Sistema Nervoso Central em Vertebrados 

 

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Todas as células são excitáveis ou irritáveis. Resulta desse facto que todos os organismos são sensíveis a alterações ambientais e a estímulos de diversas fontes. Devido à complexidade dos estímulos, internos e externos, que recebe, um animal necessita de um sistema nervoso, para perceber, transmitir a todo o corpo e efectuar respostas adequadas a esses mesmos estímulos. Este sistema funciona igualmente como coordenador e integrador as funções das células, tecidos, órgãos e aparelhos, de modo a que se obtenha um todo que funcione como uma unidade.

O sistema nervoso é o mais complexo de todos os sistemas do corpo de um animal. As suas unidades básicas continuam a ser células, mas neste caso estão organizadas em redes e circuitos que processão informação. Nestes circuitos reside não apenas a capacidade de gerar respostas imediatas a estímulos, mas também a capacidade de recordar esses estímulos e respostas, bem como de os relacionar com outras experiências e de aprender com elas.

 

Introdução

 

Um animal simples e que permaneça fixo ao substrato, como um cnidário, processa informação através de uma rede neural simples, com ligações directas entre células sensoriais e efectoras e pouco mais. Com ela apenas consegue detectar presas ou perigo, reagindo com a extensão ou retracção do corpo e tentáculos, respectivamente.

Animais mais complexos ( mesmo que sejam apenas vermes achatados), que se deslocam sobre o substrato, necessitam de perseguir presas ou parceiros sexuais, necessitam de recolher e processar uma maior quantidade de informação. Essa necessidade é compensada pelo surgimento de grupos de neurónios designados gânglios. De acordo com a sua função, estes gânglios encontram-se espalhados pelo corpo do animal, como num anelídeo ou num cefalópode. Se um desses gânglios, ou par de gânglios, é maior que os restantes toma, então, a designação de cérebro.

 Nos vertebrados, a grande maioria das células nervosas é encontrada no cérebro e restantes estruturas localizadas na cabeça do animal - encéfalo - e na medula espinal, ou seja, no chamado sistema nervoso central (S.N.C.). Neste caso, a informação é transmitida das células sensoriais para o S.N.C. e deste para as células efectoras através de neurónios que estendem para além ou estão mesmo fora do S.N.C., designados (juntamente com as suas células glia de apoio) sistema nervoso periférico (S.N.P.).

Apesar de ser comum a todos os vertebrados um S.N.C. altamente desenvolvido, estes animais variam grandemente em relação às suas capacidades fisiológicas e complexidade de comportamentos.

 

  Evolução do sistema nervoso

As células nervosas designam-se neurónios, especializadas na recepção, condução e codificação de informação a outras células. Juntamente com células especializadas de suporte, formam as redes neurais dos animais, sejam eles seres humanos, lulas ou anémonas.

A informação sensorial é transformada em sinais eléctricos pelas células receptoras ou sensoriais, podendo assim ser conduzida e processada pelos neurónios. De seguida a resposta é comunicada às células efectoras ou motoras, sejam estas musculares ou glandulares. Assim, qualquer sistema nervoso apenas funcionará se as suas células funcionarem em conjunto e passarem entre si o impulso nervoso.

 

  Neurónio  

Como se forma e transmite o impulso nervoso num neurónio?

Estudos revelaram que o interior dos neurónios é carregado negativamente, em relação ao exterior. A diferença de cargas através da membrana plasmática do neurónio designa-se potencial de membrana. Este, num neurónio não estimulado ou em repouso, corresponde ao potencial de repouso

Este estado permite ao neurónio responder a estímulos pois estas células são sensíveis a factores físico-químicos que alterem o potencial de repouso numa zona da sua membrana. A alteração mais drástica do potencial de membrana corresponde ao impulso nervoso, que não é mais que uma inversão brusca das cargas através da membrana plasmática do neurónio. O impulso nervoso é, por esse motivo, designado potencial de acção, revelando o contraste com o potencial de repouso.

Nos neurónios as cargas eléctricas deslocam-se como iões e não como electrões. Esses iões são principalmente sódio (Na+), cloro (Cl-), potássio (K+) e cálcio (Ca2+) e deslocam-se através de canais proteicos e bombas de iões, inseridas na bicamada fosfolipídica da membrana plasmática do neurónio. 

A bomba de iões mais importante nas membranas dos neurónios é a chamada bomba sódio-potássio, que, como qualquer outra bomba de iões, desloca iões contra o seu gradiente de concentração com gasto de energia (no caso, retira sódio da célula e introduz potássio).

Os canais proteicos são poros revestidos por proteínas que permitem a difusão, sem gasto de energia portanto, de moléculas entre o interior e o exterior da célula. Estes canais são geralmente específicos de um dado tipo de ião e, no caso dos neurónios, podem ser "abertos" ou "fechados", quer pela passagem de corrente eléctrica pela membrana, quer quimicamente (ligação de uma outra molécula reguladora às proteínas do canal). 

