Sistema Nervoso

Sinapses

Os pontos nos quais as células e suas extensões fazem contato com outras células nervosas são denominados sinapses e uma única célula nervosa pode, através das sinapses, estar ligada a centenas de outros neurônios. 

A sinapse é uma junção especializada onde uma parte do neurônio faz contato e se comunica com outro neurônio ou tipo celular (p. ex., uma célula muscular ou glandular). O lado denominado pré-sináptico consiste em um terminal axonal do primeiro neurônio, enquanto o lado denominado pós-sináptico pode ser dendrito ou soma de outro neurônio ou ainda outra célula inervada pelo neurônio. A informação geralmente flui em uma única direção, de um neurônio para outro neurônio ou célula-alvo. 

O processo de transferência de informação na sinapse é denominado transmissão sináptica, que pode ser pode ser elétrica ou química (maioria).

Sinapses elétricas

As sinapses elétricas, mais simples e evolutivamente antigas, permitem a transferência direta da corrente iônica de uma célula para outra. Ocorrem em sítios especializados denominados junções gap ou junções comunicantes. Nesses tipos de junções as membranas pré-sinápticas (do axônio – transmissoras do impulso nervoso) e pós-sinápticas (do dendrito ou corpo celular – receptoras do impulso nervoso) estão separadas por apenas 3 nm. Essa estreita fenda é ainda atravessada por proteínas especiais denominadas conexinas. Seis conexinas reunidas formam um canal denominado conéxon, o qual permite que íons passem diretamente do citoplasma de uma célula para o de outra. A maioria das junções comunicantes permite que a corrente iônica passe adequadamente em ambos os sentidos, sendo desta forma, bidirecionais. 

A transmissão nas sinapses elétricas é muito rápida. Assim, um potencial de ação em um neurônio pré-sináptico pode gerar, quase instantaneamente, um potencial de ação no neurônio pós-sináptico. Em invertebrados, as sinapses elétricas são comumente encontradas em circuitos neuronais que medeiam respostas de fuga. Em mamíferos adultos, esses tipos de sinapses são raras, ocorrendo frequentemente entre neurônios nos estágios iniciais da embriogênese. Evidências sugerem que durante o desenvolvimento pré e pós-natal do sistema nervoso, as junções comunicantes permitem que as células vizinhas compartilhem sinais elétricos e químicos que podem contribuir na coordenação do crescimento e da maturação dessas células. 

Sinapses químicas

Via de regra, a transmissão sináptica no sistema nervoso humano maduro é química. As membranas pré e pós-sinápticas são separadas por uma fenda com largura de 20 a 50 nm – a fenda sináptica – cerca de 10 vezes mais larga do que a fenda de separação nas junções comunicantes. A passagem do impulso nervoso nessa região é feita, então, por substâncias químicas: os neurohormônios, também chamados mediadores químicos ou neurotransmissores, liberados na fenda sináptica. 

O lado pré-sináptico de uma sinapse normalmente é um terminal axonal. Em geral, um terminal contém dúzias de pequenas esferas envoltas por membrana, cada uma com cerca de 50 nm de diâmetro, chamadas de vesículas sinápticas. Essas vesículas armazenam neurotransmissores, substâncias químicas utilizadas na comunicação com neurônios pós-sinápticos. 

A membrana dendrítica relacionada com as sinapses (pós-sináptica) apresenta moléculas de proteínas especializadas na detecção dos neurotransmissores na fenda sináptica – os receptores. Por isso, a transmissão do impulso nervoso ocorre sempre do axônio de um neurônio para o dendrito ou corpo celular do neurônio seguinte.  Podemos dizer então que nas sinapses químicas, a informação que viaja na forma de impulsos elétricos ao longo de um axônio é convertida, no terminal axonal, em um sinal químico (neurotransmissores) que atravessa a fenda sináptica. Na membrana pós-sináptica, este sinal químico é convertido novamente em sinal elétrico.

Por meio das sinapses, um neurônio pode passar mensagens (impulsos nervosos) para centenas ou até milhares de neurônios diferentes. O aspecto mais importante da sinapse e que seu funcionamento se parece ao de uma válvula unidirecional. A transmissão de um impulso pode ocorrer apenas em um único sentido e direção, do axônio para a célula adjacente. Em outras palavras, em um neurônio, os estímulos se propagam sempre no mesmo sentido: são recebidos pelos dendritos, seguem pelo corpo celular, percorrem o axônio e, da extremidade deste, são passados à célula seguinte (dendrito $\to$ corpo celular $\to$ axônio).

