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CIRCUITOS NEURAIS E FUNCIONAMENTO SINÁPTICO – CARMINHA (Aula 2) • Propriedades comuns dos neurônios → ✓ Os neurônios são especializadas na geração e propagação de sinais elétricos (potenciais de ação ou impulsos nervosos), são considerados sinais essenciais para garantir a comunicação entre neurônios ou neurônios e células efetoras. Rede de comunicação envolve células especializadas na transmissão de informações que dependem de um conjunto de sinapses (contatos funcionais- possibilita essa transferência de informações). ✓ Nos vertebrados superiores as sinapses são quase que exclusivamente químicas, ou seja, necessita de um conjunto de mensageiros químicos (neurotransmissores). ✓ Capacidade do neurônio de responder os estímulos deflagrando os sinais elétricos que são impulsos nervosos, é feito um processamento digital através das alterações nos potenciais de membrana → potenciais pós-sinápticos podem ser excitatórios ou inibitórios. ✓ Rede de comunicação será fundamental para garantir a sinalização que faz um conjunto de células efetoras (musculares – esqueléticas, cardíacas, lisas ou glandulares como de glândulas endócrinas e exócrinas) de diferentes tipos para que o organismo consiga se manter funcionando de maneira adequada. • Comunicação Celular no Sistema Nervoso ✓ A sinalização apresenta uma via de entrada em que os dendritos representa a parte do neurônio mias especializada na captação das informações e responder aos estímulos. ✓ Corpo celular → relacionado com a integração ou processamento. Para que um sinal seja direcionado para outro neurônio ou célula efetora, segue a transmissão via axônio. • Estrutura Neuronal ✓ Neurônio é uma célula estrelada, apresenta o corpo celular (Pericário) ligado á ele tem um conjunto de terminações dendríticas que são especializadas na recepção de estímulos e na variação do potencial da membrana que pode permitir mais facilmente a deflagração do potencial de ação especialmente na região do cone axônico e o axônio se ramifica permitindo que o sinal elétrico seja direcionado para o conjunto de elementos pós- sinápticos podendo ser neurônios ou células efetoras. • Categorias Anatômicas e Funcionais dos Neurônios: ✓ Divisão de neurônios de forma funcional: divididos em sensitivos ou sensoriais, motores ou de associação. ✓ Os neurônios sensitivos podem ser de diferentes tipos, classificados com base no número de polos → Pseudounipolares (apresenta o corpo celular e inicialmente um único polo que depois se bifurca): são encontrados nos gânglios sensitivos, relacionados na transmissão da informação somatossensorial – sensitiva; Neurônios Bipolares (corpo está dividido em dois polos, um polo com os dendritos e o outro com o axônio): são os receptores do olfato presentes na mucosa olfatória e conjunto de neurônios na retina realizando a conexão o fotorreceptor e a célula ganglionar. Além disso, encontra-se diferentes tipos de neurônios envolvidos no processamento de informações em que os interneurônios podem ser divididos em anaxônicos (não podem ser identificados o axônio, apenas o corpo celular e o conj. de dendritos associados) e os multipolares – são encontrados no cerebelo, no córtex cerebral, envolvidos em sinais de diferentes tipos (seja sinais sensitivos ou motores). ✓ Os neurônios motores podem ser classificados em multipolares em que há o corpo celular e múltiplos polos, é um neurônio periférico e tem o axônio envolvido formando a bainha de mielina pelas células de Schwann que estão ao redor. Apresenta neurônios que podem ser classificados com aferentes (onde chega) e eferentes (saindo do SNC para que a informação chegue ao efetor, podendo ser motor ou sensitivo). • Gliócitos: Células da Glia são mais numerosas que os neurônios e são encontrada no Sistema nervoso periférico, que contém as células satélites- sustentam os corpos celulares e as células de Schwann – secretam fatores neurotróficos (crescimentos neurais) e formam bainhas de mielina nos axônios do SNP. Já no Sistema nervoso central contém os oligodendrócitos – que formam a bainha de mielina nos axônios do SNC, as micróglias (células do sistema imunitário modificadas) – age como células fagocitárias e os astrócitos; ambos tipos de células fornecem substratos para o produção de ATP, ajudam a formar a barreira hemato-cefálica, secretam fatores neurotróficos, captam K+, água, neurotransmissores e são fontes de células-tronco neurais. Por fim, tem o tipo de células ependimárias as quais criam barreiras entre compartimentos. • Potenciais Graduados e Potencial de Ação: ✓ Sinais nervosos podem ser separados em dois