No neurónio em repouso, os canais abertos de potássio são os mais comuns, tornando a membrana muito mais permeável a este ião que a qualquer outro. Este facto permite perceber o potencial de repouso, pois o potássio (cuja concentração elevada é mantida com gasto de energia pela bomba sódio-potássio) tende a difundir-se para fora do neurónio pelos canais de potássio. Esta saída contínua de iões positivos deixa para trás um excesso de iões negativos, causando uma diferença de potencial de cerca de -60 mV.

Se forem os canais de sódio a abrir, ocorrerá uma entrada maciça destes iões e uma alteração da posição das cargas, que se invertem em relação ao estado de repouso - despolarização. Se, pelo contrário, forem os canais de cloro a abrir, ocorrerá um aumento da diferença de potencial, ou seja o interior do neurónio tornar-se-á ainda mais negativo - hiperpolarização

Torna-se aparente que a abertura e o fecho de canais de iões, com as consequentes alterações de polaridade da membrana, é a chave da resposta dos neurónios aos

Relação entre o potencial de membrana de um neurónio e o impulso nervoso

 estímulos mas estes fenómenos são de pouca duração no tempo e no espaço. Para transmitir informação mais eficientemente, os neurónios utilizam os chamados potenciais de acção. 

O potencial de acção é uma alteração brusca e intensa do potencial de membrana, durando apenas cerca de 1 ou 2 milisegundos. Deslocam-se ao longo do axónio a velocidades que atingem os 100 m/s.

Os canais proteicos de sódio, regulados electricamente, são os principais responsáveis pela formação do potencial de acção. Quando a membrana está em repouso estes canais estão fechados, na sua grande maioria. Quando o potencial de membrana atinge um dado valor (cerca de 5 a 10 mV mais positivo que o potencial de repouso), abrem muito rapidamente, durante menos de 1 milisegundo. No entanto, este período de tempo é suficiente para que entre uma enorme quantidade de iões sódio, cuja concentração externa é mantida artificialmente alta pela bomba sódio-potássio. Assim, ocorre uma despolarização da membrana do axónio pois os iões positivos não só anulam o excesso de cargas negativas, como as ultrapassam largamente atingindo-se uma diferença de potencial de + 50 mV.

Relação entre o número de canais iónicos abertos e o potencial de acção

Após a despolarização é necessário que o neurónio volte ao seu estado de repouso, ou seja, deve ocorrer uma repolarização da membrana. Novamente, são os canais de sódio os principais responsáveis pela repolarização, pois rapidamente voltam a fechar, permitindo que a bomba sódio-potássio reponha as concentrações e a diferença de potencial de repouso. Alguns neurónios também têm canais de potássio sensíveis à passagem de corrente, que abrem e fecham mais lentamente que os de sódio, fazendo com que a saída de potássio acelere a retirada das cargas positivas em excesso na célula.

Os canais de sódio são igualmente responsáveis pelo chamado período refractário do neurónio, ou seja, um breve momento de cerca de 1-2 milisegundos em que não se pode gerar potencial de acção. Este facto decorre de os canais permanecerem fechados durante esse período, antes de se abrirem de novo, espontaneamente. Por esse motivo, durante um breve período, a membrana está hiperpolarizada. Assim, o potencial de acção apenas se pode deslocar num sentido, nunca retrocedendo na membrana do neurónio.

 Este mecanismo parece necessitar de um enorme volume de iões em deslocação quase instantânea através da membrana do neurónio mas tal não é real, basta a deslocação de um em cada 10 milhões de iões presentes na célula para gerar o potencial de acção, significando que é bastante fácil para a bomba sódio-potássio manter esta "bateria" iónica sempre carregada, mesmo em neurónios que geram potenciais de acção centenas de vezes por minuto.

A velocidade a que o potencial de acção se desloca num neurónio varia, sendo tanto maior quanto maior for o diâmetro do axónio. Em animais invertebrados esta é uma das maneiras de regular a velocidade de resposta do animal, com alguns axónios de resposta rápida (como os de comando dos tentáculos predadores de uma lula) a atingir 1 mm de diâmetro. 

 A importância dos canais de sódio e potássio na excitação dos neurónios levou a que numerosos organismos tenham desenvolvido toxinas poderosas que atacam especificamente essas estruturas celulares, tanto como mecanismos de defesa como de ataque. Destas substâncias, a mais conhecida é tetrodotoxina, produzida por certos tipos de peixe balão e alguns outros animais, que bloqueia os canais de sódio, impedindo a geração de potencial de acção e paralisando os organismos que a ingerem.

 A saxitoxina, um homólogo químico da tetrodotoxina, é produzida por dinoflagelados e os seus efeitos são semelhantes. É esta a causa de perigo, quando em presença das chamadas marés vermelhas, da ingestão de bivalves (que se alimentam de dinoflagelados).

