Homeostase e Ambiente Interno

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Homeostase e Ambiente Interno O conceito de Homeostase tem muito valor para o estudo da fisiologia porque permite perceber o “porquê” e o “como”, dos diversos mecanismos reguladores. O conceito de Homeostase também pode ser uma boa forma de diagnóstico médico. Em particular medidas do ambiente interno, como as quantidades de substâncias dissolvidas no sangue, onde desvios significantes em relação aos valores normais, mostram que o Homeostase não foi mantida e que essa pessoa se encontra doente. A quantificação dessas medidas, combinadas com as observações clínicas, permitem identificar defeitos particulares do mecanismo. Para manter o meio interno constante, o corpo possui diversos sensores para detectar alterações do “set point”. O “set point” funciona como um termóstato para a temperatura das nossas casas. Do mesmo modo, há um “set point” para temperatura, concentração de glicose no sangue, tensão dos tendões, etc. Quando o sensor detecta alterações nos valores padrão, envia informação para o Sistema integrado, que Fig. 1 – Ambiente interno constante recebe informação dos diferentes sensores. O Sistema  – Homeostase. integrado é uma região particular do cérebro ou da espinal medula, mas em alguns casos pode ser um grupo de células em glândulas endócrinas. As forças relativas dos diferentes sensores são pesadas no sistema integrado e ele responde através do aumento ou diminuição da actividade de efectores particulares, geralmente músculos ou glândulas. Se a temperatura do corpo exceder os 37ºC, os sensores contidos no encéfalo vão detectar isso e vão activar o sistema integrado, estimulando a actividade dos efectores para Fig. 2  –  Detecção pelos sensores, processamento da informação e resposta.  –  baixar a temperatura. Os agentes efectores Feedback negativo.

“defendem” os pontos de regulação dos desvios.

Quando a actividade dos efectores é influenciada pelos efeitos que eles produzem, essa regulação dá-se no sentido negativo, ou reverso  –  Feedback Negativo . A natureza do desvio feedback negativo pode ser entendido através da analogia com o termóstato e o ar condicionado. Quando o ar condicionado está ligado durante algum tempo num quarto, a temperatura baixa consideravelmente. Quando isso acontece, o ar condicionado vai desligar-se. O efector (ar condicionado) vai ligar quando a temperatura estiver alta, o que vai fazer a temperatura baixar (produz alterações negativas) que vão levar à desactivação do efector (ar condicionado desligase). Assim é mantida uma certa constância na temperatura.

2 É importante que esse feedback negativo seja um processo contínuo. Então, uma fibra nervosa que faz parte dum mecanismo efector pode sempre mostrar alguma actividade, e uma hormona particular, que faz parte de outro mecanismo efector, pode estar sempre presente no sangue. A actividade do nervo e a concentração da hormona podem diminuir em resposta a alterações no ambiente interno numa direcção (fig. 2), ou podem aumentar em resposta a alterações em direcção oposta (fig. 3). Alteração ao normal para qualquer direcção é compensada por alterações reversas na actividade efectora.

Fig. 3 –  Detecção pelos efectores, diminuição do estímulo.

A curva de feedback negativo responde após variações ao “set  point” terem estimulado os sensores, o ambiente interno nunca é absolutamente constante. A Fig. 4  –  Curva de feedback negativo mantêm o estado de Homeostase concebeu o estado de constância dinâmica, no ambiente interno. Constância Dinâmica , essas condições são estabilizadas acima ou abaixo do “set point”. Essas condições podem ser medidas quantitativamente: em graus Célsius para temperatura corporal; ou em miligramas por decilitro para glicose no sangue. O “set point” pode ser tomado como sendo o ponto médio das medições (fig. 4). A concentração sanguínea de glicose, cálcio e outras substâncias é regulada por um feedback negativo, envolvendo hormonas que promovem os efeitos opostos. Com a insulina, por exemplo, quando os níveis de glicose sanguíneos estão baixos, outras hormonas vão aumentar a glicemia. Do mesmo modo, o batimento cardíaco é controlado por nervos fibrilares que produzem os efeitos contrários: a estimulação de um grupo de nervos fibrilares aumenta o ritmo cardíaco; a estimulação de outro grupo diminui o ritmo.

Feedback positivo A manutenção do ambiente interno é mantida pelas acções dos agentes efectores para compensar as alterações que servem como estímulo de activação, através do feedback negativo. O oposto ocorre durante o feedback positivo, neste caso, a acção dos efectores amplifica a alteração que os estimulou. Por exemplo, um termóstato que trabalhe com um feedback positivo diminui ainda mais a temperatura, em resposta a uma diminuição da temperatura. Obviamente, a homeostase deve ser mantida preferencialmente por controlo negativo e não por feedback positivo. No entanto, a eficácia de alguns mecanismos de feedback negativo está ligada a mecanismos de feedback positivo para amplificar a acção das suas respostas. A coagulação sanguínea, por exemplo, ocorre como resultado de uma activação sequencial de factores de coagulação; a activação de um factor de activação leva à activação act ivação de muitos, numa cascata de feedback positivo. Nesta via, uma simples alteração é amplificada para formar um coágulo sanguíneo. No entanto, formação do coágulo previne a perda de sangue, assim representa um complemento do feedback negativo para restaurar a homeostase.

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Regulação Neurológica e Endócrina A homeostase é mantida através de dois mecanismos reguladores: intrínsecos, para a regulação dos órgãos; e extrínsecos, onde os órgãos são regulados por nervos e pelo sistema endócrino. O sistema endócrino combina-se com o sistema nervoso na regulação e integração das funções do corpo e manutenção da homeostase. O sistema nervoso controla a secreção de muitas glândulas endócrinas, e algumas hormonas vão afectar a função do sistema nervoso. Juntos, o sistema nervoso e o sistema endócrino, regulam a actividade de muitos outros sistemas do corpo. co rpo. A regulação pelo sistema endócrino é activada pela secreção de reguladores químicos, chamados hormonas. As hormonas são secretadas no sangue e percorrem todo o corpo, passando por todos os órgãos. No entanto, apenas órgãos específicos vão responder a uma hormona particular, são os chamados órgãos alvo da hormona. As fibras nervosas que regulam os órgãos estão nos respectivos órgãos. Quando estimuladas, essas fibras produzem impulsos nervosos electroquímicos que são conduzidos desde a origem da fibra até ao seu fim, no órgão alvo enervado pela fibra. Esses órgãos alvo podem ser músculos ou glândulas que têm funções na manutenção da homeostase. Controlo Feedback da Secreção de Hormonas As hormonas são secretadas em resposta a um estímulo químico específico. O aumento na concentração de glicose no plasma, por exemplo, estimula o pâncreas a libertar insulina. As hormonas são libertadas, apenas, em resposta a uma estimulação nervosa e a uma estimulação por outras hormonas. A secreção de hormonas pode ser inibida pelos seus efeitos, numa forma de feedback negativo. A insulina libertada em resposta aos níveis altos de glicose no sangue vai provocar uma diminuição de glicose. Nesta situação há uma inibição da secreção. Este sistema de controlo fechado é chamado inibição por feedback negativo.

Fig. 5  –  Controlo por feedback negativo da secreção de insulina e concentração de glicose no sangue.

As hormonas que regulam a manutenção da homeostase podem dividir-se em grupos químicos: Derivados de aminoácidos : por exemplo a tiroxina, é produzida pela tiróide e deriva da tirosina. Tem 3 ou 4 iodos incorporados, dai se poder designar por T 3 e T4, respectivamente. 

Proteínas: a insulina, sintetizada no pâncreas, deriva da pró-insulina e é constituída por duas cadeias pépt idicas. 

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Esteróides, que são derivadas do colesterol. São exemplos de homonas esteróides: a progesterona e o estradiol (hormonas sexuais femininas); cortisol (hormona animal); e a testosterona (hormona sexual masculina).