blocos → potenciais de ação ou impulsos nervosos ou variações do potenciais de membrana que são respostas locais – Potenciais Graduados. ✓ Impulso nervoso é um sinal considerado auto-regenerativo porque a cada ponto da membrana é deflagrado um novo potencial de ação que envolve uma ativação de um mecanismo de retroalimentação positiva dos canais de sódio [ocorre entrada de sódio – polaridade da membrana ocorre uma diminuição da polaridade, ou seja, despolarização podendo gerar uma inversão da polaridade em que antes era eletronegativa na face interna ultrapassa o zero → Fenômeno “Tudo ou Nada”: depois que alcança um nível crítico da zona de disparo onde todos os sinais de sódio são ativados gerando uma amplitude máxima – não sofrendo somação - dessa variação do potencial, em que a resposta vai acontecer e permitir a comunicação de informações e caso seja abaixo do nível crítico irá desaparecer e para que ocorra deve apresentar um estímulo de intensidade mínima = limiar e enquanto o potencial está acontecendo a região da membrana entra no estágio de refratariedade (em que ela perde a capacidade de 1 neurônio para 10 a 50 gliócitos gerar um novo sinal até que as condições mínimas de excitabilidade sejam recuperadas)] depois ativação dos canais de potássio. ✓ No potencial graduado tem-se uma variação do potencial de membrana abaixo do limiar, ou seja a amplitude depende da intensidade do estímulo. Podendo ser iniciada por um estímulo químico, elétrico, mecânico enquanto o potencial de ação é deflagrado pela variação do potencial de membrana. Outra diferença, é que pode ocorrer somação temporal ou espacial→ em que se houver dois estímulos pode somar a resposta do 1º com o 2º; se aplicar dois estímulos ao mesmo tempo em áreas próximas da membrana pode somar a variação. Pode ser, despolarizante ou hiperpolarizante como as sinapses. • Potencial de Ação da Célula Nervosa: ✓ Galvanômetro: mede a voltagem. ✓ Osciloscópio: registra a oscilação. ✓ Neurônio apresenta 3 fases: de despolarização, repolarização e pós- hiperpolarização. • Sinapse Química: ✓ Em um neurônio quando o potencial de ação vai se propagando ao longo do axônio vai chegando na terminação axônica, já que a maioria das sinapses vão ser ácido dendríticas, somáticas ou ácido axônicas em que ocorre a despolarização do terminal axônio vai ocorrer a ativação dos canais de cálcio com voltagem independente iniciando o processo de exocitose do neurotransmissor (Estava 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1. Potencial de membrana em repouso. 2. Estímulo elétrico despolarizante, provocando uma resposta graduada que vai variar até o limiar. 3. Membrana despolariza até o limiar. Os canais de Na+ controlados por voltagem se abrem rapidamente aumentando a condutância ao sódio já que mais canais vão sendo ativados e o Na+ entra na célula, porém por eles apresentarem duas comportas de ativação e inativação o mesmo fator que causa a abertura ele também vai produzir a mudança na comporta de inativação que se muda mais lentamente. Os canais de K+ controlados por voltagem começam a se abrir lentamente. 4. A entrada rápida e Na+ despolariza a célula. 5. Os canais de Na+ se fecham (esse tempo entre a aberturae fechamento é de em média milésimos de segundos) e os canais de K+ progressivamente são ativados, mais lentos se abrem. Atingindo o pico do potencial de ação e com isso na medida que vão desativando os canais de Na+ não apresenta outros para serem ativados, entra-se no período refratário absoluto e essa refratariedade só vai ser removida na medida em que os canais de Na+ vão passando do estado inativado para o estado deles de repouso → voltar a fechar a comporta de ativação e abrir de inativação; acontecendo na medida que acontece a repolarização. 6. O K+ se move da célula para o líquido extracelular. 7. Os canais de K+ continuam abertos (demora para fechar) e mais K+ deixa a célula, hiperpolarizando-a → saindo um pouco mais que o necessário para retornar o valor do potencial de repouso (-65 a -70mV) e por isso o potencial fica mais negativo do que antes de iniciar a polarização. 8. Os canais de K+ controlados por voltagem independentes se fecham e menos K+ sai da célula, a região da membrana vai voltando ao potencial de membrana de repouso. 