migrar e associam-se a elas, formando a outra parte da glândula, mais profunda (a medula suprarrenal). Como as células da córtex suprarrenal são já capazes de secretar hormônios glicocorticoides, é provável que estes sejam os sinais de parada das células migrantes e, ao mesmo tempo, fatores indutores de sua transformação em células glandulares da medula suprarrenal, em vez de neurônios típicos. No córtex cerebral, os neurônios migrantes de cada camada param após ultrapassar os da camada antecedente, possivelmente pelo reconhecimento de um sinal molecular secretado por neurônios muito precoces que residem desde o início do desenvolvimento na camada mais superficial do córtex (chamadas células de Cajal-Retzius). Nas regiões laminadas do sistema nervoso central (como o córtex cerebral e cerebelar, a retina e outras regiões), as camadas são formadas pela migração simultânea de conjuntos de neurônios juvenis que param em um certo local sincronizadamente. Nas regiões não laminadas (como no diencéfalo e no tronco encefálico), grupos de neurônios migrantes se agregam para formar os núcleos. É desse modo que se constituem as entidades citoarquitetônicas características do sistema nervoso adulto, às quais se atribuem também unidade funcional, ou seja, participação coletiva numa mesma função. DIFERENCIAÇÃO: células juvenis viram adultas Já durante a migração, mas principalmente depois que os neurônios juvenis se estabelecem em seus locais definitivos, começa o processo conhecido como diferenciação. A diferenciação tem aspectos morfológicos, bioquímicos e funcionais, e consiste na gradativa expressão dos fenótipos neuronais em cada um desses níveis. No plano morfológico, o corpo celular cresce em volume e vão se formando os prolongamentos dendríticos (Figura 2,11), até que a configuração de cada tipo celular esteja estabelecida, como é característico do adulto. Ao mesmo tempo, em um dos polos dosoma de cada neurônio ocorre a emissão de um axônio. que cresce numa direção determinada para buscar alvos sinápticos próximos ou distantes. No plano bioquímico, as células começam a sintetizao as moléculas que garantirão a função neuronal madura, especialmente as enzimas que participam do metabolismo de neuromediadores; as proteínas que compõem canais iônicos embutidos na membrana, participantes dos processos de produção de sinais elétricos, e muitas outras moléculas. Finalmente, no plano funcional, começam a aparecer e a amadurecer os diferentes sinais elétricos que serão utilizados pelos neurônios para gerar, receber e transmitir informações. A diferenciação da neuroglia é semelhante, mas obedece a um curso temporal mais prolongado que o dos neurônios. As células de glia radial, mencionadas anteriormente, perdem seus prolongamentos radiais e se transformam em neurônios e em um tipo celular estrelado de gliócito, o astrócito. Outros tipos celulares formam-se a partir de precursores que migram da região germinativa situada nas proximidades da parede ventricular e se espalham por todo o tecido nervoso. Do mesmo modo ocorre a diferenciação bioquímica e funcional, de modo compatível com as funções dos gliócitos, que são diferentes das que os neurônios exercem. Conceitualmente, a diferenciação deve ser entendida como uma sequência ordenada de expressão de diferentes genes em cada tipo neuronal, que leva as células a produzirem as suas moléculas características e assim se tomarem maduras (diferenciadas). Mas o que leva algumas células a se tomarem neurônios e outras a se tomarem gliócitos? E o que faz com que alguns neurônios sejam piramidais e outros granulares? E, finalmente, de que modo ocorre a diferenciação regional através da qual se estabelecem as diferenças rostro-caudais e dorso-ventrais do tubo neural? 17 Esses múltiplos caminhos da diferenciação tornam-se possíveis porque as células interagem: um certo grupo delas, em certo momento, passa a sintetizar e secretar uma molécula difusível que atua a distância sobre um outro grupo de células, levando-as a produzir sinais intracelulares (enzimas fosforilantes. fatores de transcrição e muitos outros), que acabam “ligando” ou “desligando” certos genes, modificando assim o padrão de expressão do genoma. O resultado é que esse segundo grupo de células passa a se diferenciar por um caminho distinto do primeiro. À medida que o número de células vai aumentando, o número e a diversidade de interações celulares também cresce, e tudo vai ficando mais complexo e diversificado. DIFERENCIAÇÃO REGIONAL: DORSAL X VENTRAL, ROSTRAL X CAUDAL Os neurônios diferenciam-se individualmente, e cada um