1 COMUNICAÇÃO ENTRE AS CÉLULAS NERVOSAS Silvia Helena Cardoso, PhD. Psicobióloga, mestre e doutora em Ciências. Fundadorae editora-chefe da revista Cérebro & Mente. Universidade Estadual de Campinas. http://www.cerebromente.org.br/n12/fundamentos/neurotransmissores /neurotransmitters2_p.html Introdução: Todas as nossas sensações, sentimentos, pensamentos, respostas motoras e emocionais, a aprendizagem e a memória, a ação das drogas psicoativas, as causas das doenças mentais, e qualquer outra função ou disfunção do cérebro humano não poderiam ser compreendidas sem o conhecimento do fascinante processo de comunicação entre as células nervosas (neurônios). Os neurônios precisam continuamente coletar informações sobre o estado interno do organismo e de seu ambiente externo, avaliar essas informações e coordenar atividades apropriadas à situação e às necessidades atuais da pessoa. Como os neurônios processam essas informações? Isso ocorre essencialmente graças aos impulsos nervosos. Um impulso nervoso é a transmissão de um sinal codificado de um estímulo dado ao longo da membrana do neurônio, a partir de seu ponto de aplicação. Os impulsos nervosos podem passar de uma célula a outra, criando assim uma cadeia de informação dentro de uma rede de neurônios. Dois tipos de fenômenos estão envolvidos no processamento do impulso nervoso: os elétricos e os químicos. Os eventos elétricos propagam o sinal dentro de um neurônio, e os eventos químicos transmitem o sinal de neurônio a outro ou para uma célula muscular. O processo químico de interação entre os neurônios e entre os neurônios e células efetoras acontecem na terminação do neurônio, em uma estrutura chamada sinapse. Aproximando-se do dendrito de outra célula (mas sem continuidade material entre ambas as células), o axônio libera substâncias químicas chamadas neurotransmissores, que se ligam aos receptores químicos do neurônio seguinte e promove mudanças excitatórias ou inibitórias em sua membrana. Portanto, os neurotransmissores possibilitam que o impulso nervoso de uma célula influencie os impulsos nervosos de outro, permitindo assim que as células do cérebro "conversem entre si", por assim dizer. O corpo humano desenvolveu um grande número desses mensageiros químicos para facilitar a comunicação interna e a transmissão de sinais dentro do cérebro. Quando tudo funciona adequadamente, as comunicações internas acontecem sem que sequer tomemos consciência delas.
2 Uma compreensão da transmissão sináptica é a chave para a o entendimento das operações básicas do sistema nervoso a nível celular. O sistema nervoso controla e coordena as funções corporais e permite que o corpo responda, e aja sobre o meio ambiente. A transmissão sináptica é o processo chave na ação interativa do sistema nervoso Nós já vimos o processo elétrico do impulso nervoso no artigo anterior. Nesse número, vamos examinar mais em detalhes como a sinapse e os neurotransmissores funcionam. Sinapse: O ponto de encontro entre neurônios: Dado que os neurônios formam uma rede de atividades elétricas, eles de algum modo têm que estar interconectados. Quando um sinal nervoso, ou impulso, alcança o fim de seu axônio, ele viajou como um potencial de ação ou pulso de eletricidade. Entretanto, não há continuidade celular entre um neurônio e o seguinte; existe um espaço chamado sinapse. As membranas das células emissoras e receptoras estão separadas entre si pelo espaço sináptico, preenchido por um fluido. O sinal não pode ultrapassar eletricamente esse espaço. Assim, substâncias químicas especiais, chamadas