Fisiologia 1 - aula 2

1. Fisiologia das sinapses
Fisiologia das sinapses
a- proteínas
1.1 – Movimento dos íons
1 Introdução 1.2 Bases iônicas do potencial de repouso
a- definição a – potencial de equilíbrio
b- tipos b –sinapses
de permeabilidade iônica relativa ao potencial de repouso
2 Neurotransmissores e receptores
2 Propriedades do potencial de ação
2.1 – síntese e armazenamento de neurotransmissores
3 Condução do potencial de ação
2.2 – liberação de neurotransmissores
2.3 – tipos de receptores
2.4 – reciclagem e degradação dos neurotransmissores
3 Integração sináptica
3.1 – Somação
3.2 – Integração
4 Plasticidade sináptica
1 – Introdução
Agora que você já sabe como ocorre a formação de um impulso nervoso e como
ele se propaga através do neurônio, vamos ver de que forma essa informação é passada
de um ponto a outro do Sistema Nervoso, ou seja, de que maneira essa informação é
transmitida entre os neurônios.
No final do século XIX reconheceu-se que o Sistema Nervoso é formado por
células distintas e que essas células, ditas neurônios, estão conectadas de alguma forma
para que as informações que cada uma delas gere ou receba possa ser transmitidas a
outras células.
a – Definição
O termo sinapse é definido como unidade processadora de sinais do Sistema
Nervoso, local de contato entre dois ou de um neurônio com outra célula. A passagem
de informações através da sinapse é conhecida por transmissão sináptica.
Ao serem transmitidas as mensagens podem ser modificadas no processo de
passagem de uma célula para outra. A maioria das transmissões sinápticas consiste em
uma dupla conversão de códigos. A informação produzida pelo neurônio é veiculada
eletricamente, através de potenciais de ação até os terminais axônicos e lá é
transformada e veiculada quimicamente para ao neurônio conectado. A seguir, nova
informação, a informação química é percebida pelo segundo neurônio e volta a ser
veiculada eletricamente, com a gênese e a condução de novos potenciais de ação.
b – tipos de sinapses
Há dois tipos de sinapses: as elétricas e as químicas. Nas sinapses elétricas a
transferência de informações ocorre através da transferência de corrente iônica
diretamente de uma célula para outra, através de sítios especializados chamados junções
gap ou junções comunicantes. Nas junções comunicantes as membranas ficam muito
próximas e possuem canais iônicos que permitem a passagem dos íons. Dessa forma, as
células se acoplam quimicamente. Quando uma célula entra em atividade, ou seja,
produz potenciais, a corrente iônica correspondente passa diretamente para a outra
célula via junções comunicantes. O fluxo dessas sinapses é bidirecional e sua
transmissão é muito mais rápida quando comparada com a sinapse química. A
importância da sinapse elétrica está em permitir a sincronização de numerosas
populações celulares acopladas, devido à rapidez de sua transmissão.
Nos vertebrados predominam as sinapses químicas, cuja capacidade de
processamento de informações permitiu maior funcionalidade ao Sistema Nervoso.
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2. Fisiologia das sinapses
Durante o processo evolutivo, tornou-se vantajoso para o processamento de
informações, o aparecimento entre dois neurônios, de uma região especializada de
contato. O espaço entre as duas membranas nessa região é chamado de fenda sináptica e
mede 20 a 40 nm, um espaço bastante maior do que vemos nas junções comunicantes. A
transmissão sináptica que ocorre nas sinapses químicas é unidirecional, o que
possibilitou a seguinte nomenclatura:
A primeira célula, ou seja, a que antecede a fenda sináptica é chamada de
neurônio pré-sináptico e a segunda célula é o elemento pós-sináptico. O elemento pré-
sináptico geralmente é composto por um axônio e o pós-sináptico por um dendrito.