 Os escorpiões paralisam as suas vítimas injectando uma potente mistura de toxinas pépticas que também afectam os canais iónicos dos neurónios, entre elas as alfa-toxinas, que prolongam o potencial de acção, confundindo o S.N.C. das suas vítimas prestes a ser devoradas. Outro tipo de substância do veneno de escorpião, as beta-toxinas, alteração os valores de diferença de potencial a que os canais de sódio abrem, fazendo com que abram a valores muito mais baixos do que os esperados e descoordenando o sistema nervoso da vítima.

 Outros animais produzem substâncias que combinam essas duas acções, como a batracotoxina, produzida por algumas espécies de rãs tropicais sul-americanas. Esta poderosa toxina alcalóide é usada por tribos sul-americanas para as suas setas envenenadas.

 Este tipo de arma neurológica anti-canais de sódio não é exclusiva dos animais, pois numerosas plantas produzem substâncias semelhantes, como a aconitina (jarros), veratridina (género Lilium) e numerosas toxinas insecticidas produzidas por crisântemos e rododendros.

 Os canais de potássio também são alvos de toxinas, como por exemplo a dendrotoxina produzida por vespas, apamina por abelhas, caribdotoxina ainda outro tipo de toxina produzida por escorpiões, entre outras. Todas estas têm como acção principal o bloqueio dos canais de potássio no neurónio.

 O potencial de acção pode deslocar-se a longas distâncias sem perda de sinal, o que é fundamental na sua função no animal. O potencial de acção pode ser descrito como um acontecimento do tipo tudo ou nada, que se auto-regenera, pois depende apenas de os canais de sódio estarem ou não abertos e por criar diferenças de cargas que provocam a abertura de novos canais mais à frente na membrana (a entrada de iões positivos torna o citoplasma menos negativo e assim atinge-se o potencial crítico que inicia a abertura dos canais de sódio). Assim, se existe um potencial de acção numa parte da membrana, haverá um estímulo para as regiões adjacentes gerarem potencial de acção e assim sucessivamente.

 

Em sistemas nervosos mais complexos, não é possível regular a velocidade de deslocação do potencial de acção fazendo variar o diâmetro do axónio, devido ao número de células que são necessárias (cada olho de mamífero, por exemplo, tem mais de um milhão de axónios a ele associados).

Já foram referidas as células de Schwann, células da Glia especializadas, que emitem prolongamentos membranares que envolvem os axónios. Estas capas de mielina não são contínuas mas deixam zonas nuas de axónio designadas nódulos de Ranvier. A mielina é uma substância isolante, ou seja, não permite a passagem de iões através da membrana. Para além desse facto, foi notado que os canais iónicos se encontram agrupados nos nódulos de Ranvier em axónios mielinizados.

Destes factos resulta que um axónio mielinizado pode gerar potencial de acção num nódulo de Ranvier mas este não se pode propagar às zonas adjacentes devido à mielina. No entanto, as cargas positivas que se deslocaram para o interior do axónio podem!! Assim, quando essas cargas se difundem pelo citoplasma até ao nódulo de Ranvier seguinte vão gerar um novo potencial de acção nesse local e assim sucessivamente. 

Deste modo, o potencial de acção não é contínuo mas "salta" de nódulo de Ranvier para nódulo de Ranvier, deslocando-se muito mais rapidamente, sem aumento de diâmetro celular. Este aumento de velocidade decorre de as cargas se espalharem pelo citoplasma muito mais rápido que os canais iónicos demorariam a abrir e fechar (devido ao período refractário).

Impulso nervoso saltatório, deslocando-se de nódulo de Ranvier em nódulo de Ranvier

 

As capacidades mais espantosas dos sistemas nervosos derivam directamente da interacção entre neurónios, permitindo regular comportamentos complexos, aprender e recordar, entre outras. Estas capacidades dependem, portanto, de ligações entre neurónios designadas sinapses.

As sinapses são junções celulares especializadas, em que uma das células influencia a outra através da passagem de mensagens químicas. A célula que envia a mensagem designa-se pré-sináptica e a que a recebe pós-sináptica. A separar as suas células, que nunca se tocam fisicamente, existe a chamada fenda sináptica, com cerca de 20 a 40 nm de largura.

Na zona terminal do axónio, em cada ramificação das telodendrites vai existir uma zona em forma de botão, contendo numerosas vesículas com moléculas químicas designadas neurotransmissores. Estas moléculas podem ser muito variadas e podem ser sintetizadas no corpo celular ou no axónio, sendo depois "embaladas" nas vesículas pelo aparelho de Golgi

Esquema de uma sinpase entre dois neuróniosA libertação do neurotransmissor ocorre por exocitose, após a chegada do potencial de acção à membrana pré-sináptica, pois esta apresenta canais iónicos de cálcio, activados pela corrente eléctrica. Este tipo de canal não existe em nenhum outro local do neurónio, apenas na zona sináptica. Dado que a concentração de cálcio é superior no exterior do neurónio, a abertura dos canais provoca a sua entrada brusca para o citoplasma da telodendrite. Este é o sinal para as vesículas de neurotransmissor se fundirem com a membrana pré-sináptica, libertando o seu conteúdo para a fenda sináptica. 

