Capítulo 8 Neurônios_ propriedades celulares e de rede

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Neurônios: Propriedades Celulares e de Rede Organização do sistema nervoso 270 A condução é mais rápida em axônios mielinizados Células do sistema nervoso 272 Fatores químicos alteram a atividade 249 Os neurônios conduzem sinais elétricos elétrica 253 As células da glia dão suporte aos neurônios Comunicação célula-célula no 253 Os adultos possuem células tronco sistema nervoso neurais 273 Os neurônios nas sinapses 274 o cálcio é o sinal para a liberação do Sinais elétricos nos neurônios na sinapse 256 A equação de Nernst calcula o potencial 275 Os neurônios secretam sinais químicos de membrana para um único íon 275 o sistema nervoso secreta substâncias 256 A equação de GHK calcula o potencial neurócrinas de membrana usando vários íons 278 Múltiplos tipos de receptores 257 o movimento dos íons gera sinais amplificam os efeitos dos elétricos neurotransmissores 257 Canais com portão controlam a 279 Algumas respostas pós-sinápticas são permeabilidade do neurônio lentas 258 As mudanças na permeabilidade dos 280 A atividade dos neurotransmissores é canais geram sinais elétricos rapidamente finalizada 258 Os potenciais graduados refletem a intensidade do estímulo Integração da transferência da 261 Os potenciais de ação percorrem longas informação neural distâncias 283 As vias neurais podem envolver muitos 262 e K+ se movem através da neurônios membrana durante os potenciais de 284 A atividade sináptica pode ser ação modulada 263 Os canais de no axônio têm dois 286 A potenciação de longa duração altera portões as sinapses 264 Os potenciais de ação não são disparados 287 Alterações na transmissão sináptica são durante o período refratário absoluto responsáveis por muitas doenças 265 A intensidade do estímulo é codificada 287 o desenvolvimento do sistema nervoso pela frequência dos potenciais de ação depende de sinais químicos 265 Um potencial de ação não altera os 288 Quando os neurônios são danificados, gradientes de concentração ionica os segmentos separados do corpo 266 Os potenciais de ação são conduzidos celular morrem 270 Neurônios maiores conduzem potenciais de ação mais rapidamente CONHECIMENTOS BÁSICOS Vias reflexas: 198 Organelas celulares: 63 Neuro-hormônios: 180 Canais com portão: 144 Matriz extracelular: 80 Junções comunicantes: 179 Retroalimentação positiva: 203 Fagocitose: 152 Controle antagonista: 196 Secreções neurócrinas: 180 Potencial de membrana em repouso: 166 Exocitose: 154 Potencial de equilíbrio: 168 Bioeletricidade: 164 Células de Purkinje e futuro da neurologia clínica e da psiquiatria está intimamente ligado ao da neurociência molecular. células gliais (verde) no cerebelo. -Eric R. Kandel, James H. Schwartz e Thomas M. Jessell, no prefácio de seu livro, Principles of Neural Science, 2000Fisiologia Humana 247 SOLUCIONANDO PROBLEMA TABELA 8-1 Sinônimos em neurociências Paralisia misteriosa "Como uma enfermaria de polio dos anos 1950" foi como o TERMOS USADOS neurologista Guy McKhann da Escola de Medicina Johns Hopkins NESTE LIVRO SINÔNIMOS descreveu uma ala do Hospital de Beijing que ele visitou quan- Potencial de ação Impulso nervoso, potencial em do viajou para a China em 1986. Dezenas de crianças paralisadas, ponta, sinal conduzido, PA algumas usando respiradores artificiais, lotavam a enfermaria. Os médicos chineses pensavam que as crianças tinham a síndrome de Sistema nervoso autô- Sistema nervoso visceral Guillain-Barré, uma condição rara de paralisia, mas o Dr. Mckhann nomo não estava convencido. Existia simplesmente um número muito Axônio Fibra nervosa grande de crianças para ser uma doença rara como a síndrome de Seria alguma poliomielite, como parte da equipe de Transporte axonal Fluxo axoplasmático médicos de Beijing temia? Ou era outra doença talvez ainda não Terminal axônico descoberta? Botão sináptico, terminal axonal, terminal pré-sináptico Axoplasma Citoplasma do axônio 247 249 252 273 275 279 287 290 Corpo celular Soma celular, corpo do neurônio Membrana celular do Axolema axônio 8 E m uma cena misteriosa de um filme de ficção científi- Células da glia Neuroglia, glia ca, técnicos vestidos de branco movem-se silenciosa- mente por uma sala repleta de tanques cilíndricos bor- Interneurônio Neurônio de associação bulhantes para peixes. À medida que a câmera se aproxima Retículo endoplasmáti- Substância de Nissl, corpo de de um dos tanques não se vê peixes se movimentando por CO rugoso entre as plantas aquáticas. solitário ocupante do tanque é uma massa cinzenta com uma superfície convoluta como Neurônio sensorial Neurônio aferente, aferente uma noz e que possui uma longa cauda que parece ter contas nas bordas. A partir das contas flutuam centenas de fibras finas que ondulam suavemente à medida que as bolhas de oxigênio passam entre elas. Isto não é uma criatura mari- nha... Isto é um encéfalo e uma medula espinal removidos aprendeu no Capítulo 5 p. 164]. Protozoários unicelu- de seu proprietário original e que aguardam o transplante lares e plantas também utilizam mecanismos de sinalização para outro corpo. Isto pode ser real? Este cenário é possível? elétrica, em muitos casos usando os mesmos tipos de canais Ou isto é apenas uma criação de um roteirista de cinema que os vertebrados. Sequenciando as proteínas dos criativo? canais os cientistas descobriram que muitas destas encéfalo é considerado a sede da alma, a fonte miste- proteínas foram conservadas durante a evolução, indicando riosa das características que nós acreditamos que distinguem sua importância fundamental. os seres humanos dos outros animais. o encéfalo e a medula Embora a sinalização elétrica seja universal, as redes neu- espinal são também centros integradores da homeostase, do rais sofisticadas são exclusivas do sistema nervoso animal. As movimento e de muitas outras funções corporais. Eles são o vias reflexas no sistema nervoso não seguem necessariamente centro de controle do sistema nervoso, uma rede de bilhões uma linha reta de um neurônio para o outro. Um neurônio ou trilhões de células nervosas ligadas umas às outras de uma pode influenciar múltiplos neurônios, ou muitos neurônios maneira extremamente organizada para formar o sistema de podem afetar a função de um único neurônio. A complexida- controle rápido do corpo. de das redes neurais é a base das propriedades emergentes As células nervosas, ou neurônios, conduzem rapida- do sistema nervoso: processos complexos como a consciên- mente sinais elétricos e, em alguns casos, por longas dis- cia, a inteligência e a emoção, que não podem ser previstos a tâncias. Eles têm um formato único e muitos têm extensões partir do que conhecemos sobre as propriedades individuais longas e finas, ou processos, que podem estender-se até um dos neurônios. A busca para explicar as propriedades emer- metro de comprimento. Na maioria das vias, os neurônios gentes torna a neurociência uma das áreas de estudo mais liberam sinais químicos, denominados neurotransmissores, ativas da fisiologia atual. no líquido extracelular. Em algumas vias, os neurônios são A neurociência, assim como várias outras áreas da ciên- conectados por junções comunicantes p. 179], que per- cia, tem sua linguagem especializada própria. Em muitos ca- mitem que os sinais elétricos passem diretamente de célula SOS, vários termos descrevem uma única estrutura ou função, para célula. o que potencialmente pode levar à confusão. A Tabela 8-1 uso de sinais elétricos para liberar substâncias quími- lista alguns termos da neurociência usados neste livro, junto cas de uma célula não é exclusivo dos neurônios, como você com os seus sinônimos comuns.248 Dee Unglaub Silverthorn Encéfalo SISTEMA NERVOSO CENTRAL (encéfalo e medula espinal) Sinal Neurônios Neurônios sensoriais Medula eferentes (aferentes) espinal estimulam Neurônios Neurônios autonômicos motores somáticos Receptores sensoriais Simpático Parassimpático controlam comunicam-se controlam com Músculo cardíaco estimulam Músculo liso Glândulas/células exócrinas Músculos Algumas células/glândulas endócrinas esqueléticos controlam Parte do tecido adiposo Neurônios do Sinal sistema nervoso Resposta entérico tecidual Trato digestório Retroalimentação LEGENDA Estímulo Receptor Via aferente Centro integrador Via eferente Efetor Resposta tecidual FIGURA 8-1 Organização do sistema nervoso. o sistema nervoso perifé- rico (SNP) manda informações para o sistema nervoso central (SNC) pelos neurônios aferentes (sensoriais) e leva as informações do SNC para as célu- las-alvo via neurônios eferentes. o sistema nervoso entérico pode agir de modo independente ou pode ser controlado pelo SNC por meio da divisão autônoma do SNP. ORGANIZAÇÃO DO SISTEMA seguindo o padrão reflexo básico descrito no Capítulo 6 NERVOSO p. 198]. Receptores sensoriais por todo o corpo monitoram sistema nervoso pode ser dividido em duas partes. o continuamente as condições dos meios externo e inter- sistema nervoso central (SNC) consiste no encéfalo e na no (Fig. 8-10). Estes receptores enviam informações por medula espinal. sistema nervoso periférico (SNP) con- meio dos neurônios aferentes para o SNC. As vias aferentes siste nos neurônios aferentes (ou sensoriais) e nos neu- e seus receptores sensoriais associados são discutidos no rônios eferentes. A informação flui pelo sistema nervoso Capítulo 10.Fisiologia Humana 249 SNC é um centro integrador dos reflexos neurais. Os neurônios do SNC integram as informações que chegam a SOLUCIONANDO PROBLEMA partir do ramo aferente do SNP e determinam se uma respos- ta é necessária. o Capítulo 9 examina a estrutura complexa A síndrome de Guillain-Barré é uma condição relativamente rara e as funções do SNC. de paralisia que ocorre após uma infecção viral ou uma imuniza- Então, o SNC envia sinais de saída desencadeando uma ção. Ela não tem cura, mas usualmente a paralisia desaparece len- resposta apropriada (se tiver) que percorre os neurônios efe- tamente e a sensibilidade perdida retorna lentamente. Na síndro- rentes até seus alvos, que são principalmente músculos e me clássica de Guillain-Barré, os pacientes perdem a sensibilidade glândulas. Os neurônios eferentes se subdividem em divisão e não podem mexer os músculos. motora somática que controla os músculos esqueléticos, Questão 1: e divisão autônoma, que controla os músculos liso e car- Qual(is) divisão(ões) do sistema nervoso pode(m) estar díaco, as glândulas exócrinas, algumas glândulas endócrinas envolvida(s) na síndrome de Guillain-Barré? e alguns tipos de tecido adiposo. A terminologia usada para descrever neurônios eferentes pode ser confusa. A expressão neurônio motor é algumas vezes usada para referir-se a todos 247 249 252 273 275 279 287 290 os neurônios eferentes. Entretanto, clinicamente, o termo neurônio motor (ou motoneurônio) frequentemente é usado para descrever neurônios motores somáticos que controlam os músculos esqueléticos. A divisão autônoma do SNP também é chamada de siste- sicas do sistema nervoso e as células de suporte conhecidas ma nervoso visceral porque controla a contração e a secreção como células da glia (glia ou neuroglia). de vários órgãos internos (viscera, órgãos internos). Os neu- 8 rônios autonômicos são subdivididos em ramos simpático Os neurônios conduzem sinais elétricos e parassimpático, os quais podem ser distinguidos por sua neurônio é a unidade funcional do sistema nervoso. (Uma organização anatômica e pelas substâncias químicas que eles unidade funcional é a menor estrutura que pode realizar as usam para se comunicar com as suas células-alvo. Muitos ór- funções de um sistema.) Os neurônios são células de forma- gãos internos recebem inervação de ambos os tipos de neu- to único com processos longos que se estendem a partir do rônios autonômicos, e é um padrão comum que as duas di- corpo celular. Esses processos geralmente são classificados visões exerçam um controle antagonista sobre um único alvo como dendritos (que recebem sinais de entrada) ou axônios p. 396]. SNP é discutido no Capítulo 11. (que conduzem informações de saída). A forma, o número e Em anos recentes, uma terceira divisão do sistema ner- o comprimento dos axônios e dendritos variam de um neu- voso recebeu considerável atenção. sistema nervoso en- rônio para o outro, mas estas estruturas são uma característi- térico é uma rede de neurônios presente na parede do trato ca essencial dos neurônios que permite que eles se comuni- digestório. Ele frequentemente é controlado pela divisão quem entre si e com outras células. autônoma do sistema nervoso, mas também é capaz de fun- Tradicionalmente, neurônios eferentes similares ao mo- cionar de maneira independente como seu próprio centro delo de neurônio mostrado na Figura 8-2 e na Figura 8-3e integrador. Vamos discutir o sistema nervoso entérico no Ca- são usados para ensinar como um neurônio funciona. Em pítulo 21 sobre o sistema digestório. outros tipos de neurônios, os processos mostrados no mode- Apesar da maior parte deste livro enfocar o papel dos lo podem estar ausentes ou modificados. Entretanto, se você reflexos neurais na comunicação, coordenação e homeostase entendeu esses modelos de neurônio, vai entender com a do corpo, é importante observar que processos significativos maioria dos neurônios funciona. do SNC podem ocorrer sem entrada ou saída para o SNP. Os neurônios podem ser classificados tanto estrutural SNC tem a capacidade de iniciar atividades sem um estímulo quanto funcionalmente. Estruturalmente, os neurônios são sensorial, e não precisa gerar qualquer resposta mensurável. classificados pelo número de processos originados no cor- Dois exemplos disso são o pensamento e o sonho, funções superiores complexas do encéfalo que podem ocorrer total- po celular. Eles podem ser descritos como pseudounipolares (axônios e dendritos se fundem durante o desenvolvimento mente dentro do SNC. para criar um único processo longo; Fig. 8-3a), bipolares (um REVISANDO CONCEITOS único axônio e um único dendrito; Fig. 8-3b), multipolares 1. Organize em um mapa ou esquema os seguintes termos (muitos dendritos e axônios ramificados; Fig. 8-3d) ou ana- que descrevem tipos funcionais de neurônios: aferente, xônicos (sem um axônio identificável; Fig. 8-3c). Como a fi- autonômico, encéfalo, central, eferente, entérico, paras- siologia está principalmente preocupada com a função, clas- simpático, periférico, sensorial, somático motor, medula sificaremos os neurônios não por sua estrutura, mas sim de espinal, simpático. Resposta: p. 294 acordo com a sua função: neurônios sensoriais (aferentes), interneurônios e neurônios eferentes (motores somáticos e CÉLULAS DO SISTEMA NERVOSO autonômicos) como mostrado no topo da Figura 8-3. Neurônios sensoriais conduzem informação sobre tem- sistema nervoso é constituído primariamente de dois ti- peratura, pressão, luz e outros estímulos dos receptores sen- pos de células: os neurônios as unidades sinalizadoras bá- soriais para o SNC. Eles variam em relação ao neurônio mo-250 Dee Unglaub Silverthorn Sinal de Dendritos entrada Integração Corpo celular Este ícone representa os Núcleo diferentes componentes do neurônio típico. Procure-o nas figuras a Cone de seguir para ajudá-lo a implantação navegar pela estrutura e Axônio pela função do sistema (segmento inicial) nervoso. Bainha de mielina Terminal axônico pré-sináptico Sinal de saída Fenda Sinapse sináptica Dendrito pós-sináptico Neurônio pós-sináptico FIGURA 8-2 Neurônio modelo. Um neurônio típico como o neurônio pré-sináptico mostrado aqui tem um corpo celular e diversas projeções. A região onde o terminal axônico se comunica com a sua célula-alvo pós-sináptica é conhecida como sinapse. delo no comprimento e na organização de seus processos. nios têm regiões expandidas ao longo do axônio denomi- Por exemplo, os neurônios sensoriais periféricos têm corpos nadas varicosidades (ver Figura 11-8). As varicosidades ar- celulares perto do SNC, com processos muito longos que mazenam e liberam neurotransmissores. Os axônios longos se estendem até os receptores nos membros e órgãos inter- dos neurônios periféricos aferentes e eferentes são agrupados nos. Nestes neurônios, o corpo celular está fora da via direta junto com tecido conectivo formando fibras que parecem de sinais que passam ao longo do axônio (Fig. 8-3a). Em cordas denominadas nervos, que se estendem a partir do contraste, os neurônios sensoriais do olfato e da visão, com SNC para os alvos desses neurônios. Os nervos podem con- receptores localizados muito próximo do SNC, têm dois duzir apenas sinais aferentes (nervos sensorais), somente si- longos processos, de maneira que os sinais que começam nais eferentes (nervos motores) ou sinais em ambas as dire- nos dendritos passam através do corpo celular até o axônio ções (nervos mistos). Muitos nervos são grandes o suficiente (Fig. 8-3b). para serem vistos a olho nu e recebem nomes anatômicos. Neurônios que estão completamente dentro do SNC são Por exemplo, o nervo frênico vai da medula espinal até o mús- conhecidos como interneurônios (abreviação de neurônios culo diafragma. interconectores). Eles têm diversas formas, mas frequentemen- te possuem ramificação bastante complexa dos processos, o o corpo celular é o centro do controle do neurônio que permite que se comuniquem com muitos outros neurô- corpo celular (soma celular) de um neurônio lembra a cé- nios (Fig. 8-3c, d). Alguns interneurônios são bastante pe- lula típica descrita no Capítulo 3, com um núcleo e todas as quenos se comparados com o neurônio modelo. organelas necessárias para a realização das atividades celula- Neurônios eferentes, tanto motores somáticos quanto res p. 63]. Um citoesqueleto extenso se estende para o autonômicos, geralmente são muito similares ao neurônio interior do axônio e dos dendritos. A posição do corpo celu- modelo da Figura 8-2. Na divisão autônoma, alguns neurô- lar varia nos diferentes tipos de neurônios, mas na maioriaFisiologia Humana 251 Neurônios sensoriais Interneurônios do SNC Neurônios eferentes Sensoriais somáticos Neurônios do olfato ou da visão Dendritos Dendritos Axônio Dendritos Núcleo da célula de Schwann Célula de Schwann Axônio Axônio Terminal Axônio axônico 8 Pseudounipolar Bipolar Anaxônico Multipolar (a) Neurônios (b) Neurônios bipolares (c) Os interneurônios (d) Os interneurônios (e) Um neurônio pseudounipolares têm duas fibras anaxônicos do multipolares do multipolar típico tem de cinco têm um único relativamente iguais SNC não têm SNC são muito a sete dendritos, cada um se processo chamado se estendendo a nenhum axônio ramificados, mas ramificando de quatro a seis de axônio. Durante partir do corpo aparente. não têm extensões vezes. Um único axônio longo o desenvolvimento, celular central. longas. pode ramificar-se diversas o dentrito se fundiu vezes e terminar nos terminais com o axônio. axônicos alargados. FIGURA 8-3 Categorias anatômicas e funcionais dos neurônios. deles, o corpo celular é pequeno, geralmente tendo um déci- este se comunique com muitos outros neurônios. Os neurô- mo ou menos do volume celular total. nios mais simples têm apenas um dendrito. No outro extre- Apesar do seu pequeno tamanho, o corpo celular com mo, os neurônios no encéfalo podem ter múltiplos dendritos o seu núcleo é essencial para o bem-estar da célula. Se um com uma incrível complexidade de ramificação (Fig. 8-3d). A neurônio é cortado, qualquer porção separada do corpo área de superfície do dendrito pode-se expandir ainda mais celular provavelmente irá degenerar lentamente e morrer, pela presença de espinhos dendríticos, que podem variar pois não possui a maquinaria celular para produzir as pro- de espinhos finos até botões com formato de cogumelo (ver teínas essenciais. Em um neurônio motor somático danifi- Figura 8-30, p. 285). cado cujo axônio foi cortado, a degeneração da parte distal A função primária dos dendritos no sistema nervoso pe- (distante) do neurônio vai resultar na paralisia permanente riférico é receber a informação de entrada e transferi-la para dos músculos inervados pelo neurônio. (O termo inervado uma região integradora dentro do neurônio. Dentro do SNC, significa "controlado por um neurônio".) Se o neurônio da- a função dos dendritos é mais complexa. Os espinhos den- nificado é um neurônio sensorial, o indivíduo pode ter per- dríticos podem funcionar como compartimentos indepen- da da sensibilidade (insensibilidade ou formigamento) na dentes, enviando sinais de ida e volta para outros neurônios região previamente inervada pelo neurônio. Os cientistas no encéfalo. Muitos espinhos dendríticos contêm polirribos- estão tentando compreender os eventos celulares que ocor- somos e podem produzir suas próprias proteínas. rem quando os neurônios são danificados para que possam Mudanças na morfologia do espinho dendrítico estão ser desenvolvidos procedimentos para reparar a perda fun- associadas com o aprendizado e a memória, bem como com cional que acompanha o dano na medula espinal e outros diversas doenças, incluindo doenças genéticas que causam danos neurológicos. deficiência mental e doenças degenerativas, como a doença de Alzheimer. Devido a estas associações, os espinhos den- Os dendritos recebem sinais de entrada Dendritos dríticos são um tema atual na pesquisa de neurociência. (dendron, árvore) são processos finos e ramificados que rece- bem informação das células vizinhas. Os dendritos aumen- Os axônios conduzem sinais de saída para o alvo A tam a área de superfície de um neurônio, permitindo que maioria dos neurônios periféricos tem um único axônio que252 Dee Unglaub Silverthorn 1 Peptídeos sintetizados e empacotados. Retículo endoplasmático 2 Transporte axonal rápido ao rugoso Aparelho longo da rede de microtúbulos. de Golgi Soma 3 Conteúdo das vesículas liberado por exocitose. Vesícula 5 Transporte axonal sináptica Lisossomo rápido retrógrado. 4 Reciclagem das vesículas sinápticas. 