neurotransmissores, desempenham esse papel. Elas são liberadas pela membrana emissora pré-sináptica e se difundem através do espaço para os receptores da membrana do neurônio receptor pós-sináptico. A ligação dos neurotransmissores para esses receptores tem como efeito permitir que íons (partículas carregadas) fluam para dentro e para fora da célula receptora, conforme visto no artigo sobre condução nervosa. A direção normal do fluxo de informação é do axônio terminal para o neurônio alvo, assim o axônio terminal é chamado de pré-sináptico (conduz a informação para a sinapse) e o neurônio alvo é chamado de pós-sináptico (conduz a informação a partir da sinapse). Tipos de sinapses: A sinapse típica, e a mais frequente, é aquela na qual o axônio de um neurônio se conecta ao segundo neurônio através do estabelecimento de contatos normalmente de um de seus dendritos ou com o corpo celular. Existem duas maneiras pelas quais isso pode acontecer: as sinapses elétricas e as sinapses químicas. Uma junção de fendas. (a) Neuritos de duas células conectadas. A maioria das sinapses dos mamíferos são sinapses químicas, mas existe uma forma simples de sinapse elétrica que permite a transferência direta da corrente iônica de uma célula para a célula seguinte. As sinapses elétricas ocorrem em locais especializados chamados junções. Elas formam canais que permitem que os ions passem diretamente do citoplasma de uma célula para o citoplasma da outra. A transmissão nas sinapses elétricas é muito rápida; assim, um potencial de ação no neurônio pré-sináptico, pode produzir quase que instantaneamente um potencial de ação no neurônio pós-sináptico. Sinapses elétricas no sistema nervoso central de mamíferos, são encontradas principalmente em locais especiais onde funções normais exigem que a atividade dos neurônios vizinhos seja altamente sincronizada. Embora as junções sejam relativamente raras entre os neurônios de mamíferos adultos, eles são muito comuns em uma grande variedade de células não neurais, inclusive as células do músculo liso
3 cardíaco, células epiteliais, algumas células glandulares, glia, etc. Elas também são comuns em vários invertebrados. A Sinapse elétrica A sinapse química: Nesse tipo de sinapse, o sinal de entrada é transmitido quando um neurônio libera um neurotransmissor na fenda sináptica, o qual é detectado pelo segundo neurônio através da ativação de receptores situados do lado oposto ao sítio de liberação. Os neurotransmissores são substâncias químicas produzidas pelos neurônios e utilizadas por eles para transmitir sinais para outros neurônios ou para células não-neuronais (por exemplo, células do músculo esquelético, miocárdio, células da glândula pineal) que eles inervam. A ligação química do neurotransmissor aos receptores causa uma série de mudanças fisiológicas no segundo neurônio que constituem o sinal. Normalmente a liberação do primeiro neurônio (chamado pré-sináptico) é causado por uma série de eventos intracelulares evocados por uma despolarização de sua membrana, e quase que invariavelmente quando um potencial de ação é gerado. Sinapse. Quando um impulso elétrico ao viajar para a "cauda" da célula, chamado axônio", chega a seu término, ele dispara vesículas que contêm um neurotransmissor as quais movem-se em direção a membrana terminal. As vesículas se fundem com a membrana terminal para liberar seus conteúdos. Uma vez na fenda sináptica (o espaço entre dois neurônios) o neurotransmissor pode ligar-se aos receptores (proteínas específicas) na membrana de um neurônio vizinho.