Mecanismo de acção hormonal As hormonas esteróides e tiroxinas permeiam a membrana plasmática e têm receptores membranares, capazes de produzir mensageiros secundários intracelulares. Por exemplo: a activação do receptor leva à produção cAMP, Ca 2+ ou IP3; o sistema de tirosina-cinase não envolve propriamente segundos mensageiros.

Fig. 6  –  Mecanismo de acção das hormonas esteróides nas células alvo.

O efeito final da acção de algumas hormonas é a activação da transcrição de genes, levando à síntese de novas proteínas que não estavam a ser sintetizadas nas células, anteriormente. Algumas hormonas esteróides são moléculas apolares que são transportadas no sangue com a ajuda de proteínas transportadoras. Quando chega à célula alvo, desliga da proteína cargo e passa pela membrana até chegar ao seu receptor intracelular, ligando-se a este. O complexo hormona-receptor migra para o núcleo, onde se liga a um determinado local do DNA, promovendo a

transcrição desse gene. Nas hormonas sintetizadas na tiróide, o mecanismo é o mesmo, mas os receptores encontram-se no núcleo, e não livres no citoplasma.

Fig. 7  –  Mecanismo de acção das hormonas tiróides nas células alvo.

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Mas há hormonas que actuam através da acção de mensageiros secundários, por exemplo: A adrenalina, produzida nas células do fígado, vai ligar-se a um receptor que se encontra na membrana plasmática. Quando se liga ao receptor, este vai activar um 2º mensageiro, o cAMP. Este mecanismo engloba a activação de uma proteína G 

com 3 subunidades (α, β e γ), onde a subunidade α se

dissocia das restantes e vai activar a enzima adenilato ciclase, que catalisa a Fig. 8  –  Mecanismo de acção de uma hormona activadora de produção de cAMP. Este vai cAMP. activar uma proteína cinase (ligando-se à subunidade inibidora), que por sua vez, vai activar proteínas que estavam inactivas na célula, fosforilando as enzimas que as vão activar ou inibir. Nestes casos diz-se que a hormona é um mensageiro primário. Fosfolipase C: a hormona liga-se ao receptor membranar, que através da activação de uma proteína G, vai activar a fosfolipase C (PLC), que por sua vez vai activar o IP3. Este vai estimular a libertação de Ca2+ do retículo sarcoplasmático, através da abertura de canais iónicos, aumentando a concentração de Ca2+, o que vai causar a respostas na célula. Fig. 9 – Mecanismo de acção da fosfolipase C. Os mensageiros secundários 2+ intracelulares são o Ca e o IP3. A insulina liga-se a dois receptores e promove a dimerização deles. O dímero forma-se no lado citoplasmático e funciona como cinase de resíduos de tirosina. Ocorre então uma auto-fosforilação e aumentam os níveis de resíduos que podem funcionar como sinal e provocar uma cascata de Fig. 10 – Receptor da insulina. reacções. 

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Hipófise: é uma pequena glândula endócrina inserida no hipotálamo, na base do encéfalo. É geralmente dividida em duas partes: a anterior e a posterior. O lóbulo anterior secreta ACTH, TSH, FSH LH, hormonas de crescimento e prolactina. O posterior liberta oxitocina e uma hormona antidiurética (ADH), que são produzidas pelo hipotálamo.

Fig. 11 - Hipófise

Lóbulo posterior da hipófise : neurónios com corpos celulares no hipotálamo com axónios muito compridos para o lóbulo da hipófise. Aqui vai libertar duas hormonas: Oxitocina  –  hormona libertada no parto; ADM  –  hormona antidiurética. 

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Fig. 12 – Lóbulo posterior da hipófise

Lóbulo anterior da hipófise: Neurónios com axónios mais curtos e com terminais nervosos no pedúnculo da glândula endócrina. Há substâncias libertadas pelos neurónios do hipotálamo que vão estimular a produção de hormonas no lóbulo anterior. Fig. 13 – Lóbulo anterior da hipófise

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O Sistema Nervoso (SN) No sistema nervoso há detecção de estímulos que irão originar uma resposta, que é processada pelo SNC e desencadeada através de agentes efectores – os músculos. O SNC é constituído pelo encéfalo e pela espinal-medula, enquanto que o SNP é constituído pelos nervos e respectivos gânglios. O SNP pode dividir-se em duas vias: Aferente (Sensorial)  –  que conduz a informação desde os receptores para o SNC. Eferente  –  transporta a resposta para os órgãos efectores: músculos ou glândulas. É composto pelo: SN Somático  –  controla os músculos o esqueléticos. SN Autónomo  –  que controla o músculos lisos, cardíaco e glândulas. Ainda se pode dividir em SN Simpático e SN parassimpático, que normalmente têm efeitos antagónicos (contrários) Por vezes considera-se também a existência do SN Entérico, que existe no tubo digestivo e que pode funcionar de maneira autónoma. No entanto não vai ser Fig. 14 – Organização do Sistema Nervoso. mencionado. O SN é composto por Neurónios e por Células da Glia. O bom funcionamento depende de ambas as unidades. Os Neurónios: Apresentam tamanhos muito variados; Podem ou não ter axónio; Dendrites grandes ou pequenas. A informação é recebida pelas dendrites, passa pelo corpo celular e segue pelo axónio antes de ser Fig. 15 – Neurónios. transferida para a célula seguinte. 

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Há muitos tipos de células da Glia:

Fi . 16 – Diversidade de Células da Glia.

8 As Células de Schwann e os Oligodentrócitos formam a banda de mealina em volta do axónio dos neurónios. Os Astrócitos: Dão suporte ao SNC; Ajudam a formar a barreira protectora; Liberta factores neurotróficos (estímulos necessários para a sobrevivência das células nervosas); Captam neurotransmissores libertados pelos neurónios (sabe-se hoje que o inverso também acontece). A Microglia tem função de defesa: metaboliza substâncias agressivas para o SNC. As Células Epidérmicas revestem espaços Fig. 17  –  Função das Células da Glia no internos do SNC. SNC. As células do SN funcionam por impulsos eléctricos que as percorrem. Se colocarmos um eléctrodo dentro do axónio e outro de fora, verifica-se que há diferença de potencial (geralmente, -70 mV) ou seja, no interior há mais cargas negativas. A membrana do axónio permite que se gere corrente eléctrica, uma vez que é impermeável a iões. Numa experiência com duas concentrações de KCl, separadas por uma membrana permeável apenas a cargas positivas. No princípio verifica-se que o sistema não tem potencial, mas depois, pelo gradiente químico, as moléculas de K+ passam pela membrana. Essa transferência é compensada pelo gradiente eléctrico, que vai gerar diferença de Fig. 18  –  Experiência com KCl. potencial. Formação de potencial Potencial em equilíbrio de um ião ( Equação de Nernst):   

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O potencial de membrana é formado pelo transporte de iões através da membrana plasmática. Isso pode acontecer por difusão simples ou por bombas de electrões.

Fig. 19 – Formação de potencial de membrana nos axónios.

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Os iões mais importantes para a determinação de potenciais são: K+, Na+ e Cl-. A Equação de Goldman mede a diferença de potencial:

P – permeabilidade da membrana ao ião Tem em conta os três iões principais. No entanto, como a permeabilidade da membrana para o Cl- é muito baixa, pode-se excluir a ultima parte da equação (PCl[Cl-]int / PCl[Cl-]ext). As variações na permeabilidade da membrana para o Na + são devidas à abertura de canais iónicos de Na+. Geralmente, PK = 40 PNa. 