O terminal pré-sináptico destaca-se devido à presença de vesículas sinápticas,
pequenas esferas encontradas em grande quantidade que se aglomeram próximo a face
interna da membrana pré-sináptica.
A informação que chega ao elemento pré-
sináptico vem na forma de potenciais de ação
conduzidos através do axônio até os terminais. A
seguir ocorre a conversão da informação elétrica em
química. Os potenciais de ação causam a liberação, na
fenda sináptica, de certa quantidade de substância
química armazenada no interior das vesículas
sinápticas. Essas substâncias recebem o nome de
neurotransmissores. As moléculas de
neurotransmissores uma vez na fenda sináptica,
reconverte a informação química em informação
elétrica, ou seja, o neurotransmissor resulta em um
potencial pós-sináptico na membrana da segunda
célula. Esse processo produzirá potenciais de ação que
serão conduzidos pelo axônio correspondente até uma
terceira célula, onde o processo se repetirá.
Essa dupla conversão de informações, do modo químico para o elétrico e do
elétrico para o químico novamente, permite que haja interferência na própria sinapse. A
modulação na transmissão sináptica ocorre em quase todas as sinapses. Essa
possibilidade adaptativa que resultou no aparecimento de sinapses químicas permite que
ela tenha capacidade de modular as informações transmitidas pelas células nervosas.
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3. Fisiologia das sinapses
As sinapses químicas podem ser classificadas quanto à função em:
1 – excitatórias - o resultado da transmissão sináptica é um potencial pós-
sináptico despolarizante, ou seja, tende a se aproximar do limiar facilitando o potencial
de ação do neurônio pós-sináptico.
2 – inibitórias – o resultado da transmissão é um potencial pós-sináptico
hiperpolarizante, que se afasta do limiar dificultando a geração do potencial de ação.
Há alguns requisitos básicos para a transmissão sináptica química:
1 – Deve haver um mecanismo para a síntese de neurotransmissores e seu
armazenamento nas vesículas sinápticas.
2 – Um mecanismo que cause a liberação de neurotransmissores das vesículas em
resposta a um potencial de ação pré-sináptica.
3 – Um mecanismo para produzir uma resposta elétrica ou química ao neurotransmissor
no neurônio pós-sináptico.
4 – Um mecanismo para remoção dos neurotransmissores na fenda sináptica.
2 - Neurotransmissores e receptores
Os neurotransmissores situam-se em três categorias principais: aminoácidos,
aminas e peptídeos.
a. AMINAS: INDOLAMINAS*- a serotonina, a histamina, e as CATECOLAMINAS* - dopamina e
a norepinefrina.
b. COLINAS (também é uma amina): Classe da qual a Acetilcolina é o neurotransmissor mais
importante.
c. PURINAS: Adenosina, ATP
d. AMINOÁCIDOS: o glutamato e o aspartato são os transmissores excitatórios bem
conhecidos, enquanto que o ácido gama-aminobutírico (GABA), a glicina e a taurina são
neurotransmissores inibitórios.
e. 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. Ex.: opióides (encefalinas e endorfina), hormônios da
neuro-hipófise (ocitocina e vasopressina)
f. GASES: Óxido Nítrico (NO), Monóxido de Carbono (CO)
Os aminoácidos e as aminas são pequenas moléculas orgânicas com pelo menos
um átomo de nitrogênio e são armazenados nas vesículas sinápticas, já os peptídeos são
moléculas grandes armazenadas em grânulos secretores. Vesículas e grânulos são
frequentemente observados nos mesmos terminais axônicos.
Diferentes neurônios do Sistema Nervoso também liberam diferentes
neurotransmissores.
2.1 – síntese e armazenamento de neurotransmissores
A transmissão sináptica requer que os neurotransmissores sejam sintetizados e
estejam prontos para a liberação. Diferentes neurotransmissores são sintetizados de
maneiras diferentes. Por exemplo, o glutamato e a glicina fazem parte do grupo de 20
aminoácidos utilizados na síntese proteica, ou seja, estão em abundância em várias
células. Já o GABA e as aminas são produzidas apenas pelos neurônios que os liberam.