6 Componentes velhos da membrana são digeridos nos lisossomos. FIGURA 8-4 Transporte axonal rápido move organelas delimitadas por membrana entre o corpo celular e os terminais axônicos. se origina de uma região especializada do corpo celular de- neuromoduladores terminam perto de suas células-alvo, as nominada cone axônico (Fig. 8-2). Os axônios variam em quais geralmente são outros neurônios, músculos ou glân- comprimento de mais de um metro até apenas alguns micro- dulas. metros. Eles frequentemente se ramificam esparsamente ao A região onde o terminal axônico se encontra com a sua longo do seu comprimento, formando colaterais (col, com célula-alvo é denominada sinapse (sin, junto + hapsis, unir- + lateral, algo ao lado). No nosso neurônio modelo, cada co- se). neurônio que libera o sinal na sinapse é conhecido lateral termina em uma região expandida denominada ter- como célula pré-sináptica, e a célula que recebe o sinal é minal axônico. terminal axônico contém mitocôndrias e denominada célula pós-sináptica. estreito espaço entre as vesículas delimitadas por membrana preenchidas com molé- duas células é denominado fenda sináptica. culas neurócrinas p. 180]. A função primária de um axônio é transmitir sinais elé- REVISANDO CONCEITOS tricos do centro integrador do neurônio para a extremidade 2. Onde terminam os neurônios que secretam neuro-hormô- do axônio. Na extremidade distal do axônio, o sinal elétrico nios? usualmente é traduzido em uma mensagem química pela se- 3. Desenhe uma cadeia de três neurônios que fazem sinapse creção de um neurotransmissor, neuromodulador ou neuro- um com o outro em sequência. Identifique as extremidades hormônio. Os neurônios que secretam neurotransmissores e pré e pós-sinápticas de cada neurônio, seus corpos celula- res, dendritos, axônios e terminais axônicos. Respostas: p. 294 Os axônios são especializados em conduzir sinais quí- SOLUCIONANDO PROBLEMA micos e elétricos. Seu citoplasma é preenchido com muitos tipos de fibras e filamentos, mas não tem ribossomos nem Na síndrome clássica de Guillian-Barré, a doença afeta tanto os retículo endoplasmático. Por essa razão, qualquer proteína neurônios sensoriais quanto os neurônios motores somáticos. O destinada ao axônio ou ao terminal axônico deve ser sinteti- Dr. McKhann observou que, apesar das crianças de Beijing não zada no retículo endoplasmático rugoso do corpo celular. As poderem mover seus músculos, elas podiam sentir uma picada de proteínas são então transportadas através do axônio por um agulha. processo conhecido como transporte axonal. transporte axonal lento transporta o material por Questão 2: fluxo axoplasmático (citoplasmático) do corpo celular até Você acha que a paralisia observada nas crianças chinesas o terminal axônico. material se move a uma velocidade afetou tanto os neurônios sensoriais (aferentes) quanto os neurônios motores somáticos? Explique sua resposta. de apenas 0,2 a 2,5 mm/dia, o que significa que o transporte lento apenas pode ser usado para componentes que não são consumidos rapidamente pela célula, como enzimas e pro- 247 249 252 273 275 279 287 290 teínas do citoesqueleto. transporte axonal rápido (Fig. 8-4 transporta or- ganelas a velocidades de até 400 mm por dia. Os neurôniosFisiologia Humana 253 utilizam microtúbulos estacionários como trilhos ao longo um axônio, e um único axônio pode ter até 500 células de dos quais as vesículas e as mitocôndrias transportadas "ca- Schwann diferentes ao longo de sua extensão. Cada célula minham" com a ajuda de proteínas motoras semelhantes a de Schwann envolve um segmento de cerca de 1 a 1,5 mm, "pés". Estas proteínas motoras alternadamente se ligam e se deixando espaços muito pequenos, chamados de nós de desligam dos microtúbulos com a ajuda do ATP, transportan- Ranvier, entre as áreas isoladas com mielina (Fig. 8-6b). Em do suas organelas ao longo do axônio passo-a-passo (param cada nó, uma porção muito pequena da membrana do axô- e se deslocam, param e se deslocam). o papel das proteínas nio permanece em contato com o líquido extracelular, de motoras no transporte axonal é similar ao seu papel na con- modo que os nós desempenham um papel importante na tração muscular e no movimento dos cromossomos durante transmissão de sinais elétricos ao longo do axônio. a divisão celular. o segundo tipo de célula glial do SNP, a célula satélite, o transporte axonal rápido vai em duas direções. o é uma célula de Schwann não mielinizante. As células satéli- transporte para a frente (ou anterógrado) move vesículas si- te formam cápsulas de suporte ao redor dos corpos dos neu- nápticas ou secretoras e mitocôndrias do corpo celular para rônios localizados nos gânglios. Um gânglio [agrupamento o terminal axônico. o transporte para trás (ou retrógrado) ou é um agrupamento de corpos celulares dos neurônios transporta componentes velhos da célula do terminal axô- encontrado fora do SNC. Os gânglios aparecem como nós nico para o corpo celular onde são reciclados. Existem evi- ou dilatações ao longo de um nervo. Um agrupamento de dências de que fatores de crescimento neuronal e alguns corpos de neurônios dentro do SNC é o equivalente a um vírus também chegam ao corpo celular por transporte re- gânglio periférico, mas é conhecido como núcleo. trógrado. Todas as células da glia se comunicam com os neurô- nios e uma com as outras, principalmente por sinais quími- As células da glia dão suporte aos neurônios cos. Fatores tróficos (nutritivos) ajudam a manter os neurô- nios e a orientá-los durante o reparo e o desenvolvimento 8 As células da glia (glia, cola) são os "heróis não reconhecidos" As células da glia, por sua vez, respondem aos neurotrans- do sistema nervoso, e são em maior número do que os neurô- missores e neuromoduladores secretados pelos neurônios. nios, em uma proporção de 10 a 50 para 1. Por muitos anos, As funções das células da glia são uma área de pesquisa ativa os cientistas pensavam que a função primária das células da em neurociências, e os cientistas ainda estão investigando o glia era o suporte físico e que elas tinham pouca influência no papel que estas importantes células desempenham no siste- processamento de informações. Esta visão mudou. Apesar das ma nervoso. células da glia não participarem diretamente na transmissão Os astrócitos (astron, estrela) são células gliais bastante dos sinais elétricos por longas distâncias, elas se comunicam ramificadas que, segundo algumas estimativas, constituem com os neurônios e fornecem um importante suporte físico cerca de metade de todas as células do encéfalo. Eles têm vá- e bioquímico. o sistema nervoso periférico tem dois tipos de rios subtipos e formam uma rede funcional, comunicando-se células da glia as células de Schwann e as células satélites uns com os outros por meio de junções comunicantes. Os as- -, e o SNC possui quatro tipos: oligodendrócitos, microglia, trócitos desempenham vários papéis. Os terminais de alguns astrócitos e células ependimárias (Fig. processos dos astrócitos estão intimamente associados com tecido neural secreta muito pouca matriz extracelular as sinapses, onde captam e liberam substâncias químicas. Os p.80], e as células da glia fornecem estabilidade estrutu- astrócitos também abastecem os neurônios com substratos ral aos neurônios enrolando-se em torno deles. As células de para a produção de ATP, e ajudam a manter a homeostase do Schwann no SNP e os oligodendrócitos no SNC sustentam líquido extracelular do SNC captando K+ e água. Finalmente, e isolam os axônios, formando a mielina, uma substância os terminais de alguns processos dos astrócitos circundam composta de muitas camadas concêntricas de membrana os vasos sanguíneos e tornam-se parte da chamada barreira fosfolipídica (Fig. Além de fornecer suporte, a mie- hematencefálica, que regula o movimento de materiais entre lina atua como isolante em torno dos axônios e acelera sua o sangue e o líquido extracelular. transmissão de As células da glia conhecidas como microglia são célu- A mielina se forma quando essas células da glia se enro- las imunitárias especializadas que residem permanentemen- lam em torno do axônio, expulsando o citoplasma glial, de te no SNC. Quando ativadas, elas removem células danifi- modo que cada envoltório se torna duas camadas de mem- cadas e invasores. Entretanto, hoje parece que a microglia brana (Fig. 8-6a). Como uma analogia, pense em enrolar um nem sempre é útil. A microglia ativada algumas vezes libera balão desinflado bem apertado ao redor de um lápis. Alguns espécies reativas de oxigênio prejudiciais que formam radi- neurônios possuem até 150 envoltórios (300 camadas de cais livres p.23]). Acredita-se que o estresse oxidativo membrana) na bainha de mielina que circunda seus axônios. causado pelas espécies reativas de oxigênio contribui para Junções comunicantes conectam as camadas da membrana o desenvolvimento de doenças neurodegenerativas como a e permitem o fluxo de nutrientes e de informações de uma esclerose lateral amiotrófica (ELA), também conhecida como camada para outra. doença de Lou Gehrig. Uma diferença entre oligodendrócitos e células de Schwann é o número de axônios que cada célula envolve. No SNC, um oligodendrócito forma mielina ao redor de Os adultos possuem células-tronco neurais porções de diversos axônios (Fig. 8-5a). No sistema nervo- A classe final de células da glia são as células ependimárias, periférico, uma célula de Schwann se associa com apenas células especializadas que criam uma camada epitelial sele-254 Dee Unglaub Silverthorn Células ependimárias Interneurônios Microglia Capilar Astrócito Mielina (corte) Axônio Secção da medula espinal Nó Oligodendrócito (a) Células da glia do sistema nervoso central CÉLULAS DA GLIA são encontradas no Sistema nervoso periférico Sistema nervoso central contém contém Células Células de Oligodendrócitos Microglia (células Células satélites Schwann do sistema imuni- Astrócitos ependimárias tário modificadas) formam formam age como Bainhas de mielina Células fagocitárias secretam fornecem ajudam a formar secretam captam criam Sustentam Substratos para Barreira Fonte de Barreiras os corpos Fatores a produção hematen- Fatores K+, água, neuro- células-tronco entre com- celulares neurotróficos de ATP cefálica neurotróficos transmissores neurais partimentos (b) Células da glia e suas funções FIGURA 8-5 As células da glia dão suporte físico e bioquímico para os neurônios. tivamente permeável, o epêndima, que separa os comparti- Os cientistas acreditavam que, quando um neurônio mentos líquidos do SNC (Fig. 8-5a). epêndima é uma fonte morria ele nunca era substituído. A descoberta das célu- de células-tronco neurais p. 85], células imaturas que las-tronco neurais mudou essa visão. Durante o desenvol- podem diferenciar-se em neurônios e em células da glia. vimento inicial, uma camada de células indiferenciadasFisiologia Humana 255 Corpo celular Núcleo A célula de Schwann se enrola muitas vezes ao redor do axônio Axônio 1 a 1,5 mm o nó de Ranvier é uma porção não mielinizada da membrana do axônio entre duas células de Schwann 8 o núcleo da célula de Schwann é empurrado para fora da bainha de mielina A mielina consiste em múltiplas camadas de membrana celular Axônio (a) Formação da mielina no (b) Cada célula de Schwann forma mielina ao redor sistema nervoso periférico de um pequeno segmento de um axônio FIGURA 8-6 As células de Schwann formam mielina em torno de neurônios periféricos. chamada de neuroepitélio, reveste o lúmen do tubo neural, las-tronco neurais transplantadas produzissem as enzimas uma estrutura que posteriormente formará o encéfalo e a perdidas. Dentro de um ano, outros cinco pacientes com medula espinal. À medida que o desenvolvimento conti- doença de Bartten também foram transplantados. Ainda é nua, algumas células migram para fora do neuroepitélio muito cedo para saber se as células-tronco vão se diferen- e se diferenciam em neurônios. Outras células que reves- ciar e tratar a doença. tem o lúmen do tubo neural se especializam no epitélio do epêndima. Entretanto, entre as células ependimárias e a camada subependimária, algumas células-tronco neurais REVISANDO CONCEITOS permanecem não especializadas esperando até que sejam 4. Qual é a função principal da mielina, da microglia e das chamadas para substituir células danificadas. As células- células ependimárias? tronco neurais têm sido encontradas em outras partes do 5. Cite os dois tipos de células da glia que formam a mielina. corpo, incluindo o hipocampo no encéfalo e o sistema ner- Como elas diferem entre si? Respostas: p. 294 voso entérico no intestino. Quando as células-tronco neurais recebem os sinais SINAIS ELÉTRICOS NOS corretos, elas se transformam em neurônios e em células da glia. Os cientistas estão trabalhando intensamente para NEURÔNIOS aprender como controlar essa transformação, na esperan- A propriedade que caracteriza as células musculares e os ça de que o transplante de células-tronco possa reverter a neurônios como tecidos excitáveis é sua capacidade de pro- perda de função associada com doenças neurológicas de- pagar sinais elétricos rapidamente em resposta a um estí- generativas. A maior parte desses estudos está sendo reali- mulo. Agora sabemos que muitos outros tipos de células zado com ratos e camundongos porém, em 2006, ocorreu geram sinais elétricos para iniciar processos celulares (ver o primeiro transplante de células-tronco no encéfalo hu- secreção da insulina, p. 171), mas a habilidade das células mano. o paciente era uma criança que sofria de doença de musculares e neurônios de enviar um sinal elétrico cons- Batten, uma doença enzimática lisossomal fatal similar à de tante por uma longa distância é característico da sinaliza- Tay-Sachs p. 94], e os médicos esperavam que as célu- ção elétrica nesses tecidos.256 Dee Unglaub Silverthorn TABELA 8-2 Concentrações dos íons e potenciais de equilíbrio ÍON LÍQUIDO EXTRACELULAR (mM) LÍQUIDO INTRACELULAR (mM) A 37°C K+ 5 mM (faixa normal: 3,5 a 5) 150 mM -90 mV Na+ 145 mM (faixa normal: 135 a 145) 15 mM +60 mV CI 108 mM (faixa normal: 100 a 108) 10 mM (faixa: 5 a 15) Ca2+ 1 mM 0,0001 mM Ver Revisando Conceitos, Questão 6 A equação de Nernst calcula o potencial de potencial de membrana em repouso um pouco mais positivo membrana para um único íon do que seria se a célula fosse permeável apenas ao Lembre-se do Capítulo 5 que todas as células vivas têm um REVISANDO CONCEITOS potencial de membrana em repouso p. 166] que 6. Dados os valores na Tabela 8-2, use a equação de Nernst resulta da distribuição desigual de íons através da membrana para calcular o potencial de equilíbrio do Use a in- celular. Dois fatores influenciam o potencial de membrana: formação sobre logaritmos dadas no Apêndice A e tente 1. Os gradientes de concentração dos através da membra- fazer os cálculos sem a ajuda de uma calculadora. na. Normalmente, o sódio o cloreto e o cál- Resposta: p. 294 cio são mais concentrados no líquido extracelular do que no citosol. potássio (K*) é mais concentrado A equação de GHK calcula o potencial de no citosol do que no líquido extracelular. membrana usando vários íons 2. A permeabilidade da membrana a esses A membrana A equação de Goldman-Hodgkin-Katz (GHK) é utilizada celular em repouso é muito mais permeável ao K+ do para calcular o potencial de membrana em repouso que re- que ao ou o Isto torna o o principal íon sulta da contribuição de todos os íons que podem atravessar determinante do potencial de membrana em repouso. a membrana. A equação de GHK inclui os valores de perme- Capítulo 5 apresentou a equação de Nernst, a qual des- abilidade da membrana, pois a permeabilidade de um íon creve o potencial de membrana que um único íon iria pro- influencia a sua contribuição para o potencial de membrana. duzir se a membrana fosse permeável a apenas aquele íon Se a membrana não é permeável a um íon, esse íon não afeta p. 168]. Para um íon qualquer, esse potencial de mem- o potencial de membrana. brana é chamado de potencial de equilíbrio do íon Para as células de mamíferos, assumimos que o o e o são os três íons que influenciam o potencial de em membrana nas células em repouso. A contribuição de cada íon para o potencial de membrana é proporcional à sua ha- bilidade de cruzar a membrana. A equação de GHK para cé- Onde: lulas que são permeáveis a Na+, K+, e é: 61 é 2,303 RT/F a 37°C Z é a carga elétrica do íon (+1 para o K*) e são as concentrações do íon dentro e Onde: fora da célula (R é a constante dos gases, T é a temperatura absoluta e F é a Vm o potencial de membrana em repouso em mV a 37°C constante de Faraday. Para informação adicional sobre esses valores, ver Apêndice B.) 61 é 2,303 RT/F a 37°C Quando usamos as concentrações intracelular e extrace- P é a permeabilidade relativa da membrana ao íon lular estimadas de K+ na equação de Nernst, a equação chega subscrito a um potencial de equilíbrio do potássio, ou Ek, de -90 mV. e são as concentrações dos íons fora e Entretanto, o valor médio do potencial de membrana em re- dentro da célula pouso dos neurônios é de -70 mV (dentro da célula em rela- ção ao lado de fora), sendo mais positivo do que o previsto Apesar desta equação parecer intimidante, ela pode ser pelo potencial de equilíbrio do potássio. Isto significa que simplificada usando palavras: o potencial de membrana em outros íons devem estar contribuindo para o potencial de repouso é determinado pela contribuição combinada de membrana. Os neurônios em repouso são levemente perme- (gradiente de concentração) X (permeabilidade da membra- áveis ao Na+, e a entrada de positivo na célula torna o na) de cada íon.Fisiologia Humana 257 Se a membrana não é permeável a um íon, o valor de manece essencialmente inalterada, apesar do potencial de permeabilidade daquele íon é zero, e o íon sai da equação. membrana ter sido alterado em 100 mV. Por exemplo, células em repouso normalmente não são per- Uma situação análoga seria quando um grão de areia meáveis ao então o não faz parte da equação de da praia entra em seu olho. Existem tantos grãos de areia GHK. na praia que a perda de um grão não é significante, assim A equação de GHK prevê os potenciais de membrana em como o movimento de um K+ através da membrana celu- repouso com base nas concentrações dos íons e na permeabi- lar não altera de forma significativa a concentração de lidade da membrana e explica porque a pequena permeabili- Entretanto, o sinal elétrico criado pelo movimento de uns dade da célula ao faz com que o potencial de membrana poucos íons K+ através da membrana tem um efeito signi- em repouso seja mais positivo do que o determinado pela ficativo no potencial de membrana da célula, assim como equação de Nernst. A equação de GHK também pode ser usa- um único grão de areia em seu olho causa um desconforto da para prever o que acontece com o potencial de membrana significante. quando as concentrações dos íons ou a permeabilidade da membrana mudam. Canais com portão controlam a permeabilidade do neurônio o movimento dos íons gera sinais elétricos Como uma célula muda a sua permeabilidade ionica? A potencial de membrana em repouso de células vivas é maneira mais simples é abrir ou fechar canais existentes na determinado primariamente pelo gradiente de concentra- membrana. Os neurônios contêm uma grande variedade de ção do K+ e pela permeabilidade da célula em repouso ao canais com portão que alternam entre os estados Na+, ao K+ e ao Uma mudança tanto no gradiente de aberto e fechado, dependendo das condições intracelulares concentração do K+ quanto nas permeabilidades e extracelulares p. 144]. Um método mais lento de mu- 8 altera o potencial de membrana. Por exemplo, em repou- dar a permeabilidade da membrana é inserir novos canais na so, a membrana celular de um neurônio é bem pouco per- membrana ou remover alguns canais existentes. meável ao Entretanto, se a membrana subitamente Os canais ionicos usualmente são denominados de acor- aumenta sua permeabilidade ao Na+, este entra na célula, do com os principais que passam através deles. Exis- a favor do seu gradiente eletroquímico p. 166]. A adi- tem quatro tipos principais de canais ionicos seletivos no ção do positivo ao líquido intracelular despolariza a neurônio: (1) canais de Na+, (2) canais de K+, (3) canais de membrana celular e gera um sinal elétrico Fig. 5-34, e (4) canais de Os outros canais são menos seleti- .169]. vos, como o canal de cátion monovalente que permite que o movimento de íons através da membrana também e o passem. pode hiperpolarizar uma célula. Se a membrana celular subi- A facilidade com que os íons fluem através de um canal é tamente se torna mais permeável ao K+, sua carga positiva chamada de condutância do canal (conductus, acompanhar). é perdida de dentro da célula e esta se torna mais negativa A condutância de um canal varia com o estado de abertura (hiperpolariza). Uma célula também pode hiperpolarizar se deste e com a isoforma da proteína do canal. Como descrito íons com carga negativa, como o entrarem na célula a no Capítulo 5, alguns canais com os canais de vaza- partir do líquido extracelular. mento (abertos) de Kt que são os principais determinantes do potencial de membrana em repouso, passam a maior parte REVISANDO CONCEITOS do tempo abertos. Outros canais têm portões que abrem ou 7. Uma célula com potencial de membrana em repouso fecham em resposta a um estímulo em particular: de -70 mV seria despolarizada ou hiperpolarizada nos seguintes casos? (Você deve considerar tanto o gradiente 1. Os canais ionicos controlados mecanicamente são de concentração quanto o gradiente elétrico do íon para encontrados em neurônios sensoriais e se abrem em res- determinar o movimento resultante do posta a forças físicas, como pressão ou estiramento. (a) A célula se torna mais permeável ao 2. Os canais ionicos controlados por ligante da maioria (b) A célula se torna menos permeável ao dos neurônios respondem a uma grande variedade de 8. A membrana celular seria despolarizada ou hiperpola- ligantes, como neurotransmissores e neuromodulado- rizada se uma pequena quantidade de entrasse na res extracelulares ou moléculas sinalizadoras intracelu- célula? Respostas: p. 294 lares. É importante saber que uma mudança no potencial de 3. Os canais ionicos controlados por voltagem respon- dem a mudanças no potencial de membrana da célula. membrana de -70 mV para um valor positivo, como +30 Estes canais têm um papel importante na iniciação e na mV, não significa que os gradientes de concentração dos condução de sinais elétricos. se inverteram! Uma mudança significativa no potencial de membrana ocorre com o movimento de pouquíssimos Nem todos os canais se comportam exatamente da mes- Por exemplo, para mudar o potencial de membrana em 100 ma maneira. o limiar de voltagem, ou estímulo mínimo mV, apenas 1 de cada 100.000 K+ precisa entrar ou sair da p. 200], para a abertura do canal varia de um tipo de célula. Isto é uma fração tão pequena do número total de canal para outro. Por exemplo, alguns canais que pensamos íons K+ na célula que a concentração intracelular de per- ser canais de vazamento são na verdade canais com portão258 Dee Unglaub Silverthorn mecanismos específicos de inativação do canal variam com FOCO CLÍNICO os diferentes tipos de canal. Cada tipo principal de canal tem vários subtipos com CANALOPATIAS propriedades variadas, e a lista de subtipos torna-se mais lon- ga a cada ano. Dentro de cada subtipo podem haver múlti- Os canais são proteínas, e como as outras pro- plas isoformas que expressam diferentes cinéticas [kinetikos, teínas eles podem perder ou alterar sua função se sua movimento] de abertura e fechamento e proteínas associa- sequência de aminoácidos for alterada. As canalopatias das que modificam as propriedades do canal. Além disso, a (pathos, sofrimento) são doenças hereditárias causadas atividade do canal pode ser modulada por fatores químicos por mutações nas proteínas dos canais Como os que se ligam à proteína canal, como os grupos fosfato. canais