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A isto é chamado Potencial de Repouso, o que significa que a membrana não está a ser estimulada ( -70 mV). Por exemplo, se fizermos variar o PK ou o PNa, o potencial de membrana varia. Assim como com a temperatura e com a concentração. A alteração do potencial de membrana por alteração da permeabilidade é causada por canais eléctricos. ≈

Quando há recepção de um estímulo que excita as células, só o sentimos quando ele chega ao nosso SNC. As células do SN são excitáveis, ou seja, quando há uma excitação causada por um estímulo, há uma despolarização causada por diminuição das cargas negativas do potencial de membrana. No final há uma repolarização, voltando aos valores normais de potencial de membrana. A hiperpolarização acontece quando há um aumento de cargas negativas.

Fig. 20 – Alterações do potencial de membrana.

Se tivermos 3 estímulos de diferentes intensidades: quanto maior a intensidade desse estímulo, maior é a despolarização. Se chegar ao potencial limiar de despolarização, entra em Potencial de Acção.

Fig. 21  –  Alteração do potencial de membrana, com estímulos diferentes.

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Há vários tipos de receptores de estímulos: Mecanoreceptores, quando, depois da recepção de um estímulo, se abrem os canais iónicos, por distensão da membrana, permitindo o transporte de Na +, o que gera despolarização do potencial de membrana. Os paraplégicos também captam estímulos, mas estes não chegam ao SNC, logo não se apercebem deles. 

Quimioreceptores são específicos para determinadas moléculas. Essa molécula é captada pelo receptor e vai abrir o canal iónico, dando-se a despolarização. 

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Fotoreceptores, funcionam ao contrário dos outros receptores, abrem quando não há estímulo. Ou seja, quando não há luz o canal iónico está aberto, quando há luz o canal iónico fecha. O estímulo gera uma repolarização.

Para a Transdução Sensorial é necessário que haja estímulos e receptores. Quando os receptores são activados há uma alteração da permeabilidade, que vai fazer alterar o potencial de membrana, que pode gerar potencial de acção quando atinge o potencial limiar. Os Potenciais Graduais dependem da intensidade do estímulo e diminuem a sua intensidade à medida que se afasta do local onde foi captado.

Fig. 22 – Potencias Graduais

Fig. 23 – Potenciais graduais vs. Potenciais de acção

Enquanto que os Potenciais de Acção têm sempre a mesma intensidade e não dependem da intensidade do estímulo.

A despolarização, embora seja um processo rápido, demora algum tempo a percorrer o neurónio. Os potenciais de acção são gerados na zona de emparelhamento do axónio (zona de iniciação ou zona de iniciação do axónio).

11 Nos potenciais graduais podem gerar potencial de acção, que vai passar todo o axónio. Isso depende apenas da intensidade do estímulo, tem de atingir o potencial limiar. O potencial de acção só se dá no axónio porque aí os canais são sensíveis à voltagem, enquanto que nas dendrites e no corpo celular os canais são sensíveis a estímulos (químicos e mecânicos). Nos canais sensíveis à voltagem há uma cancela de activação que controla a passagem de substâncias. A abertura da cancela é activada por um sensor de voltagem. Fig. 24 – Canal iónico sensível à voltagem Enquanto que o canal de potássio tem uma cancela, o de sódio tem duas: activação e inactivação: No início, é necessário um estímulo eléctrico que vai fazer com que a membrana saia do repouso. 1 Esse estímulo vai ser reconhecido pelo sensor de voltagem que vai influenciar a cancela de activação que por sua vez vai activar a cancela que inactivação (a cancela de inactivação depende indirectamente da voltagem, ao contrário da cancela de activação que depende directamente)  –  fase de rastreio. 2Posteriormente, a cancela de activação também é activada, deixando que o sódio entre na célula, Fig. 25 – Regulação das cancelas dos canais iónicos. gerando despolarização. 3Quando a cancela de inactivação inactiva, o sódio não pode entrar na célula e, como o potássio está a sair, há uma repolarização. 4A cancela de activação inactiva (fecha). No entanto, como ainda há saída de potássio para o espaço extracelular, porque a cancela do potássio é mais lenta a inactivar, o que vai aumentar o número de cargas negativas na célula, criando uma hiperpolarização. Numa célula há vários canais de sódio e de potássio e nem todos fecham ao mesmo tempo. Isto leva a que a permeabilidade aos iões aumente progressivamente até ser máxima (é nessa altura que se atinge o maior valor de potencial de acção). Depois, a inactivação dos canais de sódio também é gradual. A partir de um certo momento, as cancelas de inactivação inactivam, terminando o ciclo. Há dois tipos de período refractário: o absoluto e o relativo.

Fig. 26  –  Movimento dos iões durante o potencial de acção.

12 O primeiro corresponde a um intervalo de tempo muito curto (despolarização e repolarização) onde é impossível gerar um novo potencial de acção naquele local da membrana, mesmo que o segundo estímulo seja mais intenso que o primeiro. Isto acontece porque as cancelas de activação do sódio estão abertas, por isso o sensor de activação não consegue receber o estímulo para, depois, activar as cancelas de inactivação, recomeçando um novo ciclo. No segundo já é possível gerar um novo potencial de acção, mas a intensidade do novo estímulo tem de ser superior à do primeiro. Neste caso a cancela de activação está fechada, uma vez que corresponde à fase de hiperpolarização e termina quando a carga volta ao valor inicial.

Fig. 27 – Período refractário.

Os potenciais de acção, quando se geram, atingem sempre o mesmo valor para uma célula. Então o que mede a intensidade de um estímulo não é a medida da variação da intensidade, mas a frequência de potenciais de acção. No entanto nunca há fusão de potenciais de acção devido ao período refractário absoluto, que obriga a que haja um intervalo de tempo onde não se forma potencial.

Fig. 28 – Codificação da intensidade de um estímulo

A propagação do potencial de acção pelo axónio depende de mealinização deste:

Quando não há mealinização a abertura dos canais de sódio, e a entrada deste, fazem com que a concentração aumente no axónio criando um gradiente, abrindo os canais de sódio e fazendo com que o potencial se desloque. O fecho dos canais de sódio depois da passagem do potencial evita que este recue. Não é apenas um potencial de acção que atravessa o axónio, são vários. Isto porque cada potencial gera outro e assim sucessivamente ao longo de todo o axónio. Quando o axónio é mealinizado, a bainha isola-o electricamente. No entanto há nódulos de Ranvier, que são locais onde não há bainha de mealina e onde há canais iónicos. Nestes casos o potencial formado é muito grande, muito superior ao necessário para o potencial de

13 despolarização atingir o nódulo seguinte. O potencial de acção não percorre todo o axónio, a condução é saltatória. A velocidade de passagem de um estímulo depende do diâmetro do axónio e da existência de bainha de mealina. Há situações onde a bainha de mealina é destruída, por exemplo na esclerose múltipla. Nestes casos a corrente de despolarização pode perder-se na região de entrenódulos, fazendo diminuir a velocidade do potencial e, em casos extremos, pode acontecer que a corrente que chega ao nódulo não seja necessária para gerar um novo potencial, fazendo com que o estímulo se perca. A informação dos estímulos tem de passar por várias células para poder chegar SNC: pode haver uma rede neuronal, em que o neurónio recebe informação de vários neurónios e/ou passa a informação para vários neurónios; ou então, pode haver um canal único de neurónios, em que cada neurónio contacta apenas com outro neurónio e assim sucessivamente. Até ao princípio do século XX, pensava-se que a informação passava de neurónio em neurónio apenas por sinapses eléctricas, onde as cargas eléctricas, sob a forma de potenciais de acção, podem passar directamente de uma célula para outra através de gap-junctions. Mas em 1921, Loewi, fez uma experiência com dois corações colocados em tinas diferentes, mas com contacto de liquido banhante. Ambos os corações batiam a um determinado ritmo cardíaco. Loewi estimulou o nervo vargus do coração 1, que provocou uma diminuição do ritmo cardíaco deste. No entanto, verificou-se que o ritmo do segundo coração também diminuiu aquando da estimulação do nervo vargus do coração 1. Como os corações apenas estavam a contactar através do líquido banhante, concluiu-se que a informação do estímulo passou através de mensageiros químicos para o coração 2 e fez com que este também diminuísse o ritmo Fig. 29 – Experiência de Loewi. cardíaco. A este tipo de passagem de informação chama-se sinapse química: quando o estímulo chega à extremidade do axónio de um neurónio, Tabela 1: Características das sinapses: eléctrica e química.