A membrana pós-sinaptica contém receptores específicos para a molécula neurotransmissora libertada, cuja ligação vai provocar a abertura momentânea dos canais de sódio e a formação do já familiar potencial de acção, que se propaga ao longo no neurónio pós-sináptico da forma já referida.

Na fenda sináptica existem geralmente enzimas hidrolíticas específicas para o neurotransmissor libertado. Assim, a actividade da sinapse depende do equilíbrio entre a libertação de neurotransmissor e a sua destruição enzimática. Os resíduos de neurotransmissor são reabsorvidos e reciclados para o fabrico, na membrana pré-sináptica, de novas moléculas neurotransmissoras.

Este último passo é fundamental, pois se o excesso de neurotransmissores na fenda sináptica não fosse removido, a membrana pós-sináptica permaneceria sempre despolarizada ou hiperpolarizada, incapaz de receber novo estímulo num espaço de tempo relativamente longo. Dado que a eficiência de um sistema nervoso depende da sua capacidade de transmitir o máximo de mensagens num mínimo de tempo, o neurotransmissor tem que ser removido rapidamente.

Existem vários mecanismos para terminar a acção do neurotransmissor:

  • enzimas específicas degradam a molécula no neurotransmissor;

  • neurotransmissor difunde-se para fora da fenda sináptica;

  • neurotransmissor é transportado activamente para o interior das células vizinhas - Prozac, a "droga maravilha" anti-depressiva, actua a este nível, retardando a reabsorção do neurotransmissor serotonina e, portanto, aumentando o seu efeito na sinapse.   

 Existem mais de 25 moléculas neurotransmissoras conhecidas mas certamente outras serão ainda descobertas. 

 O que define uma substância como neurotransmissor? Alguns critérios devem ser observados:

  • a substância deve estar presente no interior do neurónio pré-sináptico - este critério deve ser utilizado com as devidas precauções pois, como se pode ver no quadro abaixo, algumas substâncias podem ter várias funções na célula, sendo utilizadas, por exemplo, para formar proteínas numa e como neurotransmissor noutra;

  • a substância deve ser libertada em resposta a uma despolarização pré-sináptica, dependendo de movimentações iónicas através de canais de cálcio;

  • receptores específicos para a substância devem estar presentes na membrana pós-sináptica

 O quadro seguinte resume algumas das mais importantes, bem como o seu modo de actuação.

Neurotransmissor Funções Observações
Acetilcolina neurotransmissor excitatório motor em vertebrados e algumas zonas cerebrais degradada pela acetil-colinesterase, pelo que inibidores desta enzima são venenos poderosos (gás dos nervos, por exemplo) que matam por espasmos musculares violentos
Norepinefrina (derivado de aminoácido) neurotransmissor excitatório em certas zonas do cérebro, relaxa músculos viscerais e acelera o ritmo cardíaco semelhante à epinefrina, actua de modo semelhante e em receptores semelhantes
Dopamina (derivado de aminoácido) neurotransmissor excitatório do S.N.C. relacionada com a esquizofrenia; doença de Parkinson é causada pela perda de neurónios sensíveis à dopamina
Histamina (derivado de aminoácido) neurotransmissor menor do S.N.C. parece importante na manutenção do estado de vigília
Serotonina (derivado de aminoácido) neurotransmissor excitatório do S.N.C. envolvido em muitos sistemas, nomeadamente controlo da dor, controlo dos estados alerta/sono e disposição medicamentos que reduzem a ansiedade e melhoram a disposição geral actuam aumentando os níveis internos de serotonina ou retardando a sua inactivação na sinapse
ATP (purina) molécula excitatória, libertada simultaneamente com muitos neurotransmissores aparentemente associados à ligação de neurotransmissores à membrana pós-sináptica
Adenosina (purina) transportada através das membranas mas não libertada sinapticamente efeitos inibitórios generalizados na membrana pós-sináptica
Glutamato (aminoácido) neurotransmissor excitatório mais comum no S.N.C. alergias ao aditivo alimentar glutamato monosódico resultam dos seus efeitos a nível nervoso
Glicina (aminoácido) neurotransmissor inibitório comum drogas designadas benzodiazepinas, usadas como sedativos e redutores de ansiedade, imitam o efeito da glicina
Endorfinas  (péptido) usadas por certos neurónios sensoriais, especialmente em nervos associados à dor os seus receptores pós-sinápticos são activados por drogas narcóticas como ópio, morfina, heroína ou codeína

No entanto, descobertas recentes mostram que os neurónios utilizam muitas moléculas comuns no corpo, mesmo quando não existem receptores específicos para elas nas membranas sinápticas. É este o caso dos gases monóxido de carbono e óxido nítrico. A toda esta complexidade de situações acresce o facto de cada neurotransmissor ter uma actuação diferente consoante o receptor a que se liga, e existem sempre numerosos disponíveis.