Como o citoplasma dos axônios, inclusive do terminal axonal, não possui ribossomos, necessários à síntese de proteínas, as proteínas axonais são sintetizadas no soma (corpo celular), empacotadas em vesículas membranosas e transportadas até o axônio pela ação de uma proteína chamada cinesina, a qual se desloca sobre os microtúbulos, com gasto de ATP. Esse transporte ao longo do axônio é denominado transporte axoplasmático e, como a cinesina só desloca material do soma para o terminal, todo movimento de material neste sentido é chamado de transporte anterógrado. 

Além do transporte anterógrado, há um mecanismo para o deslocamento de material no axônio no sentido oposto, indo do terminal para o soma. Acredita-se que este processo envia sinais para o soma sobre as mudanças nas necessidades metabólicas do terminal axonal. O movimento neste sentido é chamado transporte retrógrado.

As sinapses químicas também ocorrem nas junções entre as terminações dos axônios e os músculos; essas junções são chamadas junções neuromusculares ou placas motoras (para maiores detalhes, ver Inervação do músculo esquelético).  

Um axônio sozinho é perfeitamente capaz de conduzir impulsos em qualquer direção, porém, no sistema nervoso integrado, toda a condutância em qualquer axônio se dá sempre na mesma direção e sentido. Em um tronco nervoso, entretanto, alguns axônios podem conduzir em uma direção e outros, em direção oposta. Por exemplo, em um nervo que chega a um determinado músculo, os impulsos excitatórios para a contração muscular são transmitidos do sistema nervoso central (SNC) para o músculo e, ao mesmo tempo, a informação sensorial proveniente do músculo é transmitida via outros axônios de volta para o sistema nervoso central.

Neurotransmissores

Os neurotransmissores são as substâncias que medeiam a sinalização química entre os neurônios. Um neurotransmissor pode ser definido, de uma forma simplificada, como uma substância que é liberada por um neurônio e que afeta um alvo específico de determinada maneira. Um alvo pode ser tanto outro neurônio quanto um órgão efetor, como um músculo ou uma glândula. Os neurotransmissores medeiam seus efeitos neurofisiológicos através de sua ligação a seus receptores específicos.

A maioria dos neurotransmissores situa-se em três categorias: aminoácidos, aminas (transmissores pequenos) e neuropeptídeos (polímeros curtos de aminoácidos). Os neurotransmissores aminoácidos e aminas são pequenas moléculas orgânicas com pelo menos um átomo de nitrogênio, armazenadas e liberadas em vesículas sinápticas. Sua síntese ocorre no terminal axonal a partir de precursores metabólicos ali presentes. As enzimas envolvidas na síntese de tais neurotransmissores são produzidas no soma (corpo celular do neurônio) e transportadas até o terminal axonal e, neste local, rapidamente dirigem a síntese desses mediadores químicos. Uma vez sintetizados, os neurotransmissores aminoácidos e aminas são levados para as vesículas sinápticas que liberam seus conteúdos por exocitose. Nesse processo, a membrana da vesícula funde-se com a membrana pré-sináptica, permitindo que os conteúdos sejam liberados. A membrana vesicular é posteriormente recuperada por endocitose e a vesícula reciclada é recarregada com neurotransmissores. 

Os neurotransmissores peptídeos (neuropeptídeos) constituem-se de grandes moléculas armazenadas e liberadas em grânulos secretores. A síntese dos neurotransmissores peptídicos ocorre no retículo endoplasmático rugoso do soma. Após serem sintetizados, são clivados no complexo de Golgi, transformando-se em neurotransmissores ativos,  que são secretados em grânulos secretores e transportados ao terminal axonal (transporte anterógrado) para serem liberados na fenda sináptica.

Diferentes neurônios no SNC liberam também diferentes neurotransmissores. Há um número relativamente pequeno de substâncias de baixo peso molecular que são consideradas neurotransmissores, incluindo acetilcolina (ACh), aminoácidos ou seus derivados contendo aminas, trifosfato de adenosina (ATP) e metabólitos do ATP. 