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4. Fisiologia das sinapses
Esses neurônios possuem enzimas específicas que os sintetizam a partir de precursores
metabólicos.
2.2–liberação de neurotransmissores
A liberação de neurotransmissores é desencadeada pela chegada de um potencial
de ação ao terminal axônico. Esses potenciais chegam na forma de ondas
despolarizantes da membrana. A despolarização que ocorre durante os potenciais de
ação provoca a abertura de canais e a passagem de íons Ca2+ em grande quantidade para
o interior do terminal. A elevação da concentração de cálcio é o sinal para a liberação de
neurotransmissores das vesículas
sinápticas.
As vesículas liberam seus
conteúdos por exocitose. A membrana
da vesícula funde-se com a membrana
pré-sináptica nas zonas ativas
permitindo que os conteúdos das
vesículas sejam liberados na fenda
sináptica.
Tanto maior será o número de
vesículas e grânulos que sofrerão
exocitose quanto mais prolongada for a
despolarização provocada pelo potencial de ação, ou seja, quanto maior a frequência de
potencias de ação que chegam ao terminal.
Conclui-se que a frequência de potenciais de ação determina a quantidade de moléculas de
neurotransmissores liberada na fenda sináptica.
2.3 – receptores
O resultado final da ação do neurotransmissor na fenda sináptica é o
aparecimento de uma alteração no potencial da membrana pós-sináptica, chamado de
potencial pós-sináptico. O que provoca essa alteração é a interação química entre o
neurotransmissor e o seu receptor. O receptor é um complexo molecular de natureza
proteica embutido na membrana pós-sinápticas e capaz de estabelecer uma ligação
química específica com o neurotransmissor.
Existem duas classes de receptores:
1- ionotrópicos: formam canais iônicos diretamente
2- metabotrópicos: cujos efeitos sobre o neurônio são produzidos de forma indireta.
Quando o neurotransmissor atravessa a fenda sináptica e se liga ao receptor, sendo
ele o próprio canal iônico, a mudança na forma do canal causará a sua abertura e
consequente passagem de íons através da membrana. Se predomina o fluxo de sódio de
fora para dentro da célula o receptor provoca uma despolarização da membrana, se
aproximando do limiar para gerar potenciais de ação. Nesse caso chamamos esse
potencial de potencial pós-sináptico excitatório (PEPS). Em contraste, se predominar a
entrada de cloreto (Cl-) também de fora para dentro da célula o receptor estará
provocando uma hiperpolarização do neurônio e nesse caso é chamado de potencial pós-
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5. Fisiologia das sinapses
sináptico inibitório (PIPS), pois estará se afastando do limiar e portanto, do potencial de
ação.
Os receptores metabotrópicoa realizam a transmissão da mensagem química
indiretamente já que não são canais iônicos. Essa transmissão ocorre através de reações
químicas intracelulares que podem ativar canais iônicos, ou promover outras alterações
celulares.
2.4 – reciclagem e degradação dos neurotransmissores
A interrupção da transmissão sináptica é importante para cessar as ações
sinápticas e evitar a dessensibilização dos receptores. Há três mecanismos fundamentais
para que isso ocorra:
1- receptação dos neurotransmissores – a membrana dos terminais pré-sinápticos
frequentemente possui proteínas transportadoras específicas para os
neurotransmissores que produz. Também algumas células da glia (os astrócitos)
possuem transportadores para neurotransmissores. Esse mecanismo de
receptação constitui um importante mecanismo de defesa contra os efeitos
tóxicos das aminas (neurotoxicidade).
2- degradação enzimática do neurotransmissor – a presença de enzimas que
degradam o neurotransmissor garante que o neurotransmissor será degradado
após transmitir a informação.