Novamente, a importância do neurotransmissor na transmissão química do impulso nervoso torna-o um alvo para organismos produtores de toxinas e numerosas descobertas importantes sobre o mecanismo de acção das sinapses derivam do estudo da acção de venenos.

Uma importante classe de neurotoxinas é a das toxinas clostridiais, proteínas bacterianas extremamente potentes cuja acção bloqueia a libertação de neurotransmissores a nível da sinapse. Estas proteínas são responsáveis pelo botulismo e pelo tétano, doenças humanas muito graves devidas ao crescimento de bactérias anaeróbias em alimentos ou tecidos infectados, respectivamente. Estas toxinas não são mais que proteases altamente específicas, que "cortam" proteínas membranares pré-sinápticas, aparentemente fundamentais para a fusão das vesículas contendo neurotransmissor com a membrana pré-sináptica.Aranha viúva negra

Uma outra toxina que ataca a libertação de neurotransmissores é a alfa-latrotoxina, produzida pelas fêmeas de aranha viúva negra. Em presença deste veneno, dá-se uma descarga maciça de neurotransmissores, mesmo sem a acção dos canais de cálcio, pois o veneno liga-se à membrana pré-sináptica, facilitando a sua fusão com as vesículas.

Outras toxinas que afectam a taxa de libertação de neurotransmissores, produzidas por cobras, aranhas, gastrópodes e outros animais predadores, são conhecidas mas os seus alvos de acção não são conhecidos até ao momento.

 Como é referido no quadro anterior, a acetilcolina é o principal neurotransmissor que medeia a contracção muscular nas placas motoras. Assim, numerosos venenos naturais actuam sobre os receptores deste neurotransmissor. De facto, os dois principais grupos de receptores deste neurotransmissor, os nicotínicos e os muscarínicos, obtiveram-se precisamente pela sensibilidade que apresentam a alcalóides poderosos (nicotina produzida pela planta do tabaco e muscarina produzida pelo cogumelo venenoso Amanita muscaria). Ambas as substâncias são estimulantes poderosos, que causam náusea, vómitos, confusão mental e convulsões. O envenenamento por muscarina pode levar mesmo ao colapso circulatório, coma e morte.Serpente venenosa Bungarus multicinctus

O veneno alfa-bungarotoxina é um dos numerosos péptidos que compõem o veneno da cobra Bungarus multicinctus e bloqueia a libertação de acetilcolina na placa motora, sendo usado pela serpente para paralisar as suas presas. O péptido liga-se irreversivelmente aos receptores pós-sinápticos da acetilcolina, impedindo a abertura de canais iónicos pelo neurotransmissor e o controlo dos músculos esqueléticos.

Efeito semelhante tem o veneno da cobra capelo (alfa-neurotoxina) e de algumas espécies de serpentes marinhas (erabutoxina). O curare, uma mistura de toxinas vegetais, é usada pelos índios sul-americanos com efeitos e acção semelhante.Búzio capturando um pequeno peixe com o seu dardo venenoso

Outra interessante categoria de venenos que actuam a nível dos receptores de acetilcolina são os produzidos pelos caracóis marinhos ou búzios, designados no seu conjunto por conotoxinas. Existem conotoxinas para bloquear praticamente todas as etapas da formação do impulso nervoso, desde os canais de sódio, cálcio, até receptores de glutamato e de acetilcolina. O resultado final é apenas um: paralisar a presa, que foi injectada com um pequeno "dardo" venenoso, lançado pelo gastrópode.

Numerosas substâncias naturais têm sido usadas pelas diversas culturas ao longo da história, tal como a atropina produzida pela planta do género Belladona ou a scopolamina, que causam alterações da consciência, coma e morte.

Sinapses inibitórias como as que apresentam receptores de GABA ou glicina também são alvo de toxinas. A estricnina, um alcalóide retirado das sementes da planta Strychnos nux-vomica, é a única toxina conhecida com acção sobre as sinapses de glicina, causando hiperactividade, espasmos, convulsões e, eventualmente, a morte. É vendida comercialmente em grandes quantidade, como veneno para ratos e outros roedores domésticos.

As sinapses podem ser excitatórias ou inibitórias, controlando as reacções do corpo do animal em relação a um estímulo. Cada neurónio pode apresentar dezenas de dendrites, através das quais outros neurónios estabelecem centenas de sinapses. Cada um desses neurónios pré-sinápticos pode produzir um tipo diferente de neurotransmissor, tal como diferentes zonas do neurónio pós-sináptico podem apresentar diferentes receptores. 