4 Diagrama e micrografia de uma sinapse de uma junção neuromuscular da mosca da fruta. 1- Vesículas sinápticas; 2- Neurônio pré-sináptico (axônio terminal); 3- Fenda sináptica ; 4- Neurônio pós-sináptico. Foto: De Synaptic function, por Kendal Broadie, PhD, Univ. Utah. Reprodução autorizada. Diagrama: Silvia Helena Cardoso, PhD. Univ. Campinas, Brasil O que dispara a liberação de um neurotransmissor? Algum mecanismo deve existir através do qual o potencial de ação causa a liberação do transmissor armazenado nas vesículas sinápticas para a fenda sináptica. O potencial de ação estimula a entrada de Ca 2+, que causa a adesão das vesículas sinápticas aos locais de liberação, sua fusão com a membrana plasmática e a descarga de seu suprimento de transmissor. O transmissor se difunde para a célula alvo, onde se liga à uma proteína receptora na superfície externa da membrana celular. Após um breve período o transmissor se dissocia do receptor e a resposta é terminada. Para impedir que o transmissor se associe novamente a um receptor e recomece o ciclo, o transmissor, ou é destruído pela ação catabólica de uma enzima, ou é absorvido,
5 normalmente na terminação pré-sináptica. Cada neurônio pode produzir somente um tipo de transmissor. Categorias de sinapses químicas: Existem dois tipos de sinapses químicas, de acordo com o efeito que causam no elemento pós-sináptico: Um impulso chegando no terminal pré-sináptico provoca a liberação do neurotransmissor. A. As moléculas ligam-se aos canais de íon, cuja abertura é controlada pelo transmissor, na membrana pós-sináptica. Se o Na+ entra na célula pós-sináptica através dos canais abertos, a membrana se tornará despolarizada. B. As moléculas ligam-se aos canais de íon, cuja abertura é controlada pelo pelo transmissor, na membrana pós-sináptica. Se o Cl- entra a célula pós-sináptica, através dos canais abertos, a membrana se tornará hiperpolarizada. A mudança resultante no potencial da membrana, conforme registrado através de um microeletrodo na célula é visto na figura abaixo (Geração de um EPSP e IPSP). Sinapses excitatórias: Sinapses excitatórias causam uma mudança elétrica excitatória no potencial póssináptico (EPSP). Isso acontece quando o efeito líquido da liberação do transmissor é para despolarizar a membrana, levando-o a um valor mais próximo do limiar elétrico para disparar um potencial de ação. Esse efeito é tipicamente mediado pela abertura dos canais da membrana (tipos de poros que atravessam as membranas celulares para os íons cálcio e potássio. Sinapses inibitórias: As sinapses inibitórias causam um potencial pós-sináptico inibitório (IPSP), porque o efeito líquido da liberação do transmissor é para hiperpolarizar a membrana, tornando mais difícil alcançar o potencial de limiar elétrico. Esse tipo de sinapse inibitória funciona graças à abertura de diferentes canais de ions nas membranas: tipicamente os canais cloreto (Cl-) ou potássio (K+).
6 Geração de um EPSP e IPSP. Nessa figura, o registro do potencial elétrico transmembrana em função do tempo (em vermelho) mostra que há uma deflexão gradual para cima do traçado quando uma sinapse excitatória (EPSP) é ativada. O fluxo de íons causa a despolarização, i.e, a membrana torna-se menos polarizada. Lembre-se que normalmente a face externa da membrana é negativa em relação ao interior, e que o potencial de repouso da membrana póssináptica é cerca de -70 milivolts. Qualquer despolarização diminui esse valor, tornando-o menos negativo, e, portanto, causando uma deflexão para cima (mais próxima ao nível zero). O registro do potencial de membrana para o potencial pós-sináptico inibitório (IPSP: em verde) mostra uma hiperpolarização, i.e., uma deflexão para baixo no traçado porque ele torna-se mais negativo que o potencial de repouso. Uma única célula nervosa normalmente tem centenas ou milhares de sinapses químicas excitatórias e inibitórias que chegam em seus dendritos ou corpo celular. As EPSP e IPSPs somam-se de modo que a curva resultante (em preto) podem inclinar-se para uma despolarização líquida ou uma hiperpolarização. Se a despolarização líquida alcançar o valor limiar, a célula pós-sináptica dispara potenciais de ação. Arranjos sinápticos no SNC. A. Uma sinapse axo-dendrítica. B. uma sinapse axo-somática. C. Uma sinapse axo-axônica.