9. Atividade da bomba de sódio e potássio e dos canais de vazamento que vão fazendo esse pot. de membrana voltar ao valor → A célula retorna à sua permeabilidade iônica de repouso e ao potencial da membrana em repouso. armazenado em vesículas e vai ser liberados na fenda sináptica e se difundem para se ligar aos receptores que estão na membrana da célula pós- sináptica → pode ser outro neurônio ou pode ser uma célula efetora). A interação dos neurotransmissores é que irá ativar uma variação o potencial de ação de memb. de repouso na membrana da célula pós-sináptica de maneira a garantir que ocorra ou um potencial pós-sináptico excitatório ou um potencial pós-sináptico inibitório; De acordo com isso ou não pode-se ter a deflagração do potencial de ação da membrana dessa célula pós-sináptica (Sinapse Química: a transmissão é unidirecional, indo do elemento pré- sináptico para o elemento pós-sináptico e como há necessidade dessa liberação o neurotransmissor e da interação com receptores que são de diferentes tipos e que vão levar essa mudança no potencial de membrana da célula pós-sináptica → período de latência entre a despolarização do terminal axônio do neurônio pré-sináptico e o início da resposta do elemento pós sináptico.) • Transferência de Informação na Sinapse: 1. Despolarização da membrana no terminal axônico, levando a ativação de canais de Ca+ voltagens dependentes ou voltagens operados. 2. A entrada de cálcio leva a ativação de um conjunto de elementos que vai permitir a liberação do neurotransmissor (armazenado em vesículas) por exocitose, na fenda sináptica. 4. Se difunde e vai se ligar com o receptor de membrana na célula pós-sináptica e com isso tem-se a resposta que se inicia com o potencial de membrana variando e gerando uma resposta pós-sináptica excitatória ou inibitória. • Etapas da Neurotransmissão ✓ Necessita de neurotransmissor (NT) armazenado após sua sintetização nas terminações axônicas (em vesículas). Quando ocorre a despolarização do terminal axônio tem-se a ativação dos canais de cálcio voltagem independentes de maneira que ocorre a exocitose para liberação na fenda sináptica → assim permite que o NT chegue até a área onde estão os receptores na célula pós-sináptica por difusão na fenda sináptica. ✓ Ao interagir na fenda, o NT vai levar á uma variação do pot. de membrana que vai depender do tipo de receptor considerado (ex: receptores ionotrópico: são ligados aos canais iônicos quando o receptor funciona como canal iônico tem a finalização super rápida, como o caso da Acetilcolina interagindo com o receptor nicotínico que está na membrana da célula muscular esquelética e também encontrado na membrana de neurônios → receptor funciona como um canal de cálcio, deixando primeiro entrar sódio e depois a saída do potássio permitindo o potencial pós-sináptico excitatório do tipo rápido (milésimos de segundos). ✓ Apresenta outros receptores que não funcionam como canal, estão ligados por exemplo a uma proteína que tem afinidade por nucleotídeos guanosina (Proteína G) → nesse caso quando um neurotransmissor se liga no receptor vai mudar o estado dessa proteína G e isso pode levar indiretamente no canal iônico ou ativação do canal de enzima == transmissão lenta (segundos). ✓ Quando o NT é liberado de alguma maneira a sinalização necessita ser interrompida, dependo do tipo do NT; apresenta NT que pode ser destruído ligado na membrana pós-sináptica através da ação de alguma enzima (ex: Acetilcolina e sua enzima acetilcolinesterase que vai quebrar a ligação éster, liberando colina e acetato interrompendo a transmissão rapidamente, existem outros NT que precisam ser recapturados→ transportados para o interior do terminal axônico da célula pré-sináptica sofrendo ação enzimática e são desativados (ocorre com a noradrenalina). ✓ Para saber a velocidade necessita do tipo de neurotransmissor e do seu sistema relacionado. ✓ Sendo uma transmissão sináptica a quantidade de NT liberados é maior que a necessária para deflagração da célula pós-sináptica → fator de segurança. ✓ Deve levar em conta: a intensidade do estímulo, células que vai receber a informação de vários neurônios ao mesmo tempo e que são NT diferentes, alguns excitatórios e outros inibitórios. Figura 1: Exemplos de situações em que dependendo do estímulo aplicado a quant. de NT liberado pode ser pequena (podendo não gerar deflagração do potencial de ação). ✓ Quando há um estímulo com intensidade mínima suficiente ele irá possibilitar uma variação crítica do pot. de membrana permitindo a deflagração do potencial de ação. Quanto maior a intensidade = maior a deflagração do potencial de ação. ✓ Neurônios vão fazer uma comunicação baseada na frequência do pot. de ação; então não tem como identificar se o estímulo é mais forte ou mais fraco pela amplitude/comprimento do potencial de ação → ela é máxima para as condições de estabilidade do momento, decodificando o estímulo como mais forte por gerar um número maior de potenciais de ação em um intervalo de tempo. • Inativação