estão intimamente associados à atividade elétrica das células, muitas canalopatias se manifestam como disfunções nos tecidos excitáveis (nervo e múscu- As mudanças na permeabilidade dos canais lo). Uma contribuição significativa da biologia molecular geram sinais elétricos para a medicina foi a descoberta de que o que a comu- Quando os canais se abrem, os íons podem mover-se nidade médica considerava uma única doença pode ser para dentro ou para fora da célula. fluxo de carga elétrica na verdade uma família de doenças relacionadas com di- carregada por um íon é chamada de corrente de um ferentes causas, mas sintomas parecidos. Por exemplo, a abreviada como A direção do movimento do íon depen- condição conhecida como síndrome do Q-T longo (LQTS; de do gradiente eletroquímico (combinação de gradiente de chamada assim devido às alterações no eletrocardiogra- concentração e gradiente elétrico) do íon. potássio usu- ma) é um problema cardíaco caracterizado por batimen- almente se movem para fora da célula. o e o to cardíaco irregular (arritmia; a-, sem), desmaios e, às usualmente fluem para dentro da célula. o fluxo de íons vezes, morte súbita. Os cientistas identificaram oito dife- através da membrana despolariza ou hiperpolariza a célula, rentes mutações gênicas em canais de K+, de Na+ ou de gerando um sinal elétrico. Ca++ que resultam em vários subtipos de LQTS. Outras Os sinais elétricos podem ser classificados em dois ti- canalopatias bem conhecidas incluem algumas formas pos básicos: os potenciais graduados e os potenciais de ação de epilepsia e a hipertermia maligna. A canalopatia mais (Tabela 8-3 Os potenciais graduados são sinais de força comum é a fibrose cística, que resulta de defeitos na fun- variável que percorrem distâncias curtas e perdem força à ção de canais de cloreto (ver Solucionando o Problema medida que percorrem a célula. Eles são utilizados para a do Capítulo 5). comunicação por distâncias curtas. Se um potencial gra- duado despolarizante é forte o suficiente quando atinge a região integradora de um neurônio, esse potencial gradua- do inicia um potencial de ação. Os potenciais de ação são controlados por voltagem que permanecem abertos na faixa grandes despolarizações muito breves que percorre longas de voltagem do potencial de membrana de repouso. distâncias por um neurônio sem perder força. Sua função é A velocidade em que o portão de um canal abre e fecha a sinalização rápida por longas distâncias. também difere entre os diferentes tipos de canais. A abertu- ra de um canal para permitir o fluxo do íon é chamada de ativação. Por exemplo, os axônios contêm canais de e Os potenciais graduados refletem a intensidade canais de K+ que são ativados pela despolarização celular. Os do estímulo canais de se abrem muito rapidamente, mas os canais de Os potenciais graduados nos neurônios são despolarizações K+ demoram mais para se abrirem. o resultado disso é um ou hiperpolarizações que ocorrem nos dendritos e no corpo fluxo inicial de através da membrana, seguido de um celular ou, menos frequentemente, perto dos terminais axô- fluxo de nicos. Estas mudanças no potencial de membrana são deno- Muitos canais que abrem em resposta à despolarização minadas "graduadas", porque o seu tamanho, ou amplitude se fecham somente quando a célula repolariza. portão da (amplitudo, grande), é diretamente proporcional à força do proteína canal tem uma carga elétrica que muda as posições evento que as inicia. Um grande estímulo causa um grande do portão entre aberto e fechado quando o potencial de potencial graduado, e um estímulo pequeno vai resultar em membrana é modificado. Isso é como uma porta de mola um potencial graduado fraco. que abre quando você a empurra, e depois fecha quando Nos neurônios do SNC e da divisão eferente, os poten- você a solta. ciais graduados ocorrem quando sinais químicos de outros Porém, alguns canais que abrem com um estímulo se fe- neurônios abrem canais ionicos controlados por ligante, cham embora o estímulo de ativação continue, um processo permitindo que os íons entrem ou saiam do neurônio. Es- conhecido como inativação. Isso é similar a uma porta com tímulos mecânicos (como o estiramento) abrem canais um mecanismo automático de abrir e fechar. A porta abre nicos em alguns neurônios sensoriais. Potenciais graduados quando você pressiona o botão, e ela fecha após um certo também podem ocorrer quando um canal aberto se fecha, período de tempo, se você ainda estiver parado na soleira da diminuindo o movimento de íons através da membrana ce- porta ou não. Um canal inativado retorna ao seu estado nor- lular. Por exemplo, se os canais de se fecham, menos K+ mal fechado rapidamente após a membrana repolarizar. Os vai deixar a célula e a retenção de K+ vai despolarizá-la.Fisiologia Humana 259 TABELA 8-3 Comparação entre potencial graduado e potencial de ação nos neurônios POTENCIAL GRADUADO POTENCIAL DE AÇÃO Tipo de sinal Sinal de entrada Sinal de condução regenerativo Onde ocorre? Geralmente nos dendritos e no corpo celular Zona de disparo no axônio Tipos de canais Canais controlados mecanicamente, por Canais controlados por voltagem envolvidos ligante ou por voltagem envolvidos Geralmente e K+ Tipo de sinal Despolarizante (p. ex., ou hiperpolarizante Despolarizante (p. ex., Força do sinal Depende do estímulo inicial; pode ser somado Fenômeno tudo ou nada; não pode ser so- mado o que inicia o sinal? Entrada de íons por canais Potenciais graduados acima do limiar na zona de disparo Características únicas Não há nível mínimo necessário para iniciar Estímulo limiar é necessário para iniciar Dois sinais que chegam ao mesmo tempo vão se Período refratário: dois sinais que chegam ao 8 somar mesmo tempo não podem se somar A intensidade do estímulo inicial é indicada pela frequência de uma série de potenciais de ação REVISANDO CONCEITOS 1. Vazamento de corrente. Alguns dos íons positivos vazam 9. Relacione o movimento de cada íon com o tipo de poten- de volta através da membrana à medida que a onda de cial graduado que ele cria. despolarização se move pela célula. A membrana do cor- (a) entra 1. Despolarização po celular do neurônio não é um bom isolante e tem ca- (b) entra 2. Hiperpolarização nais de vazamento abertos que permitem que as cargas (c) K+ sai positivas saiam para o líquido extracelular. (d) entra Resposta: p. 294 2. Resistência citoplasmática. próprio citoplasma gera resistência ao fluxo da eletricidade, assim como a água A Figura 8-7 mostra um potencial graduado que inicia causa a resistência que diminui as ondas geradas a par- quando um estímulo abre canais de cátion monovalente no tir da pedra. A combinação do vazamento de corrente e corpo celular de um neurônio. sódio se movem para da resistência citoplasmática indica que a força do sinal dentro do neurônio introduzindo energia elétrica. A carga dentro da célula diminui com a distância. positiva levada para dentro pelo se espalha como uma onda de despolarização através do citoplasma, do mesmo Potenciais graduados, que são fortes o suficiente, final- modo que uma pedra jogada na água cria ondas que se es- mente atingem a região do neurônio conhecida como zona palham a partir do seu ponto de entrada. A onda de despo- de disparo. Em neurônios eferentes e interneurônios, a zona larização que se move através da célula é conhecida como de disparo é o cone axônico e a primeira parte do axônio, fluxo de corrente local. Por convenção, corrente em siste- uma região conhecida como segmento inicial (ver Figura mas biológicos é o movimento resultante de cargas elétricas 8-2). Em neurônios sensoriais, a zona de disparo é imedia- positivas. tamente adjacente ao receptor, onde os dendritos se unem ao axônio. A força da despolarização inicial em um potencial gra- duado é determinada pela quantidade de carga que entra na REVISANDO CONCEITOS célula, assim como o tamanho das ondas causadas pela pe- 10. Identifique as zonas de disparo dos neurônios ilustrados dra jogada na água é determinado pelo tamanho da pedra. Se na Figura 8-3, se possível. Resposta: p. 294 mais canais de Na+ se abrem, mais entra, e o potencial graduado tem uma maior amplitude inicial. Quanto maior a A zona de disparo é o centro integrador do neurônio amplitude inicial, mais longe o potencial graduado pode se e contém uma grande concentração de canais de con- espalhar através do neurônio antes de se extinguir. trolados por voltagem na sua membrana. Se os potenciais Por que os potenciais graduados perdem força à medida graduados que alcançam a zona de disparo despolarizam a que se movem através do citoplasma? Existem duas razões: membrana até a voltagem limiar, os canais de contro-260 Dee Unglaub Silverthorn Amplitude (força) do potencial graduado (mV) 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 Distância Ponto de origem Distância do estímulo Terminal axônico Estímulo Neurônio pós-sináptico B 1 2 3 4 5 1 2 A QUESTÃO DA FIGURA 3 Em qual ponto do neurônio o potencial 4 graduado será mais forte, A ou B? Na curva do gráfico, indique as 5 localizações aproximadas de A e B. FIGURA 8-7 Potenciais graduados perdem força à medida que se espa- Iham a partir do ponto de origem. lados por volagem se abrem e um potencial de ação é ini- do limiar quando atinge a zona de disparo. Apesar de a célu- ciado. Se a despolarização não atinge o limiar, o potencial la ser despolarizada até - 40 mV no lugar onde o potencial graduado simplesmente desaparece à medida que se move graduado inicia, a corrente diminui à medida que percorre pelo axônio. o corpo celular. Como resultado, o potencial graduado está Como a despolarização torna mais provável que o neu- abaixo do limiar quando atinge a zona de disparo. (Para um rônio dispare um potencial de ação, potenciais graduados neurônio típico de mamíferos, o limiar é cerca de -55 mV.) despolarizantes são considerados excitatórios. Um potencial o estímulo não é forte o suficiente para despolarizar a célula graduado hiperpolarizante move o potencial de membrana até o limiar na zona de disparo, e o potencial graduado desa- para mais longe do valor limiar e torna menos provável que parece sem desencadear um potencial de ação. o neurônio dispare um potencial de ação. Consequente- A Figura 8-8b mostra um estímulo inicial mais forte que mente, potenciais graduados hiperpolarizantes são conside- inicia uma despolarização mais forte e finalmente causa um rados inibitórios. potencial de ação. Apesar deste potencial graduado também A Figura 8-8 mostra um neurônio com três eletrodos diminuir com a distância ao longo do neurônio, sua força ini- de registro colocados em intervalos ao longo do corpo celular cial maior garante que ele esteja acima do limiar ao atingir e na zona de disparo. Na Figura 8-8a, um único estímulo ini- a zona de disparo. Neste exemplo, um potencial de ação é cia um potencial graduado sublimiar, isto é, que está abaixo iniciado.Fisiologia Humana 261 (a) Um potencial graduado começa acima do limiar (T) no seu ponto de ini- (b) Um estímulo mais forte no mesmo ponto do corpo celular gera um ciação, mas diminui sua força enquanto percorre o corpo celular. Na zona de potencial graduado que ainda está acima do limiar no momento em que disparo ele está abaixo do limiar e portanto não inicia um potencial de ação. ele chega na zona de disparo, resultando em um potencial de ação. Estímulo Estímulo Terminal sináptico -40 -40 -55 T -55 T -70 -70 mV Estímulo mV Estímulo Corpo Tempo Tempo celular -40 -40 -55 T -55 T -70 -70 mV mV Zona de Zona de disparo Tempo disparo Tempo 8 -40 -40 -55 T -55 T Axônio -70 -70 mV mV Tempo Tempo Potencial graduado Potencial graduado abaixo do limiar acima do limiar Sem potencial Potencial de ação de ação FIGURA 8-8 Potenciais graduados sublimiar e supralimiar em um neurô- nio. Em (a), o potencial graduado está abaixo do valor limiar (L) de -55 mV quando atinge a zona de disparo. Em (b), o potencial graduado está acima do valor limiar quando chega na zona de disparo. Os potenciais de ação percorrem longas priedade é essencial para a transmissão de sinais por longas distâncias distâncias, como da ponta do dedo até a medula espinal. Os potenciais de ação, também conhecidos como potenciais A explicação do disparo do potencial de ação que se se- gue é típica do que acontece em neurônios do sistema nervo- em ponta, diferem dos potenciais graduados uma vez que periférico. Neste mecanismo simples, mas elegante, cuja eles não perdem força enquanto percorrem o neurônio. A descrição deu a A. L. Hodgkin e A. F. Huxley o Prêmio Nobel capacidade de um neurônio de responder rapidamente a um em 1963, um estímulo supralimiar (acima do limiar) causa estímulo e disparar um potencial de ação é denominada ex- um potencial de ação, como pode ser observado na Figura citabilidade. 8-8b. Estes potenciais de ação requerem apenas dois tipos de Registros de potenciais de ação neuronais mostram que canais ionicos: o canal de controlado por voltagem e o estes são despolarizações de aproximadamente 100 mV de canal de K+ controlado por voltagem, mais alguns canais de amplitude. A força do potencial graduado que inicia um po- vazamento que ajudam a estabelecer o potencial de mem- tencial de ação não influencia a amplitude do potencial de brana em repouso. ação. Os potenciais de ação são muitas vezes chamados de Entretanto, o processo de sinalização elétrica no SNC fenômenos tudo ou nada, pois ou ocorrem como despolari- pode ser muito mais complexo. Neurônios do encéfalo zação máxima (se o estímulo atinge o limiar) ou não ocorrem mostram diferentes personalidades elétricas ao dispararem (se o estímulo está abaixo do limiar). Um potencial de ação potenciais de ação em uma grande variedade de padrões medido na extremidade distal de um axônio é idêntico ao e algumas vezes sem necessidade de um estímulo externo potencial de ação que iniciou na zona de disparo. Esta pro- para levá-los ao limiar. Por exemplo, os neurônios podem262 Dee Unglaub Silverthorn 1 Potencial de membrana em repouso. 2 Estímulo despolarizante. 3 Membrana despolariza até o limiar. Os canais de Na+ controlados por voltagem se abrem rapidamente e o Na+ entra na célula. Os canais de K+ controlados por voltagem começam a se abrir lentamente. 4 A entrada rápida do Na+ despolariza a célula. 5 Os canais de Na+ se fecham e os canais de K+ mais lentos se abrem. 5 6 K+ se move da célula para +30 o líquido extracelular. 7 Os canais de K+ continuam abertos e mais +10 K+ deixa a célula, 0 4 8 Os canais de K+ controlados por voltagem 6 -10 se fecham e menos K+ sai da célula. de A célula retorna à sua permeabilidade -30 de repouso e ao potencial de membrana em repouso. -50 Limiar 3 -70 1 2 7 9 8 -90 0 1 2 3 4 Tempo (ms) Despo- Repo- Repouso Pós-hiperpolarização Repouso larização larização Voltagem Na+ K+ 0 1 2 3 4 Tempo (ms) FIGURA 8-9 Alterações da permeabilidade ionica e da voltagem durante o potencial de ação. ser tonicamente ativos p. 196], disparando sequências re- de da membrana para o e o A Figura 8-9 mostra gulares de potenciais de ação (marcapassos de batimentos), as mudanças na voltagem e na permeabilidade ionica que ou podem exibir explosões ou "salvas" de potenciais de ação ocorrem em um segmento da membrana durante um poten- alternando-se de maneira rítmica com intervalos de repouso cial de ação. o gráfico pode ser dividido em três fases: a fase (marcapassos rítmicos). ascendente do potencial de ação, a fase descendente e a fase Esses diferentes padrões de disparo são criados por va- pós-hiperpolarização. Antes e depois do potencial de ação, riantes de canais que diferem em suas voltagens de em 1 e 9, o neurônio está no potencial de membrana em ativação e inativação, velocidade de abertura e fechamento, repouso de -70 mV. e sensibilidade a Esta variabilidade torna os neurônios do encéfalo mais dinâmicos e complicados do A fase ascendente do potencial de ação ocorre de- que os neurônios motores somáticos simples que usaremos vido a um aumento súbito e temporário da permeabilida- como modelo na discussão a seguir. de da célula ao Um potencial de ação inicia quando um potencial graduado que atinge a zona de disparo 2 despolariza a membrana até o limiar (-55 mV) 3. À me- e K+ se movem através da membrana dida que a célula despolariza, canais de controlados durante os potenciais de ação por voltagem se abrem, tornando a membrana muito mais Os potenciais de ação ocorrem quando canais con- permeável ao Na+ Como o é mais concentrado fora trolados por voltagem se abrem, alterando a permeabilida- da célula e como o potencial de membrana negativo den-Fisiologia Humana 263 tro da célula atrai estes íons de carga positiva, o flui cos controlados por voltagem na membrana se abrem, au- para dentro da célula. mentando a permeabilidade da célula primeiro para o A adição de carga positiva ao líquido intracelular des- e depois para o influxo (movimento para dentro da polariza a membrana celular, tornando-a progressivamente célula) de despolariza a célula. Essa despolarização é mais positiva (mostrado pela fase ascendente no gráfico 4). seguida pelo efluxo do K+ (movimento para fora da célula), No terço superior da fase ascendente, o interior da célula que restabelece o potencial de membrana em repouso da se tornou mais positiva do que o exterior e o potencial de célula. membrana reverteu a sua polaridade. Esta reversão é repre- sentada no gráfico pela ultrapassagem, a parte do potencial Os canais de Na+ no axônio têm dois portões de ação acima de 0 mV. Assim que o potencial de membrana da célula se torna Uma questão que tem intrigado os cientistas durante mui- positivo, a força elétrica que impulsiona o movimento de tos anos é como os canais de controlados por voltagem para dentro da célula desaparece. Entretanto, o gradien- se fecham quando a célula está despolarizada. Por que estes te de concentração de permanece, então o continua canais se fecham quando a despolarização é um estímulo a mover-se para dentro da célula. Enquanto a permeabilida- para os canais de Na+ se abrirem? Depois de muitos anos de ao continua alta, o potencial de membrana se move de estudo, eles encontraram a resposta. Os canais de em direção ao potencial de equilíbrio do de + 60mV. controlados por voltagem têm dois portões que regulam o (Lembre-se do Capítulo 5 que o é o potencial de mem- movimento dos ao invés de um único portão. Esses brana no qual o movimento do para dentro da célula a dois portões, conhecidos como portões de ativação e de favor do seu gradiente de concentração é contraposto exa- inativação, se movem para frente e para trás para abrir e tamente pelo potencial de membrana positivo p. 168].) fechar o canal de Entretanto, antes que o seja atingido, os canais de Na+ no Quando um neurônio está em seu potencial de mem- 8 axônio se fecham. A permeabilidade ao sódio diminui drasti- brana em repouso, o portão de ativação do canal de está camente, e o potencial de ação atinge o pico em +30 fechado, e o não se move através do canal (Fig. 8-10a o portão de inativação, aparentemente uma sequência de A fase descendente do potencial de ação correspon- aminoácidos que lembra uma bola e uma corrente no lado de a um aumento na permeabilidade ao Os canais de citoplasmático do canal, está aberto. Quando a membrana K*controlados por voltagem, assim como os canais de Na+ celular próxima ao canal despolariza, o portão de ativação se começam a se abrir em resposta à despolarização. Entretan- abre (Fig. 8-10b). Isto abre o poro do canal e permite que o to, os portões dos canais de K+ são muito mais lentos para se mova para dentro da célula a favor do seu gradiente se abrir, e o pico da permeabilidade ao K+ ocorre depois do eletroquímico (Fig. 8-10c). pico de permeabilidade ao (Figura 8-9, gráfico inferior). A adição de carga positiva despolariza ainda mais o inte- Enquanto os canais de K+ estão abertos, o potencial de mem- brana da célula atingiu +30 mV devido ao influxo de rior da célula e inicia uma alça de retroalimentação positiva através de canais de abertura mais rápida. p. 203] 8-11 Mais canais de se abrem e mais Quando os canais de se fecham no pico do poten- Na entra, despolarizando ainda mais a célula. Enquanto a cial de ação, os canais de K+ recém terminaram de abrir, tor- célula permanece despolarizada, os portões de ativação dos nando a membrana mais permeável ao No potencial de canais de Na+ permanecem abertos. membrana positivo, os gradientes elétrico e de concentração Como acontece em todas as alças de retroalimentação do K+ favorecem o seu movimento para fora da célula. À positiva, uma intervenção externa é necessária para inter- medida que o K+ se move para fora da célula, o potencial de romper a despolarização crescente da célula. Esta interven- membrana rapidamente se torna mais negativo, gerando a ção externa é função dos portões de inativação dos canais de fase descendente do potencial de ação 6 e levando a célula Tanto os portões de ativação quanto os de inativação se em direção ao seu potencial de repouso. movem em resposta à despolarização, mas os portões de ina- Quando o potencial de membrana atinge -70 mV, os ca- tivação atrasam o seu movimento em 0,5 ms. Durante este nais de K+ controlados por voltagem ainda não estão fecha- atraso, os canais de estão abertos, permitindo influxo dos. o potássio continua a sair da célula através dos canais de Na suficiente para criar a fase ascendente do potencial de K+ controlados por voltagem e dos canais de vazamen- de ação. Quando os portões de inativação mais lentos final- to, e a membrana hiperpolariza, aproximando-se do de mente se fecham, o influxo de para, e o potencial de -90 Esta pós-hiperpolarização é também conhecida ação atinge o seu pico (Fig. 8-10d). como subpassagem. Quando os canais lentos de K+ controla- Quando o neurônio repolariza durante o efluxo de K+, os dos por voltagem finalmente se fecham, parte do vazamento portões dos canais de Na+ voltam às suas posições originais, do K+ para fora cessa 8. A retenção de K+ e o vazamento de de modo que possam responder à próxima despolarização para dentro levam o potencial de membrana de volta a (Fig. mecanismo dos dois portões que os canais de 9, o valor que reflete a permeabilidade da célula em controlados por voltagem usam para sua abertura e fe- repouso a K+, Cl e chamento permite que os sinais elétricos ao longo do axônio Em resumo, o potencial de ação é uma mudança no sejam conduzidos em apenas uma direção, como você verá na potencial de membrana que ocorre quando os canais ioni- próxima seção.264 Dee Unglaub Silverthorn Na+ REVISANDO CONCEITOS LEC 11. Os inseticidas à base de piretrina, derivados do crisân- +30 temo, danificam os portões de inativação dos canais de 0 de maneira que os canais permanecem abertos. Em mV neurônios envenenados com piretrinas, o que aconteceria -55 com o potencial de membrana? Explique sua resposta. -70 LIC 12. Quando os portões do canal de estão na sua posição Portão de Portão de de repouso, o portão de ativação está aberto ou fechado? ativação