O Sistema Nervoso

O Sistema Nervoso
Prof. Dr. Leonardo Crema
O Sistema Nervoso
• Há várias maneiras de ver o Sistema Nervoso:
Psicológica: SN produz comportamento e consciência;
Neurobiológica: conjunto de células que se comunicam
através de finos prolongamento;
Eletrofisiológica: sinais elétricos como elementos de
comunicação;
Neuroquímica: reações químicas moleculares que ocorrem
dentro e fora das células nervosas.
O Sistema Nervoso visto a olho nu.
• SNC: maioria das células
nervosas, seus
prolongamentos e os
contatos que fazem entre si;
• SNP: fibras nervosas,
agrupadas em filetes
alongados chamados
nervos.
O Sistema Nervoso Periférico
Nervos= “cabos de conexão”;
a) Cranianos
b) Espinais
Gânglios= Agrupamento
periférico de neurônios;
O Sistema Nervoso Periférico
• De onde vêm, por
onde passam e
onde terminam os
nervos espinhais?
O Sistema Nervoso Periférico
• Nervos Cranianos:
O SNP e Máquinas
• Conjunto de “sensores, cabos e chips”.
Sensores: receptores presentes na pele, músculos, ossos,
articulações, vísceras;
Cabos: enviam as informações decodificadas pelos sensores;
Chips: gânglios que processam informação como pequenos
computadores.
O Sistema Nervoso Central
O Sistema Nervoso Central
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O Sistema Nervoso Central em Cortes
O Encéfalo Vivo.
O encéfalo vivo tem aspecto diferente do encéfalo fixado em formol. Em A vemos a superfície do
córtex cerebral de um indivíduo vivo, tal como se apresenta em um campo cirúrgico. Pode-se
ver uma das membranas de cobertura, com aspecto leitoso à esquerda e acima, bem como os
vasos sanguíneos que irrigam o córtex cerebral. Em B, foto de um encéfalo fixado, com as
membranas e os vasos removidos.
O Sistema Nervoso Visto ao Microscópio.
• NEURÔNIO: unidade morfofuncional do sistema
nervoso;
• GLIÓCITO: unidade de apoio.
Quebrando Dogmas:
Quantos Neurônios tem o Encéfalo?
Utilizando a técnica do fracionador isotrópico, foi possível estimar com precisão o
número de neurônios e gliócitos do cérebro humano.
O Sistema Nervoso Visto ao Microscópio.
NEURÔNIOS
O Sistema Nervoso Visto ao Microscópio.
NEURÔNIOS: suas partes...
pseudounipolar
estrelado
purkinje
unipolar
piramidal
O Sistema Nervoso Visto ao Microscópio.
Nem só de neurônios é feito o Sistema Nervoso
.
O Sistema Nervoso Visto ao Microscópio.
GLIÓCITOS:
Glia “cola”; primeiros
histologistas teria função de
agregação ou sustentação.
São tão numerosos quanto
neurônios, e também
apresentam diferentes tipos
morfológicos.
AS CÉLULAS DA GLIA
Nem só de neurônios é
feito o Sistema Nervoso.
Transmissão Sináptica
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As células da Glia
As células da glia (neuróglia) formam o sistema de sustentação para os
neurônios. Elas são responsáveis pela nutrição, suporte, proteção e mielinização
axonal dos neurônios.
Axônio
Oligodendrócito
Bainha de mielina
Axônio
Capilar e
astrócito
Células da Glia – células de suporte
Astrócitos – conectam neurônios ao suprimento sanguíneo.
Microglia – Possui atividade fagocítica.
Capilar
Neurônio
Astrócito
Micróglia
Descrição detalhada das funções da glia
Astrócitos Apresentam forma estrelada com múltiplos prolongamentos que
partem do corpo celular. Ligam os neurônios aos capilares por meio dos “pés
vasculares” e à pia-máter. Apresentam funções de sustentação, nutrição e controle
da composição iônica e molecular do ambiente extracelular do neurônio.
Os astrócitos têm múltiplas funções
Astrócitos – conectam neurônios ao suprimento sanguíneo.
Descrição detalhada das funções da glia
Oligodendrócitos  Produzem as bainhas de mielina no sistema nervoso central.
Apresentam prolongamentos que se enovelam em torno do vários axônios neuronais
dando origem a bainha de mielina.