de Neurotransmissores ✓ Através de uma enzima que tá ligada a membrana da célula pós-sináptica na própria fenda sináptica. Pode ocorrer a recaptura do NT como ocorre com a noradrenalina em que no seu interior do terminal axônico existe uma enzima chamada monoamina oxidase (MAO) inativa o NT → metabolização. ✓ Neurotransmissor pode se difundir para fora da fenda sináptica e chegar na circulação sanguínea sendo metabolizado por outras células (efetora, glial, na própria cél. pré-sináptica ou através da ação da enzima ligada na célula pós-sináptica). • Circuitos Neuronais ✓ Lembre-se: os neurônios são organizados em redes neurais/neuronais → realiza o processamento para ter determinada resposta. Para Figura 2: Esquema demonstra a transmissão da sinalização em que há a possibilidade de o NT interagir com o receptor ligado ao canal iônico (Receptor ionotrópico: funciona como canal possibilitando uma variação mais rápida do pot. pós-sináptico de membrana e com curta duração); Esses receptores podem funcionar como canal iônico diferente → ex. do Acetilcolina que funciona 1° como canal de Na+ e quando ocorre a despolarização com sua entrada há o potencial pós- sináptico excitatório. Existem outros receptores que podem funcionar como canal de potássio (em que o canal abre o K+ como está mais concentrado no meio intracelular ocorre sua saída gerando despolarização) ou de cloreto (mais concentrado no meio extracelular ocorre a hiperpolarização do pós-sináptico inibitório, como o que acontece com o GABA - ácido gama- amino butírico). Existem os NT que se ligam aos receptores metabotrópicos acoplados à proteína G (trimérica: apresenta uma subunidade alfa - contém GDP ligado e o complexo α-GDP, subunidade betae subunidade gama), quando ocorre a ligação do NT com o receptor liberam o GDP ligam o GDP , a subunidade alfa se separa do complexo betagama e isso possibilita a ativação de um sistema de ativação em que dependendo do tipo de proteína G a subunidade alfa pode ser → alfa S, alfa I, alfa Q podendo levar diferentes sistemas do segundo mensageiro pq o neurotransmissor seria como o 1° mensageiro extracelular e as substâncias que estão fazendo a sinalização celular vão ser chamadas de 2° mensageiro podendo modificar a atividade de um conjunto de proteínas. Ocorre o fechamento de canais iônicos, caso seja o de sódio vai entrar menos sódio ocorrendo a hiperpolarização e se houver a abertura do canal de sódio despolariza; abertura do canal de potássio ou de cloreto ocorre a hiperpolarização caso tenha o fechamento do canal de potássio diminuirá sua saída também irá despolarizar). ATENÇÃO! Um PEPS (Potencial excitatório pós-sináptico) é despolarizante: torna o interior da célula mais positivo, trazendo o potencial de membrana mais perto de seu limite para disparar um potencial de ação. Às vezes, um único PEPS não é grande o suficiente para trazer o neurônio ao limite, mas ele pode se somar a outros PEPSs para desencadear um potencial de ação. Os PIPSs (Potencial inibitório pós-sináptico) têm o efeito oposto. Ou seja, eles tendem a manter o potencial de membrana do neurônio pós-sináptico abaixo do limiar de disparo de um potencial de ação. PIPSs são importantes porque podem neutralizar, ou anular, o efeito excitatório dos PEPSs. cada tipo de sinal existe uma rede neuronal própria para garantir o processamento da informação. ✓ Podem seguir princípios gerais da organização: princípio da divergência ( de uma única célula o sinal vai ser distribuído para várias células pós-sinápticas disseminando-se) ou da convergência (de várias células o sinal vai sendo levado até chegar em uma só). Porém existem outras, como a organização que permite que um sinal continue sendo repetido, chamada de reverberação mantendo a ativação daquela via e a organização em que permite que a atividade seja preservada seguindo um caminho paralelo em mais de uma via. • Circuitos Divergentes ✓ Princípio da divergência: ativa o neurônio pré sináptico o qual emite vários colaterais axônicos nesse caso houve 3 ramificações (3 neurônios pós-sinápticos) e cada um dele por sua vez realizam outros colaterais → generalizando; fazendo a resposta ser maior porque está sendo ativado vários (multi) neurônios pós-sinápticos em diferentes áreas do cérebro. • Circuitos Convergentes ✓ Possibilidade de redes neuronais em que vários neurônios vão realizar sinapses com um só neurônio pós-sináptico para assim concentrar aquela informação em um único efetor (produzam o mesmo efeito), possibilitando um controle que é dirigido para um determinado efetor. • Circuitos Reverberantes ✓ Há o sinal de entrada (ativação do neurônio), esse