Fig. 30 – Sinapse química vs Sinapse eléctrica

fundem-se com a membrana e são libertados os neurotransmissores para a fenda sináptica. Aí os neurotransmissores vão ligar aos canais de sódio que estão nas dendrites do neurónio seguinte, activando-os. Com a entrada de sódio na célula, gera-se uma despolarização formando um novo potencial.

14 Nos terminais nervosos há canais de Ca2+ sensíveis à voltagem. Quando um potencial eléctrico chega ao terminal vai activar os canais, fazendo aumentar a concentração de cálcio. Este vai ligar-se a proteínas exocitóticas sensíveis ao Ca 2+, activando-as, o que vai induzir a exocitose. Após a abertura dos canais iónicos da célula seguinte, é necessário baixar os níveis de neurotransmissores, sendo inactivados: degradados ou reabsorvidos pelo sangue, células da Glia ou novamente pelo terminal nervoso. Há muitos tipos diferentes de neurotransmissores, e estes podem ter várias naturezas químicas: podem ser aminoácidos, aminas, proteínas, etc. A desregulação dos neurotransmissores pode originar doenças, como por exemplo: Parkinson.

Fig. 31 – O ciclo da Acetilcolina.

Tabela 2: Principais neurotransmissores

A Acetilcolina é um neurotransmissor que induz a estimulação dos músculos esqueléticos. Quando está no terminal nervoso é exocitada para a fenda sináptica onde se vai ligar ao receptor da membrana pós-sináptica, activando-o. Depois é degradada, pela acetilcolinesterase, em acetato e em colina. Esta ultima, é novamente recaptada pelo terminal nervoso, onde, por acção de uma enzima, reage com acetil CoA formando Acetilcolina, que vai entrar na vesícula sináptica e volta a fazer o ciclo. Este ciclo é incompleto, uma vez que uma parte do ciclo não é feita pela Acetilcolina, sendo substituída pela Colina.

Os Receptores Nicotínicos, são receptores ianotrópicos  –  eles próprios formam o canal iónico para o sódio e potássio  –  que necessitam de ligar duas moléculas de Acetilcolina para activar e deixar passar os iões ao através dele. A entrada de iões Na +, faz com que se forme despolarização  –  Receptor Excitatório. Fig. 32 – Receptores Nicotínicos para a Acetilcolina

15 Os Receptores Muscarínicos ligam apenas uma molécula de Acetilcolina. São Receptores Metabotrópicos, uma vez que quando a Acetilcolina se liga ao receptor, este vai interagir com uma proteína G que por sua vez vai activar os canais de potássio, causando hiperpolarização  –  Receptor Inibitório. Fig. 33 – Receptor Muscarínico para a Acetilcolina.

O facto de um receptor ser excitatório ou inibitório, não quer dizer que cause apenas despolarização ou hiperpolarização, respectivamente. Há substâncias, como a nicotina ou a muscarina, que quando se ligam a um receptor conseguem desencadear a mesma resposta que a Acetilcolina. A estas substâncias chama-se substâncias agónicas. Pelo contrário, as substâncias antagónicas (como o curare e a atropina) ligam-se ao receptor e bloqueiam a sua acção. É muito fácil afectar a transmissão nervosa e quer nós humanos, como os restantes animais usam substâncias para regular o sistema nervoso (quer seja o seu ou o de outro animal, predador ou presa). Por exemplo: A toxina do botulismo (botax) é usada para reduzir as rugas de expressão. Esta toxina bloqueia a exocitose da acetilcolina, por isso não permite a contracção dos músculos que causam as rugas. O curare é uma substância retirada da raiz das árvores e muito usada pelos Índios para imobilizar as suas presas. Esta toxina bloqueia os receptores para a acetilcolina, impedindo a contracção muscular, logo as presas não se mexem. α-bungarotoxina é uma neurotóxica existente no veneno das cobras, que vai bloquear os receptores para a acetilcolina das suas presas, causandolhes imobilização. A tetradotoxina existe no fugu (peixe muito comido no Japão), que vai inibir os canais de sódio dependentes da voltagem nos indivíduos que o ingerirem. Se os canais de sódio são bloqueados, os estímulos não podem ser transportados, logo esse indivíduo fica paralisado e morre. O gás dos nervos foi muito utilizado durante a 2ª Guerra Mundial. Esse gás inibe a acetilcolinesterase não se permitindo a degradação da acetilcolina, o que causa uma hiperestimulação, ou seja, os músculos não consegue relaxar. 

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Nos neurotransmissores pode haver uma despolarização ou uma hiperpolarização pós-sináptica, causada pelo aumento da permeabilidade ao Na + e ao K+ ou ao Cl-, respectivamente.

16 Quando há uma rede neuronal com diferentes informações, temos de somar os estímulos que são próximos temporalmente e só depois é que podemos se há ou não formação de potencial de acção.

Fig. 34 – Simulação de potenciais pós-sinápticos.

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Encéfalo Humano

Fig. 35 – Constituição do encéfalo humano

Há vários mecanismos que protegem o encéfalo de agressões externas: crânio e meninges. Há três meninges: dura mater, aracnóide e pia mater; O líquido cefalorraquidiano é produzido nos ventrículos  –  quatro cavidades existentes no interior do encéfalo: duas laterais e duas centrais  –  e vai envolver todo o encéfalo. Tem mais ou menos a mesma função que o sangue, uma vez que liberta para o encéfalo: glicose, oxigénio e vitaminas e absorve produtos de excreção. Funciona como almofada para os choques, uma vez que absorve a energia deste. É um líquido límpido, tanto que só a sua observação é, desde logo, um diagnostico para doenças, como meningite.

A

B

Fig. 36 – Mecanismos de protecção: A – Encéfalo; B- Medula Espinal.

18 Está sempre a ser produzido e absorvido, por isso se houver perda de líquido, por exemplo numa anestesia epidoral, ele é rapidamente recuperado. O facto de o encéfalo estar envolto em líquido retira-lhe algum do seu peso, caso contrário poderia ser uma estrutura muito pesada em cima da coluna, o que poderia facilmente causar lesões. No encéfalo, os capilares estão revestidos por asterócitos e têm uma barreira hematoencefálica que dificulta a troca de substâncias. O que pode ser uma vantagem, por exemplo quando há substâncias tóxicas em circulação, uma vez que as células nervosas não toleram grandes alterações no ambiente. Mas há zonas em que estas barreiras representam uma desvantagem, e em que ela não está presente, como é o caso do lóbulo posterior da hipófise e o centro de vómito, porque precisam de saber se há determinadas substâncias em circulação no organismo para reagirem. Os doentes de Parkinson têm défice de dopamina, mas esta não pode ser utilizada nos Fig. 37 – Barreira hematoencefálica tratamentos uma vez que não consegue atravessar a barreira hematoencefálica. Por isso usa-se um precursor da dopamina (L-DOPA) que consegue atravessar a barreira e, uma vez no encéfalo, vai formar dopamina. O encéfalo está dividido em 2 hemisférios separados por uma fenda. Cada hemisfério está dividido em lóbulos. A comunicação entre os dois hemisférios dá-se através do corpo caloso, onde passam fibras O facto de ser meio enrugado serve para aumentar a superfície do córtex cerebral. Fig. 38 – Corte transversal do encéfalo

Há matéria de duas cores no encéfalo: cinzenta e branca. A diferença deve-se à existência ou não de mealina a envolver os axónios.