Bainha de mielina
Nódulos de Ranvier
Soma do oligodendrócito
Microtúbulo
A mielina central produzida pelos
oligodendrócitos , contém também
moléculas proteicas que bloqueiam a
capacidade regenerativa dos axônios
centrais.
Mitocôndria
Nódulo de Ranvier
Descrição detalhada das funções da glia
Células de Schwann  Produzem as bainhas de mielina no sistema
nervoso periférico. Cada célula de Schwann forma bainha de mielina em
torno de um único axônio.
Neurônio
Enrolamento da membrana
da célula de Schwann em torno do axônio
do neurônio
Nervo
Célula
de Schwann
Bainha de mielina
Produzem moléculas que favorecem a regeneração axônica.
Células de Schwann continuação
Seqüência de enovelamento do axônio
por parte da célula de Schwann para
formar a bainha de mielina
Nódulos de Ranvier
A bainha de mielina se interrompe em intervalos regulares formando os
Nódulos de Ranvier, que são recobertos por expansões laterais das células de
Schwann. Nos neurônios mielinizados a condução do potencial de ação ocorre de
forma mais rápida, uma vez que há condução saltatória nos nódulos de Ranvier.
Nervo
Nódulos
de
Ranvier
Bainha de mielina
Descrição detalhada das funções da glia
Micróglia  São pequenas e alongadas com prolongamentos curtos e irregulares.
Apresentam propriedade fagocítica e tem seus precursores nas células oriundas da
medula
óssea.
Quando
ativadas
as
células
da
micróglia
retraem
seus
prolongamentos assumem a forma de macrófagos. Também removem restos
celulares decorrentes de lesões do SNC.
Doenças Desmielinizantes
• Doenças desmielinizantes do sistema nervoso
central:
– Esclerose múltipla (junto com outras doenças
similares chamadas doenças desmielinizantes
inflamatórias idiopáticas)
– Mielite transversa
– Doença de Devic
– Leucoencefalopatia multifocal progressiva
– Neurite óptica
– Leucodistrofias
Doenças Desmielinizantes
• Doenças desmielinizantes do sistema nervoso
periférico:
– Síndrome de Guillain-Barré e polineuropatia
desmielinizante inflamatória crônica
– Neuropatia periférica anti-MAG
– Doença de Charcot-Marie-Tooth
Stephen Hawking c/ ELA
As Unidades do Sistema Nervoso
Qual é a linguagem do sistema nervoso?
Comunicação do Sistema
Nervoso!
TRANSPORTES DA MEMBRANA
•
Os mecanismos de transporte através da membrana dividem-se em duas classes:
•
Os mecanismos passivos, dão-se espontaneamente, sem gasto de ATP, geralmente
seguindo as leis da difusão, seguindo o gradiente químico de concentrações;
•
Os ativos são realizados contra o gradiente e, por esta razão, envolvem gasto de
ATP;
Lembrar Lei de Fick: fluxo do soluto difusível depende da diferença de concentração
entre os compartimentos visitados, da área da região que comunica os dois compartimentos
e da distância percorrida, sendo que o sentido do fluxo é da maior para a menor
concentração (do soluto).
FUNÇÕES DA MEMBRANA
Difusão Simples: diretamente através da matriz lipídica [como moléculas apolares
(hormônios esteróides, colesterol, vitaminas) ou a água] - O sentido do transporte é a
favor do gradiente de concentração;
TRANSPORTES DA MEMBRANA
TRANSPORTE PASSIVO:
•
Difusão Facilitada: por canais seletivos (íons) ou carreadores (íons ou moléculas) A favor do gradiente de concentração e o número de carreadores é limitado: a
quantidade máxima transportada terá um limite
TRANSPORTES DA MEMBRANA
TRANSPORTE ATIVO – contra o gradiente de concentração:
•
Primário: o carreador processa também o ATP, como é o caso da Bomba Na+,K+ -ATPase;
Íon sódio
Íon potássio
Camada bilipídica
FUNÇÕES DA MEMBRANA
• Outras funções:
• Organizar complexos multienzimáticos que precisam operar em seqüência
(componentes da cadeia respiratória/ fosforilação oxidativa, na
mitocôndria);
• Atuam na transdução de sinais entre compartimentos (via receptores
metabotrópicos);
• Servir de substrato para reações enzimáticas;
Potencial de
Repouso:
“Neurônios
em Silêncio”
O potencial de membrana de um neurônio
que não está enviando sinais, chama-se
POTENCIAL DE REPOUSO.