neurônio realizou sinapse com o outro porém o 3° neurônio emite colateral permitindo que a informação retorne para ativar um neurônio pré-sináptico e depois volte novamente para o mesmo neurônio que emitiu o colateral → reforçando a atividade do neurônio que emitiu o colateral, importante para atividades que vão se repetindo ciclicamente como: a respiração, ativação do ciclo de sono que vão se repetindo ao longo de uma noite de sono e para ativar a memória de curto prazo. ✓ Ou seja, além de levar uma resposta no sinal de saída (Output) tem-se a ativação de uma via que reforça a ativação da mesma resposta. • Circuito de pós-descarga em paralelo ✓ Apresenta uma via que faz uma espécie de multiplicação de várias respostas, em que há o sinal de entrada e o neurônio emite vários colaterais (para a via adjacente, para o efetor – caminho principal e paralelo). ✓ Possibilita que o sinal ative de maneira monossináptica a saída (output), mas ao mesmo tempo está gerando em paralelo que vem um pouco atrasado (conexão dissináptica e outro trissináptica) pois passa por um número maior de células permitindo uma atividade motora tônica. ✓ Exemplo: pisou em cima de uma concha pontiaguda na areia → resposta imediata no lado em que ocorreu = o reflexo de retirada (Resposta flexora); dependo da intensidade apenas levanta o pé, se houver uma resposta mais intensa tem a flexão do joelho ou ainda mais intensa tem a remoção que envolve a coxa/joelho/perna/pé mas do lado oposto apresenta uma extensão = resposta extensora cruzada, se não houvesse a ativação da via de pós-descarga rapidamente teria extensão (ativa músculos extensores para contrair e permanecer contraídos para que não ocorra a perda do equilíbrio gerando a queda) e após relaxamento → para que a perna não desça novamente onde ocorreu o estímulo nocivo. ✓ De um input são gerados três outputs através de circuitos de diferentes retardos. ✓ Ex: em ações motoras tônicas. • Neurônios Excitatórios ✓ Exemplo de uma célula pós-sináptica em que há conexão sinápticas (no caso acima todas são excitatórias + → se elas 3 acontecerem ao mesmo tempo – estímulos submiliares, ou seja ocorre a somação - em cada uma dessas regiões diferentes, mas em áreas próximas uma determinada quantidade de um NT tá sendo liberado com valor suficiente para deflagração do pot. de ação na zona de gatilho/disparo para a membrana ao longo do axônio, isoladamente me cada uma das áreas pode ser que a quantidade de NT seja pequena – abaixo do mínimo necessário para gerar variação no potencial de membrana suficiente para deflagrar o potencial de ação ) de três diferentes terminações. • Neurônios Inibitórios ✓ Apresenta um terminal em que o NT é inibitório (-) e dois excitatórios (+). Se houvesse apenas uma sinapse no inibitório iria ocorrer a hiperpolarização e não ia aparecer potencial de ação (formação abaixo do limiar); caso tenha 1 inibitório e 1 excitatório pode ser que essa quantidade de + não seja suficiente parra superar a variação que foi no -, mas no momento em que há união dos dois + eles iram gerar uma variação suficiente para garantir uma somação que gera um potencial de ação. ✓ Pode ou não ter um potencial de ação dependendo de ter uma variação crítica no potencial de membrana. SOMAÇÃO ESPACIAL(os dois chegam ao mesmo tempo) E TEMPORAL (há uma diferença entre o tempo do efetor). • Inibição Pré-Sináptica ✓ Presença de um neurônio excitatório que ativou a célula pós-sináptica que ativou o potencial de ação que deflagrou o potencial de ação para liberar NT para essa célula-alvo. ✓ Sinapse axo-axônica recebe uma influência de um neurônio inibitório pode ocorrer uma inibição pré-sináptica para essa sinapse na célula-alvo; aguardaria a resposta em 3 células já que ele tem terminações que fazem sinapses com 3 células efetoras, porém houve resposta em duas porque antes de ocorrer a sinapse houve a liberação de um NT inibitório de maneira que nessa sinapse com essa célula-alvo específica ficou sem resposta. • Inibição Pós-Sináptica ✓ Houve a ativação de um neurônio por um neurônio excitatório → tem o pot. sináptico excitatório que pode levar a deflagração do pot. de ação para ativar essas outras células. Porém nesse caso acima, houve um neurônio inibitório que liberou o neurotransmissor que realizou uma neuromodulação; houve a influência de um potencial sináptico excitatório (EPSP) e um inibitório (IPSP) isso alterou o potencial de maneira não deflagrar o potencial de ação à nível de disparo, sem esse potencial nenhuma das células vai responder pois não tá ocorrendo a liberação de NT pois não há sinapse.
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