inativação E o portão de inativação está aberto ou fechado? (a) Durante o potencial de membrana em repouso, Respostas: p. 294 o portão de ativação fecha o canal. Na+ Os potenciais de ação não são disparados +30 durante o período refratário absoluto 0 o mecanismo dos dois portões dos canais de tem um pa- mV pel principal no fenômeno conhecido como período refra- -55 -70 tário. adjetivo refratário vem de uma palavra do latim que significa A inflexibilidade do neurônio se refe- re ao fato de que, uma vez que um potencial de ação tenha iniciado, um segundo potencial de ação não pode ser dispa- (b) o estímulo despolarizante chega ao canal. rado durante cerca de 2 ms, não importando a intensidade portão de ativação abre. do estímulo. Este período é denominado período refratário Na+ absoluto (Fig. 8-12 e representa o tempo necessário para que os portões dos canais de voltem às suas posições de +30 repouso. Devido ao período refratário absoluto, um segundo 0 mV potencial de ação não vai ocorrer antes do primeiro ter ter- -55 minado. Consequentemente, os potenciais de ação não podem se -70 sobrepor e não podem se propagar para trás. o período refratário relativo segue o período refratá- rio absoluto. Durante o período refratário relativo, muitos portões dos canais de Na+ mas não todos, voltaram à sua po- (c) Com o portão de ativação aberto, o Na+ entra na célula. sição original. Os canais de que ainda não voltaram à sua posição de repouso podem ser abertos por um potencial Na+ graduado maior que o normal o qual tem o efeito de apro- +30 ximar o valor limiar de zero. Isto significa que um potencial 0 graduado despolarizante maior do que o normal é necessário mV para levar a célula até o limiar. -55 Além disso, durante o período refratário relativo, os ca- -70 nais de K+ ainda estão abertos. Apesar de o poder entrar através dos canais de recém-abertos, a despolarização devido à entrada de Na+ vai ser contraposta pela perda de (d) o portão de inativação se fecha e a entrada de Na+ para. Como resultado, qualquer potencial de ação que dispare terá uma amplitude menor do que o normal. o período refratário é uma característica-chave que dis- Na+ tingue os potenciais de ação dos potenciais graduados. Se dois estímulos alcançam os dendritos de um neurônio em +30 um curto espaço de tempo, os potenciais graduados suces- 0 sivos criados por esses estímulos podem ser somados. Se, mV -55 entretanto, dois potenciais graduados supralimiares alcança- -70 rem a zona de disparo durante o período refratário absoluto do potencial de ação, o segundo potencial graduado não tem efeito, porque os canais de Na+ estão inativados e não po- dem abrir de novo tão rapidamente. (e) Durante a repolarização causada pela saída do K+ da célula, os dois portões voltam às suas posições originais. Os períodos refratários limitam a velocidade com que os sinais podem ser transmitidos em um neurônio. período FIGURA 8-10 Modelo do canal de por voltagem. A principal característica deste canal é a pre- *N. de T. A autora usa a expressão idiomática stubborn, que popularmente sença de dois portões: um portão de ativação e outro de é conhecida como "cabeça-dura", para referir-se à inflexibilidade ou "tei- inativação. mosia" do neurônio durante o período refratário.Fisiologia Humana 265 Fase de aumento Pico Fase de queda Na+ entra na célula Para interromper o ciclo, Os portões de ativação os portões de inativação dos canais de Na+ se Ciclo de retroalimentação mais lentos dos canais abrem rapidamente de Na+ se fecham (ver Fig. 8-10). Mais despolarização desencadeia Despolarização Canais lentos de K+ sai K+ se abrem Repolarização da célula FIGURA 8-11 A entrada de durante um potencial de ação gera uma alça de retroalimentação positiva. A alça de retroalimentação positiva é in- terrompida quando os portões de inativação dos canais de se fecham. 8 refratário absoluto também garante o trajeto unidirecional de Primeiro o se move para dentro da célula, depois o um potencial de ação, do corpo celular para o terminal axôni- K+ se move para fora. Entretanto, é importante entender co, impedindo o potencial de ação de retornar. que muito poucos íons se movem através da membrana em um único potencial de ação, de maneira que as concentra- A intensidade do estímulo é codificada pela ções relativas de Na+ e dentro e fora da célula permanecem frequência dos potenciais de ação essencialmente inalteradas. Por exemplo, apenas 1 de cada 100.000 deve sair da célula para modificar o potencial Uma característica importante dos potenciais de ação é que de membrana de +30 para -70 mV, o equivalente à fase todos os potenciais de ação de um dado neurônio são idên- descendente do potencial de ação. número muito peque- ticos a todos os outros potenciais de ação deste neurônio. Se no de íons que atravessa a membrana durante um poten- todos os potenciais de ação são iguais, de que modo o neu- cial de ação não altera os gradientes de concentração de rônio transmite informação sobre a intensidade e a duração e de do estímulo que iniciou o potencial de ação? A resposta não Geralmente, os íons que se movem para dentro e para está na amplitude do potencial de ação, mas na frequência fora da célula durante os potenciais de ação são rapidamen- de potenciais de ação. te devolvidos aos seus compartimentos originais pela Um potencial graduado alcançando a zona de disparo (também conhecida como bomba de A geralmente não inicia um único potencial de ação. Ao in- bomba usa energia do ATP para trocar o que entrou na vés disso, até um pequeno potencial graduado que está aci- célula pelo K+ que saiu da célula p. 147]. Entretanto, esta ma do limiar inicia uma "salva" de potenciais de ação (Fig. troca não precisa acontecer antes que o próximo potencial de ação 8-13a Se os potenciais graduados aumentam em força dispare, porque o gradiente de concentração não foi signi- (amplitude), a frequência dos potenciais de ação disparados ficativamente alterado por um potencial de ação! Um neurônio aumenta 8-13b). sem uma bomba de funcional pode disparar mil ou A quantidade do neurotransmissor liberado no terminal mais potenciais de ação antes que ocorra uma mudança sig- axônico está diretamente relacionada ao número total de po- nificativa nos gradientes tenciais de ação que chegam ao terminal por unidade de tem- po. Muitas vezes, uma salva de potenciais de ação que chega REVISANDO CONCEITOS ao terminal resulta em um aumento na liberação do neuro- 13. Se você colocar ouabaína, um inibidor da bomba de transmissor, como mostrado na Figura 8-13. Entretanto, em em um neurônio e estimular esse neurônio repe- alguns casos de atividade contínua, a liberação do neurotrans- tidamente, o que acontecerá com os potenciais de ação missor pode diminuir porque o axônio não consegue repor seu gerados por esse neurônio? estoque de neurotransmissor suficientemente rápido. a. Eles cessam imediatamente. b. Não há efeito imediato, mas eles diminuem com o tempo e finalmente desaparecem. Um potencial de ação não altera os gradientes C. Eles se tornam imediatamente menores, depois esta- de concentração ionica bilizam em uma amplitude menor. Como você já aprendeu, um potencial de ação resulta do d. A ouabaína não exerce efeito nos potenciais de ação. movimento de íons através da membrana de um neurônio. Resposta: p. 294266 Dee Unglaub Silverthorn Ambos os Os canais Ambos os canais de Na+ Os canais de Na+ se fecham Os canais de Na+ voltam à posição original, ao canais fechados se abrem e os canais de K+ se abrem passo que os canais de K+ permanecem abertos fechados Canais de Na+ e K+ Período refratário absoluto Período refratário relativo +30 Potencial de ação 0 de K+ -55 -70 Alta Alta Aumentando Zero 0 1 2 3 4 Tempo (ms) FIGURA 8-12 Períodos refratários de um potencial de ação. Durante o período refratário absoluto, nenhum estímulo pode disparar outro poten- cial de ação. Durante o período refratário relativo, apenas um estímulo maior do que o normal pode iniciar um novo potencial de ação. Um único canal mostrado durante uma fase significa que a maioria dos canais está nesse estado. Quando mais de um canal de um determinado tipo é mostra- do, a população está dividida entre os estados. Os potenciais de ação são conduzidos entender como isso acontece, devemos examinar a condu- o movimento em alta velocidade de um potencial de ação ção em nível celular. ao longo do axônio é chamado de condução do potencial A despolarização de um segmento do axônio faz com de ação. Nos potenciais de ação o fluxo de energia elétrica que a corrente positiva se espalhe pelo citoplasma em todas é um processo que constantemente renova a energia per- as direções pelo fluxo de corrente local (Fig. 8-14 Simul- dida, porque um potencial de ação não perde força com taneamente, do lado externo da membrana do axônio, a cor- a distância, como ocorre com um potencial graduado. o rente flui de volta em direção ao segmento despolarizado. o potencial de ação que atinge o final do neurônio é idêntico fluxo de corrente local no citoplasma diminui com a distân- ao potencial de ação que iniciou na zona de disparo. Para cia à medida que a energia se dissipa e finalmente desapare-Fisiologia Humana 267 (a) Estímulos fracos liberam pouco neurotransmissor. Liberação do 20 neurotransmissor de 0 -20 -40 Limiar -60 -80 (b) Estímulos fortes geram mais potenciais de ação e liberam mais neurotransmissor. 20 0 -20 -40 Limiar -60 -80 Potencial graduado Potencial de ação Corpo celular 8 Terminal Estímulo Receptor axônico Neurônio aferente Zona de disparo Axônio mielinizado FIGURA 8-13 A intensidade do estímulo é indicada pela frequência de disparo dos potenciais de ação. Estímulos mais intensos liberam mais neu- rotransmissores na sinapse. ceria se não fosse pelos canais controlados por voltagem. o o estímulo é um potencial graduado acima do limiar axônio contém muitos canais de por volta- que chega à zona de disparo 8-15 A despolariza- gem. Sempre que a despolarização atinge esses canais, eles se ção abre canais de por voltagem, o en- abrem, permitindo que o entre na célula e reforçando a tra no axônio e o segmento inicial do axônio despolariza despolarização. Este mecanismo inicia a alça de retroalimen- A carga positiva da zona de disparo despolarizada se espalha tação positiva mostrada na Figura 8-11. Vamos ver como isto para porções adjacentes da membrana é repelida pelo funciona quando um potencial de ação começa na zona de que entrou no citoplasma e atraída pela carga negativa do disparo do axônio. potencial de membrana em repouso. o fluxo de corrente local em direção ao terminal axô- nico (à direita da Fig. 8-15) inicia a condução do potencial Fluxo de corrente local de ação. Quando a membrana distal à zona de disparo des- polariza, seus canais de se abrem, permitindo que o Na entre na célula 4. Isto inicia a alça de retroalimentação positiva: a despolarização abre os canais de o Na en- tra, causando mais despolarização e abrindo mais canais de na membrana adjacente. A entrada contínua de no axônio em direção ao terminal axônico significa que a for- ça do sinal não diminui à medida que o potencial de ação se propaga. (Compare com os potenciais graduados na Fig. Porção despolarizada do axônio 8-7, nos quais o entra apenas no ponto de estímulo, re- sultando em uma mudança no potencial de membrana que FIGURA 8-14 Fluxo de corrente local. Quando uma perde força com a distância.) porção do axônio despolariza, cargas positivas se mo- Quando cada segmento do axônio alcança o pico do po- vem pelo fluxo de corrente local para as porções adja- tencial de ação, seus canais de são inativados. Durante centes do citoplasma. Na superfície extracelular, a cor- a fase descendente do potencial de ação, os canais de K+ se rente flui em direção à região despolarizada. abrem, permitindo que o K+ saia do citoplasma. Finalmente,268 Dee Unglaub Silverthorn Zona de disparo + 1 Um potencial graduado Axônio acima do limiar alcança a zona de disparo. + + + + 2 Canais de Na+ controlados por voltagem se abrem e o Na+ entra no axônio. 3 Cargas positivas fluem para segmentos adjacentes do neurônio por fluxo de corrente local. 4 o fluxo de corrente local da região ativa faz com que outros segmentos da membrana se despolarizem. Na 5 o período refratário impede a condução retrógrada. A perda de K+ do citoplasma repolariza a membrana. + Região Região ativa Região inativa refratária QUESTÃO DA FIGURA Relacione os segmentos do neurônio na parte de baixo da figura com a(as) frase(s) correspondente(s): a) Axônio proximal (azul) 1. Fase ascendente do potencial de ação b) Período refratário absoluto (rosa) 2. Fase descendente do potencial de ação c) Região ativa (amarelo) 3. Pós-hiperpolarização d) Período refratário relativo (púrpura) 4. Potencial de repouso e) Região inativa distal (azul) FIGURA 8-15 Condução de potenciais de ação.Fisiologia Humana 269 (a) A transmissão de potenciais de ação pode ser comparada a uma foto de uma fila de dominós caindo, onde cada dominó está em uma posição diferente. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Eletrodos inseridos ao longo do axônio. Direção da condução 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Potenciais de membrana registrados simultaneamente por cada eletrodo. de 8 Tempo (b) Registros simultâneos mostram que cada segmento do axônio está em uma fase diferente do potencial de ação. FIGURA 8-16 Potenciais de ação ao longo de um axônio. os canais de K+ se fecham e a membrana naquele segmento dominó, e assim por diante. Se você tirasse uma foto da fila do axônio retorna ao seu potencial de repouso. de dominós em queda, você veria que quando o primeiro Apesar da carga positiva de um segmento despolarizado dominó está caído, o segundo está quase deitado, o terceiro da membrana poder voltar em direção à zona de disparo 5, está no meio da queda, e assim por diante, até chegar ao a despolarização nessa direção não tem efeito no axônio. A dominó que acabou de ser atingido e está começando a cair porção do axônio que acaba de completar um potencial de (Fig. 8-16a ). ação está em seu período refratário absoluto, com seus canais Da mesma maneira, uma onda de potenciais de ação de inativados. Por essa razão, o potencial de ação não se move ao longo do axônio. Um potencial de ação é sim- pode se mover para trás. plesmente uma representação do potencial de membrana que acontece com o fluxo de corrente retrógrada que em um determinado segmento da membrana celular em um vem da zona de disparo para o corpo celular? Os cientistas dado momento. À medida que a energia elétrica do poten- acreditavam que apenas poucos canais controlados cial de ação passa de uma parte do axônio para a próxima, por voltagem existiam no corpo celular, de modo que os flu- o estado energético é refletido no potencial de membrana XOS de corrente retrógrados seriam ignorados. Entretanto, daquela região. Se inserirmos diversos eletrodos de registro hoje se sabe que o corpo celular e os dendritos possuem ca- ao longo de um axônio e iniciarmos um sinal elétrico na nais ionicos controlados por voltagem e podem responder a zona de disparo, perceberemos uma série de potenciais de fluxos de corrente local originados na zona de disparo. Estes ação que se sobrepõem em diferentes partes da onda, assim sinais retrógrados podem influenciar e modificar o próximo como os dominós que estão paralisados em diferentes posi- sinal que atingir a célula. ções (Fig. 8-16b). Quando falamos em potenciais de ação, é importante compreender que não se trata de um único potencial de ação REVISANDO CONCEITOS que se move ao longo da célula. o potencial de ação que 14. Se colocarmos um eletrodo no meio de um axônio e artifi- ocorre na zona de disparo é como o movimento do primeiro cialmente despolarizarmos a célula até o limiar, em que di- dominó de uma série de dominós em pé. Quando o primei- reção o potencial de ação vai se propagar: para o terminal ro cai, ele atinge o próximo, passando sua energia cinética. axônico, para o corpo celular, ou para ambos? Explique sua resposta. Resposta: p. 294 Quando o segundo cai, este passa sua energia para o terceiro270 Dee Unglaub Silverthorn QUESTÃO DA FIGURA Um axônio gigante de lula tem 0,8 mm Axônio gigante de diâmetro. Um axônio mielinizado típico de lula Axônios de mamífero tem 0,002 mm de diâmetro. Qual seria o diâmetro de um nervo de mamífero se ele contivesse 100 axônios, Nervo cada um com o tamanho de um axônio gigante de lula? Um axônio (Dica: A área de um círculo gigante de lula é e 3,1459.) tem 0,8 mm de diâmetro (a) Axônios grandes oferecem menor resistência (b) Axônios mielinizados pequenos conduzem potenciais ao fluxo de corrente, mas ocupam espaço. de ação tão rápido quanto axônios não mielinizados grandes. Duzentos desses axônios ocupariam a área ocupada por um axônio gigante de lula (a). FIGURA 8-17 Axônios maiores conduzem potenciais de ação mais rapidamente. Neurônios maiores conduzem potenciais de ação A condução é mais rápida em axônios mais rapidamente mielinizados Dois parâmetros físicos chave influenciam a velocidade de A condução de potenciais de ação por um axônio é mais rá- condução de potenciais de ação em um neurônio de mamí- pida em axônios de resistência alta, nos quais o vazamento fero: (1) o diâmetro do axônio e (2) a resistência da mem- de corrente para fora da célula é minimizado. o axônio não brana do axônio ao vazamento de íons para fora da célula. mielinizado mostrado na Figura 8-15 possui uma baixa resis- Quanto maior o diâmetro do axônio ou maior a resistência tência ao vazamento de corrente porque toda a membrana da membrana ao vazamento, mais rápido um potencial de do axônio está em contato com o líquido extracelular e con- ação vai se mover. tém canais ionicos pelos quais a corrente pode vazar. Para compreender a relação entre o diâmetro e a condu- Em contraste, axônios mielinizados limitam a quanti- ção, pense em um cano com água fluindo por ele. A água que dade de membrana em contato com o líquido extracelular. toca as paredes do cano encontra resistência devido à fricção Nestes axônios, pequenas porções da membrana exposta das moléculas de água em movimento e as paredes imóveis. os nós de Ranvier se alternam com segmentos mais lon- A água no centro do cano não encontra resistência direta das gos envoltos por múltiplas camadas de membrana (bainha paredes e por isso flui mais rápido. Em um cano de diâme- de mielina). A bainha de mielina cria uma barreira de alta tro maior, uma fração menor de água está em contato com resistência que impede o fluxo de íons para fora do cito- as paredes, tornando a resistência total menor. Da mesma plasma. As membranas de mielina são análogas às capas de maneira, as cargas fluindo dentro de um axônio encontram plástico que envolvem os fios elétricos, uma vez que elas resistência da membrana. Assim, quanto maior o diâmetro aumentam a espessura efetiva da membrana do axônio em do axônio, menor sua resistência ao fluxo de íons. até 100 vezes. A conexão entre o diâmetro do axônio e a velocidade À medida que um potencial de ação se move pelo axô- de condução é especialmente evidente nos axônios gigantes nio da zona de disparo até o terminal axônico, ele passa por que certos organismos, como lulas, minhocas e peixes, usam regiões alternadas de axônio mielinizado e nós de Ranvier para respostas rápidas de fuga. Esses axônios gigantes podem (Fig. 8-18a o processo de condução é similar ao descrito ter até 1 mm de diâmetro e seu grande diâmetro torna mais anteriormente para o axônio não mielinizado, exceto que fácil a introdução de eletrodos (Fig 8-17a). Portanto, essas ele ocorre apenas nos nós dos axônios mielinizados. Cada nó espécies têm sido muito importantes na pesquisa sobre a si- possui uma grande concentração de canais de controla- nalização elétrica. dos por voltagem que se abrem com a despolarização e per- Se você comparar uma secção transversal de um axônio mitem que o entre no axônio. Os íons sódio que entram gigante de lula com a de um nervo de mamífero, você vai em um nó reforçam a despolarização e mantêm a amplitude perceber que o nervo de mamífero contém cerca de 200 axô- do potencial de ação constante à medida que este passa de nios na mesma área de secção (Fig. 8-17b). Sistemas nervo- nó para nó. o aparente pulo do potencial de ação de um nó SOS complexos contêm mais axônios em um nervo pequeno, para o outro é chamado de condução saltatória, da palavra usando axônios de menor diâmetro envoltos por membra- em latim saltare, que significa "saltar". nas isolantes de mielina no lugar de axônios de grande diâ- o que torna a condução mais rápida em axônios mieli- metro não mielinizados. nizados? A resposta é que a abertura de canais diminui umFisiologia Humana 271 Nó Nó 1 2 Bainha de mielina Nó de Ranvier Na+ Despolarização ++++++++ (a) Os potenciais de ação aparentemente saltam de um nó de Ranvier para o outro. Apenas os nós possuem canais de Na+ controlados por voltagem. 