Potencial de Repouso
•
Em humanos – é observado em três tipos de tecidos, o neural (incluindo suas
interfaces com os diferentes órgãos sensoriais), o muscular (esquelético, liso ou
cardíaco) e o endócrino (glândulas secretoras), onde desempenham um papel
central;
Potencial de Repouso
1. Como é gerado o potencial de repouso?
2. Como ele é mantido?
Potencial de Repouso
Atividade elétrica - se dá em nível
celular,
sendo
estritamente
dependente da membrana celular;
Foi observado que há diferença de
potencial (DDP) elétrico entre o
citoplasma e o exterior das células;
É o Potencial de Repouso ou Potencial
de Membrana, quase sempre com o
interior negativo em relação ao
exterior;
Quando o eletrodo atravessa a membrana, o voltímetro acusa a existência de uma DDP de -60mV
sendo que a face interna da membrana citoplasmática é negativa em relação à externa .
ORIGEM DOS POTENCIAIS ELÉTRICOS
DAS CÉLULAS NERVOSAS
As cargas elétricas estão nos
íons de compostos dissociados
no meio aquoso que tudo
preenche, dentro e fora da
célula;
O potencial de repouso seria a
distribuição desigual dos íons
em solução nos dois lados da
membrana, compartimentados
ativa ou passivamente pelos
mecanismos
seletivos
de
transporte
iônico
transmembrana;
Potencial de Repouso
A membrana – capacitor - armazenando energia nesta distribuição espacial
de íons eletricamente carregados;
Esta energia potencial elétrica está disponível para ser recuperada
rapidamente, além de estabilizar a membrana evitando que este sistema
seja perturbado por qualquer fator de menor importância;
Potencial de Repouso
O potencial de repouso (negativo em relação ao exterior) especialmente notado
nas células excitáveis – como os neurônios, miócitos e células endócrinas;
Nestas células, quando ativadas, o potencial sai do “repouso elétrico” e muda
de valor, chegando a inverter sua polaridade e, por um breve período o
interior da célula fica positivo, e o exterior, negativo; rapidamente, então, a
membrana da célula recobra seu potencial de repouso;
VOLTAGEM E CORRENTES ELÉTRICAS
• Um potencial elétrico é uma forma de energia potencial, isto é, uma forma
de armazenar energia para realizar trabalho;
• A verdadeira expressão do trabalho elétrico é o fluxo de cargas elétricas
que deixamos passar, isto é, a corrente elétrica;
• As diferenças de potencial elétrico (ddp) são medidas em V (Volts),
enquanto que as correntes elétricas, em A (Ampéres);
CANAIS DE VAZAMENTO SELETIVOS PERMITEM QUE O POTÁSSIO
SAIA DA CÉLULA
•
A permeabilidade dos íons K+ se faz
através
de
canais
proteicos
permanentemente abertos - canais de
vazamento;
•
Estes canais são altamente seletivos e
somente deixam permear uma espécie
iônica, no caso o K+;
CANAIS DE VAZAMENTO SELETIVOS PERMITEM QUE O POTÁSSIO
SAIA DA CÉLULA
A seletividade é determinada por dois fatores:
1 - o tamanho da abertura do canal protéico, pelo qual outros íons
semelhantes não têm espaço para passar (por exemplo, o Na+);
2 - a presença de cargas opostas intracanal que favorecem a passagem do
potássio (de carga positiva) e repelem íons de carga oposta;
CANAIS DE VAZAMENTO SELETIVOS PERMITEM QUE O POTÁSSIO
SAIA DA CÉLULA
• O potássio escapa pelos seus canais de vazamento (permanentemente
abertos) até que a atração eletrostática do excedente de cargas negativas
intracelulares não-difusíveis (proteínas aniônicas), que vão se acumulando
no interior, detém o processo;
CANAIS DE VAZAMENTO SELETIVOS PERMITEM QUE O POTÁSSIO
SAIA DA CÉLULA
•