3- difusão – a difusão do neurotransmissor para fora da fenda sináptica possibilita o
final da transmissão.
3 – Integração sináptica
Cada neurônio recebe sinapses de milhares de outros neurônios. Além disso, em
cada sinapse muitas vezes atuam vários mecanismos de transmissão e modulação. O
neurônio é capaz de reunir potenciais sinápticos de diferentes origens e tipos e associá-
los e só então elaborar resposta. Essa integração de múltiplos sinais sinápticos é
chamada de integração sináptica. Em cada momento o neurônio deve “decidir” se
dispara potencias de ação e com qual frequência, essa pode ser a diferença entre contrair
ou não um músculo e com qual força.
3.1 – somação temporal e somação espacial
Em geral um estímulo não é suficientemente forte para gerar um potencial de
ação, vários potenciais se somam fazendo com que o potencial de membrana se
aproxime do limiar:
Somação de PEPS
(a) um potencial de ação pré-sináptico desencadeia um pequeno PEPS no neurônio pós-sináptico.
(b) Somação espacial de PEPSs: quando dois ou mais sinais de entrada pré-sinápticos são simultâneos,
seus PEPSs individuais se somam.
(c) Somação temporal de PEPSs: quando a mesma fibra pré-sináptica dispara potenciais de ação em
uma rápida sucessão, seus PEPSs se somam.
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6. Fisiologia das sinapses
4 – Plasticidade neural
A capacidade de adaptação do Sistema Nervoso, principalmente do neurônio, às
mudanças nas condições do ambiente que ocorrem no dia-a-dia dos indivíduos chama-
se neuroplasticidade ou plasticidade neural, um conceito amplo que se estende desde a
resposta a lesões traumáticas até alterações sutis resultantes dos processos de
aprendizagem e memória.
Quando um fator ambiental incide sobre o Sistema Nervoso de alguma forma,
modifica-o. Visto que isso ocorre em todos os momentos da vida, a neuroplasticidade é
uma característica marcante e constante da função neural. Em alguns casos é possível
identificar mudanças morfológicas resultantes das alterações ambientais. Em outros a
mudança ocorre somente na função, sem alterações morfológicas evidentes.
Como anteriormente foi dito, o citoplasma do neurônio em repouso está
carregado negativamente em relação ao fluido extracelular. O potencial de ação é uma
inversão rápida dessa situação em que o lado citoplasmático fica carregado
positivamente em relação ao lado extracelular. O potencial de ação ou o impulso
nervoso é o sinal que leva a
informação ao longo do sistema
nervoso.
Durante o potencial de ação, o
potencial de membrana torna-se
positivo por um breve momento.
Observando-se um gráfico de
potencial de membrana em relação ao
tempo, nota-se que o potencial de
membrana possui fases identificáveis.
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7. Fisiologia das sinapses
A primeira dela é a fase ascendente, caracterizada por uma rápida despolarização da
membrana que continua até o potencial alcançar + 40 mV.
No pico a carga na face interna da membrana é positiva em relação à face externa.
A fase descendente é caracterizada por uma repolarização até a membrana ficar mais
negativa que o potencial de repouso (hiperpolarização). A última fase é a pós-
hiperpolarização, onde há uma restauração gradual do potencial de repouso.
Como o potencial se inicia? A percepção de uma dor aguda é causada pela
geração de potenciais de ação em certas fibras nervosas da pele. A membrana dessas
fibras possui um tipo de canal de sódio que é ativado pela distensão do terminal
nervoso. Portanto a cadeia de eventos é: estímulo doloroso, distensão da membrana das
fibras nervosas, abertura dos canais de Na+ , despolarização da membrana (a superfície
interna da membrana torna-se menos negativa). Se esta despolarização alcançar um
ponto crítico (limiar), ocorre o potencial de ação. Os potenciais de ação são causados
pela despolarização da membrana além do limiar.