8 Bainha de mielina degenerada Na+ vazamento de corrente retarda a condução. + + + (b) Em doenças desmielinizantes, a condução perde velocidade devido ao vazamento de corrente nas regiões previamente isoladas entre os nós. FIGURA 8-18 Condução saltatória. pouco a velocidade de condução. Em axônios não mielini- não mielinizado de lula que tem 500 um de diâmetro. Um zados, os canais devem se abrir sequencialmente em toda a neurônio mielinizado de mamífero com 8,6 um de diâmetro membrana do axônio para manter a amplitude do potencial conduz potenciais de ação a 120 m/s (432 km/h) ao passo de ação. Um estudante comparou este processo a mover-se que uma fibra de dor não mielinizada pequena de 1,5 um em uma tela de computador pressionando repetidamente a conduz potenciais de ação a apenas 2 m/s (7,2 Km/h). Em barra de espaço. resumo, os potenciais de ação percorrem diferentes axônios Entretanto, em axônios mielinizados, apenas os nós ne- a velocidades diferentes, dependendo dos dois parâmetros, cessitam de canais de por causa das propriedades iso- diâmetro do axônio e mielinização. lantes da bainha de mielina. Assim, quando o potencial de REVISANDO CONCEITOS ação passa pelos segmentos mielinizados, sua condução não é retardada pela abertura de canais. Na analogia do estudan- 15. Coloque os seguintes neurônios em ordem de velocidade de condução, do mais rápido para o mais lento. te, isso é como percorrer rapidamente a tela do computador usando a tecla TAB. (a) Axônio mielinizado, 20 um de diâmetro. A condução saltatória é então uma alternativa eficaz (b) Axônio não mielinizado, 20 um de diâmetro. (c) Axônio não mielinizado, 200 um de diâmetro. para os axônios de grande diâmetro e permite a condução Resposta: p. 294 rápida de potenciais de ação nos axônios pequenos. Um axônio mielinizado de rã com 10 um de diâmetro conduz Em doenças desmielinizantes, a perda da mielina dos potenciais de ação na mesma velocidade que um axônio neurônios dos vertebrados pode ter efeitos devastadores na272 Dee Unglaub Silverthorn auto-imunes. Atualmente, os pesquisadores estão usando a BIOTECNOLOGIA tecnologia do DNA recombinante para estudar as doenças desmielinizantes em camundongos. MODELOS DE CAMUNDONGO MUTANTE Fatores químicos alteram a atividade elétrica O uso de modelos de animais no estudo de doenças huma- nas tem se tornado uma parte valiosa da pesquisa biomé- Uma grande variedade de substâncias químicas altera a con- dica. O sequenciamento do genoma do camundongo nos dução dos potenciais de ação ligando-se aos canais de Na+, mostra que 99% dos cerca de 30.000 genes do camundon- ou na membrana do neurônio. Por exemplo, algu- go têm equivalentes (homólogos) humanos diretos. Isto sig- mas neurotoxinas se ligam e bloqueiam os canais de Os que se pode usar o camundongo para o anestésicos locais, como a procaína, que bloqueiam a sen- que os genes, e as proteínas que estes codificam, fazem em sibilidade, funcionam da mesma maneira. Se os canais de humanos saudáveis e doentes. vezes, mutações naturais Na não estão funcionais, o não entra no axônio. Con- produzem doenças animais que se assemelham a doenças sequentemente, uma despolarização que se inicia na zona humanas. Dois exemplos desses mutantes são o camun- de disparo não pode ser restaurada e perde força à medida dongo Twitcher, no qual a mielina normal degenera devido que se move pelo axônio, semelhante ao que ocorre com a um problema metabólico hereditário, e o camundongo um potencial graduado normal. Se a onda de despolarização Wobbler, no qual os neurônios motores somáticos que con- consegue alcançar o terminal axônico, ela pode ser fraca de- trolam os membros morrem. Em outros casos, os cientis- mais para liberar neurotransmissores. Como resultado disso, tas usam técnicas de biotecnologia para criar camundon- a mensagem do neurônio pré-sináptico não é transmitida gos que não possuem genes específicos (camundongos para a célula pós-sináptica e a sinalização elétrica falha. knock-out) ou para criar camundongos que contêm genes Alterações nas concentrações de K+ e no líquido extras que foram inseridos artificialmente (camundongos extracelular também estão associadas à atividade elétrica transgênicos)*. O camundongo é o organismo ideal para anormal no sistema nervoso. A relação entre os níveis de K+ se realizar estes experimentos. Ele é pequeno, relativamente no líquido extracelular e a condução de potenciais de ação barato e possui um tempo de vida curto. Adicionalmente, é a mais direta e fácil de compreender, bem como é uma das seus processos biológicos são similares aos dos humanos, e mais significativas clinicamente. o genoma do camundongo pode ser facilmente manipula- A concentração de K+ no sangue e no líquido intersti- do por tecnologias de engenharia genética. cial é o principal determinante do potencial de repouso de Para saber mais, leia os artigos em uma edição espe- todas as células. Se a concentração de K+ no sangue se altera cial da revista Nature sobre o genoma dos camundongos além da faixa normal de 3,5 a 5 mmol/L, o resultado é uma (www.nature.com/nature/mousegenome). Você pode obter mudança no potencial de membrana em repouso das células informações adicionais sobre os diferentes camundongos (Fig. 8-19 Esta mudança não é importante para a maioria knock-out e transgênicos que estão sendo usados para pes- das células, mas pode ter consequências sérias para o corpo quisa no centro de dados do Mouse Genome Informatics como um todo devido à relação entre o potencial de repouso do Jackson Laboratory (www.informatics.jax.org). e a excitabilidade dos tecidos nervoso e muscular. Em níveis normais de K+, os potenciais graduados subli- N. de T. Tanto os camundongos knock-out como os transgênicos são miares não desencadeiam potenciais de ação, e os potenciais genericamente conhecidos no Brasil como "camundongos geneticamente graduados supralimiares o fazem (Fig. 8-19 a, b). Um aumen- to na concentração de K+ no sangue hipercalemia [hiper-, acima + kalium, potássio + -emia, no sangue] aproxima do limiar o potencial de membrana em repouso de um neurô- nio, fazendo com que as células disparem potenciais de ação sinalização neural. No sistema nervoso central e periféri- em resposta a potenciais graduados menores (Fig. 8-19c). co, a perda da mielina retarda a condução dos potenciais Se a concentração de K+ no sangue diminuir muito de ação. Além disso, quando os íons vazam para fora nas (hipocalemia), o potencial de membrana em repouso das regiões da membrana agora não isoladas, entre os nós de células hiperpolariza, afastando-se do limiar. Neste caso, Ranvier ricos em canais, a despolarização que atinge um nó um estímulo forte o suficiente para disparar um potencial pode não estar acima do limiar, e a condução pode falhar de ação quando o potencial de repouso é o normal -70 (Fig. 8-18b). mV não alcança o valor limiar (Fig. 8-19d). Esta condição A esclerose múltipla é a doença desmielinizante mais se apresenta como fraqueza muscular, pois os neurônios comum e mais conhecida. É caracterizada por uma grande que controlam os músculos esqueléticos não estão dispa- variedade de queixas neurológicas, incluindo fadiga, fra- rando potenciais de ação normalmente. queza muscular, dificuldade ao caminhar e perda de visão. A hipocalemia e sua resultante fraqueza muscular é a A síndrome de Guillain-Barré, descrita no "Solucionando o razão pela qual bebidas esportivas suplementadas com e problema" deste capítulo, também é caracterizada pela des- K+, como foram desenvolvidas. Quando as pes- truição da mielina. No presente momento, pode-se tratar soas suam excessivamente, elas perdem sais e água. Se elas alguns dos sintomas, mas não as causas das doenças desmie- repõem essa perda de líquidos com água pura, o K+ restante linizantes, que são principalmente doenças hereditárias ou no sangue é diluído, causando hipocalemia. Repondo a per-Fisiologia Humana 273 0 0 0 0 de Limiar Limiar -55 -55 -55 -55 -70 -70 -70 -70 Estímulo Estímulo Estímulo Estímulo Tempo (a) Quando o K+ no sangue está (b) Na normocalemia, um (c) Na hipercalemia, o aumento (d) Na hipocalemia, a diminuição dentro dos níveis normais estímulo acima do limiar na concentração de K+ no da concentração de K+ no (normocalemia), um potencial (supralimiar) vai disparar sangue deixa o potencial da sangue hiperpolariza a graduado abaixo do limiar um potencial de ação. membrana mais próximo do membrana e torna menos (sublimiar) não dispara um limiar. Agora um estímulo provável que o neurônio dispare potencial de ação. que normalmente seria potenciais de ação em resposta sublimiar pode disparar um a um estímulo que normalmente potencial de ação. seria supralimiar. FIGURA 8-19 Efeito da concentração extracelular de potássio na excita- bilidade dos neurônios. Na hipercalemia (c), a membrana despolariza e a célula se torna mais excitável. Na hipocalemia (d), a membrana hiperpolari- 8 za e a célula se torna menos excitável. da de suor com uma solução diluída de sais, a pessoa pode falo possuam mais de 150.000 sinapses em seus dendritos! As prevenir uma queda potencialmente perigosa nos níveis de sinapses também podem ocorrer no axônio ou até mesmo no K+ do sangue. Devido à importância do K+ para o funciona- terminal axônico da célula pós-sináptica. As sinapses são clas- mento normal do sistema nervoso, o corpo regula os níveis sificadas como químicas ou elétricas dependendo do tipo de de no sangue mantendo-os dentro de uma faixa estreita. sinal que passa da célula pré-sináptica para a pós-sináptica. Discutimos o importante papel dos rins na manutenção do balanço ionico no Capítulo 19. Sinapses elétricas As sinapses elétricas transferem um sinal elétrico, ou corrente, diretamente do citoplasma de uma célula para a outra através das junções comunicantes. A infor- COMUNICAÇÃO CÉLULA-CÉLULA NO mação pode fluir em ambas as direções através da maioria das SISTEMA NERVOSO junções comunicantes, porém em algumas a corrente pode fluir apenas em uma direção (uma sinapse retificadora). fluxo de informação pelo sistema nervoso usando sinaliza- As sinapses elétricas existem principalmente em neurô- ção elétrica e química é uma das áreas de pesquisa mais ati- nios do SNC. Elas também são encontradas nas células da vas da neurociência de hoje porque muitas doenças devasta- doras afetam esse processo. A especificidade da comunicação neural depende de vários fatores: as moléculas sinalizadoras secretadas pelos neurônios, os receptores nas células-alvo SOLUCIONANDO PROBLEMA para estas subtâncias químicas e as conexões anatômicas en- tre os neurônios e seus alvos, as quais ocorrem em regiões A forma clássica da síndrome de Guillain-Barré encontrada na conhecidas como sinapses. Europa e na América do Norte é uma doença na qual a mielina que isola os axônios é destruída. Uma maneira de diagnosticar a Os neurônios nas sinapses síndrome da Guillain-Barré, a esclerose múltipla e outras doen- ças desmielinizantes é pelo teste de condução nervosa. Esse teste Cada sinapse tem duas partes: (1) o terminal axônico da mede a força combinada dos potenciais de ação de muitos neu- célula pré-sináptica e (2) a membrana da célula pós-sináptica rônios e a velocidade em que são conduzidos quando percorrem (Fig. 8-20 Em um reflexo neural, a informação se move os axônios. da célula pré-sináptica para a célula pós-sináptica. As células pós-sinápticas podem ser neurônios ou não. Na maioria das Questão 3: sinapses entre neurônios, os terminais axônicos pré-sináp- Na síndrome de Guillain-Barré, qual o resultado espera- ticos estão próximos dos dendritos ou do corpo celular do do de um teste de condução nervosa? neurônio pós-sináptico. Em geral, neurônios pós-sinápticos com muitos dendri- 247 249 252 273 275 279 287 290 tos também têm muitas sinapses. Um número moderado de sinapses é 10.000, mas estima-se que algumas células no encé-274 Dee Unglaub Silverthorn transmissores polipeptídicos e as enzimas proteicas neces- sárias para o metabolismo no terminal axônico devem ser produzidos no corpo celular. As enzimas dissolvidas são car- regadas até o terminal axônico por transporte axonal lento, mas os neurotransmissores, que são consumidos mais rapi- damente que as enzimas, são transportados em vesículas por Axônio do neurônio transporte axonal rápido. pré-sináptico Quando examinamos o terminal axônico de uma célula pré-sináptica com um microscópio eletrônico, encontramos muitas vesículas sinápticas pequenas e mitocôndrias grandes no citoplasma (Fig. 8-21 Algumas vesículas estão "ancora- das" nas zonas ativas ao longo da membrana mais próxima da Mitocôndria fenda sináptica, esperando por um sinal para liberar seu con- teúdo. Outras vesículas atuam como um reservatório, aglome- rando-se perto dos sítios de ancoragem. Cada vesícula contém Terminal axônico Neurônio neurotransmissores que são liberados conforme a demanda. pós-sináptico REVISANDO CONCEITOS Vesículas 16. Quais organelas são necessárias para sintetizar proteínas e sinápticas armazená-las em vesículas? 17. Qual a função das mitocôndrias nas células? Fenda sináptica 18. Como as mitocôndrias chegam ao terminal axônico? Respostas: p. 294 o cálcio é o sinal para a liberação do neurotransmissor na sinapse Neurotransmissor Receptores Membrana A liberação de neurotransmissores na fenda sináptica ocorre pós-sináptica por exocitose. Pelo que podemos saber, a exocitose nos neu- FIGURA 8-20 Os neurotransmissores são a mensagem rônios é similar à exocitose em outros tipos de células, como em uma sinapse química. o terminal axônico contém as células pancreáticas descritas no Capítulo 5 p. 171]. mitocôndrias e vesículas sinápticas preenchidas com As neurotoxinas que bloqueiam a liberação de neurotrans- neurotransmissores. A membrana pós-sináptica possui missores, incluindo as toxinas botulínica e tetânica, exercem receptores para o neurotransmissor que se difunde atra- sua ação inibindo proteínas específicas do mecanismo de vés da fenda sináptica. exocitose da célula. A Figura 8-21 mostra como os neurotransmissores são liberados por exocitose. Quando a despolarização de um po- glia, em músculos cardíaco e liso e em células não tencial de ação alcança o terminal axônico 1, a mudança no veis que usam sinais elétricos, como a célula pancreática. A potencial de membrana dá início a uma sequência de even- principal vantagem da sinapse elétrica é a rápida condução tos. A membrana do terminal axônico possui canais de dos sinais de célula para célula que sincroniza a atividade em controlados por voltagem que se abrem em resposta à despo- uma rede de células. As junções comunicantes também per- larização Como os íons cálcio são mais concentrados no mitem que as moléculas sinalizadoras químicas se difundam líquido extracelular do que no citosol, eles se movem para entre células adjacentes. dentro da célula. o liga-se a proteínas reguladoras e ini- Sinapses químicas A grande maioria das sinapses no cia a exocitose 3. A membrana da vesícula sináptica se funde sistema nervoso são sinapses químicas, as quais usam neu- com a membrana celular, com o auxílio de várias proteínas da rotransmissores para levar informação de uma célula para membrana. A área fundida se abre e os neurotransmissores se outra. Nas sinapses químicas, o sinal elétrico da célula pré- movem de dentro da vesícula sináptica para a fenda sináptica sináptica é convertido em um sinal químico que cruza a fen- As moléculas do neurotransmissor se difundem através da da sináptica entre o neurônio pré-sináptico e seu alvo (Fig. fenda para se ligarem com receptores na membrana da célula 8-20). A ligação do neurotransmissor com seu receptor na cé- pós-sináptica. Quando os neurotransmissores se ligam aos seus lula pós-sináptica inicia uma resposta elétrica (uma resposta receptores, uma resposta é iniciada na célula pós-sináptica 5. muito rápida) ou ativa uma via de segundo mensageiro (uma No modelo clássico de exocitose, a membrana da vesícu- resposta mais lenta). p. 184] la torna-se parte da membrana do terminal axônico Fig. A síntese de neurotransmissores pode acontecer no cor- 5-21, p. 153]. Este aumento da área de superfície da membra- po celular do neurônio ou no terminal axônico. Entretanto, na é compensado pela reciclagem endocitótica das vesículas os terminais axônicos não possuem as organelas necessárias em regiões fora das zonas ativas (ver Fig. 8-4, p. 252). Entre- para a síntese de proteínas. Consequentemente, os neuro- tanto, um segundo modelo de secreção está surgindo. NesteFisiologia Humana 275 1 Um potencial de ação despolariza o terminal axônico. 2 A despolarização abre canais de Ca2+ controlados por voltagem Terminal axônico e o Ca2+ entra na célula. Moleculas do neurotransmissor Vesícula sináptica 3 A entrada do cálcio inicia a exocitose do conteúdo das vesículas sinápticas. 4 se difunde através da fenda sináptica e se Proteína de ancoragem 1 3 liga aos receptores na célula pós-sináptica. Resposta da célula Ca2+ Fenda sináptica 5 A ligação do neurotransmissor inicia uma resposta na célula 2 pós-sináptica. 4 Receptor Célula Canal de Ca2+ pós-sináptica controlado por Resposta 5 voltagem da célula 8 FIGURA 8-21 Transferência de informação na sinapse. modelo, denominado via kiss-and-run*, as vesículas sináp- Geralmente, os neurotransmissores agem em uma si- ticas se fundem à membrana pré-sináptica em um complexo napse e geram uma resposta rápida. Os neuromoduladores denominado poro de fusão. Esta fusão abre um pequeno agem tanto em áreas sinápticas quanto em áreas não sinápti- canal que é grande o suficiente apenas para a passagem do cas, e produzem ação mais lenta. Alguns neuromoduladores neurotransmissor. Então, ao invés da área fundida se ampliar e neurotransmissores também agem na célula que os secreta, e incorporar a membrana da vesícula à membrana celular, o que os torna sinais autócrinos além de parácrinos. nú- a vesícula se separa do poro de fusão e retorna ao pool de mero de moléculas identificadas como neurotransmissores e vesículas no citoplasma. neuromoduladores é grande e cresce diariamente. REVISANDO CONCEITOS o sistema nervoso secreta substâncias 19 Em um experimento sobre transmissão sináptica, uma neurócrinas sinapse foi colocada em um meio equivalente ao líquido extracelular, mas que não possuía Um potencial de arranjo das substâncias neurócrinas no corpo é surpreen- ação foi iniciado no neurônio pré-sináptico. Apesar de dente (Tabela 8-4 Elas podem ser informalmente dividi- o potencial de ação ter alcançado o terminal axônico na sinapse, a resposta normal da célula pós-sináptica não ocorreu. A que conclusão os pesquisadores chegaram com base neste resultado? Resposta: p. 295 SOLUCIONANDO PROBLEMA Os neurônios secretam sinais químicos O Dr. McKhann decidiu realizar testes de condução nervosa em Quais são as moléculas de sinalização neurócrina que os algumas das crianças paralisadas no Hospital de Beijing Ele desco- neurônios liberam? Sua composição química é variada, e elas briu que apesar da velocidade de condução ao longo dos nervos podem funcionar como neurotransmissores, neuromodula- das crianças ser normal, a força somada dos potenciais de ação dores ou neuro-hormônios p. 252]. Os neurotransmis- que percorriam o nervo estavam bastante diminuída. sores e os neuromoduladores atuam como sinais parácrinos, Questão 4: com suas células-alvo localizadas perto do neurônio que as A doença paralítica que afetava as crianças chinesas é secreta. Os neuro-hormônios, em comparção, são secretados uma condição desmielinizante? Explique por que sim ou no sangue e distribuídos por todo o corpo p. 180]. por que não. *N. de T. Via kiss and run ("beija e foge") sem tradução consolidada em 247 249 252 273 275 279 287 290 língua portuguesa. Alguns autores chamam esse processo de fusão reversí- vel das vesículas, uma vez que a formação do poro de fusão é transitória.276 Dee Unglaub Silverthorn TABELA 8-4 Principais substâncias neurócrinas* SUBSTÂNCIA LOCALIZAÇÃO DO PRINCIPAIS AGONISTAS, QUÍMICA RECEPTOR TIPO RECEPTOR ANTAGONISTAS E POTENCIADORES** Acetilcolina Colinérgico (ACh) Nicotínico Músculos esqueléticos, neu- Nicotina: agonista; curare, rônios autonômicos, SNC a-bungarotoxina: antagonistas Muscarínico RPG Músculos liso e cardíaco, Muscarina: agonista; atropina: anta- glândulas endócrinas e exó- gonista crinas, SNC Aminas Noradrenalina Adrenérgico RPG Músculos liso e cardíaco, Ergotamina, fentolamina: antago- (NA) (a, glândulas endócrinas e exó- nistas a; crinas, SNC propranolol: antagonista Dopamina (DA) Dopamina (D) RPG SNC Antipsicóticos: antagonistas; bromo- criptina: agonista Serotonina (5-hi- Serotonérgico RC SNC Sumatriptano: agonista; LSD: anta- droxitriptamina, (5-HT) gonista 5-HT) Histamina Histamina (H) RPG SNC Ranitidina e cimetidina (Ta- antagonistas Aminoácidos Glutamato Glutaminérgico ionotrópico (iGluR) AMPA RC (Na+, SNC NMDA RC K+, SNC Glutaminérgico RPG SNC Glicina: potenciador; quisqualato: metabotrópico agonista (mGluR) GABA (ácido GABA RC SNC Picrotoxina: antagonista; álcool, bar- y-aminobutírico) bituratos: potenciadores Glicina Glicina RC SNC Estriquinina: antagonista Purinas Adenosina Purina (P) RPG SNC Gases Óxido nítrico Nenhum N/A N/A (NO) *Esta tabela não inclui os inúmeros peptídeos que atuam como neurócrinos. ** Esta lista não inclui muitas substâncias químicas que são usados como agonistas e antagonistas em pesquisas fisiológicas. Para rever a potencia- ção, ver p. 231. Receptor canal RPG, receptor acoplado à proteína G; AMPA, ácido propriônico a-amino-3-hidroxi-5-metil-4 isoxazol; NMDA, LSD, ácido lisérgico dietilamina; N/A, não aplicável.Fisiologia Humana 277 das em sete classes de acordo com sua estrutura: (1) acetil- colina, (2) aminas, (3) aminoácidos, (4) purinas, (5) gases, BIOTECNOLOGIA (6) peptídeos e (7) lipídeos. Os neurônios do SNC liberam muitas substâncias neurócrinas diferentes, incluindo alguns SOBRE COBRAS, CARACÓIS, polipeptídeos conhecidos principalmente por sua atividade ARANHAS E SUSHI hormonal. Em contraste, o SNP secreta apenas três substân- cias neurócrinas importantes: os neurotransmissores acetil- O que cobras, caracóis marinhos e aranhas têm a ver com colina e noradrenalina e o neuro-hormônio adrenalina. neurofisiologia? Todos estes animais fornecem aos cientis- tas substâncias para o estudo da transmissão sináptica, ex- Acetilcolina A acetilcolina (ACh), isolada em uma classe traídos dos venenos neurotóxicos que estes animais usam química, é sintetizada a partir da colina e da coenzima acetil para matar suas presas. A cobra asiática Bungarus multi- A (acetil CoA). A colina é uma molécula pequena também cinctus fornece a um veneno de longa encontrada em fosfolipídeos de membrana. A acetil CoA é o duração que se liga firmemente aos receptores nicotínicos intermediário metabólico que liga a glicólise ao ciclo do aci- da acetilcolina. O caracol cone caçador de peixes, o Conus do cítrico p. 110]. A síntese da ACh a partir destes dois geographus, e a aranha teia-de-funil, a Agelenopsis aperta, precursores é uma reação enzimática simples que ocorre no utilizam toxinas que bloqueiam diferentes tipos de canais terminal axônico (Fig. 8-22 Os neurônios que secretam de controlados por voltagem. Entretanto, um dos ve- ACh e os receptores que se ligam à ACh são descritos como nenos mais potentes conhecidos vem do peixe japo- colinérgicos. nês, uma iguaria muito apreciada cuja carne é consumida Aminas Neurotransmissores aminas, assim como os hor- como sushi. O possui tetrodotoxina (TTX) em suas mônios amina p. 224], são derivados de um único ami- gônadas. Esta neurotoxina bloqueia os canais de nos axônios e impede a transmissão de potenciais de ação, de noácido. aminoácido tirosina é convertido em dopamina, 8 modo que a ingestão de apenas uma quantidade muito noradrenalina e adrenalina. Todas estas três substâncias pequena pode ser fatal. Os chefes de cozinha que prepa- neurócrinas também funcionam como neuro-hormônios ram para consumo o baiacu, ou fugu, são cuidadosamen- quando secretadas pela medula da suprarrenal Fig. 11-10, te treinados para evitar a contaminação da carne do peixe p.394]. enquanto removem as gônadas tóxicas. Mesmo assim, há Os neurônios que secretam noradrenalina são chama- sempre algum risco em se comer fugu uma razão pela dos de neurônios adrenérgicos, ou, mais apropriadamente, qual a pessoa mais jovem da mesa é a primeira a provar o neurônios noradrenérgicos. adjetivo adrenérgico não tem prato. a mesma ligação óbvia ao seu neurotransmissor, como o co- linérgico tem com a acetilcolina. Ao invés disso, o adjetivo deriva do nome britânico para a epinefrina, adrenalina. No início do século XX, pesquisadores britânicos pensavam que os neurônios simpáticos secretavam adrenalina (epinefrina), Estes peptídeos incluem a substância P, envolvida em al- daí o nome adrenérgico. Apesar de o nosso entendimento ter gumas vias da dor, e os opioides (encefalinas e mudado, o nome persiste. Sempre que você encontrar refe- endorfinas), que medeiam o alívio da dor, ou analgesia (an- rências