A transmissão sináptica rápida na maioria das sinapses do SNC é mediada pelos neurotransmissores aminoácidos glutamato (GLU), ácido gama-aminobutírico (GABA) e glicina (GLI). A amina acetilcolina medeia a transmissão sináptica rápida em todas as junções neuromusculares. As formas mais lentas de transmissão sináptica no SNC e na periferia são mediadas por neurotransmissores das três categorias.

O glutamato e a glicina estão entre os 20 aminoácidos que constituem os blocos construtores das proteínas. Consequentemente, são abundantes em todas as células do corpo. Em contraste, o GABA e as aminas são produzidos apenas pelos neurônios que os liberam.

O mediador químico adrenalina, além de servir como neurotransmissor no encéfalo, também é liberado pelas glândulas adrenais (suprarrenais) para a circulação sanguínea.

Abaixo são citadas as funções específicas de alguns neurotransmissores.

Acetilcolina (ACh) 

A acetilcolina (ACh) é o único transmissor de baixo peso molecular que não é um aminoácido ou um derivado direto de um aminoácido. A via biossintética da ACh tem somente uma reação enzimática, catalisada pela colina acetiltransferase (passo 1 na reação mostrada). Essa transferase é a enzima característica e limitante da biossíntese de ACh. O tecido nervoso não consegue sintetizar colina, a qual é derivada da dieta e chega aos neurônios pela corrente sanguínea. O outro substrato, a acetil-coenzima A (acetil-CoA), participa de muitas vias metabólicas gerais e não é restrito a neurônios colinérgicos (que sintetizam acetilcolina).

No sistema nervoso periférico, a acetilcolina é o transmissor presente nas junções neuromusculares, gânglios simpáticos e parassimpáticos, e nas fibras pós-ganglionares dos gânglios parassimpáticos e de alguns gânglios simpáticos. É também um transmissor que atua no SNC, mais proeminentemente nos neurônios localizados em alguns núcleos do tronco encefálico, em várias partes do prosencéfalo basal e núcleos da base (gânglios da base), e na medula espinal (p. ex., colaterais axonais de neurônio motor). Os neurônios colinérgicos de áreas do prosencéfalo basal se projetam difusamente por todo o neocórtex e para o hipocampo e amígdala, tendo sido implicados em funções da memória. De fato, a degeneração destas células ocorre na doença de Alzheimer, uma forma de demência em que a memória é perdida  de forma gradual e progressiva. 

Aminas biogênicas 

Muitos neurotransmissores incluídos nesta categoria podem ser familiares porque exercem papéis fora do sistema nervoso, frequentemente como hormônios. Entre as aminas que comprovadamente atuam como neurotransmissores, estão: 

• catecolaminas: dopamina, norepinefrina (noradrenalina), epinefrina (adrenalina);
• serotonina (5-hidroxitriptamina [5-HT]);
• histamina.

As catecolaminas neurotransmissoras – dopamina, noradrenalina e adrenalina – são todas sintetizadas a partir do aminoácido essencial tirosina em uma via biossintética comum. A tirosina é convertida em L-dopa pela enzima tirosina hidroxilase. A L-dopa, então, é convertida em dopamina pela dopa-descaboxilase. Nos neurônios dopaminérgicos, a via acaba aqui. Nos neurônios noradrenérgicos, outra enzima —  a dopamina $\beta$-hidroxilase —  converte a dopamina em norepinefrina. A epinefrina é obtida pela adição de um grupo metil à norepinefrina via feniletanolamina-N-metil transferase. 

Os neurônios catecolaminérgicos (que sintetizam catecolaminas) são encontrados em regiões do sistema nervoso envolvidas na regulação de:

• movimento,
• humor,
• atenção,
• funções viscerais.

Em vertebrados, os derivados da tirosina têm papel-chave em vários processos fisiológicos, incluindo a regulação de comportamentos. 

Os neurônios dopaminérgicos podem ser divididos em três subgrupos com diferentes funções. O primeiro grupo regula os movimentos: uma deficiência de dopamina neste sistema provoca a doença de Parkinson, caracterizada por tremuras, inflexibilidade, e outras desordens motoras, e em fases avançadas pode verificar-se demência. O segundo grupo, o mesolímbico, funciona na regulação do comportamento emocional. O terceiro grupo, o mesocortical, projeta-se apenas para o córtex pré-frontal. Esta área do córtex está envolvida em várias funções cognitivas, memória, planejamento de comportamento e pensamento abstrato, assim como em aspectos emocionais, especialmente relacionados com o stress. Distúrbios nos dois últimos sistemas estão associados com a esquizofrenia.