A despolarização que causa o potencial de ação é alcançada de formas
diferentes, no caso acima, a despolarização foi causada pela entrada de sódio através de
canais iônicos sensíveis a distensão. Em interneurônios a despolarização é causada por
outros neurônios. Ou pode também ocorrer por meios invasivos, através da aplicação de
corrente elétrica.
A aplicação de uma despolarização crescente a um neurônio não tem qualquer efeito
até que esta atinja o limiar e então surja o potencial de ação – lei do tudo ou nada.
A freqüência de disparos de potenciais de ação reflete a magnitude da corrente
despolarizante. Esta é uma das formas pelas quais a intensidade do estímulo é
codificada no Sistema Nervoso.
Embora a freqüência de disparos aumente com a magnitude o estímulo, existe
um limite para a taxa que um neurônio pode gerar de potenciais de ação. Uma vez
iniciado um potencial de ação é impossível iniciar outro durante cerca de 1 ms. Este
período de tempo é chamado de período refratário absoluto. Também é relativamente
difícil iniciar outro potencial de ação nos próximos milissegundos após esse período. A
esse período chama-se período refratário relativo. Durante o período refratário relativo a
quantidade de corrente necessária para atingir o limiar e portanto deflagrar um potencial
de ação é tem que ser maior.
O potencial de ação consiste em uma redistribuição de carga elétrica através da
membrana. A despolarização durante o potencial de ação é provocada pelo influxo
de íons sódio através da membrana e a repolarização é provocada pelo efluxo de íons
potássio.
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8. Fisiologia das sinapses
Assim, as propriedades do potencial de ação são:
1- Limiar – é o potencial de membrana no qual um número suficiente de canais de
sódio abre tornando a membrana mais seletiva para sódio.
2- Fase ascendente (despolarização) – enquanto a face interna da membrana está
negativa em relação à face externa há uma grande força impulsionando íons de
sódio para o interior da membrana. Quando os canais se abrem ocorre a entrada
maciça e rápida de íons sódio e a rápida despolarização da membrana.
3- Fase descendente (repolarização) – os componentes de dois tipos de canais
colaboram para a fase de repolarização: os canais de sódio que se fecham e,
portanto ficam inativos não permitindo mais entrada de sódio e a abertura de
canais de potássio, levando grande quantidade de potássio para fora da célula.
Esse movimento faz com que o potencial da membrana celular volte, não tão
rapidamente para o potencial de repouso.
4- Pós-hiperpolarização – nessa fase,
o potássio sai da célula sem que
ocorra a entrada de sódio, e,
portanto a diferença entre as cargas
da face interna e da face externa da
membrana fica muito grande,
causando uma hiperpolarização. A
membrana permanece
hiperpolarizada até que ocorra o
fechamento dos canais de potássio.
5- Condução do potencial de ação
Para transmitir informação de um ponto do Sistema Nervoso a outro é necessário
que o potencial de ação, uma vez gerado, seja conduzido ao longo do axônio até
alcançar o seu terminal, iniciando daí a transmissão sináptica.
Um potencial de ação iniciado em um neurônio somente propaga em uma
direção, ele não volta a percorrer o caminho já percorrido. Isso ocorre por que a
membrana por onde esse impulso passou se encontra refratária como resultado da
inativação dos canais de sódio recém utilizados.
Alguns fatores podem influenciar a velocidade de condução:
1- o diâmetro axonal: a velocidade de condução aumenta quanto maior for o
diâmetro axonal
2- tamanho do axônio: axônios maiores necessitam
de uma maior despolarização para alcançar o
limiar do potencial de ação
3- número de canais
4- presença de mielina: a condução é facilitada pela
presença de mielina no axônio.
A bainha de mielina não se estende continuamente ao
longo de todo o axônio. As quebras no isolamento,
conhecidas como nódulo de Ranvier, permitem que os
íons cruzem a membrana gerando potenciais de ação.
Esse tipo de condução é conhecida como saltatória.
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