ao "controle adrenérgico" de uma função, você deve sem + algos, dor). Peptídeos que funcionam tanto como pensar em um neurônio secretando noradrenalina. neuro-hormônios quanto como neurotransmissores incluem Outros neurotransmissores aminas incluem a seroto- a colecistocinina (CCK), a vasopressina e o natriurético nina (também chamada de 5-hidroxitriptamina ou 5-HT), atrial. Muitos peptídeos neurotransmissores são cossecreta- sintetizada a partir do aminoácido triptofano, e a histimina, dos com outros neurotransmissores. sintetizada a partir da histidina. Os neurotransmissores ami- Purinas A adenosina, o monofosfato de adenosina (AMP) e nas são todos ativos no SNC. Além disso, a noradrenalina é o trifosfato de adenosina (ATP) podem funcionar como neu- o principal neurotransmissor da divisão autônoma simpática rotransmissores. Estas moléculas, conhecidas coletivamente da parte periférica do sistema nervoso. como purinas p. 34], ligam-se a receptores purinérgicos Aminoácidos No mínimo quatro aminoácidos funcio- presentes no SNC e em outros tecidos excitáveis, como o co- nam como neurotransmissores no SNC. o glutamato é o ração. principal neurotransmissor excitatório do SNC, e o aspartato Gases Um dos neurotransmissores mais interessantes é tem a mesma função em regiões específicas do encéfalo. o óxido nítrico (NO), um gás instável sintetizado a partir do principal neurotransmissor inibitório no encéfalo é o ácido y-aminobutírico (GABA). aminoácido glicina é o princi- oxigênio e do aminoácido arginina. o oxido nítrico quando atua como neurotransmissor se difunde livremente para a pal neurotransmissor inibitório da medula espinal. Ele tam- bém potencializa os efeitos excitatórios do glutamato em um célula-alvo, ao invés de ligar-se a um receptor na membrana tipo de receptor do glutamato p. 234, potenciação]. p. 191]. Uma vez dentro da célula-alvo, o óxido nítrico liga-se a proteínas. Com uma meia-vida de apenas 2 a 30 se- o sistema nervoso secreta uma grande varieda- gundos, o óxido nítrico é difícil de ser Ele também de de peptídeos que atuam como neurotransmissores e neu- é liberado de outras células que não os neurônios, e muitas romoduladores, além de funcionar como neuro-hormônios. vezes age como uma substância parácrina.278 Dee Unglaub Silverthorn Mitocôndria Acetil CoA CoA Terminal axônico Enzima A Acetilcolina Ch 1 1 A acetilcolina (ACh) é sintetizada A Vesícula a partir de colina e acetil CoA. Ch sináptica Ch 2 Na fenda sináptica, a ACh é A rapidamente quebrada pela 3 Ch enzima acetilcolinesterase. Colina Ch 2 Receptor A A colinérgico Ch 3 A colina é transportada de volta para o terminal axônico e utilizada para a síntese de mais ACh. Acetato Acetilcolinesterase (AChE) Célula pós-sináptica FIGURA 8-22 Síntese e reciclagem da acetilcolina na sinapse. Pesquisas recentes sugerem que o monóxido de carbo- FOCO CLÍNICO no (CO) e o gás sulfídrico, também chamado de sulfeto de hidrogênio ambos conhecidos como gases tóxicos, MIASTENIA GRAVE são produzidos no corpo em quantidades muito pequenas, atuando como neurotransmissores. O que haveria de errado se de repente suas pálpebras Lipídeos As substâncias neurócrinas lipídicas incluem di- começassem a cair, você começasse a ter dificuldade em versos eicosanoides (p. 31) que são os ligantes endógenos acompanhar objetos em movimento e ficasse com difi- para os receptores canabioides. receptor canabinoide é culdade de mastigar, engolir e falar? Que doença ataca encontrado no encéfalo e o receptor é encontrado em estes músculos esqueléticos, mas não ataca os músculos células imunitárias. Estes receptores foram denominados maiores dos braços e das pernas? A resposta é a mias- por um de seus ligantes exógenos, o -tetraidrocanabinol tenia grave (myo-, músculo + asthenes, fraco + gravis, (THC), que vem da planta Cannabis sativa, comumente co- grave), uma doença auto-imune na qual o corpo não inhecida como maconha. reconhece os receptores de acetilcolina (ACh) dos mús- culos esqueléticos como parte de si próprio. Então o sis- Múltiplos tipos de receptores amplificam os tema imunitário produz anticorpos contra os receptores. efeitos dos neurotransmissores Os anticorpos se ligam à proteína receptora de ACh e a alteram de modo que a célula muscular retira estes re- Todos os neurotransmissores, exceto o óxido nítrico ligam-se ceptores da membrana e os destrói. Esta destruição dei- a um ou mais tipos de receptores. Cada tipo de receptor pode xa o músculo com menos receptores de ACh na mem- ter múltiplos subtipos, permitindo que um neurotransmissor brana. Mesmo que a liberação de neurotransmissor seja tenha efeitos diferentes em tecidos diferentes. Os subtipos de normal, o músculo-alvo tem uma resposta diminuída, receptores são distinguidos pela combinação de letras e nú- meros subscritos. Por exemplo, a serotonina (5-HT) possui que se apresenta como fraqueza muscular. Atualmente, pelo menos 20 subtipos de receptores identificados, incluin- a ciência médica não possui cura para a miastenia grave, do o 1A apesar de vários fármacos ajudarem a controlar os sin- Os receptores de neurotransmissores são agrupados em tomas. Para saber mais sobre esta doença, visite o site duas das categorias de receptores de membrana que foram da Fundação de Miastenia Grave da América em discutidas no Capítulo 6 p. 182]: canais contro- myasthenia.org. lados por ligante e receptores acoplados à proteína G (RPG). Os receptores que alteram a função do canal ionico são de-Fisiologia Humana 279 nominados receptores ionotrópicos. Receptores que atuam por meio de sistemas de segundo mensageiro são chamados SOLUCIONANDO PROBLEMA de receptores metabotrópicos. Alguns dos RPGs metabotrópi- cos regulam a abertura ou o fechamento de canais Dr. McKhann então pediu para ver os relatórios das autópsias estudo dos neurotransmissores e de seus receptores de algumas das crianças que morreram de paralisia no Hospital de tem sido bastante simplificado por dois avanços da biologia Beijing. Os patologistas perceberam que os pacientes possuíam a molecular. Os genes de muitos subtipos de receptores foram mielina normal, mas os axônios estavam danificados. Em alguns clonados, permitindo aos pesquisadores construir receptores casos, o axônio foi completamente destruído, deixando apenas mutantes e estudar suas propriedades. Além disso, os pesqui- uma casca vazia de mielina. sadores descobriram ou sintetizaram uma grande variedade Questão 5: de moléculas agonistas e antagonistas que imitam ou inibem Os resultados da investigação do Dr. McKhann sugerem a atividade dos neurotransmissores ligando-se aos receptores que as crianças chinesas tinham síndrome de Guillain- 41]. -Barré? Explique sua resposta. A Tabela 8-4 inclui descrições dos tipos de receptores e alguns de seus agonistas ou antagonistas. 247 249 252 273 275 279 287 290 Receptores colinérgicos Os receptores colinérgicos possuem dois subtipos principais: o nicotínico, denomina- do assim porque a nicotina é um de seus agonistas, e o mus- carínico, para o qual a muscarina, um composto encontrado particular depende dos tipos de receptores presentes na cé- em alguns fungos, é um agonista. Os receptores colinérgicos lula-alvo. Receptores glutamatérgicos metabotrópicos agem nicotínicos são encontrados no músculo esquelético, na di- por meio de receptores acoplados à proteína G. Dois recep- 8 visão autônoma do SNP e no SNC. Os receptores nicotínicos tores ionotrópicos do glutamato são receptores-canais. Os são canais de cátion monovalente pelos quais o e o K+ receptores NMDA são assim chamados devido ao agonista podem passar. A entrada de sódio na célula excede a saída de do glutamato N-metil-D-aspartato, e os receptores AMPA são K+ porque o gradiente eletroquímico do é maior. Como assim chamados pelo seu agonista, o ácido a-amino-3-hidroxi- resultado, a entrada líquida de despolariza a célula pós- sináptica e torna mais provável que ela dispare um potencial Os receptores AMPA são canais de cátions monovalen- de ação. tes controlados por ligante similares aos receptores-canais Os receptores colinérgicos muscarínicos possuem cinco nicotínicos de acetilcolina. A ligação do glutamato abre o ca- subtipos relacionados. Todos são acoplados a proteínas G e nal, e a célula despolariza devido ao influxo líquido de associados a sistemas de segundo mensageiro. A resposta do Os receptores NMDA são incomuns por diversas razões. tecido à ativação dos receptores muscarínicos varia confor- Primeiro, eles são canais de cátions que permitem a passa- me o subtipo do receptor. Estes receptores estão presentes no gem de Na+, K+ e Segundo, a abertura do canal requer a SNC e na divisão autônoma parassimpática do SNP. ligação do glutamato e uma mudança no potencial de mem- Receptores adrenérgicos Os receptores adrenérgicos brana. canal do receptor NMDA é bloqueado por um íon são divididos em duas classes: a (alfa) e (beta), cada uma magnésio durante os potenciais de membrana em com vários subtipos. Assim como os receptores colinérgicos repouso. A ligação do glutamato abre o portão ativado por li- muscarínicos, os receptores adrenérgicos estão associados gante, mas os íons não podem passar pelo Entretanto, a proteínas G e iniciam cascatas de segundo mensageiro. A se a célula despolariza, o que bloqueia o canal é remo- ação da adrenalina nos em fígado de cães foi o vido, e então os íons fluem através do poro (ver Fig. 8-32). que levou E. W. Sutherland à descoberta do AMP cíclico e do conceito de sistemas de segundo mensagens como trans- Algumas respostas pós-sinápticas são lentas dutores de mensageiros extracelulares p. 187]. As duas A combinação de um neurotransmissor com seu receptor ini- classes de receptores adrenérgicos funcionam por meio de cia uma série de respostas na célula pós-sináptica (Fig. 8-23 diferentes vias de segundo mensageiro. Nas respostas mais simples, o neurotransmissor liga-se a um receptor acoplado a um canal na célula pós-sináptica e REVISANDO CONCEITOS abre o canal levando ao movimento de íons entre o líquido 20. Quando as indústrias farmacêuticas criam medicamentos, extracelular e a célula pós-sináptica. A mudança resultante elas tentam produzir um dado fármaco o mais específico possível para um determinado subtipo de receptor tido no potencial de membrana é chamada de potencial sináp- como alvo. Por exemplo, um farmáco pode ter como alvo tico rápido porque inicia rapidamente e dura apenas alguns os receptores ao invés de todos os recep- milissegundos. tores a e Qual seria a vantagem disso? Resposta: p. 295 Se o potencial sináptico é despolarizante, ele é chamado de potencial pós-sináptico excitatório (PEPS) porque au- Receptores glutamatérgicos glutamato é o principal menta as chances da célula disparar um potencial de ação. neurotransmissor excitatório do SNC e também atua como Se o potencial sináptico é hiperpolarizante, ele é chamado neuromodulador. A ação do glutamato em uma sinapse em de potencial pós-sináptico inibitório (PIPS) porque a hi-280 Dee Unglaub Silverthorn Terminal axônico pré-sináptico Potenciais sinápticos lentos Potencial sináptico rápido Neurócrino e de curta duração e efeitos de longa duração Canal ionico controlado Receptor acoplado por ligante à proteína G R Célula Via pós-sináptica inativa Altera a Ativa a via do abertura de segundo mensageiro canais Canais abertos Canais fechados Modifica proteínas existentes ou regula a síntese de novas proteínas Mais Na+ Mais K+ Menos Menos sai ou mais entra Na+ entra K+ sai entra PEPS = PIPS = PEPS = Resposta despolarização hiperpolarização despolarização intracelular excitatória inibitória excitatória coordenada FIGURA 8-23 Respostas rápidas e lentas em células pós-sinápticas. Os neurotransmissores geram respostas rápidas e breves abrindo canais ioni- COS diretamente. Quando se ligam a receptores diferentes, os neurotrans- missores podem gerar respostas mais lentas e de maior duração ativando sistemas de segundo mensageiro. perpolarização move o potencial de membrana para longe As respostas pós-sinápticas lentas não estão limitadas a do limiar e torna menos provável que a célula dispare um alterar o estado de abertura dos canais ionicos. A ativação potencial de ação. dos sistemas de segundo mensageiro pelos neurotransmisso- Nas respostas pós-sinápticas lentas, os neurotransmis- res também pode modificar as proteínas existentes na célula sores ligam-se a receptores acoplados à proteína G que estão ou regular a síntese de novas proteínas. Este tipo de resposta associados a sistemas de segundo mensageiro. o segundo lenta tem sido relacionado ao crescimento e desenvolvimen- mensageiro pode agir no lado citoplasmático da membra- to dos neurônios e aos mecanismos responsáveis pela me- na celular para abrir ou fechar canais ionicos. (potenciais mória de longa duração. sinápticos rápidos sempre abrem canais Os poten- ciais de membrana resultantes deste processo são chamados A atividade dos neurotransmissores é de potenciais sinápticos lentos porque o sistema de segun- do mensageiro leva mais tempo para gerar uma resposta. rapidamente finalizada Além disso, a resposta dura mais, geralmente de segundos Uma característica-chave da sinalização neural é a sua curta a minutos. duração, que é alcançada pela rápida remoção ou inativaçãoFisiologia Humana 281 Vaso sanguíneo Célula pré-sináptica 1 Os neurotransmissores podem retornar aos terminais axônicos Vesícula para reutilização ou ser transpor- sináptica 3 tados para as células da glia. Célula da glia 2 As enzimas inativam os neurotransmissores. 1 3 Os neurotransmissores podem difundir-se para fora da fenda Enzima sináptica por difusão. Célula pós-sináptica 2 8 FIGURA 8-24 Inativação de dos neurotransmissores na fenda sináptica. Relembre do Capí- INTEGRAÇÃO DA TRANSFERÊNCIA DA tulo 2 que a ligação do ligante à proteína é reversível e dirige- se a um estado de equilíbrio, com uma razão constante ligante INFORMAÇÃO NEURAL não ligado: ligado p. 40]. Se o neurotransmissor não ligado A comunicação entre neurônios não é sempre um evento é removido da sinapse, os receptores liberam o neurotransmis- um-para-um. Algumas vezes, um único neurônio pré-sináp- sor ligado, finalizando sua atividade e mantendo constante a tico se ramifica, e seus colaterais fazem sinapse com vários razão neurotransmissor não ligado: neurotransmissor ligado. neurônios-alvo. Este padrão é conhecido como A remoção do neurotransmissor não ligado da fenda sináptica cia (Fig. 8-25a Se um número maior de neurônios pré- pode ser realizada de diversas maneiras Algumas sinápticos fornece informação para um número menor de moléculas do neurotransmissor simplesmente se afastam da neurônios pós-sinápticos, o padrão é conhecido como con- sinapse por difusão, afastando-se de seus receptores. Outros vergência (Fig. 8-25b). neurotransmissores são inativados por enzimas na fenda si- A combinação da convergência e da divergência no SNC náptica. Muitos neurotransmissores são removidos do líquido pode resultar em um neurônio pós-sináptico com sinapses de extracelular por transporte tanto de volta para a célula pré-si- até 10.000 neurônios pré-sinápticos (Fig. 8-26 Por exem- náptica quanto para neurônios adjacentes ou células da glia. plo, os neurônios de Purkinje do SNC possuem dendritos ex- Por exemplo, a acetilcolina (ACh) no líquido extracelu- tremamente ramificados, de modo que eles podem receber lar é rapidamente degradada pela enzima acetilcolinestera- informações de muitos neurônios (Fig. 8-27 Além disso, se (AChE) na matriz extracelular e na membrana da célula agora sabemos que a visão tradicional das sinapses quími- pós-sináptica (ver Fig. 8-22). A colina da ACh degradada é cas como locais de comunicação unidirecional, com todas ativamente transportada de volta para o terminal axônico as mensagens movendo-se de uma célula pré-sináptica para pré-sináptico e usada para a síntese de nova acetilcolina para uma pós-sináptica, não está sempre correta. No encéfalo, encher as vesículas sinápticas recicladas. existem algumas sinapses onde as células de ambos os lados Em contraste, a ação da noradrenalina no tecido-alvo é da fenda sináptica liberam neurotransmissores que agem na finalizada quando o neurotransmissor intacto é ativamente célula oposta. Talvez mais importante ainda foi a descoberta transportado de volta para o terminal axônico pré-sinápti- de que muitas células pós-sinápticas se comunicam com seus Uma vez de volta ao terminal axônico, a noradrenalina neurônios pré-sinápticos enviando neuromoduladores que é reempacotada nas vesículas ou degradada por enzimas in- se ligam a receptores pré-sinápticos. Variações na atividade tracelulares, como a monoamino-oxidase (MAO), encontrada sináptica têm um papel importante para determinar como a nas mitocôndrias. comunicação ocorre no sistema nervoso. A modulação da atividade nas sinapses é chamada de REVISANDO CONCEITOS plasticidade sináptica [plasticus, que pode ser moldado]. A 21. Uma das classes de antidepressivos são os inibidores seleti- modulação pode aumentar a atividade na sinapse (facilita- vos da recaptação de serotonina (SSRIs). que eles fazem ção ou potenciação p. 234] ou pode diminuir a ativida- com a atividade da serotonina na sinapse? Resposta: p. 295 de (inibição ou depressão). Algumas vezes, as modificações282 Dee Unglaub Silverthorn (a) Em uma via divergente, um neurônio pré-sináptico se ramifica Terminais axônicos para afetar um maior número de neurônios pós-sinápticos. de neurônios pré-sinápticos Dendrito do neurônio pós-sináptico Processos das células da glia Axônio (b) Em uma via convergente, muitos neurônios pré-sinápticos FIGURA 8-26 A abundância de sinapses em um neurô- fornecem sinais de entrada para influenciar um número menor nio pós-sináptico. o corpo celular e os dendritos de um de neurônios pós-sinápticos. neurônio motor somático estão quase completamente cobertos por sinapses que fornecem sinais de entrada de outros neurônios. QUESTÃO DA FIGURA o padrão da divergência é similar à em um sistema de segundo mensageiro. FIGURA 8-25 Divergência e convergência. FIGURA 8-27 Os dendritos densamente ramificados de uma célula de Purkinje (neurônio) demonstra a con- vergência de sinais provenientes de muitas sinapses para o corpo celular.Fisiologia Humana 283 Terminal axônico pré-sináptico 1 Três neurônios excitatórios disparam. Seus potenciais graduados separa- damente estão abaixo do limiar. 2 Os potenciais graduados alcançam a zona de disparo e se somam para criar um sinal supralimiar. 2 3 Um potencial de ação é gerado. Zona de disparo 3 Potencial (a) de ação 1 Um neurônio inibitório e dois excitatórios disparam. 8 2 Os potenciais somados estão Neurônio abaixo do limiar, então nenhum inibitório 1 potencial de ação é gerado. 2 FIGURA 8-28 A somação espacial ocorre quando as correntes de potenciais graduados quase simultâne- Zona de disparo as se combinam. Em (a), a soma de vários sinais subli- miares resulta em um potencial de ação. Em (b), um Sem neurônio pré-sináptico inibitório impede o potencial potencial de ação, um exemplo de inibição pós-sináptica. (b) de ação são de curta duração, mas em outras situações as alterações citatórios ("neurônios excitatórios") convergem para um na sinapse persistem por períodos significativos de tempo. neurônio pós-sináptico. Os PEPSs de cada neurônio são Nesta seção examinamos algumas das maneiras pelas quais a muito fracos para iniciar um potencial de ação, mas se os comunicação nas sinapses pode ser modificada. três neurônios pré-sinápticos dispararem ao mesmo tempo, a soma dos três PEPSs é supralimiar e gera um potencial de As vias neurais podem envolver muitos ação. neurônios A inibição pós-sináptica pode ocorrer quando um neu- rônio pré-sináptico libera um neurotransmissor inibitório Quando dois ou mais neurônios pré-sinápticos convergem em uma célula pós-sináptica e altera sua resposta. A Figura nos dendritos ou no corpo celular de uma única célula pós- 8-28b mostra três neurônios, dois excitatórios e um inibi- sináptica, a resposta da célula é determinada pela soma dos tório, convergindo para uma célula pós-sináptica. Os neu- sinais de entrada dos neurônios pré-sinápticos. Se todos os rônios disparam, gerando um potencial pós-sináptico inibi- estímulos geram potenciais excitatórios pós-sinápticos subli- tório (PIPS) e dois potenciais graduados excitatórios que se miares (abaixo do limiar) (PEPS), os PEPSs podem se somar somam quando atingem a zona de disparo. PIPS neutraliza para gerar um potencial supralimiar (acima do limiar) na os dois PEPSs, criando um sinal integrado que está abaixo do zona de disparo. limiar. Portanto, nenhum potencial de ação é iniciado na Um potencial de ação iniciado por diversos potenciais zona de disparo. graduados quase simultâneos é um exemplo de somação es- A soma de potenciais graduados nem sempre requer si- pacial. A palavra espacial (spatium, espaço) se refere ao fato nais de entrada de mais de um neurônio pré-sináptico. Dois de que os potenciais graduados se originam a partir de dife- potenciais graduados abaixo do limiar vindos do mesmo rentes localizações (espaços) no neurônio. neurônio pré-sináptico podem ser somados se chegarem A Figura 8-28a ilustra a somação espacial onde três na zona de disparo suficientemente próximos no tempo. A neurônios pré-sinápticos liberando neurotransmissores ex- soma de potenciais graduados que se sobrepõem no tempo é284 Dee Unglaub Silverthorn +30 Estímulos 0 -55 -55 de -70 A1 -70 X2 Tempo (ms) X2 Tempo (ms) (a) Sem somação. Dois potenciais graduados sublimiares (b) Somação causando um potencial de ação. Se dois não vão iniciar um potencial de ação se estão potenciais sublimiares atingem a zona de disparo distantes no tempo. em um curto período de tempo, eles podem se somar e gerar um potencial de ação. FIGURA 8-29 A somação temporal ocorre quando dois potenciais gra- duados de um neurônio pré-sináptico ocorrem próximos no tempo. chamada de somação temporal (tempus, tempo). Vamos ver REVISANDO CONCEITOS como isso pode acontecer. 