A difusão do K+ para fora da célula é um fenômeno autolimitante, pois ao atingir um equilíbrio estável
(equilíbrio termodinâmico de Gibbs-Donnan), o K+ o faz de forma completamente espontânea, sem gasto
de ATP em nenhuma etapa;
•
Este sistema em equilíbrio responde a qualquer perturbação do perfil iônico ajustando-se
automaticamente, reorganizando os gradientes sempre sem consumir energia (ATP);
•
Difusão;
– Movimento aleatório;
–
Temperatura;
–
Regiões mais concentradas para as regiões
menos concentradas;
CANAIS DE VAZAMENTO SELETIVOS PERMITEM QUE O POTÁSSIO
SAIA DA CÉLULA
• Determinantes:
• 1. gradiente de concentração do K+;
• 2. seus canais de vazamento;
• 3. a grande concentração intracelular de proteínas aniônicas nãodifusíveis;
• Os gradientes dos demais íons, mesmo que desigualmente distribuídos
dentro e fora da célula, não afetam tal equilíbrio, pois são íons que não se
difundem através destas membranas;
• Não entram no cálculo da equação de Nernst (só permite computar o
gradiente de concentração de uma única espécie iônica móvel);
MEMBRANA PLASMÁTICA – DISTRIBUIÇÃO DAS CARGAS EM CÉLULAS NÃOEXCITÁVEIS EM REPOUSO
• O excedente de cargas negativas internas (proteínas aniônicas)
distribuem-se próximas à membrana em sua face citoplasmática, e as
cargas positivas que se difundiram para fora (os íons K+), distribuem-se
próximas à membrana em sua face extracelular;
• A negatividade interna da célula (potencial de repouso) é causado pelo
excedente de cargas negativas internas não-difusíveis, que não está
neutralizado já que as cargas positivas que o fariam saíram da célula
obedecendo à lei de Fick;
MEMBRANA PLASMÁTICA – DISTRIBUIÇÃO DAS CARGAS EM CÉLULAS NÃOEXCITÁVEIS EM REPOUSO
• Os íons potássio, únicos para os quais há canais de vazamento na glia,
difundiram-se até estabelecer-se um equilíbrio eletroquímico de GibbsDonnan;
• As proteínas aniônicas continuam exercendo atração eletrostática sobre o
excedente externo de íons K+, fazendo com que não se afastem muito da
membrana;
• Estes íons ficam distribuídos nas proximidades dela, como que formando
uma espécie de névoa de cargas;
Vídeo
Potencial de Ação
Neurônios Ativados produzem Potenciais de Ação
• Este processo, com suas fases de despolarização e repolarização, envolve
correntes elétricas (iônicas) transmembrana - com íons fluindo para dentro
e para fora em diferentes etapas - Potencial de Ação;
Neurônios Ativados produzem Potenciais de Ação
• Os potenciais de ação propagam-se ao longo da membrana celular, indo
do ponto de origem até o outro extremo, mobilizando os recursos (canais e
bombas) da membrana;
Potencial de Ação
Quando neurônios estão ativos, a
permeabilidade e o potencial de membrana
mudam.
Potencial de Ação
• Estas pequenas correntes iônicas
percorrem
distâncias
físicas
pequenas, sendo que a maioria
dos íons permanece sempre
muito próximo à membrana, mas
as variações dos campos elétricos
podem
ser
detectadas
a
considerável distância;
álcool
Potencial de Ação
FASES:
1) Canais de K+ abertos
criando o POTENCIAL DE
REPOUSO.
Potencial de Ação
FASES:
2) Ativação e abertura dos
canais de sódio,
DESPOLARIZANDO até que
atinja o LIMIAR.
Potencial de Ação
FASES:
3) Mais canais de sódio
dependentes de voltagem
abertos causando um
rápido DISPARO DE
DESPOLARIZAÇÃO.
Potencial de Ação
FASES:
4) Inativação dos canais de
Na+ ;
Canais de K+ abertos 
repolarizando e até mesmo
hiperpolarizando a célula.
Potencial de Ação
FASES:
5) Inativação e fechamento
de todos os canais de Na+.
A célula retorna ao seu
potencial de repouso.