Fig. 39 – Divisões do córtex cerebral.

Na parte mais periférica existe o córtex cerebral, que é onde existe: as partes sensoriais específicas (como: visual, gustativo e auditivo); partes motoras primárias, que enviam informação para os músculos para induzir o movimento; há outra parte motora que é responsável pelos movimentos mais complexos; as áreas de associação existem no lóbulo frontal.

Fig. 40  –  Transmissão e processamento da informação sensorial no sistema nervoso.

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Um estímulo só é sentido, e transformado em sensação, quando chega á zona somatossensorial. Antes disso se houver reacção esta é espontânea.

Fig. 41 – Divisões do córtex sensorial e motor.

O córtex sensorial está dividido por partes do corpo. Uma zona é tanto maior quanto mais terminais nervosos essa zona tiver. Com o córtex motor passa-se a mesma coisa, mas o tamanho da zona depende do número de músculos que a correspondente parte do corpo tem.

Sistema Nervoso Periférico

Fig. 42 – Lateralização celular

Estímulos diferentes, mesmo que sejam captados na mesma zona, tomam vias aferentes diferentes e vão ser processados em diferentes zonas do encéfalo. Nas vias aferentes, a informação segue diferentes vias, consoante o órgão de origem. O SN somático e o SN autónomo apresentam várias diferenças para a contracção do músculo esquelético, a via necessita de passar por um neurónio que liberta acetilcolina.

O SN autónomo necessita que haja dois neurónios a libertar neurotransmissores: o neurónio pré-ganglico e o neurónio pós-ganglico, separados por um gânglio autónomo. Neste caso há estimulação de um neurónio e inibição de outro.

Fig. 43 – SN somático e SN autónomo.

20 Os músculos estão constantemente a ser estimulados. A diferença está na frequência de potenciais de acção gerados no neurónio. Se houver um aumento de frequência de potenciais de acção dá-se a contracção muscular; quando a frequência de potenciais diminui causa relaxamento muscular. O SN Simpático tem uma função de estimulação dos músculos, enquanto que o SN Parassimpático inibe os músculos. No SN Simpático há um neurónio préganglico curto e um pós-ganglico longo, ao contrário do que acontece no SN Parassimpático. Além disso saem de zonas diferentes da espinalmedula. Também há diferenças nos neurotransmissores usados: a via Parassimpática é feita por acetilcolina, enquanto que a via Simpática é feita por acetilcolina no gânglio e por epinefrina na célula alvo. Há situações em que estes dois SN têm funções semelhantes, por exemplo na produção de saliva: ambos estimulam a produção de saliva, mas com diferentes viscosidades. Podem ainda ter funções de cooperativas. Por exemplo no pâncreas o parassimpático estimula a libertação de enzimas e o simpático activa a contracção do intestino.

Fig. 44 – SN Simpático e SN Parassimpático

Há centros de controlo situados ao nível do SNC, onde partem as informações, de locais diferentes consoante o estímulo. Por exemplo a estimulação e inibição do ritmo cardíaco partem de locais diferentes, próximos, mas diferentes. O Sistema Límbico é constituído por várias zonas do SNC, todas muito primárias, e controla muitas das nossas emoções e comportamentos. O facto de haver poucas ligações entre o sistema límbico e o córtex faz com que haja comportamentos que não controlamos, como comer, beber e sexo. Estes comportamentos dão-nos prazer e queremos repeti-los, porque eles vão activar o sistema de recompensa, ou sistema mesolímbico dopaminérgico que faz parte do sistema límbico. É criada um estímulo na zona VTA que projecta o estímulo dopaminérgico para o nucleus acumbens e que depois migra para o córtex. Este é o sistema que utiliza a dopamina como Fig. 45 – Circuito de recompensa neurotransmissor e funciona com a libertação deste. Numa experiência com ratinho com a estimulação eléctrica de zona VTA ou nucleus acumbens, ele vai repetir esse comportamento, por ele lhe dá prazer. Deixa mesmo de comer e beber para estar constantemente a premir a alavanca que fornece o estímulo.

21 Toxicodependência

A cocaína vai actuar na zona de activação do circuito de recompensa, inibindo a reabsorção de dopamina, o que vai activar o circuito de recompensa. O problema é que, um indivíduo sob acção desta droga vai sofrer a uma redução da actividade do encéfalo. Nos indivíduos viciados há uma redução, bastante drástica das zonas activas, se ele estiver 10 dias sem consumir a droga. Passados 100 dias sem consumo, há uma ligeira recuperação, mas pode nunca ficar com os níveis normais.

Fig. 46 – Locais de acção da cocaína.

Fig. 47 – Mecanismos de acção da cocaína. Fig. 48 – Efeitos da cocaína.

Os Opiáceos (como a heroína, a morfina e a codeína) são substâncias derivadas da papoila do ópio que actuam ao nível dos receptores de opiáceos. O nosso corpo produz endomorfinas  – opiáceos endogéneos. A libertação de dopamina está refreada pelos GABA-receptores, que, na presença de GABA libertado por outras células, vão ser activados. Na presença de opiáceos, estes vão ser activados por morfina e vão ligar-se aos seus receptores que, por sua vez irão inibir a libertação de GABA. Por isso não vai haver controlo na libertação de dopamina, havendo uma libertação excessiva.

Fig. 49 – Acção dos Opiáceos.

Fig. 50 – Locais de acção dos Opiáceos.

O consumo de opiáceos origina sensações diferentes das reais, uma vez que actua, também, no córtex sensorial, o que vai fazer com que as sensações recebidas sejam deturpadas. Os opiáceos podem ainda influenciar ou alterar alguns factores de transcrição, o que vai alterar a expressão de genes e síntese proteica.

22 Há diferenças entre os termos habituação ou tolerância , dependência e viciação. No primeiro o organismo deixa de responder à droga, necessitando de uma maior quantidade para obter o mesmo efeito. A tolerância pode oc orrer por uma “downregulation” dos receptores para a substância, ou por um aumento das enzimas que

degradam essas substâncias. No segundo o organismo funciona bem na presença da droga, caso contrário entra em distúrbios de abstinência: dores, comportamentos violentos, etc. No terceiro há uma procura compulsiva da droga para causar boas sensações. Normalmente a viciação surge antes da dependência. O Ecstasy interfere com a seretonina, bloqueando os seus receptores, impedindo que seja recaptada. Actua ao nível do hipotálamo (redução de apetite), redução de sensações, etc. Mas tem muitos factores prejudiciais, como a hipertermia, que causa desidratação exagerada, o que facilita a ocorrência de arritmias e insuficiências renais.

Fig. 51 – Mecanismos de acção do ecstasy. Fig. 52 – Efeitos do ecstasy.

Fig. 53 – Efeitos a curto prazo do Ecstasy.

No dia seguinte há toma do ecstasy, há pouca seretonina disponível para ser libertada pelos terminais nervosos, uma vez que não foi recaptada por causa da acção da droga anteriormente.

A longo prazo afecta a existência de seretonina, e de dopamina, nos neurónios, causando danos irremediáveis e até pode causar Parkinson. Fig. 54  –  Níveis de transportadores de seretonina.

Fig. 55  –  Níveis de dopamina nos neurónios depois do consumo de ecstasy.

23

Sentidos Há sentidos especiais e sentidos somáticos: Nos primeiros, há órgãos de captação específicos, enquanto que, os segundos podem ser captados em todo o corpo. Também é possível captar estímulos internos do nosso corpo. Para gerar uma sensação é necessário que seja captado um estímulo que forme potenciais de acção, que depois são enviados Fig. 56 - Sentidos para uma determinada zona do córtex e só aí tomamos consciência desse estímulo e desencadeamos uma resposta. Se o estímulo não tiver intensidade suficiente para formar potenciais de acção, a sua intensidade vai perder-se progressivamente e não chega Fig. 57 – Mecanismo das sensações. ao córtex, logo não tomamos consciência dele. Há casos em que podem ocorrer erros durante o processamento ao nível do córtex. Pode ainda acontecer que a sensação seja gerada por várias zonas do córtex. Tacto

Em toda a nossa pele há receptores sensoriais (uns mais à superfície que outros). Os receptores mais à superfície são activados por impulsos mais pequenos que os receptores mais profundos, onde é necessário que o impulso seja maior. Fig. 58 – Receptores sensoriais cutâneos.