 Pode-se, então, concluir que cada neurónio é capaz de receber uma grande variedade de mensagens químicas. Se a sua resposta a essa mensagem for uma despolarização da membrana, a sinapse é excitatória. Se, pelo contrário, a sua resposta for uma hiperpolarização da membrana, então a sinapse é inibitória.

 

Como funcionam as sinapses inibitórias e qual a sua importância?

Em vertebrados os neurotransmissores inibitórios mais comuns são o ácido gama-amino-butírico (GABA) e a glicina. Em sinapses inibitórias a membrana pós-sináptica possui canais iónicos de cloro, controlados quimicamente, que causam a hiperpolarização da membrana e diminuem a probabilidade desta gerar um potencial de acção.Modulação do potencial de acção num neurónio pós-sináptico

Cada neurónio "decide" se irá ou não gerar um potencial de acção após somar todos os estímulos que recebe (excitatórios e inibitórios), e é este o mecanismo que permite a integração de informação que apenas o tecido nervoso consegue obter. Cada neurónio pode receber até 1000 estímulos sinápticos mas apenas produz uma resposta, um potencial de acção formado no seu axónio.

Na esmagadora maioria dos neurónios, a região de "tomada de decisão" está localizada no corpo celular, junto à base do axónio, local não isolado por células da Glia e extremamente rica em canais iónicos controlados electricamente. Assim, se a soma de todos os estímulos sinápticos recebidos pela célula atingirem este local e causarem uma diferença de potencial suficiente para causar a despolarização da membrana, o axónio dispara um potencial de acção.

Esta "soma" de estímulos pode ser espacial ou temporal: 

  • soma espacial - resulta da adição de estímulos simultâneos de sinapses localizadas em diversos locais da célula pós-sináptica;

  • soma temporal - resulta da adição de estímulos de uma mesma sinapse em rápida sequência.

 Uma doença autoimune incapacitante que afecta as sinapses motoras é a miastenia grave, que atinge cerca de 1 em cada 200000 pessoas. Os principais sintomas desta doença são a fraqueza muscular e a incapacidade de manter esforços físicos continuados. 

Estudos demonstraram que a doença afecta selectivamente as propriedades das células musculares pós-sinápticas e um aumento do espaço sináptico, bem como a redução do número de receptores de acetilcolina. Foi, ainda, observado que os pacientes continham anticorpos específicos para os receptores de acetilcolina em circulação no sangue. Assim, as sinapses não conseguem estimular as células musculares a contrair-se, originando a fraqueza característica da doença.

 

 Impulso nervoso contínuo

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Venenos que actuam sobre a formação do impulso nervoso

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Impulso nervoso saltatório

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   Sinapse 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  Neurotransmissores 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Venenos que actuam sobre a libertação do neurotransmissor

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Modulação do impulso nervoso

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O cérebro humano, sem dúvida o que mais tem sido estudado e, no entanto, provavelmente o menos compreendido pesa cerca de 1,5 Kg, sendo composto principalmente por água (como o resto do nosso corpo) e tem a consistência de um pudim. Apesar da sua aparência pouco impressionante, a sua complexidade excede a de qualquer outro órgão conhecido.

 

Todo o sistema nervoso central está protegido por estruturas ósseas e membranares. O encéfalo está protegido pela caixa craniana e a medula espinal pela coluna vertebral. Ambos estão envolvidos por membranas designadas meninges e por um líquido cefalorraquidiano.

        As meninges são membranas de tecido conjuntivo, podendo ser identificadas três, de fora para dentro:Meninges a nível do encéfalo

  • dura-máter - a mais externa, é espessa, dura e fibrosa, protegendo o tecido nervoso do ponto de vista mecânico. Não apresenta irrigação sanguínea. Na zona do crânio está aderente aos ossos, enquanto na coluna vertebral é deles separada por uma camada de gordura;

  • aracnóide - com localização intermédia, esta é a mais fina das meninges e também não é irrigada pelo sangue. Esta é a membrana responsável pela produção do líquido cefalorraquidiano, que banha todas as cavidades do S.N.C., protegendo de pancadas e permitindo a distribuição da pressão e impedindo a fricção com os ossos;

  • pia-máter - a membrana mais interna, é também muito fina e aderente a todas as voltas do S.N.C. Esta é a única membrana vascularizada, sendo a responsável pela barreira sangue-cérebro. 

Durante as primeiras fases do desenvolvimento embrionário de todos os vertebrados forma-se o tubo neural, oco e que corre ao longo de toda a zona dorsal do embrião. Na sua parte anterior, o tubo forma três vesículas, que se tornarão as divisões básicas do encéfalo: encéfalo anterior, médio e posterior. O resto do tubo neural forma a espinal medula. Os nervos cranianos e espinais, que irão originar o sistema nervoso periférico, crescem através das células do embrião a partir do sistema nervoso central.