22. Na Figura 8-28b, assumimos que o potencial de mem- A Figura 8-29a mostra o registro obtido de um ele- brana em repouso do neurônio pós-sináptico é de -70 trodo colocado na zona de disparo de um neurônio. Um mV e o limiar é de -55 mV. Se o neurônio pré-sináptico estímulo inicia um potencial graduado sublimiar no inibitório gera um PIPS de -5 mV e os dois neurônios corpo celular no tempo indicado no eixo X. potencial pré-sinápticos excitatórios geram PEPSs de 10 e 12 mV, o graduado alcança a zona de disparo e a despolariza como neurônio pós-sináptico vai ou não disparar um potencial mostrado no gráfico mas não o suficiente para disparar de ação? um potencial de ação. Um segundo estímulo (X2) ocorre de- 23. Nos gráficos da Figura 8-29, por que o potencial de mem- pois, e seu potencial graduado sublimiar (A2) alcança a zona brana não muda ao mesmo tempo que o estímulo? de disparo algum tempo depois do primeiro. intervalo Respostas: p. 295 entre os dois estímulos é tão grande que os dois potenciais graduados não se Nenhum dos potenciais está A atividade sináptica pode ser modulada acima do limiar, então nenhum potencial de ação é dispa- rado. Todos os exemplos de modulação já discutidos ocorrem no Na Figura 8-29b, os dois estímulos acontecem mais pró- lado pós-sináptico de uma sinapse, mas a atividade das cé- ximos no tempo. Como resultado, os dois potenciais gradua- lulas pré-sinápticas também pode ser alterada. Quando um dos sublimiares atingem a zona de disparo quase ao mesmo neurônio modulador (inibitório ou excitatório) termina tempo. segundo potencial graduado adiciona sua despo- no terminal axônico de uma célula pré-sináptica ou pró- larização à do primeiro, fazendo com que a zona de disparo ximo dele, seus PEPSs ou PIPSs podem alterar o potencial despolarize até o limiar. de ação que alcança o terminal e geram uma modulação Em muitas situações, os potenciais graduados em um pré-sináptica. neurônio incorporam somas temporais e espaciais. A soma Se a atividade no neurônio modulador diminui a li- de potenciais graduados demonstra uma propriedade-chave beração do neurotransmissor, a modulação é chamada de dos neurônios: a integração pós-sináptica. Quando múltiplos inibição pré-sináptica (Fig. 8-31a A inibição pré-sináptica sinais atingem um neurônio, a integração pós-sináptica gera permite a modulação seletiva dos colaterais e seus alvos. um sinal com base na força e duração relativa dos sinais. Se o Um colateral pode ser inibido ao passo que outros não são sinal integrado está acima do limiar, o neurônio dispara um afetados. Na facilitação pré-sináptica, a entrada modulatória potencial de ação. Se o sinal integrado está abaixo do limiar, aumenta a liberação de neurotransmissor pela célula pré- o neurônio não dispara. A Figura 8-30 mostra a distribui- sináptica. ção de sinapses excitatórias e inibitórias em uma reconstru- A modulação pré-sináptica fornece um meio mais pre- ção tridimensional de espinhos dendríticos de várias formas ciso de controle do que a modulação pós-sináptica. Na mo- e tamanhos. Os sinais de entrada dessas sinapses somados dulação pós-sináptica, se um neurônio modulatório faz si- determinam a atividade do neurônio pós-sináptico. napse nos dendritos ou no corpo celular de um neurônio, aFisiologia Humana 285 Sinapse inibitória (vermelho) Cabeça do espinho Pescoço do espinho Sinapse excitatória (azul) Espinhos FIGURA 8-30 Uma reconstrução tridimensional de espinhos dendríticos e suas sinapses. (a) Na inibição pré-sináptica, um neurônio modulatório faz sinapse em um colateral do neurônio pré-sináptico e seletivamente inibe um alvo. 8 Sem liberação de Neurônio inibitório neurotransmissor Célula-alvo 3 Terminal axônico Sem resposta pré-sináptico Neurônio 1 excitatório 2 Resposta Potencial de ação liberado Resposta 1 Um neurônio excitatório 2 Um potencial de 3 Um neurônio inibitório dispara, bloqueando a dispara. ação é gerado. liberação de neurotransmissor em uma sinapse. (b) Na inibição pós-sináptica, todos os alvos do neurônio pós-sináptico serão igualmente inibidos. Um neurônio inibitório modula o sinal Sem resposta 1 4 IPSP + EPSP Sem resposta Neurônio 2 excitatório 3 Sem resposta 1 Um neurônio excitatório e 2 sinal modulado no 3 Nenhum potencial de 4 Nenhuma resposta um inibitório pré-sináptico neurônio pós-sináptico ação é iniciado na zona ocorre nas disparam. está abaixo do limiar. de disparo. FIGURA 8-31 Inibição pré-sináptica e pós-sináptica.286 Dee Unglaub Silverthorn Axônio pré-sináptico Glutamato 6 1 glutamato se liga a canais AMPA e NMDA. 1 2 A entrada resultante de Na+ via canais AMPA despolariza a célula pós-sináptica. 3 3 A despolarização ejeta o Mg2+ do receptor-canal NMDA e abre o canal. Receptor 2 AMPA 4 Receptor 4 Ca2+ entra no citoplasma Liberação de NMDA por canais NMDA. substância parácrina 5 Ca2+ ativa vias de segundo mensageiro. 5 Célula Vias de A célula torna-se 6 Substância parácrina da célula pós-sináptica segundo mais sensível pós-sináptica aumenta a mensageiro ao glutamato liberação de glutamato. FIGURA 8-32 Potenciação de longa duração. responsividade de todo o neurônio pós-sináptico é alterada. dade ou quantidade de conexões sinápticas. Muitas vezes Nesse caso, todas as células-alvo do neurônio pós-sináptico as alterações na transmissão sináptica, como a facilitação são afetadas igualmente (Fig. 8-31b). e a inibição já discutidas, são processos breves de duração A atividade sináptica também pode ser alterada mudan- limitada. Entretanto, se a atividade sináptica persiste por do-se a responsividade da célula-alvo ao períodos maiores, os neurônios podem se adaptar por meio Isto pode ser feito alterando-se a identidade, a afinidade ou da LTP e da LTD. Nosso conhecimento sobre a LTP e a LTD o número de receptores do neurotransmissor. Os modula- está mudando rapidamente, e os mecanismos podem não dores podem alterar todos estes parâmetros influenciando ser os mesmos em diferentes regiões do encéfalo. As descri- a síntese de enzimas, de transportadores de membrana e de ções a seguir mostram um pouco do que atualmente conhe- receptores. A maior parte dos neuromoduladores atua usan- cemos sobre as adaptações de longo prazo da transmissão do sistemas de segundo mensageiro que alteram proteínas sináptica. existentes, e seus efeitos duram muito mais do que os dos Um elemento-chave nas alterações de longo prazo no neurotransmissores Uma molécula sinalizadora pode atuar SNC é o aminoácido glutamato, o principal neurotransmis- como neurotransmissor ou como neuromodulador depen- sor excitatório no SNC. Como você já aprendeu, o glutama- dendo do seu receptor (Fig. 8-23). to tem dois tipos de receptores canais: receptores NMDA e receptores AMPA. receptor NMDA tem duas propriedades REVISANDO CONCEITOS incomuns: seu canal é bloqueado por um portão e por um 24. Por que os terminais axônicos algumas vezes são chama- íon e permite que o bem como o Na+ e o K+ fluam dos de "transdutores biológicos"? Resposta: p. 295 por ele. canal NMDA abre apenas quando o receptor está ligado ao glutamato e a célula está despolarizada. Na potenciação de longa duração, quando os neurônios A potenciação de longa duração altera as pré-sinápticos liberam glutamato, o neurotransmissor se liga sinapses a ambos receptores, NMDA e AMPA, na célula pós-sináptica Dois dos assuntos principais na neurobiologia atual são a (Fig. 8-32 1 A ligação ao receptor AMPA abre um canal potenciação de longa duração (LTP) (potentia, poder) e a de cátion, e a entrada resultante de Na+ despolariza a célula depressão de longa duração (LTD), processos nos quais a ati- A ligação do glutamato ao receptor NMDA abre o portão vidade na sinapse induz mudanças sustentadas na quali- do canal, e a despolarização da célula cria uma repulsão elé-Fisiologia Humana 287 trica que expulsa o do canal NMDA Quando o canal NMDA está aberto, o entra no citosol SOLUCIONANDO PROBLEMA sinal do inicia vias de segundo mensageiro 5. Como resultado dessas vias, a célula pós-sináptica torna-se Dr. McKhann suspeita que a doença que afetou as crianças chi- mais sensível ao glutamato, possivelmente inserindo mais nesas - a qual ele denominou polineuropatia axonal motora agu- receptores de glutamato na membrana pós-sináptica [regula- da (AMAN) pode ser causada por uma infecção bacteriana. Ele ção para cima, p. 194] Além disso, a célula pós-sináptica também acredita que esta doença inicia seu dano aos axônios nas libera uma substância parácrina que atua na célula pré-si- junções neuromusculares. náptica aumentando a liberação de glutamato 6. Questão 6: A depressão de longa duração parece ter dois compo- Com base na informação dada neste capítulo, quais outras nentes: uma alteração no número de receptores pós-sinápti- doenças envolvem a alteração da transmissão sináptica? e uma alteração nas isoformas das proteínas do receptor. Diante da liberação continuada de neurotransmissor dos neurônios pré-sinápticos, os neurônios pós-sinápticos remo- 247 249 252 273 275 279 287 290 vem receptores AMPA da membrana da célula por endocito- se 152], um processo similar à regulação para baixo de receptores, discutida no sistema endócrino p. 236]. Além disso, diferentes subunidades são inseridas nos receptores gica, e novas classes de fármacos estão sendo formuladas e AMPA, mudando o fluxo de corrente nos canais ionicos. aprovadas a cada ano. Os pesquisadores acreditam que a potenciação e a depres- são de longa duração estão relacionadas com os processos o desenvolvimento do sistema nervoso depende neurais da aprendizagem e da memória, e às alterações en- 8 cefálicas que ocorrem durante a depressão clínica e outras de sinais químicos doenças mentais. A associação clínica torna a LTP e a LTD Durante o desenvolvimento de um sistema tão complexo temas "quentes" na pesquisa das neurociências. como o sistema nervoso, de que modo mais de 100 bilhões de neurônios no encéfalo conseguem encontrar seus alvos REVISANDO CONCEITOS corretos e fazer sinapses em meio de um número dez vezes 25 Por que a despolarização da membrana expulsa o maior de células da glia? Como um neurônio motor somáti- para o líquido extracelular? Resposta: p. 295 na medula espinal encontra o caminho correto para for- mar uma sinapse com seu músculo-alvo no dedão do pé? A resposta está nos sinais químicos usados pelo embrião em Alterações na transmissão sináptica são desenvolvimento, desde fatores que controlam a diferencia- responsáveis por muitas doenças ção das células-tronco até os que direcionam o alongamento A transmissão sináptica é o passo mais vulnerável no pro- de um axônio até seu alvo. cesso de sinalização no sistema nervoso, sendo o ponto em Os axônios das células nervosas embrionárias lançam que muitas coisas podem dar errado, levando à alteração prolongamentos especiais chamados de cones de cresci- do funcionamento normal. Entretanto, ao mesmo tempo, mento que se estendem através do compartimento extra- os receptores nas sinapses estão expostos ao líquido extra- celular até encontrarem suas células-alvo (Fig. 8-33 Nos celular, sendo mais acessíveis a fármacos do que os recep- experimentos em que as células-alvo foram deslocadas para tores intracelulares. uma localização não usual no embrião, muitas vezes os axô- Recentemente foi descoberto que várias doenças do sis- nios conseguem encontrar seus alvos "farejando" seu rastro tema nervoso são relacionadas a problemas na transmissão químico. Os cones de crescimento dependem de muitos ti- sináptica. Estas doenças incluem a doença de Parkinson, a pos diferentes de sinalização para encontrar seu caminho: fa- esquizofrenia e a depressão. As doenças das sinapses mais tores de crescimento, moléculas na matriz extracelular e pro- compreendidas são as que envolvem a junção neuromuscu- teínas da membrana nos cones de crescimento e nas células lar. As doenças resultantes de problemas na transmissão si- ao longo do caminho. Por exemplo, as integrinas 74] náptica dentro do SNC são mais difíceis de serem estudadas na membrana do cone de crescimento ligam-se às lamininas, porque são mais difíceis de serem isoladas anatomicamente. que são proteínas fibrosas da matriz extracelular. As molécu- Os fármacos que atuam na atividade sináptica, particu- las de adesão das células nervosas (NCAMs) p. 72] intera- larmente nas sinapses do SNC, são os mais antigos e mais gem com as proteínas da membrana de outras células. amplamente usados de todos os agentes farmacológicos. A Uma vez que um axônio alcança sua célula-alvo, uma cafeína, a nicotina e o álcool são drogas comuns em muitas sinapse se forma. Entretanto, a formação das sinapses deve culturas. Alguns farmácos que usamos para tratar distúrbios ser seguida de atividade elétrica e química, ou a sinapse vai como esquizofrenia, depressão, ansiedade e epilepsia agem desaparecer. A sobrevivência dos neurônios parece depender influenciando eventos na sinapse. Em muitas doenças que de fatores neurotróficos (trophikos, nutrir) secretados por afetam o SNC, ainda não compreendemos completamente a neurônios e células da glia. Ainda há muito para aprender causa da doença ou o mecanismo de ação do fármaco. Este sobre esse processo complicado, e esta é uma área ativa da assunto é uma das principais áreas da pesquisa farmacoló- pesquisa fisiológica.288 Dee Unglaub Silverthorn Bebês que são negligenciados ou privados de estímulos sensoriais podem apresentar um atraso no desenvolvimen- to devido à falta de estímulo ao sistema nervoso. Por outro lado, não existem evidências de que estimulação extra na infância melhore o desenvolvimento intelectual, apesar do movimento popular de expor bebês à arte, à música e a lín- guas estrangeiras antes mesmo de eles aprenderem a andar. Uma vez que as sinapses se formam, elas não são fixas por toda a vida. Variações na atividade elétrica podem causar a reorganização das conexões. Este processo plasticidade si- náptica continua por toda a vida. Esta é uma das razões pelas quais adultos mais velhos devem continuar aprendendo no- vas habilidades e informações. Quando os neurônios são danificados, os segmentos separados do corpo celular morrem Podemos produzir neurônios quando somos jovens, mas o que acontece quando os neurônios são danificados? As respostas dos neurônios maduros ao dano são similares em muitos aspectos ao crescimento dos neurônios durante o FIGURA 8-33 Cones de crescimento em um axônio em desenvolvimento. Ambos os processos contam com uma desenvolvimento. combinação de sinais químicos e elétricos. Esta é outra área ativa de pesquisa, porque os danos à medula espinal e ao encéfalo devido a doenças e acidentes incapacitam Este cenário de "use ou perca" é bem representado pelo muitas pessoas a cada ano. A perda de um neurônio de fato de o encéfalo do bebê ter apenas um quarto do tamanho uma via reflexa pode ter consequências drásticas para toda do encéfalo adulto. o crescimento posterior do encéfalo não a via. ocorre devido ao aumento do número de células, mas sim do Se o corpo celular morre quando um neurônio é da- aumento no número e tamanho de axônios, dendritos e sinap- nificado, todo o neurônio morre. Se o corpo celular per- ses. desenvolvimento depende da atividade elétrica no en- manece intacto e apenas o axônio é cortado, a maior parte céfalo em outras palavras, depende da movimentação de po- do neurônio sobrevive (Fig. 8-34 ). Na área danificada, o tenciais de ação pelas vias sensoriais e pelos interneurônios. citoplasma vaza para fora até que a membrana seja recru- Local danificado Coto proximal Coto distal Axônio Mielina FIGURA 8-34 Lesões nos neurônios. Quando um axônio é cortado, a par- te que está ligada ao corpo celular (coto proximal) continua viva, mas a parte do axônio distal em relação ao corte começa a se desintegrar e morre. Sob algumas circunstâncias, o coto proximal pode voltar a crescer através da bainha existente de células de Schwann e formar outra vez a sinapse com seu alvo adequado.Fisiologia Humana 289 tada para selar a abertura. coto proximal (o segmento neurotróficos que mantêm o corpo celular vivo e estimu- mais próximo do corpo celular) incha à medida que se acu- lam o novo crescimento do axônio. broto em crescimen- mulam organelas e filamentos carregados para o axônio to de um axônio que está se regenerando se comporta de por transporte axonal. Fatores químicos produzidos pelas maneira similar ao cone de crescimento de um neurônio células de Schwann próximas à área danificada movem-se em desenvolvimento, seguindo sinais químicos na matriz por transporte retrógrado até o corpo celular, avisando-o extracelular ao longo de seu caminho anterior até que o de que ocorreu um dano. axônio torne a unir-se com sua célula-alvo. Entretanto, al- segmento distal do axônio (coto distal), privado de gumas vezes, a perda do axônio distal é permanente, e a via sua fonte de proteínas, lentamente começa a se degenerar. é destruída. A morte desta parte do neurônio pode demorar um mês ou É menos provável que a regeneração de axônios no mais, mas a transmissão sináptica cessa quase imediatamen- SNC ocorra naturalmente. As células da glia do SNC ten- te. A bainha de mielina ao redor do axônio distal começa a dem a selar e a cicatrizar a região danificada, e as células desenrolar-se, e o próprio axônio se desfaz. Os fragmentos danificadas do SNC secretam fatores que inibem o novo são eliminados pela microglia ou fagócitos que ingerem e crescimento axonal. Muitos cientistas estão estudando estes digerem os restos celulares. mecanismos de crescimento e inibição axonal na esperança Sob algumas condições, os axônios no SNP podem se de encontrar tratamentos que possam restaurar as funções regenerar e restabelecer suas conexões sinápticas. As células de vítimas de danos na medula espinal e de doenças neu- de Schwann do neurônio danificado secretam certos fatores rodegenerativas. 8 SOLUCIONANDO PROBLEMA: CONCLUSÃO Paralisia misteriosa Neste Solucionando o problema, você aprendeu sobre a poli- a AMAN é a forma predominante na China, Japão e América neuropatia axonal motora aguda (AMAN), uma paralisia des- do Sul. Um número significativo de pacientes com AMAN concertante que os médicos pensam ser uma nova doença. desenvolve sua doença após uma doença gastrintestinal Embora seus sintomas lembrem aqueles da clássica síndrome causada pela bactéria Campylobacter jejuni, e os especialis- de Guillian-Barré (GBS), a AMAN não é uma doença desmie- tas suspeitam que os anticorpos contra a bactéria também linizante e afeta apenas os neurônios motores. Entretanto, atacam os glicolipídeos da membrana axonal, chamados de em ambas AMAN e GBS clássica, o sistema imunitário produz gangliosídeos. Para aprender mais sobre a associação entre anticorpos contra componentes do sistema nervoso, levando Campylobacter jejuni e a GBS, veja "Campylobacter Species e os especialistas a concluírem que a AMAN é um subtipo da Guillian-Barré Syndrome", Clinical Microbiology Reviews 11: GBS. A forma clássica da GBS foi renomeada como polineu- 555-567, July 1998 (http://cmr.asm.org). ropatia desmielinizante inflamatória aguda, ou AIDP. A AIDP Para testar seu conhecimento, compare suas respostas é mais comum na Europa e América do Norte, ao passo que com as informações sintetizadas na tabela a seguir. QUESTÃO FATOS INTEGRAÇÃO E ANÁLISE 1 Quais divisão(ões) do siste- o sistema nervoso é dividido em sis- Os pacientes que sofrem da sindrome ma nervoso pode(m) estar tema nervoso periférico (SNP), o qual de Guillain-Barré não têm sensibilidade envolvida(s) na síndrome de possui as subdivisões aferente (sen- nem movem os músculos. Isto sugere um Guillain-Barré (GBS)? sorial) e eferente, e sistema nervoso problema nos neurônios aferentes e nos central (SNC). Os neurônios neurônios motores somáticos. Entretanto, são neurônios motores somáticos, que também é possível que haja um problema controlam os músculos esqueléticos, no centro integrador do SNC. Você não ou neurônios autonômicos, que con- tem informação suficiente para determi- trolam as glândulas e os músculos liso nar qual divisão está afetada. e cardíaco. 2 Você acha que a paralisia ob- As crianças chinesas podem sentir A função sensorial (aferente) é normal se servada nas crianças chinesas uma picada de agulha, mas não con- elas podem sentir a picada da agulha. A afetou tanto os neurônios sen- seguem moyer os músculos. paralisia dos músculos sugere um proble- soriais (aferentes) quanto os ma nos neurônios motores somáticos, nos neurônios motores somáticos? centros no SNC que controlam o movimen- Explique sua resposta. to ou nos próprios músculos.290 Dee Unglaub Silverthorn SOLUCIONANDO PROBLEMA: CONCLUSÃO (CONTINUAÇÃO) QUESTÃO FATOS INTEGRAÇÃO E ANÁLISE 3 Na síndrome de Guillain- Os testes de condução nervosa me- A mielina isola os axônios e aumenta a Barré, qual o resultado espe- dem a velocidade de condução e a velocidade de condução. Sem a mielina, os rado de um teste de condução amplitude dos potenciais de ação. Na íons vazam para fora dos axônios. Então, nervosa? síndrome de Guillain-Barré, a mielina na síndrome de Guillain-Barré, seria es- ao redor dos neurônios é destruída. perada uma diminuição na velocidade de condução e diminuição da amplitude dos potencias de ação. 4 A doença paralítica que afeta- Os testes de condução nervosa mos- A perda da mielina deveria diminuir a ve- va as crianças chinesas é uma traram velocidade de condução nor- locidade de condução, bem como a ampli- condição desmielinizante? Ex- mal, mas uma diminuição na amplitu- tude dos potencias de ação. Sendo assim, plique sua resposta. de dos potenciais de ação. esta doença provavelmente não é uma doença desmielinizante. 5 Os resultados da investigação Os dados das autópsias das crianças A síndrome de Guillain-Barré clássica é do Dr. McKhann sugerem que que morreram da doença mostraram uma doença desmielinizante que afeta as crianças chinesas tinham que os axônios estavam danificados, tanto os neurônios sensoriais quanto os a síndrome de Guillain-Barré mas a mielina estava normal. motores. As crianças chinesas possuíam clássica? Explique sua resposta. funções sensoriais normais, e os testes de condução nervosa e os estudos histoló- gicos indicavam mielina normal. Sendo assim, é razoável concluir que esta doença não era a síndrome de Guillain-Barré. 6 Com base na informação deste A transmissão sináptica pode ser alte- A doença de Parkinson, a depressão, a capítulo, quais outras doenças rada bloqueando a liberação de neu- esquizofrenia e a miastenia grave são envolvem a alteração da trans- rotransmissor da célula pré-sináptica, relacionadas à alteração na transmissão missão sináptica? interferindo na ação do neurotrans- sináptica p. 278]. missor na célula-alvo, ou removendo o neurotransmissor da sinapse. 