Por vezes basta o mexer de um pêlo para haver uma sensação, isto porque este tem muitos terminais nervosos na raiz. Este mecanismo serve para detectar qualquer movimento nas proximidades. Os receptores cutâneos captam diferenças de temperatura e não a temperatura em si. Os estímulos são processados no lado oposto onde foram captados. Esta troca dá-se  já a nível superior. Pode haver duas vias de transporte de um estímulo para o córtex: pela espinalmedula ou pela via antero-lateral.

Fig. 59  –  Transmissão e processamento da informação sensorial no sistema nervoso

24 Há mecanismos que permitem determinar o local exacto onde um estímulo foi recebido: Por Inibição Lateral: Um estímulo pode ser recebido por vários neurónios que libertam neurotransmissores de segunda ordem, mas o neurónio que recebe a maior parte do estímulo liberta mais neurotransmissores. Por sua vez o neurónio de segunda ordem liberta neurotransmissores inibidores que vão inibir os outros neurónios. O efeito Fig. 60 – Inibição lateral inibitório dos outros neurónios também existe, mas como são menos estimulados, esse efeito inibitório é muito menor do que o do neurónio que foi mais estimulado, não se fazendo sentir. Por Campos Receptores: Quanto mais terminações nervosas existirem numa zona, a sensação gerada é maior, do que quando há apenas um único neurónio que ocupa uma área maior. O que acontece é que dois estimulos recebidos em locais muito próximos, podem ser sentidos como apenas um (fig. 61 B). Para zonas diferentes da nossa pele, há diferentes percepções dos estimulos. Por exemplo nos lábios dois estímulos são sentidos independentes se estiverem afastados 0,2 cm, enquanto que nas costas têm de estar afastados por 4 cm. 

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Pode acontecer também que os campos receptores estejam ligados apenas a um neurónio de segunda ordem, sentindo-se apenas um estímulo nessa zona; ou podem estar ligados, cada um, a um neurónio secundário. O primeiro caso aumenta a sensibilidade aos impulsos, uma vez que permite que haja somação destes.

Fig. 61 – Campos receptores

Fig. 62  –  Discriminação de dois estímulos.

Visão

Nós, humanos, temos a visão limitada a uma gama entre os 400 e os 700 nm  –  luz visível. Um estímulo mecânico não pode gerar uma sensação visual. Mas, se a via de transdução for activada, esse estímulo pode ser sentido. Por exemplo: os boxers quando levam um murro nos olhos têm visões, apesar de terem os olhos fechados. Isto acontece porque a energia mecânica aplicada pelo murro vai activar o nervo óptico.

Fig. 63 – Anatomia do glóbulo ocular.

25

Fig. 64 – Imagem invertida na retina.

No glóbulo ocular, a retina é onde se gera o sinal, com a chegada de luz, e é enviado para o córtex. A íris é composta por duas camadas musculares coradas: circular e radial. Em situações de baixa luminosidade, a pupila dilata e está sob o comando do SN simpático. O processo inverso é comandado pela SN parassimpático. A luz entra pela pupila e chega, invertida, à retina.

A lente ou cristalino é o que nos permite ver um objecto que está longe ou mais próximo: quando está mais longe, os raios luminosos que recebe são paralelos e o cristalino faz com eles convirjam na retina; no caso de os objectos estarem mais próximos, a luz não chega de forma paralela, obrigando o cristalino a aumentar a sua espessura para aumentar a convergência para a retina. A esta capacidade de, o cristalino, alterar a Fig. 65 – Acomodação. sua espessura chama-se acomodação. Quando queremos ver um objecto que está perto, as fibras musculares relaxam, permitindo ao cristalino ficar mais arredondado. Quando o objecto está longe, as fibras contraem-se, esticando e “empurrando” o cristalino, fazendo -o ficar mais plano. A capacidade de acomodação do cristalino diminui com a idade. As cataratas afectam o cristalino, tornando-o opaco. Fig. 66  –  Acomodação: alteração da espessura do cristalino por contracção ou relaxamento das fibras musculares.

Fig. 67  –  Gráfico da diminuição da acomodação, com o aumento da idade.

A Retina é constituída por vários tipos de neurónios, além de células da glia. Sendo que todas as células são importantes para o bom funcionamento do olho. A luz passa por várias camadas de neurónios antes de chegar aos fotorreceptores, excepto na Fóvea Central, onde as outras células foram como que “empurradas”. Esta é a zona mais utilizada pela retina. No ponto cego não há fotorreceptores, por isso não há percepção de uma imagem que seja focada nessa zona. É nessa zona que chega o nervo óptico e vasos sanguíneos.

26

Fig. 68 – Organização laminar da retina.

Fig. 69 – Fóvea Central.

São as Células Ganglionares que formam o nervo óptico e levam a informação para fora do olho. As Células Horizontais formam sinapses com os fotorreceptores e com as células bipolares, regulando a passagem de informação. Depois essa informação passa para as Células Ganglionares e sai do olho para o encéfalo, sendo que os seus axónios vão formar o nervo óptico.

Fig. 70 – Camadas da Retina. 

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Há dois tipos de fotorreceptores: Os Cones, que permitem ver com melhor resolução e com cores. Existem em baixo número: 6 milhões, no caso dos humanos. Os bastonetes são muito mais numerosos (120 milhões) e fornecem imagens em condições de baixa luminosidade, mas a resolução é baixa e não detectam a cor.

Fig 71 – Fotorreceptores: cones e bastonetes.

Na zona da fóvea, existe quase só cones. Nas zonas periféricas o número de cones diminui e aumenta o número de bastonetes. Durante a noite só usamos os bastonetes, logo não usamos a fóvea. No entanto, quando há boa luminosidade os bastonetes deixam de responder, porque são muito sensíveis à luz. Nós possuímos 120 M de bastonetes e 6 M de cones, mas apenas temos 1,2 M de neurónios ganglionares. Logo tem de haver convergência de neurónios, mas essa convergência não é igual: nos cones a razão é quase de 1:1 enquanto que nos bastonetes é muito maior.

Fig. 72 – Distribuição dos fotorreceptores na retina.

27 Isto acontece porque os bastonetes recebem impulsos mais pequenos, sendo que o facto de eles convergirem facilita a formação de potenciais de acção.

Fig. 73 – Convergência dos cones e bastonetes.

Fig. 74 – Fotodissociação da rodopsina.

A rodopsina é um complexo que existe nos bastonetes composta por uma proteína  –  opsina  –  e por um derivado da Vitamina-A  –  retinal  –  que pode estar numa configuração cis ou trans. Fig. 75 – Fototransdução. Esta passagem é regulada pela presença ou ausência de luz: quando não há luz adquire uma conformação 11- cis Retonina, activando a rodopsina; quando há luz a transforma-se em trans-Retonina, inactivando a rodopsina. Na ausência de luz há muito cGMP, que vai abrir os canais de sódio, ou seja, vai despolarizar a membrana. Quando chega a luz e a rodopsina é activada, esta activa uma proteína G, que tem ligada a si, e que por sua vez vai activar uma fotodiesterase que converte cGMP em GMP, não podendo este activar os canais de sódio, fechando-os, o que causa uma repolarização da membrana. Controlando os níveis de cGMP, regulamos a polarização da membrana. Quando isto acontece não há libertação de glutamato (responsável pela passagem de informação dos fotorreceptores para as células bipolares e para as ganglionares). Nos cones acontece mais ou menos o mesmo, excepto o pigmento. Há três tipos de cones: azul, verde e vermelho. Diferenciados pelos pigmentos que cada um possui.