expressa as moléculas específicas para o seu funcionamento e para a aquisição de sua forma característica. Mas há moléculas e características morfológicas comuns que reúnem neurônios em tipos celulares, e há tipos celulares que se reúnem em camadas, setores e regiões particulares do sistema nervoso. Quer dizer: existe uma diferenciação regional que estabelece características coletivas aos neurônios de cada região. E por isso que a área visual do córtex cerebral recebe informações originárias da retina, e não da orelha, e por essa razão os seus neurônios estão habilitados a processar cores, movimentos, formas, contrastes. Da mesma forma, o córtex motor emite conexões para outras regiões motoras do cérebro, terminando nos músculos, e isso permite que seja capaz de controlar eficientemente os movimentos do corpo. Assim ocorre em todo o sistema nervoso, que apresenta um padrãoregional bastante bem diferenciado e característico de cada espécie animal, responsável pelas diferentes funções neurais. A questão a examinar, então, é como, durante o desenvolvimento, processa-se essa diferenciação regional tão múltipla. Necessariamente isso deve ocorrer através da interação entre as células em desenvolvimento e o seu genoma, e a investigação dessas interações levou à elucidação de alguns dos mecanismos moleculares que fazem o genoma expressar-se de um modo em alguns neurônios, de outro em outros neurônios.; de uma maneira em certas regiões, de outra maneira em outras regiões. O tubo neural apresenta pelo menos dois grandes eixos de diferenciação regional: dorsoventral e rostrocaudal. É fácil compreendê-los. Basta pensar nas diferenças entre a região ventral da medula espinhal, constituída principalmente por motoneurônios; a região intermédia com seus intemeurôníos; e a região dorsal, formada por neurônios sensoriais. Basta também lembrar as diferenças entre as vesículas embrionárias: o prosencéfalo, mais rostral, o mesencéfalo, intermediário, e o rombencéfalo, mais caudal. A pergunta que se coloca é a seguinte: de que modo o tubo neural, inicialmente homogêneo nesses dois eixos, transforma-se em uma estrutura com essas pronunciadas diferenças regionais? Vejamos primeiro o que se passa no eixo dorsoventral. Já vimos que o tubo neural se forma pela invaginação da placa neural até que os lábios dorsais se unam na linha média e o ectoderma não neural recubra a estrutura cilíndrica assim formada O mesoderma axial (notocórdio) fica bem abaixo da placa e, depois, do tubo neural. Duas regiões especializadas formam-se nesse processo: a placa do teto, na parte mais dorsal do tubo, e a placa do assoalho, na parte mais ventral — ambas compostas por células gliais. Os neurônios juvenis que constituem o resto do tubo, de início semelhantes, logo se transformam em motoneurônios, ventralmente, e em intemeurônios sensoriais, dorsalmente. Recentemente, revelou-se que essas transformações são comandadas por sinais moleculares de comunicação entre as células. O notocórdio produz uma proteína de nome intraduzível - Sonic hedgehog1 ou SHH - que se difunde em sentido dorsal pelo tubo neural. Mais tarde a placa do assoalho passa também a produzir essa proteína. As células juvenis do tubo neural reconhecem a SHH, e disso resultam sinais intracelulares que modificam a expressão gênica. Só que a natureza desses sinais varia com a concentração de SHH. Por isso, nas regiões mais ventrais, próximas da “fonte’'’ dessa proteína sinalizadora, as células do tubo neural diferenciam-se em motoneurônios; nas regiões mais distantes, onde é mais baixa a concentração de SHH, as células diferenciam-se em interneurônios. As moléculas que produzem efeitos diferentes segundo a sua concentração são chamadas morfógenos. 18 Algo semelhante acontece dorsalmente. Só que neste caso não se trata de um morfógeno, mas de uma família de proteínas já mencionadas: as BMPs. Como vimos, essas proteínas são produzidas e secretadas pelo ectoderma. Mais tarde passam a ser produzidas também pela placa do teto. As diferentes BMPs se difundem em sentido ventral e são reconhecidas pelos neuroprecursores mais dorsais, que se diferenciam em distintos tipos de intemeurônios, de acordo com o tipo de BMP que logram reconhecer. O papel dessas duas moléculas indutoras e morfogenéticas está bem demonstrado para a medula espinhal primitiva, mas há evidências de que elas atuam também em níveis mais rostrais do tubo neural, no rombencéfalo, mesencéfalo e diencéfalo. Nestes casos, entretanto, a diversidade de moléculas envolvidas é maior, tornando mais complexo o processo. A diferenciação rostrocaudal do