7 Sinapses no sistema nervoso central: Diferentes tipos de sinapses podem ser diferenciados pelo critério de qual parte do neurônio é pós-sináptico em relação ao axônio teminal. Se a membrana pós-sináptica está em um dendrito, a sinapse é chamada axo-dendrítica. Se a membrana pós-sinpática está no corpo celular, a sinapse é chamada axo-somática. Em alguns casos a membrana póssináptica está em um outro axônio, e essas sinapses são chamadas axo-axônicas. Em determinados neurônios especializados, os dendritos formam, na realidade, sinapses entre si, essas são as chamadas sinapses dendro-dendríticas. Neurotransmissores: Mensageiros do Cérebro. Quimicamente, os neurotransmissores são moléculas relativamente pequenas e simples. Diferentes tipos de células secretam diferentes neurotransmissores. Cada substância química cerebral funciona em áreas bastante espalhadas, mas muito específicas do cérebro e podem ter efeitos diferentes dependendo do local de ativação. Cerca de 60 neurotransmissores foram identificados e podem ser classificados, em geral em uma das quatro categorias. 1) colinas: das quais a acetilcolina é a mais importante; 2) aminas biogênicas: a serotonina, a histamina, e as catecolaminas - a dopamina e a norepinefrina 3) aminoácidos: o glutamato e o aspartato são os transmissores excitatórios bem conhecidos, enquanto que o ácido gama-aminobutírico (GABA), a glicina e a taurine são neurotransmissores inibidores. 4) neuropeptídeos: esses são formados por cadeias mais longas de aminoácidos (como uma pequena molécula de proteína). Sabe-se que mais de 50 deles ocorrem no cérebro e muitos deles têm sido implicados na modulação ou na transmissão de informação neural.
8 Neurotransmissores importantes e suas funções: Quimicamente, os neurotransmissores são moléculas relativamente pequenas e simples. Diferentes tipos de células secretam diferentes neurotransmissores. Cada substância química cerebral funciona em áreas bastante espalhadas mas muito específicas do cérebro e podem ter efeitos diferentes dependendo do local de ativação. Cerca de 60 neurotransmissores foram identificados e podem ser classificados, em geral em uma das quatro categorias. 1) colinas: das quais a acetilcolina é a mais importante; 2) aminas biogênicas: a serotonina, a histamina, e as catecolaminas - a dopamina e a norepinefrina; 3) aminoácidos: o glutamato e o aspartato são os transmissores excitatórios bem conhecidos, enquanto que o ácido gama-aminobutírico (GABA), a glicina e a taurine são neurotransmissores inibidores; 4) neuropeptídeos: esses são formados por cadeias mais longas de aminoácidos (como uma pequena molécula de proteína). Sabe-se que mais de 50 deles ocorrem no cérebro e muitos deles têm sido implicados na modulação ou na transmissão de informação neural. Neurotransmissores importantes e suas funções: DOPAMINA: Controla níveis de estimulação e controle motor em muitas partes do cérebro. Quando os níveis estão extremamente baixos na doença de Parkinson, os pacientes são incapazes de se mover volutáriamente. Presume-se que o LSD e outras drogas alucinógenas ajam no sistema da dopamina. SEROTONINA: Esse é um neurotransmissor que é incrementado por muitos antidepressivos tais com o Prozac, e assim tornou-se conhecido como o 'neurotransmissor do 'bemestar'. Ela tem um profundo efeito no humor, na ansiedade e na agressão. ACETILCOLINA (ACh): A acetilcolina controla a atividade de áreas cerebrais relacionadas à atenção, aprendizagem e memória. Pessoas que sofrem da doença de Alzheimer apresentam tipicamente baixos níveis de ACTH no córtex cerebral, e as drogas que aumentam sua ação podem melhorar a memória em tais pacientes. NORADRENALINA: Principalmente uma substância química que induz a excitação física e mental e bom humor. A produção é centrada na área do cérebro chamada de locus
9 coreuleus, que é um dos muitos candidatos ao chamado centro de "prazer" do cérebro. A medicina comprovou que a norepinefrina é uma mediadora dos batimentos cardíacos, pressão sanguínea, a taxa de conversão de glicogênio (glucose) para energia, assim como outros benefícios físicos. GLUTAMATO: O principal neurotransmissor excitante do cérebro, vital para estabelecer os vínculos entre os neurônios que são a base da aprendizagem e da memória a longo prazo. ENCEFALINAS E ENDORFINAS: Essas substâncias são opiláceos que, como as drogas heroína e morfina, modulam a dor, reduzem o estresse, etc. Elas podem estar envolvidas nos mecanismos de dependência física.