28 Nós vimos diferentes cores, quando há activação diferente dos cones. Quando fixamos uma imagem branca com um círculo vermelho e passados alguns segundos o círculo desaparece, nós vimos uma sombra azul-turquesa. Isto porque a luz vermelha saturou os receptores de vermelho, que não vão conseguir receber a cor vermelha, nessa zona, quando a imagem fica branca. Fig. 76 – Sensibilidade dos diferentes cones.

Na cegueira das cores  –  daltonismo  –  os genes para os pigmentos vermelho e verde estão no cromossoma X. No caso do homem, como só tem um cromossoma X, é mais frequente. O gene para o azul existe noutro cromossoma, por isso esta mutação não acontece. Os gatos vêm melhor que os homens no escuro porque: além de terem uma maior flexibilidade da pupila, possuem um tapete reflector depois dos fotorreceptores, que permite que a luz passe novamente por estes. Enquanto que em nós há uma camada preta que recebe toda a luz depois de esta passar pelos fotorreceptores.

Fig. 77 – A visão dos gatos.

Em algumas células o glutamato dos bastonetes pode ir inactivar as células bipolares na ausência de luz. Isto deve-se ao efeito inibitório do glutamato e tem como causa a existência de diferentes receptores para o glutamato nas células bipolares: se os receptores forem ianotrópicos, ao ligar glutamato abrem canais de sódio causando despolarização da membrana, ficando inactivas. Quando a luz está presente, não há glutamato para se ligar aos receptores, inactivando os canais de sódio causando repolarização da membrana e fazendo com que as células bipolares libertem glutamato.

Fig. 78 - Efeito inibitório do glutamato.

29 A luz influencia as sinapses entre os fotorreceptores e as células bipolares: na sua ausência, os canais de sódio estão abertos, a rodopsina está inactiva e o glutamato é libertado do segmento interno do bastonete para as células bipolares. Estas vão ser inibidas ou estimuladas de acordo com os receptores de glutamato. Na presença de luz, os canais de sódio estão fechados, a rodopsina está activa, não ocorre libertação de glutamato para as células bipolares. Estas tanto podem libertar glutamato por serem inibidas ou por serem suprimidas, dependendo dos receptores para o glutamato. Os humanos possuem visão binocular uma vez que necessitam dos dois olhos para ter uma visão 79  –  Efeito da luz nas sinapses tridimensional, com noção de profundidade . Isto Fig. entre os fotorreceptores e as células deve-se à sobreposição dos campos visuais . Os bipolares. predadores têm geralmente visão binocular, enquanto que os herbívoros têm visão periférica (monocular). A informação é transmitida a partir do nervo óptico para os núcleos geniculares laterais, em seguida saem do olho, pelas fitas ópticas, chegam ao tálamo e só depois ao córtex visual. Ambos os olhos enviam a informação para os hemisférios, tanto direito como esquerdo. As imagens Fig. 80 – Condução do sinal visual. obtidas pela metade direita e pela metade esquerda de cada olho são enviadas para o hemisfério direito e esquerdo respectivamente. A imagem que é projectada na retina está invertida, permitindo-nos percepcionar a imagem correctamente. A informação de todas as imagens que não são projectadas na retina, tem de ser cruzada para o hemisfério correcto. A informação cruza-se no quiasma Fig. 81  –  Condução do sinal visual: óptico e segue para o núcleo genicular lateral. imagem monocular e binocular.

Nem toda a informação é enviada para o córtex visual, uma pequena parte (20%) das fibras nervosas vai para os colículas superiores, que permitem a coordenação motora dos olhos, por exemplo, para seguir objectos em movimento. Fig. 82 –  Córtex estriado (17) e áreas de associação visual (18 e 19).

30 Paladar

Os receptores para o paladar são receptores químicos constituintes do botão gustativo, que existe em zonas especializadas da língua chamadas papilas, além do palato, epiglote e da faringe, onde existem em menor quantidade. São células epiteliares modificadas e não neurónios. Em cada botão gustativo há cerca de 50 células gustativas (receptores) e na extremidade há umas microvilosidades, chamadas pêlos gustativos, que se estendem para uma abertura no epitélio chamada poro gustativo.

Fig. 83 – Botão gustativo.

Os receptores dividem-se por diferentes zonas da língua:

Fig. 84 – Distribuição dos botões gustativos.

Nos mecanismos de transdução do salgado há entrada de sódio nas células, causando a despolarização da membrana, e que vai permitir a abertura dos canais de Cálcio sensíveis à voltagem . Assim pode haver libertação de neurotransmissores que vão ser reconhecidos pelos neurónios aferentes e vão levar a informação até ao córtex cerebral. No caso do mecanismo de transdução do azedo , há entrada de H+, em vez de sódio. Estas células podem, também, atingir a despolarização membranar através da inibição dos canais de potássio (se o potássio não pode sair, gera-se despolarização). Depois essa despolarização vai activar os canais de Cálcio sensíveis à voltagem, permitindo a libertação de neurotransmissores (glutamato).

Fig. 85 – Mecanismo de transdução do salgado e do azedo.

31 Para a transdução do doce há receptores metabotrópicos, que são activados pelo doce, e que vão activar uma proteína G que, por sua vez, vai activar a enzima adenilato ciclase para esta ir transformar o ATP em cAMP, que vai activar uma proteína cinase A (PKA) para esta ir fosforilar os canais de potássio, causando a despolarização da membrana por diminuição da entrada de K+. Podendo, esta despolarização activar os canais de cálcio, essenciais para a libertação de neurotransmissores. Para o amargo há mais do que uma via de transdução 1. A substância amarga vai ligarse aos receptores ianotrópicos existentes nos canais de potássio, inactivando-os, o que vai originar Fig. 86  –  Mecanismo de uma despolarização da transdução para o doce. membrana. Essa despolarização vai activar os canais de cálcio sensíveis à voltagem, permitindo a entrada de cálcio que vai ajudar a Fig. 87 – Mecanismos de transdução para o amargo. formar as vesículas sinápticas, para libertar os neurotransmissores. 2. A substância amarga liga-se a receptores metabotrópicos, activando uma proteína G. Esta vai activar uma fosfolipase C, que vai converter o PIP2 em IP3 que, por sua vez vai actuar sobre as reservas de cálcio, fazendo com que este se liberte e vá formar as vesículas sinápticas para libertar os neurotransmissores. Há quem considere um quinto sabor, o

que em   japonês significa delicioso. O “umami” é um intensificador de sabor, um aditivo de glutamato monossódico . O “Umami” vai ligar-se a receptores ianotrópicos nos canais de sódio , activando-os. A entrada de sódio na célula leva a uma despolarização da membrana , indo activar os canais de cálcio sensíveis à voltagem, fazendo com que este entre e permita libertar os neurotransmissores. “umami”

Fig. 88  –  Mecanismo de transdução para o Umami (delicioso em Japonês).

32 O síndrome do restaurante chinês é causado por uma hiper estimulação, havendo grandes quantidades de glutamato, que vão causar uma hiperactivação dos canais de sódio. As pessoas sensíveis ao “umami” podem ficar mal dispostas. No entanto foi realizada uma experiência em que se viu que não há um mapa de sabores assim tão linear, uma vez que o que os receptores reconhecem alguns elementos, que podem estar em substâncias de diferente natureza. Consoante a natureza da substância testada, o resultado não foi a que se esperava. Os receptores que desencadearam resposta eram diferentes dos que inicialmente se esperava, como acontece com o HCl, nos gráficos, onde há uma elevada resposta nos neurónios sensíveis aos sais, por causa do ião Cl -. Os estímulos recebidos nos receptores gustativos passam pelo tálamo e vão para o córtex gustativo.