SNC embrionário começa também na placa neural, junto com a indução (Figura 2.13A), porque os fatores indutores folistatina, noguina e cordina ativam genes rostrais, enquanto fatores diferentes ativam genes mais caudais. Dentre estes últimos, destacamse o FGF83 (um fator trófico, veja adiante) e um morfógeno de molécula surpreendentemente simples, o ácido retinoico. Assim, no estágio de placa neural o SNC já está diferenciado em dois “compartimentos”: um mais anterior, que dará origem aos neurônios e gliócitos do prosencéfalo, e outro mais posterior, que formará as demais vesículas. Um pouco mais tarde, quando já está formado o tubo neural, os neurobiólogos do desenvolvimento observaram um fato curioso. O rombencéfalo apresenta intumescências periódicas visíveis ao microscópio, que foram chamadas de rombômeros. Cada rombômero reúne os neurônios precursores de um par de nervos cranianos, de modo semelhante aos segmentos espinhais, relacionados com um par de nervos espinhais cada um. Investigando a natureza dos. genes e as respectivas proteínas de cada rombômero, chegou-se à conclusão de que cada um tem um padrão característico. Trata-se de genes homeóticos e suas proteínas, uma família de moléculas muito conservada ao longo da evolução, desde os invertebrados até o homem, e sempre relacionada com a determinação dos segmentos do eixo rostrocaudal do corpo. Os genes homeóticos dos rombômeros, desse modo, vão produzindo proteínas específicas que, por sua vez, conferem especificidade aos neurônios dos diferentes núcleos ao longo do tronco encefálico. Mas quem controla os genes homeóticos? Neste caso, o “culpado” parece ser novamente o ácido retinoico mencionado anteriormente, secretado pelo mesoderma adjacente em concentrações diferentes, de acordo com o Abreviatura em inglês de fator de crescimento de fibroblastos. nível rostrocaudal: as diferentes concentrações provocam a expressão de genes homeóticos distintos. Não se conseguiu reconhecer segmentos claramente visíveis ao microscópio no mesencéfalo e no prosencéfalo, mas foi possível identificar a expressão “segmentar” de genes homeóticos próprios e suas respectivas proteínas, possivelmente envolvidos com a diferenciação dos diversos setores e núcleos dessas regiões do SNC. Assim, foi possível estabelecer a generalidade de um princípio fundamental da diferenciação regional do SNC embrionário: fatores indutores e morfogenéticos mesodérmicos ativam genes homeóticos diferentes nos diversos níveis, e 19 estes sintetizam proteínas que aos poucos vão tornando diferentes as células que inicialmente eram iguais, permitindo o aparecimento dos diversos núcleos com sua morfologia típica, seusneurônios e gliócitos característicos e suas conexões específicas. MIELINIZAÇÃO: FINAL 00 DESENVOLVIMENTO? Não se pode determinar um momento preciso em que o sistema nervoso se tom a adulto, isto é, o ponto final do desenvolvimento. Mesmo porque o sistema continua a transformar-se, embora menos aceleradamente, durante toda a vida adulta. Entretanto, geralmente se considera que o processo da mielinização marca o estágio final de maturação ontogenética do sistema nervoso. A mielina, como sabemos, é um m aterial isolante (quimicamente constituído por lipídios ou gorduras) que faz parte da membrana de certas células da neuroglia, os oligodendrócitos. Em um certo momento, quando essa membrana glial toca as fibras nervosas, vai-se enrolando em torno delas até formar uma espessa espiral que cobre a fibra toda, a não ser em alguns pontos. Nem todas as fibras do sistema nervoso são mielinizadas, mas as que são possuem maiores velocidades de condução dos impulsos nervosos. A mielinização , portanto, é um dispositivo que permite adquirir maior eficiência na transmissão de informação. No cérebro humano, a mielinização pode atualmente ser acompanhada em vida por técnicas de neuroimagem por ressonância magnética capazes de revelar detalhes da composição da substância branca-cerebral. Essa técnica revelou que a mielinização se inicia nos grandes feixes de fibras do tronco encefálico, bem ao final da gravidez e nos primeiros dias após o nascimento, ascendendo depois aos feixes diencefálicos e à parte posterior do corpo caloso (1 a 3 meses pós-natais), em seguida à cápsula interna' e ao restante do coipo caloso (na altura dos 6-8 meses), alcançando a substância branca dos hemisférios cerebrais ao final do primeiro ano de vida. A partir daí, acredita-se que o processo se prolongue lentamente até a puberdade, em todas as regiões cerebrais. 