Considera-se que as funções mais primitivas ou básicas estão localizadas mais atrás ou abaixo no tubo neural em desenvolvimento, enquanto as chamadas funções superiores, mais complexas e evoluídas se localizam anteriormente.

Estas três regiões principais do encéfalo embrionário irão desenvolver-se em diferentes estruturas do encéfalo adulto: 

  • Metencéfalo a vermelhoencéfalo posterior - também designado metencéfalo, origina as seguintes zonas, consideradas de funções básicas:

    • bolbo raquidiano - contínuo com a espinal medula, contém grupos de neurónios especializados no controlo de funções fisiológicas, como a respiração e circulação, ou funções motoras básicas, como engolir ou vomitar;

     

    • ponte de Varólio - imediatamente anterior o bolbo raquidiano, as suas funções são muito semelhantes às do bolbo raquidiano, do qual não é mais que uma continuação. Toda a informação nervoso proveniente da espinal medula atravessa estas duas Mielencéfalo (medula espinal) a vermelhozonas do encéfalo;

     

    • cerebelo - uma zona dorsal de crescimento maior, a partir da ponte de Varólio, e funciona um pouco como um maestro, recebendo cópias das ordens enviadas aos músculos pelo cérebro e informações vindas dos músculos e articulações. Pode, assim, comparar os comandos com os efeitos motores obtidos, "afinando" as ordens do cérebro para uma melhor actuação motora;

     

  • Mesencéfalo a vermelhoencéfalo médio - também designado mesencéfalo, origina zonas, que processam informação sensorial (visual e auditiva), além de serem intermediárias entre as zonas do encéfalo posterior e medula e áreas superiores do encéfalo:

    • pedúnculos cerebrais - ligam a ponte de Varólio ao encéfalo anterior, mais exactamente aos hemisférios cerebrais;

     

    • tubérculos quadrigémeos - localizados imediatamente atrás dos pedúnculos cerebrais, coordenam as informações visuais, tácteis e auditivas, que envia depois para o encéfalo anterior, mais exactamente para o tálamo;

    Diencéfalo a vermelho

  • encéfalo anterior - origina as seguintes zonas, envolvidas nas funções consideradas superiores:

    • diencéfalo - zona central do encéfalo médio, composta por uma estrutura superior - tálamo - e uma inferior - hipotálamo. O tálamo é o receptor da informação sensorial enviada para o telencéfalo, enquanto o hipotálamo regula numerosas funções fisiológicas (regulação das condições do meio interno do corpo) e "apetites" biológicos (dor, prazer, sexo, etc.) através da regulação hormonal;

     

    • Telencéfalo a vermelhotelencéfalo - zona que rodeia o diencéfalo e é composta pelos dois hemisférios cerebrais, que em conjunto se designam cérebro. Nos seres humanos e alguns outros mamíferos considerados inteligentes, o telencéfalo é, de longe, a zona mais desenvolvida do encéfalo e é fundamental para a interpretação sensorial, aprendizagem, memória e comportamento consciente.           

Diversas zonas do encéfalo humanoA espinal medula conduz a informação, nos dois sentidos, entre o encéfalo e os órgãos do corpo. Integra grandes quantidades de informação provinda do sistema nervoso periférico, respondendo-lhe com comandos motores.

A conversão de informação aferente em eferente a nível da medula é designada reflexo medular ou espinal, como o reflexo do joelho.

À medida que se progride na filogenia dos vertebrados, dos peixes aos mamíferos, o telencéfalo aumenta, tanto em tamanho como em importância. O encéfalo anterior domina o sistema nervoso dos mamíferos e danos nesta zona resultam em deficiências muito graves a nível das funções sensoriais, motoras e cognitivas ou mesmo em coma. Pelo contrário, um tubarão a que seja removido o telencéfalo continua a nadar quase normalmente.

Sistema límbico em seres humanosNas aves e mamíferos, as estruturas simples e algo primitivas do diencéfalo estão totalmente cobertas pelas circunvoluções do telencéfalo, designado neocórtex. No entanto, tal não significa que as zonas mais antigas do encéfalo anterior não tenham importantes funções actualmente, sendo designadas, no seu conjunto, por sistema límbico.

O sistema límbico é responsável por impulsos fisiológicos básicos e emoções. No seu interior existem áreas que, quando estimuladas, causam sensações intensas de prazer, dor ou raiva. Estes centros parecem importantes na condução de comportamentos de aprendizagem e mesmo fisiológicos. No caso humano, uma parte do sistema límbico, o hipocampo, é fundamental na transferência de memórias a curto prazo para a memória a longo prazo.

Os hemisférios cerebrais são as estruturas dominantes do encéfalo de um mamífero e no caso humano estão de tal forma desenvolvidos que cobrem todas as restantes estruturas, com excepção do cerebelo.