No sistema nervoso central, a norepinefrina (noradrenalina) é utilizada como um transmissor por neurônios com corpos neuronais localizados no locu ceruleus, um núcleo do tronco encefálico com muitas funções moduladoras complexas. Embora esses neurônios adrenérgicos sejam relativamente poucos em número, eles se projetam de modo difuso por todo o córtex, cerebelo e medula espinal. No sistema nervoso periférico, a noradrenalina é o transmissor dos neurônios pós-ganglionares no sistema nervoso simpático. 

A epinefrina (adrenalina), além de servir como neurotransmissor no encéfalo, também é liberada pelas glândulas adrenais (suprarrenais) para a circulação sanguínea. Assim, além de atuar como um neurotransmissor no encéfalo, a adrenalina age como um hormônio quando é liberada pela glândula suprarrenal na corrente sanguínea. A adrenalina circulante atua em receptores por todo o corpo, de modo a produzir uma resposta visceral coordenada.

O neurotransmissor serotonina, também chamado de 5-hidroxitriptamina e abreviado como 5-HT,  é derivado do aminoácido essencial triptofano. Os neurônios serotoninérgicos são relativamente poucos em número, mas eles parecem desempenhar um papel importante nos sistemas encefálicos que regulam o humor, o comportamento emocional e o sono. Atualmente vem sendo intimamente relacionada aos transtornos do humor, ou transtornos afetivos e a maioria dos medicamentos chamados antidepressivos agem produzindo um aumento da disponibilidade dessa substância no espaço entre um neurônio e outro. Tem efeito inibidor da conduta e modulador geral da atividade psíquica. Influi sobre quase todas as funções cerebrais, inibindo-a de forma direta ou estimulando o sistema GABA.

O triptofano é primeiramente convertido pela triptofano 5-hidroxilase em 5-hidroxitriptofano que, então, é convertido a serotonina pela L-aminoácido aromático descarboxilase. A fonte encefálica de triptofano é o sangue, e a fonte de triptofano no sangue é a dieta (grãos, carne, produtos lácteos e chocolate são especialmente ricos em triptofano).

Os neurônios histaminérgicos estão localizados junto ao núcleo tuberomamilar do hipotálamo e se projetam difusamente por  todo o SNC. Nesses neurônios, a conversão de histidina em histamina é catalisada pela histidina descarboxilase.  

Aminoácidos

Uma variedade de aminoácidos atua como neurotransmissores. Os três mais importantes são o GABA, a glicina e o glutamato.  

O GABA e a glicina atuam como neurotransmissores inibitórios, enquanto o glutamato é o principal neurotransmissor excitatório do SNC (neurotransmissor presente na maioria esmagadora das sinapses excitatórias em todo o SNC).

O GABA é o principal neurotransmissor inibitório em todo o sistema nervoso, principalmente do SNC. Ele é produzido a partir do glutamato por uma enzima específica (ácido glutâmico descarboxilase) presente apenas nos neurônios que usam o GABA como transmissor (neurônios GABAérgicos). A glicina atua como um neurotransmissor inibitório em um território bem mais restrito. As sinapses glicinérgicas são predominantemente encontradas na medula espinhal, onde constituem cerca de metade das sinapses inibitórias. 

Neuropeptídeos

Os neuropeptídios, basicamente uma fileira de aminoácidos, constituem um amplo espectro de moléculas com efeitos diversos. Por exemplo, um neuropeptídeo chamado substância P é um importante mediador dos sinais dolorosos (nociceptivos). As endorfinas, por outro lado, representadas pela beta-endorfina, dinorfina e encefalinas, agem como opioides naturais, reduzindo nossa percepção dolorosa sob certas condições estressantes. A atividade das encefalinas está drasticamente aumentada nas mulheres grávidas em trabalho de parto. A liberação de endorfina também aumenta no atleta que consegue o que chamamos de novo fôlego.

Alguns neuropeptídeos, como a somatostatina e a colecistocinina, também são produzidos por outros tecidos, como o trato gastrointestinal. Esses peptídeos são conhecidos como peptídeos cérebro-intestinais.

Veja também:

- Depressão e a teoria da queda de serotonina.

- Sexo, humor, sono, estresse: entenda os papéis dos neurotransmissores.

- Serotonina: para que serve e quais alimentos ajudam a elevar nível no corpo.