0 GLIOCITO E A CELULA POLIVALENTE DO SISTEMA NERVOSO Os Tipos de Célula Glial A classificação dos tipos celulares neurogliais que seaceita atualmente deve-se basicamente a Ramón y Cajal, autor de extensas e detalhadas descrições sobre a estrutura fina dessas células. No sistema nervoso central consideram-se duas grandes classes: a macroglia e a microglia, assimchamadas pelas dimensões de seus corpos celulares. Amacroglia (Figura 3.2) é formada por astrócitos, oligodendrócitos e célulasNG2, recentemente descobertas". Os três têm origem embrionária neuroectodérmica, como os neurônios (confira, a esse respeito, o Capítulo 2). A microglia,por outro lado, é formada por um conjunto homogêneo de células de origem mesodérmica, aparentadas às células dosistema imunitário em estrutura e função. O sistema nervoso periférico apresenta um tipo glial principal, as células de Schwann, originadas da crista neural do embrião, estrutura que dá origem não apenas a células neurais, mas também a células não neurais, como os melanócitos da pele c as células da medula adrenal. Além delas existem também células satélites nos gânglios periféricos, de função pouco conhecida. Outras células presentes em regiões mais específicas têm classificação incerta, não sendo facilmente afiliadas nem à macroglia nem à microglia do SNC, e tampouco à glia do SNP. Os astrócitos possuem prolongamentos muito numerosos que emergem do soma e se ramificam profusamente, formando uma densa arborização. Esses prolongamentos ocupamos meandros do espaço intemeuronal, envolvendo sinapses e nodos de Ranvier. formando verdadeiras capas envoltórias dos capilares sanguíneos do sistema nervoso e constituindo o revestimento interno da parede das cavidades intracerebrais e das meninges (Figura 3.18). Essa distribuição extensa delimita territórios próprios de cada astrócito, com uma certa área de superposição com os. Astrócitos vizinhos, onde se dá a “conversa” entre eles. O território de um astrócito inclui milhares de sinapses e inúmeros vasos sanguíneos sobre os quais ele exerce influência, como veremos adiante. Além de suas características morfológicas, os astrócitos têm sido identificados mais recentemente pela expressão de uma proteína que lhes é exclusiva, a chamada proteína ácida fibrilar glial (conhecida pela sigla GFAP, abreviadada denominação inglesa da molécula). A GFAP pode ser localizada no astrócito por meio de anticorpos monoclonaisG fluorescentes ou coloridos, e assim ser utilizada para reconhecer esse tipo celular. A Rede Neurônio-glial de Informação Ninguém discutiria a afirmativa de que o sistema nervoso é constituído de uma rede de células que formam oscircuitos neurais. quando essas células são identificadas como neurônios. No entanto, sempre se negou que ascélulas gliais participassem ativamente desses circuitos, a não ser como elementos acessórios e passivos. Atualmente, entretanto, acumulam-se as evidências de que os circuitos neurais são na verdade neurônio-gliais. Classicamente, por exemplo, considerava-se o neurônio uma célula excitável, e a célula glial inexcitável. A definição de excitabilidade envolvia apenas a 20 capacidade de gerar impulsos bioelétricos, como é o caso dos neurônios (e das células musculares). Mas logo se verificou que as células gliais, especialmente os astrócitos, embora de fato não produzam potenciais de ação ou potenciais sinápticos, geram correntes internas de Ca ++ com alta capacidade de sinalização, utilizadas para ativar a expressão gênica dessas células, e vias bioquímicas de diversos tipos. Verificou-se também que essas “ondas de cálcio” se espraiam por todo o citoplasma do astrócito, surgindo espontaneamente ou provocadas por atividade neuronal: nesse momento, os astrócitos liberam moléculas sinalizadoras para o meio extracelular, que têm ação em outras células, inclusive neurônios. As moléculas liberadas são os chamados gliotransmissores, dois deles semelhantes aos nenrntransmissores, o glutamato e o aspartato, e outros menos conhecidos, como o ATP, a taurina e.a D-serina. Discute-se ainda o modo de liberação desses gliotransmissores, havendo quem defenda a liberação vesicular (Figura 3.20A), como ocorre nas sinapses químicas entre neurônios. Assim, os astrócitos são células que sinalizam a outras através de transmissores químicos; essa é uma parte da história. O circuito se fecha quando se constata que algumas células gliais - astrócitos e NG2 -recebem sinapses de axônios. podendo assim ser ativadas por estes (Figura 3.20B). A conclusão é que as células gliais participam dos circuitos neurais junto com os neurônios, formando
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