247 249 252 273 275 279 287 290 RESUMO DO CAPÍTULO Este capítulo apresenta o sistema nervoso, um dos principais siste- Organização do sistema nervoso mas de controle responsáveis pela manutenção da homeostase. As 3. o sistema nervoso é dividido em sistema nervoso central divisões do sistema nervoso estão correlacionadas com os passos em (SNC), composto do encéfalo e da medula espinal, e sistema uma via reflexa. Os receptores sensoriais monitoram variáveis regu- nervoso periférico. (p. 247; Fig. 8-1) ladas e enviam sinais de entrada para o SNC pelos neurônios senso- 4. o sistema nervoso periférico possui neurônios aferentes (sen- riais (aferentes). Os sinais de saída, tanto elétricos quanto químicos, soriais), que levam informação para o SNC, e neurônios efe- percorrem as divisões eferentes (motora somática e autônoma) até rentes, que levam informação do SNC para as várias partes do seus alvos em todo o corpo. A transferência de informação e a co- corpo. (p. 247) municação dependem dos sinais elétricos que passam ao longo dos 5. Os neurônios eferentes incluem os neurônios motores somá- neurônios, das interações moleculares entre as moléculas sinalizadoras e seus receptores, e da transdução de sinal nas células-alvo. Nos Capí- ticos, que controlam os músculos esqueléticos, e os neurônios tulos 9 a 11 e 13 você vai aprender mais detalhes sobre os processos autonômicos, que controlam os músculos liso e cardíaco, as básicos introduzidos aqui. glândulas e alguns tipos de tecido adiposo. (p. 249) 6. Os neurônios autonômicos são subdivididos em partes simpáti- 1. o sistema nervoso é uma rede complexa de neurônios que for- ca e parassimpática. (p. 249) mam o sistema de controle rápido do corpo. (p. 245) 2. As propriedades emergentes do sistema nervoso incluem a consciência, a inteligência e a emoção. (p. 245)Fisiologia Humana 291 Células do sistema nervoso duados excederem a despolarização mínima conhecida como limiar. (p. 260; Fig. 8-8) FI Sistema nervoso I: revisão anatômica 22. Os potenciais graduados despolarizantes tornam mais provável 7. Os neurônios possuem um corpo celular com um núcleo e or- que o neurônio dispare um potencial de ação. Os potenciais gra- ganelas para dirigirem a atividade celular, dendritos para rece- duados hiperpolarizantes tornam menos provável que o neurô- ber sinais de entrada e um axônio para transmitir sinais elétri- nio dispare um potencial de ação. (p. 260) do corpo celular para o terminal axônico. (p. 249; Fig. 8-2) 23. Os potenciais de ação são despolarizações uniformes "tudo-ou- 8. Os interneurônios são neurônios que se encontram inteira- nada". (p. 261) mente dentro do SNC. (p. 250; Fig. 8-3) 24. A fase ascendente do potencial de ação é devida a um aumento 9. A região em que um terminal axônico encontra sua célula-alvo na permeabilidade ao A fase descendente do potencial de é chamada de sinapse. A célula-alvo é chamada de célula pós- ação é devida a um aumento na permeabilidade ao (p. 262; sináptica, e o neurônio que libera o sinal químico é conhecido Fig. 8-9) como célula pré-sináptica. A região entre as duas células é a 25. Os canais de controlados por voltagem do axônio têm um fenda sináptica. (p. 252) portão de ativação rápido e um portão de inativação mais 10. Material é transportado entre o corpo celular e o terminal axô- lento. (p. 263; Fig. 8-10) nico por transporte axonal. (p. 252; Fig. 8-4) 26. Uma vez que um potencial de ação iniciou, existe um curto pe- 11. As células da glia fornecem suporte físico e se comunicam com ríodo de tempo conhecido como período refratário absoluto os neurônios. As células de Schwann e as células satélite são durante o qual um segundo potencial de ação não pode ser ini- células da glia presentes no sistema nervoso periférico. A mi- ciado, não importando a intensidade do estímulo. Devido a isso, croglia, os oligodendrócitos, os astrócitos e as células ependi- os potenciais de ação não podem ser somados. (p. 264; Fig. 8-12) márias são células da glia encontradas no SNC. A microglia são 27. Durante o período refratário relativo, um potencial graduado células imunitárias modificadas que agem como fagócitos. (p. maior do que o normal é necessário para iniciar um potencial 253; Fig. 8-5) de ação. (p. 264) 8 12. As células de Schwann e os oligodendrócitos formam as bai- 28. A informação sobre a intensidade e a duração de um estímulo é nhas de mielina isolantes ao redor dos neurônios. Os nós de codificada pela frequência dos potenciais de ação propagados. Ranvier são as partes não isoladas da membrana que ocorrem (p. 265; Fig. 8-13) em intervalos ao longo do axônio. (p. 253; Fig. 8-6) 29. Muito poucos íons cruzam a membrana durante um potencial 13. As células-tronco neurais que podem formar novos neurônios de ação. A -K+ -ATPase por fim devolve o e o K+ ao seus e glia são encontradas na camada ependimária bem como em compartimentos originais. (p. 265) outras partes do sistema nervoso. (p. 253) 30. A bainha de mielina em torno de um axônio acelera a condu- ção, aumentando a resistência da membrana e diminuindo o Sinais elétricos nos neurônios vazamento de corrente. Axônios de diâmetro maior conduzem mais rapidamente os potenciais de ação do que os axônios de FI Sistema nervoso I: potencial de membrana; canais diâmetro menor 270). potencial de ação 31. o aparente salto dos potenciais de ação de nó para nó é chama- 14. o potencial de membrana é influenciado pelos gradientes de do de condução saltatória. (p. 271; Fig. 8-18) concentração de íons através da membrana e pela permeabili- 32. As mudanças na concentração de K+ no sangue afetam o po- dade da membrana a esses íons. (p. 256) tencial de membrana de repouso e a condução de potenciais de 15. A equação de Goldman-Hodgkin-Katz (GHK) calcula o poten- ação. (p. 272; Fig. 8-19) cial de membrana com base nos gradientes de concentração dos íons e na permeabilidade da membrana. (p. 256) Comunicação célula-célula no sistema nervoso 16. A permeabilidade de uma célula muda quando os ca- nais ionicos na membrana abrem ou fecham. o movimento de FI Sistema nervoso II: revisão de anatomia; apenas alguns íons altera de forma significativa o potencial de transmissão sináptica; canais membrana. (p. 257) 33. Nas sinapses elétricas, um sinal elétrico passa diretamente do 17. Os canais com portão abrem ou fecham em resposta a citoplasma de uma célula para outra através das junções comu- sinais químicos ou mecânicos ou em resposta à despolarização nicantes. As sinapses químicas usam neurotransmissores para da membrana celular. Os canais também fecham por inativação levar informações de uma célula para outra, com os neurotrans- 257) missores se difundindo através da fenda sináptica. (p. 273) 18. Os potenciais graduados são despolarizações ou hiperpolariza- 34. Os neurotransmissores são sintetizados no corpo celular ou no ções cuja força (amplitude) é diretamente proporcional à inten- terminal axônico. Eles são armazenados em vesículas sinápti- sidade do evento que os inicia. Os potenciais graduados perdem cas e são liberados por exocitose quando um potencial de ação força à medida que se movem pela célula. (p. 258; Tabela 8-3; atinge o terminal axônico. Os neurotransmissores se combinam Fig. 8-7) com seus receptores nas células-alvo. (p. 274; Fig. 8-21) 19. A onda de despolarização que se move pela célula com um po- 35. Há varios tipos de neurotransmissores. Os neurônios colinérgi- tencial graduado é conhecida como fluxo de corrente local. (p. cos secretam acetilcolina. Os neurônios adrenérgicos secretam 259) noradrenalina. o glutamato, o GABA, a serotonina, a adeno- 20. Os potenciais de ação são sinais elétricos rápidos que viajam sina e o óxido nítrico são outros neurotransmissores importan- do corpo celular ao terminal axônico sem diminuição na sua tes. (p. 277; Tabela 8-4) amplitude. (p. 261) 36. Os receptores dos neurotransmissores são canais com por- 21. Os potenciais de ação iniciam na zona de disparo se um úni- tão controlados por ligante ou receptores acoplados à proteína potencial graduado ou a soma de múltiplos potenciais gra- G. Os canais ionicos geram potenciais sinápticos rápidos. Os292 Dee Unglaub Silverthorn receptores acoplados à proteína G geram potenciais sinápticos 39. A transmissão sináptica pode ser modulada em resposta à ativi- lentos ou modificam o metabolismo celular. (p. 280; Fig. 8-23) dade na sinapse, um processo chamado de plasticidade sináp- 37. A ação dos neurotransmissores é rapidamente finalizada pela tica. (p. 282) recaptação dos mesmos pela célula, pela difusão para longe da 41. A modulação pré-sináptica de um terminal axônico permite sinapse ou pela degradação enzimática. (p. 281; Fig. 8-24) a modulação seletiva dos colaterais e seus alvos. A modulação pós-sináptica ocorre quando um neurônio modulatório, nor- Integração da transferência da informação neural malmente inibitório, faz sinapse com o corpo celular ou dendri- tos de uma célula pós-sináptica. (p. 283; Fig. 8-31) FI Sistema nervoso II: potenciais sinápticos e 42. A potenciação de longa duração e a depressão de longa dura- integração celular ção são mecanismos pelos quais os neurônios mudam a quali- 38. Quando um neurônio pré-sináptico faz sinapse com um núme- dade ou a quantidade de suas conexões sinápticas. (p. 295) ro maior de neurônios pós-sinápticos, o padrão é chamado de 43. Os neurônios em desenvolvimento encontram seu caminho até divergência. Quando vários neurônios pré-sinápticos fazem si- seus alvos por meio de sinais químicos. (p. 287) napse com um número menor de neurônios pós-sinápticos, o padrão é chamado de convergência. (p. 282; Fig. 8-25) QUESTÕES DE REVISÃO (Respostas no Apêndice A.) (a) Potencial de ação 1. tudo ou nada (b) Potencial graduado 2. pode ser somado NÍVEL UM REVISANDO FATOS E TERMOS 3. a amplitude diminui com a dis- tância 1. Liste as três classes funcionais de neurônios, e explique como 4. apresenta período refratário eles diferem estrutural e funcionalmente. 5. a amplitude depende da intensi- 2. Os neurônios motores somáticos controlam os Os dade do estímulo neurônios controlam os músculos liso e cardíaco, 6. não possui limiar glândulas exócrinas e algumas glândulas endócrinas e alguns 9. Relacione a(s) célula(s) glial(is) com as funções. tipos de tecido adiposo. (a) células imunitárias modificadas 1. astrócitos 3. Os neurônios autonômicos são classificados como neurônios (b) ajuda a formar a barreira hema- 2. células ependimárias ou tencefálica 3. microglia 4. Relacione cada termo com sua descrição: (c) forma mielina 4. oligodendrócitos (a) Axônio 1. Processo de um neurônio que (d) separa os compartimentos líqui- 5. células satélite (b) Dendrito recebe sinais dos no SNC 6. células de Schwann (c) Aferente 2. Neurônio sensorial, que transmi- (e) encontrado(a) no sistema nervo- (d) Eferente tem informações ao SNC periférico (e) Zona de disparo 3. Processo longo que transmite (f) encontrado(a) nos gânglios sinais para a célula-alvo 10. Liste os quatro principais tipos de canais ionicos encontrados 4. Região do neurônio onde os po- nos neurônios. Eles são controlados por ligante, por voltagem tenciais de ação iniciam ou mecanicamente? 5. Neurônio que transmite informa- 11. Organize os seguintes eventos na ordem correta: ção do SNC para as demais partes (a) o neurônio eferente atinge o limiar e dispara um potencial do corpo de ação. 5. Cite os dois tipos principais de células encontradas no sistema (b) o neurônio aferente atinge o limiar e dispara um potencial nervoso. de ação. 6. Desenhe um neurônio típico e indique o corpo celular, o axô- (c) o órgão efetor responde produzindo uma resposta. nio, os dendritos, o núcleo, a zona de disparo, o cone axônico, (d) o centro integrador chega a uma decisão sobre a resposta. os colaterais e os terminais axônicos. Desenhe as mitocôndrias, (e) o órgão sensorial detecta uma mudança no meio. o retículo endoplasmático rugoso, o aparelho de Golgi e as vesí- 12. Um potencial de ação é (marque todas as respostas corretas): culas nas partes apropriadas do neurônio. (a) uma reversão nas concentrações de e K+ dentro e fora 7. o transporte axonal se refere: do neurônio (a) À liberação de neurotransmissores na fenda sináptica. (b) do mesmo tamanho e forma no início e no fim do axônio (b) Ao uso de microtúbulos para enviar secreções do corpo ce- (c) iniciado por potenciais graduados pós-sinápticos inibitórios lular para o terminal axônico. (d) transmitido para a extremidade distal de um neurônio cau- (c) Ao movimento de organelas e citoplasma ao longo do axô- sando a liberação do neurotransmissor nio. Nas Questões 13 a 17, escolha entre os seguintes íons para preencher (d) Ao movimento do terminal axônico para a sinapse com as lacunas corretamente: uma nova célula pós-sináptica. 13. A membrana em repouso é mais permeável ao do (e) Nenhuma das anteriores. 8. Relacione as características apropriadas com os dois tipos de po- que ao Apesar de o contribuir pouco tenciais. As características podem se aplicar a um ou a ambos os para o potencial de membrana em repouso, ele tem um papel- tipos. chave na geração de sinais elétricos em tecidos excitáveis.Fisiologia Humana 293 14. A concentração de é 12 vezes maior fora da célula do 26. Relacione o melhor termo (hiperpolariza, despolariza, repolari- que dentro. za) aos seguintes eventos. A célula em questão possui um poten- 15. A concentração de é 30 vezes maior dentro da célula cial de membrana em repouso de do que fora. (a) o potencial de membrana muda de -70 mV para mV. 16. Os potenciais de ação ocorrem quando o entra na (b) o potencial de membrana muda de -70 mV para mV. célula. (c) o potencial de membrana muda de +20 mV para -60 mV. 17. o potencial de membrana em repouso é devido à alta permeabi- (d) potencial de membrana muda de -80 mV para mV. lidade da célula ao 27. Um neurônio possui um potencial de membrana em repouso 18. o que é a bainha de mielina? de -70 mV. Este neurônio vai se hiperpolarizar ou despolarizar 19. Liste dois fatores que aumentam a velocidade de condução. quando cada um dos eventos a seguir ocorrer? (Mais de uma 20. Liste três maneiras pelas quais um neurotransmissor pode ser resposta pode se aplicar; liste todas as que estão corretas.) removido da sinapse. (a) entra na célula (b) K+ sai da célula 21. Desenhe um gráfico de um potencial de ação. Abaixo do gráfico, desenhe a posição dos portões dos canais de K+ e durante (c) entra na célula (d) entra na célula cada fase. 28. Defina, compare e diferencie os seguintes conceitos: NÍVEL DOIS REVISANDO CONCEITOS (a) Limiar, sublimiar, supralimiar, tudo ou nada, ultrapassa- gem, subpassagem 22. Crie um mapa mostrando a organização do sistema nervoso (b) Potencial graduado, PEPS, PIPS usando os seguintes termos, mais quaisquer termos que você (c) Período refratário absoluto, período refratário relativo quiser adicionar: (d) Neurônio aferente, neurônio eferente, interneurônio Astrócitos Músculos (e) Neurônio sensorial, neurônio motor somático, neurônio Célula ependimária Divisão simpática Neurônio simpático, neurônio autonômico, neurônio parassimpá- 8 Células da glia Encéfalo Neurônio eferente tico Células de Schwann Estímulo Neurotransmissor (f) Potencial sináptico rápido, potencial sináptico lento Células satélite Glândulas Oligodendrócitos (g) Somação temporal, somação espacial Divisão autônoma Integração Sinais aferentes (h) Convergência, divergência Divisão motora somática Interneurônio Sinais eferentes 29. Se todos os potenciais de ação em um determinado neurônio Divisão parassimpática Medula espinal SNC são idênticos, como o neurônio transmite informação sobre a Divisão periférica Microglia intensidade e a duração do estímulo? Divisão sensorial 30. A presença da mielina permite que o axônio: 23. o que causa a fase de despolarização de um potencial de ação? (a) Produza potenciais de ação mais frequentes. (Marque todas as que se aplicarem.) (b) Conduza impulsos mais rapidamente. (a) A saída do K+ da célula através de canais com portão con- (c) Produza potenciais de ação de maior amplitude. trolados por voltagem. (d) Produza potenciais de ação de maior duração. (b) o K+ sendo bombeado para dentro da célula pela bomba NÍVEL TRÊS SOLUCIONANDO PROBLEMAS (c) o sendo bombeado para dentro da célula pela bomba 31. Se os músculos e os neurônios dos bebês humanos estão com- (d) A entrada do na célula através de canais com portão pletamente funcionais e desenvolvidos ao nascimento, porque controlados por voltagem. eles não conseguem focar os olhos, sentar ou aprender a engati- (e) A abertura do portão de inativação do canal de nhar dentro de horas após o nascimento? (Dica: a força muscu- lar não é o problema.) 24. Liste quatro neurotransmissores, seu(s) receptor(es), e diga se o 32. Os canais de controlados por voltagem de um neurônio se receptor é um canal ionico ou um receptor acoplado à proteína G. abrem quando este se despolariza. Se a despolarização abre esses canais, porque eles se fecham quando o neurônio está em sua 25. Organize os seguintes termos para descrever a sequência de despolarização máxima? eventos após a ligação de um neurotransmissor ao seu receptor 33. Um dos medicamentos que Jim toma para pressão alta faz com no neurônio pós-sináptico. Os termos podem ser usados mais de uma vez ou nenhuma vez. que seu nível de K+ no sangue diminua de 4,5 mM para 2,5 mM. o que acontece com o potencial de membrana em repouso (a) o potencial de ação dispara no cone axônico. de suas células do fígado (hepatócitos)? (Marque todas as que (b) A zona de disparo atinge o limiar. estiverem corretas.) (c) A célula despolariza. (a) Diminui (d) Exocitose. (b) Aumenta (e) Ocorre um potencial graduado. (c) Não muda (f) Os canais com portão controlados por ligante se (d) Torna-se mais negativo abrem. (e) Torna-se menos negativo (g) Ocorre o fluxo de corrente local. (h) Ocorre a condução saltatória. (f) Dispara um potencial de ação (i) Os canais de controlados por voltagem se abrem. (g) Despolariza (j) Os canais de K+ controlados por voltagem se abrem. (h) Hiperpolariza (k) Os canais de controlados por voltagem se abrem. (i) Repolariza294 Dee Unglaub Silverthorn 34. Caracterize cada um dos seguintes estímulos como mecânico, LIC = 5 mM, LEC = químico ou térmico: K+: LIC = 150 mM, LEC 4mM (a) Banho com água a 41 °C Qual é o potencial de membrana da célula? (b) Acetilcolina (b) A permeabilidade ao da célula em (a) aumenta subita- (c) Um pouco de perfume mente, 20. Agora, qual é o potencial de membrana da (d) Adrenalina célula? (e) Suco de limão (c) A Sra Nguyen tem pressão alta e seu médico prescreveu um (f) Um SOCO no braço diurético que diminuiu o K+ plasmático (LEC) de 4 mM 35. Um axônio não mielinizado tem necessidades de ATP muito para 2,5 mM. Usando os outros valores em (a), agora qual é maior do que um axônio mielinizado de mesmo diâmetro e o potencial de membrana? comprimento. Você pode explicar por quê? (d) o médico prescreveu um suplemento de K+, e ela decidiu que, se dois comprimidos é bom, quatro deve ser melhor. Se K+ plasmático (LEC) agora foi para 6mM, o que acontece NÍVEL QUATRO PROBLEMAS QUANTITATIVOS com o potencial de membrana? 36. A equação de GHK muitas vezes é abreviada para excluir o clo- 37. Em cada um dos seguintes cenários, um potencial de ação será reto, que tem um papel mínimo no potencial de membrana na produzido? o neurônio pós-sináptico tem um potencial de maioria das células. Além disso, devido à dificuldade em se de- membrana em repouso de terminar os valores absolutos da permeabilidade da membrana para o Na e para o K+ a equação é revisada para usar a razão da (a) Quinze neurônios fazem sinapse com um neurônio pós- permeabilidade dos dois íons como a sináptico. Na zona de disparo, 12 dos neurônios produzem PEPSs de 2 mV cada, e os outros três produzem PIPSs de 3 mV cada. o limiar da célula pós-sináptica é -50 mV. (b) Quatorze neurônios fazem sinapse com um neurônio pós- sináptico. Na zona de disparo, 11 dos neurônios produzem Então, se você souber as permeabilidades relativas da membrana PEPSs de 2 mV cada, e os outros três produzem PIPSs de 3 para estes dois íons e suas concentrações intracelular (LIC) e ex- mV cada. o limiar da célula pós-sináptica é tracelular (LEC), você pode calcular o potencial de membrana de (c) Quinze neurônios fazem sinapse com um neurônio pós- uma célula. sináptico. Na zona de disparo, 14 dos neurônios produzem PEPSs de 2 mV cada, e 1 outro produze um PIPS de 9 mV. o (a) Uma célula em repouso possui um valor a de 0,025 e as limiar da célula pós-sináptica é mV. seguintes concentrações de íons: RESPOSTAS Respostas para as questões de "Revisando Página 257 conceitos" 7. (a) Despolariza; (b) Despolariza. 8. Despolariza. Página 249 Página 259 1. Compare sua resposta com o mapa na Figura 8-1, p. 248. 9. (a) 1, (b) 2, (c) 2, (d) 1 Página 252 Página 259 2. Os neurônios que secretam neuro-hormônios terminam perto dos vasos sanguíneos para que os neuro-hormônios possam en- 10. A zona de disparo de um neurônio sensorial está próxima de trar na circulação. onde os dendritos convergem. Não se pode dizer onde a zona de disparo se encontra em um neurônio anaxônico. Para neu- 3. Ver Figura 8-2. rônios multipolares, a zona de disparo está na junção do corpo Página 255 celular com o axônio. 4. A mielina isola a membrana dos axônios. A microglia são célu- Página 264 las fagocíticas no SNC. As células ependimárias formam barrei- ras epiteliais entre os compartimentos líquidos do SNC. 11. o potencial de membrana vai despolarizar e permanecer despo- larizado. 5. As células de Schwann estão no SNP, e cada célula de Schwann 12. Durante o repouso, o portão de ativação está fechado, e o por- forma mielina ao redor de uma pequena porção de um axônio. tão de inativação está aberto. Os oligodendrócitos estão no SNC, e um oligodendrócito forma mielina ao redor dos axônios de diversos neurônios. Página 265 Página 256 13. (b) 6. Para o a carga elétrica +2; a razão da concentração ioni- Página 269 ca é 10.000 ou log de é 4 (ver Apêndice B). 14. o potencial de ação vai se mover em ambas as direções porque os Então, canais de Na ao redor do local de estímulo não foram inativados por uma despolarização prévia. Ver períodos refratários, p. 264.Fisiologia Humana 295 Página 271 a partir de -70 mV, o 15. a, b -53mV] que está acima do limiar que é de Página 274 23. o potencial de membrana não muda ao mesmo tempo que o estímulo porque a despolarização deve viajar do ponto do estí- 16. As proteínas são sintetizadas nos ribossomos do retículo endo- mulo até o ponto do registro. plasmático rugoso; então, as proteínas são levadas ao aparelho de Golgi para serem empacotadas em vesículas. Página 286 17. As mitocôndrias são os principais locais de síntese de ATP. 24. Os terminais axônicos convertem (transduzem) o sinal elétrico 18. As mitocôndrias alcançam o terminal axônico pelo transporte do potencial de ação em um sinal químico do axonal rápido ao longo dos microtúbulos. Página 287 Página 275 25. A despolarização torna a parte de dentro da membrana mais posi- 19. Os pesquisadores concluíram que algum evento entre a chegada tiva em relação à parte de fora. Assim como as cargas se repelem, do potencial de ação no terminal axônico e a despolarização da o potencial de membrana mais positivo tende a repelir o célula pós-sináptica era dependente do extracelular. Hoje sabemos que este evento é a liberação do neurotransmissor. Respostas para as questões das figuras Página 279 Página 260 20. Devido ao fato de que subtipos diferentes de receptores funcio- Figura 8-7: o potencial graduado é mais forte em B. No gráfico, A está nam por meio de diferentes vias de transdução, medicamentos entre 3 e 4, e B está perto do 1. que tenham como alvo subtipos específicos de receptores têm Página 268 menor probabilidade de causar de efeitos colaterais indesejáveis. Figura 8-15: a) 4; b) 2, 3; c) 1; d) 3; e) 4. Página 281 Página 270 21. Os SRRIs diminuem a recaptação da serotonina pelo terminal Figura 8-17: o diâmetro seria de 8 mm. 8 axônico, aumentando então o tempo em que a serotonina está Página 282 ativa na Figura 8-25: Amplificação. Página 284 22. o neurônio pós-sináptico vai disparar um potencial de ação, porque o efeito resultante vai ser uma despolarização de 17 mV