Uma camada da chamada massa cinzenta - córtex cerebral - cobre cada hemisfério. O córtex tem cerca de 4 mm de espessura e, no total do cérebro, tem uma área de cerca de 1 m2. Encontra-se profundamente pregueado e dobrado sobre si próprio, formando circunvoluções e sulcos, o que lhe permite um aumento de área num espaço limitado como é a caixa craniana. Abaixo do córtex cerebral encontra-se a massa branca, formada pelos axónios das células que formam o córtex, que ligam não só cada uma dessas células entre si mas também a outras partes do encéfalo.

Lobos cerebrais no cérebro humanoAs funções do córtex cerebral são variadas, algumas fáceis de identificar (recepção e processamento da informação sensorial, por exemplo) mas a grande maioria não é tão fácil, envolvendo processamento de informação a alta nível - córtex associativo. Para melhor entender as diferentes funções do córtex ajuda que este seja dividido em zonas, designadas lobos. Existem, em cada hemisfério, quatro lobos:

  • lobo temporal - a zona superior deste lobo recebe e processa informação auditiva. As áreas associativas do lobo temporal estão envolvidas no reconhecimento, identificação e nomeação dos objectos. Danos neste lobo causam deficiências em que o indivíduo se apercebem dos estímulos mas não os conseguem identificar. Algumas destas deficiências podem ser altamente específicas, como a incapacidade de reconhecer faces (mesmo que se possa reconhecer a pessoa através de outras características, como a voz) ou entender a linguagem falada (embora não existam problemas a nível escrito ou na fala);

 

  • lobo frontal - uma zona imediatamente em frente do sulco central do lobo frontal corresponde ao córtex motor primário. Os neurónios desta região têm axónios que se prolongam até músculos de zonas específicas do corpo. Essas partes do corpo podem ser mapeadas no córtex, desde a cabeça na parte inferior às partes inferiores do corpo no topo. Áreas com controlo motor fino, como a face ou as mãos, estão maiores nessas representações, designadas homúnculos. A estimulação de um neurónio do córtex motor resulta num movimento brusco da parte do corpo correspondente, não num movimento complexo e coordenado. As funções associativas do lobo frontal estão relacionadas com o planeamento. Danos a este nível causam perturbações de personalidade;

Homúnculos sensorial e motor, resultantes do mapeamento no córtex cerebral das partes do corpo por este comandadas

 

  • lobo parietal - os lobos frontal e parietal estão separados por um sulco profundo, designado sulco central. A zona do lobo parietal imediatamente atrás do sulco central é o córtex somato-sensorial primário. Esta área recebe informação, através do tálamo, sobre o toque e a pressão. Toda a superfície do corpo está representada neste córtex (cabeça dos lados e pernas no topo, como se pode ver na figura acima) e as áreas com maior quantidade de neurónios sensoriais e capazes de maior resolução sensorial (dedos das mãos e lábios, por exemplo) têm uma representação proporcionalmente maior. A nível associativo, o lobo parietal está encarregue de reagir a estímulos complexos. Danos nesta zona do cérebro levam os indivíduos a ignorar estímulos provindos de um dos lados do corpo ou de um dos olhos, por exemplo. Assim, estes indivíduos têm dificuldade em realizar tarefas complexas como vestir-se sozinhos, por exemplo. O córtex parietal não simétrico no seu papel em relação à atenção, facto que é relativamente comum em estruturas cerebrais;

 

  • lobo occipital - este lobo recebe e processa informação visual. As áreas associativas estão relacionadas com a interpretação do mundo visual e do transporte da experiência visual para linguagem falada. Danos neste lobo podem causar deficiências muito específicas, como por exemplo, não ser capaz de detectar movimento numa imagem.

 Se se considerar apenas os cérebros dos mamíferos, nota-se um enorme aumento de tamanho e complexidade do cérebro, quando se compara animais como os roedores (com comportamentos relativamente simples) e os primatas (com comportamentos muito mais complexos).

 O aumento mais dramático nas dimensões do cérebro ocorreu nos últimos milhões de anos da evolução humana. As capacidades extraordinárias do Homo sapiens estão associadas a um aumento do córtex cerebral. O Homem não tem o maior cérebro do reino animal, elefantes, baleias e golfinhos têm cérebros maiores em massa. Mas se compararmos igualmente o tamanho do corpo, Homem e golfinhos estão nitidamente no topo da lista. 

O Homem tem a maior razão tamanho do cérebro/tamanho do corpo e também de córtex associativo/córtex motor e sensorial primários, reflectindo capacidades de comportamento e intelectuais acrescidas. 

Para uma visão do S.N.C. de alguns vertebrados não humanos, clique aqui.

 

Estrutura do Sistema Nervoso Central de um Mamífero (Homem)

 

  Meninges

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Desenvolvimento embrionário do S.N.C.

 

 

 

Estruturas do S.N.C.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Sistema límbico

 

 

 

 

 

 

 

 

 Hemisférios e lobos cerebrais 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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