Fig. 89  –  Preferências dos neurónios receptores do paladar.

Olfacto

O epitélio olfactivo existe na parede superior da cavidade nasal e é constituído por células de suporte e por neurónios olfactivos que possuem cílios que estão embebidos em muco. É o único local do corpo humano em que os neurónios estão em contacto directo com o exterior. O epitélio olfactivo está constantemente a ser renovado. Fig. 90 – Epitélio olfactivo

As moléculas odoríferas vão activar as proteínas receptoras de odores  –  receptores metabotrópicos  –  situadas na membrana plasmática, que vão activar uma Proteína G, que por sua vez vai activar a Adenilato ciclase, indo esta formar cAMP a parir de ATP para este ir activar os canais de Cálcio e Sódio. Depois o cálcio vai activar os canais de Cloreto, que vão provocar a saída deste ião, causando uma despolarização da membrana, Fig. 91 – Mecanismo de transdução olfactiva em vertebrados. permitindo a passagem do estímulo.

33 Esse estímulo vai ser enviado pelos axónios dos neurónios olfactivos, que entram no bolbo olfactivo, onde passam a informação para as células mitrais ou para as células tufadas. Estas, por sua vez, enviam a informação para o cérebro, através das vias auditivas, e sinapsam com neurónios de associação no bolbo olfactivo. Os neurónios de associação recebem também informação vinda do encéfalo, podendo modificar a informação olfactiva antes de esta abandonar o bolbo olfactivo. O olfacto é a única sensação que vai directamente para o córtex cerebral sem ter de passar pelo tálamo. O córtex olfactivo localiza-se junto ao sulco lateral do cérebro e divide-se em três partes: Área olfactiva externa, que está envolvida na percepção consciente do cheiro; Área olfactiva interna, que é responsável pelas reacções emocionais e viscerais aos odores. Tem ligação com o sistema límbico, através do qual se liga ao hipotálamo. Área olfactiva intermédia, possui neurónios que se estendem ao longo das vias olfactivas até ao bolbo olfactivo, onde sinapsam com neurónios de associação. É um mecanismo importante pelo qual a informação é modulada no bolbo olfactivo. 

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Nós, humanos, conseguimos distinguir cerca de 10 000 odores diferentes. Mas isto não significa que tenhamos 10 000 receptores diferentes, temos menos (embora não se saiba quantos receptores temos ao certo). Um determinado odor é originado pela activação simultânea de um dado número de receptores. Os ratinhos têm cerca de 1 000 receptores; enquanto que os cães têm muito mais receptores, além de possuírem um epitélio maior, o que lhes confere uma capacidade olfactiva maior.  Audição

O som gera-se com a passagem de ondas de grande amplitude, seguidas por ondas de pequena amplitude. A amplitude e a frequência dessas ondas influenciam o som: A frequência da vibração (ciclos/s) mede o tom, em Hz. Quanto maior for a frequência, mais alto é o tom do som. Os sons mais frequentes ocorrem entre 1000 e 4000 Hz, mas os humanos conseguem ouvir frequências entre os 20 e os 20000Hz. Mas há Fig.92 – Formação do som. animais com maior capacidade auditiva, por exemplo os cães conseguem ouvir frequências até 40000 Hz. A amplitude mede a intensidade (em decibéis [dB]). O nosso limiar de audição é 0 dB. Uma conversa normal corresponde a cerca de 50-60 dB e a música alta corresponde a mais de 130 dB. É importante ter em conta que uma elevação de 10 dB traduz um aumento de 10 vezes na intensidade, ou seja, um som com 60 dB é 106 mais intenso que outro com apenas 10dB). 

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Fig. 93 – Escala de decibéis.

34 O aparelho auditivo divide-se em 3 partes: ouvido externo, ouvido médio e ouvido interno. O ouvido externo é constituído pelo pavilhão auditivo que liga ao tímpano pelo canal auditivo. As ondas sonoras vão fazer vibrar o tímpano, que por sua vez vai fazer com que 3 ossículos, situados no ouvido médio (martelo, bigorna e estribe) vibrem também. O vibrar do martelo vai fazer vibrar o bigorna, que por sua vez vai transmitir a vibração ao estribe e que vai fazer vibrar a   janela oval, passando o estímulo para o ouvido interno.

Fig. 95 – Ouvido médio.

A janela oval comunica com o tubo vestibular que por sua vez comunica com o tubo timpânico e são compostos pelo mesmo líquido  –  perilinfa. No final do tubo timpânico há uma membrana que absorve os sons que chegam até lá  –   janela redonda . Entre estes dois canais há o canal coclear, que é constituído por endolinfa. As ondas têm tendência a

Fig. 94 – Aparelho auditivo.

O ouvido médio tem um canal que liga à garganta e que permite que o ar no seu interior, esteja à mesma pressão que o do exterior. O facto de quando estamos no avião a subir ficarmos com a sensação de ter os ouvidos tapados é devido a uma alteração de pressão no ouvido médio e necessitamos de engolir em seco para o ar voltar a entrar. Os ossículos estão ligados ao crânio por tendões, de modo a que possam libertar energia, quando os sons têm muita intensidade, para evitar lesões.

Fig. 96 – Condução do sinal sonoro.

Fig. 97 – Efeito de som com várias frequências na membrana basilar.

encurtar caminho, passando através do canal coclear para chegar ao canal timpânico, fazendo movimentar a membrana tectorial. Há medida que a frequência dos sons aumenta, as ondas tendem a encurtar o seu curso, atravessando o canal coclear mais próximo da janela oval.

35 Embebidos na membrana tectorial há cílios que se movimentam com o movimento da membrana basilar. É isto que permite activar a recepção da audição. Se o movimento se der do mais pequeno para o maior, há abertura dos canais de potássio, havendo entrada de potássio, causando uma despolarização da membrana.

Fig. 98 – Composição da Cóclea

No caso de o movimento se dar do maior para o mais pequeno há inactivação dos canais de potássio, não havendo despolarização da membrana. A endolinfa é muito diferente dos restantes Fig. 99 – Despolarização das células ciliares. líquidos que banham as nossas células. Neste caso + há uma elevada concentração de H e baixa concentração de Na +, por isso a despolarização é causada pela entrada de K+. O reconhecimento dos diferentes sons depende do local onde foi detectado. Os estímulos causados pelos sons são enviados através do nervo auditivo, passando pelo tálamo, e vão para zonas distintas do córtex, consoante a sua frequência. Se o som for muito forte pode provocar lesões nas células ciliadas e, como estas células não têm capacidade de regeneração, essas lesões nunca são curadas.

Equilíbrio

Localizam-se nos nossos ouvidos alguns órgãos responsáveis pelo nosso equilíbrio, funcionando de uma forma semelhante ao mecanismo de detecção de sons. Os Órgãos Otolíticos  –  Utrículo e Sáculo  –  são capazes de reconhecer diferentes acelerações.

Fig. 100 – Cóclea e Aparelho Vestibular.

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Fig. 101 – Células Ciliares.

Fig. 102 – Órgãos Otolíticos.

Os cílios dos órgãos otolíticos estão numa membrana otolítica que tem uma grande inércia, por isso é muito sensível a acelerações: quando a aceleração aumenta a membrana desliza para trás, permitindo-nos detectar a aceleração, devido à inibição dos canais de potássio, uma vez que os cílios se deslocam na direcção do mais pequeno. No caso de haver desaceleração acontece o oposto, a membrana desloca-se para a frente, fazendo com que os cílios de desloquem para trás, activando os canais de potássio. Os movimentos de rotação são reconhecidos através de um mecanismo semelhante, onde os cílios se deslocam com o movimento da água em que estão embebidos. Um mecanismo semelhante a este é também usado por peixes para detectar deslocações da água.

Fig. 103  –  Ampola para detecção de movimentos de