Potencial de Ação
(Vídeo)
Propagação do Pot. Ação
Propagação do Pot. Ação
Estudo dos
Canais Iônicos
VÍDEO
Faculdade Meta- FAMETA
Transmissão Sináptica
Prof. Dr. Leonardo Crema
Histórico
Final do séc. XIX contatos especializados
◦ 1897 Charles Sherrington – “Sinapse”
 Transmissão Química (XIX)
◦ Otto Loewi (1921) – “vagoessência”
 Velocidade de Transmissão  Corrente elétrica
◦ John Eccles (1930): “a própria corrente elétrica do impulso
nervoso atravessa a sinapse e excita a próxima célula
diretamente”
Transmissão Sináptica
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Histórico
Sinapses Químicas (XIX)
◦ Otto Loewi (1921) – “vagoessência”
Transmissão Sináptica
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Objetivos
• Mecanismos básicos das sinapses:
– Diferentes tipos de sinapses;
– Síntese, armazenamento e liberação de
neurotransmissores;
– Ação dos neurotransmissores na membrana
pós-sináptica;
– Neurotransmissores e Neurofarmacologia;
– Integração dos diversos sinais em um mesmo
neurônio;
Transmissão Sináptica
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Tipos de Sinapses
• Sinapses Elétricas;
• Sinapses Químicas;
Transmissão Sináptica
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Sinapses Elétricas
– Junções “Gap” ou Junções Comunicantes
• Conexinas;
• Conexons (2nm)
– Eletrotonicamente acopladas
• Bidirecional
• Rápida e Infalível
– Invertebrados
– SNC mamíferos adultos
Transmissão Sináptica
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Sinapses Elétricas
Glia, células epiteliais, células musculares lisas e cardíacas, neurônios –
embriogênese.
Transmissão Sináptica
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Sinapses Químicas
• Sinapses Químicas
– Membrana pré e pós sináptica – fenda (20 a 50
nm)
• Vesículas Sinápticas (50nm)
• Grânulos Secretores (100nm)
– Diferenciações da membrana
• Zonas ativas – pré
• Densidade pós sináptica
Transmissão Sináptica
Diferentes na ME
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Sinapses Químicas
Transmissão Sináptica
80
Contatos Sinápticos
Transmissão Sináptica
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Tipos de Sinapse
•
•
•
•
Axodendrítica;
Axossomática;
Axoaxônica;
Dendrodendríticas;
• Sinapses tipo I de Gray- Excitatórias;
• Sinapses tipo II de Gray- Inibitórias
Transmissão Sináptica
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Axodendrítica;
Axossomática;
Axoaxônica;
Dendrodendríticas;
Transmissão Sináptica
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Estrutura da
Sinapse Química
Aline de Souza Pagnussat
Transmissão Sináptica
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Requisitos para Sinapse Química
•
•
•
•
•
Síntese;
Armazenamento;
Liberação;
Efeito pós-sináptico;
Remoção;
Transmissão Sináptica
Neurotransmissores
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Síntese e Armazenamento
Transmissão Sináptica
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Neurotransmissores (Vesículas Sinápticas)
Transmissão Sináptica
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Neuropeptídeos (Grânulos Secretores)
Aline de Souza Pagnussat
Transmissão Sináptica
88
Aline de Souza Pagnussat
Transmissão Sináptica
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Liberação de Neurotrasmissores
• Exocitose;
• 0,2ms após o influxo de Ca+2;

Interação de proteínas vesi-
culares com proteínas da mem-
brana.

Família de proteínas SNARE;

Exocitose;
Transmissão Sináptica
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Liberação de Neurotrasmissores
VÍDEO I
VÍDEO II
Transmissão Sináptica
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Potencial excitatório pós-sináptico
(PEPS)
Transmissão Sináptica
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Potencial inibitório pós-sináptico
(PIPS)
Transmissão Sináptica
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Integração Sináptica
• Computação Neural;
– Somação dos PEPS;
• Espacial;
• Temporal (1 a 15 ms);
Transmissão Sináptica
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Somação
dos PEPSs:
Transmissão Sináptica
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Receptores – Proteínas Efetoras
• Canais iônicos ativados por ligante;
• Receptores acoplados à proteina G;
Transmissão Sináptica
rápida
lenta
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Falhas na Neurotransmissão
 Distúrbios Neurológicos;
◦ Miastenia Gravis;
 Fadiga e hipotrofia dos músculos estriados esqueléticos;
 ACh;
◦ Doença de Parkinson;
 Rigidez muscular, hipocinesia, tremor ao repouso;
 DA (substância nigra e estriado);
◦ Mal de Alzheimer;
 Memória, cognição e comportamento;
 ACh encefálica;
Transmissão Sináptica
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Falhas na Neurotransmissão
• Transtornos Psiquiátricos;
– Depressão;
• Síntese de 5HT, NA e outros;
– Esquizofrenia;
• DA e outros;
– Transtorno Bipolar;
• NA, 5HT e DA e outros;
• Excitotoxidade glutamatérgica;
Transmissão Sináptica
98
Falhas na Neurotransmissão
Transmissão Sináptica
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