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NEUROCIENCIAS
Obra origi iwlmente publicadii sub o título
Neiíroscictia': t'xfhrmg the brain
© Lippincott Wil l iams & Wilkins, 2Ü01.
ISBN 0-683-30596-4
Capa: Mário Röimcit
Preparação do original: Mnria Rita QitintcUa
Supor\'isäo editorial : Lelicia Bi$po ilc Lima
Editoração eletrônica: L/iair House - iit.q.o.f.
Bear, Mark F.
Neurociências: desvendando o sistema nervoso / Mark F Bear;
Barry W. Connors e Michacl A. Paradiso; coord, trad. Jorge Alberto
Quilifeldt... let al.|. - 2.ed. - Porto Alegre : Artnied, 2002.
1. Neurociências. I. Connors, Barrj- W. II. Paradiso, Michael A.
III. Título
Catalogação na publicação: Mônica Ballejo Canto - CRB 10/1023
ISBN 85-7307-911-8
Reservados todos os direi tos d e publ i cação em l íngua p o r t u g u e s a £
A R T M E D * E D I T O R A S.A.
Av. J e r ô n i m o d e Orneias , 6 7 0 - S a n t a n a
9 0 0 4 0 - 3 4 0 - P o r t o Alegre R S
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S A C 0800 703-3444
I M P R E S S O N O B R A S I L
PRINTED IN BRAZIL
Aos twssos pais
Naomi e Firman Bear
Rose e John Connors
Marie e Nicholas Paradiso
A t radução deste l i v r o - t e x t o d e neu roc iênc ias fo i u m g r a n d e d e s a f i o para o g r u -
p o d e colegas q u e se e n v o l v e u na tarefa, p r i n c i p a l m e n t e d e v i d o à responsab i l i -
d a d e q u e a s s u m i m o s d e c o m e ç a r m o s a busca r u m a p a d r o n i z a ç ã o para a t radu -
ção ao p o r t u g u ê s d o s t e r m o s técn icos dessa j o v e m área c ien t í f i ca q u e está e m
f ranca expansão t a n t o n o Bras i l q u a n t o n o m u n d o . Este é o p r i m e i r o tex to de
neuroc iênc ias t r a d u z i d o para o p o r t u g u ê s q u e p r o c u r o u estabelecer s is temat ica-
m e n t e a t r a d u ç ã o m a i s a d e q u a d a d o s t e r m o s técn icos , e q u i l i b r a n d o e x a t i d ã o
c o m c o s t u m e d e uso . Isso fo i f e i t o c o n s u l t a n d o - s e co legas d a área e f a z e n d o c o m
q u e os cap í tu los fossem t r a d u z i d o s , na m e d i d a d o poss íve l , p o r especia l is tas e m
cada assunto .
H o j e , cada docen te , e m cada l a b o r a t ó r i o d e pesqu i sa , u t i l i z a u m a t r a d u ç ã o
p r ó p r i a d o s t e r m o s es j jec í f icos d e sua área, a q u a l f r e q ü e n t e m e n t e n ã o c o i n d i d e
d e u m local pa ra o o u t r o . M u i t a s vezes, i n c l u s i v e - c o m o é c o m u m n o m e i o c ien-
t í f i co - , n e m sequer se t r a d u z e m os t e r m o s , e o l i n g u a j a r o r a l e m p r e g a d o nos a m -
b ien tes acadêmicos g e r a l m e n t e f ica c o n f i n a d o a u m o b s c u r o j a r g ã o q u e mescla
p o r t u g u ê s c o m ing lês . M u i t o e m b o r a isso n ã o rep resen te m a i o r e s d i f i c u l d a d e s
na l í n g u a fa lada , a p e r s p e c t i v a passa a ser d i f e r e n t e q u a n d o t e m o s d e t r a d u z i r
u m tex to escr i to : su rge a necess idade d e u m v o c a b u l á r i o b e m d e f i n i d o e m po r -
tuguês , se necessár io c o m o a p o r t u g u e s a m e n t o d o s t e r m o s n o v o s , e m u m com-
p r o m i s s o s i m u l t â n e o c o m a l í n g u a p o r t u g u e s a e c o m o e n s i n o d e neuroc iênc ias .
Nes ta p r i m e i r a t e n t a t i v a d e p a d r o n i z a ç ã o t e r m i n o l ó g i c a , t r o c a m o s m u i t a s
idé ias en t re co legas. Desse m o d o , c h e g a m o s à p resen te ve rsão , na q u a l a quase
t o t a l i d a d e d o s t e r m o s e expressões n o v o s fo i t r a d u z i d a pa ra o p o r t u g u ê s , ev i t an -
d o ao m á x i m o o j a r g ã o desnecessa r iamen te a n g l i c i z a d o e, ass im , p r e s t a n d o u m
p e q u e n o se r \ ' i ço à p rese rvação e a o e n r i q u e c i m e n t o d a l í n g u a p o r t u g u e s a . A
m a i o r d i f i c u l d a d e e n c o n t r a m o s c o m as s ig las : t r a d u z i m o s vá r ias , m a s p re fe r i -
m o s m a n t e r o u t r a s c o m o n o i ng lês s e m p r e q u e d e t e c t a m o s o uso c o n s a g r a d o en-
tre v á r i o s co legas.
C o m esse es fo rço pt>r u m a t r a d u ç ã o q u e a l ie fluência e c la reza (caracter íst icas
d o o r i g i n a l ) , b e m c o m o a d e q u a ç ã o e e x a t i d ã o técn icas, a c r e d i t a m o s estar con t r i -
b u i n d o para t o m a r este tex to acessível a u m a m p l o u n i v e r s o d e es tudan tes un i -
ve rs i tá r i os b ras i le i ros e a o u t r o s in teressados, d i f u n d i n d o , ass im, os conhec imen -
tos d e nossa área.
E s p e r a m o s - c o m o t a m b é m é o dese jo d o s au to res des te l i v r o - q u e n ã o só os
presentes cu rsos d e b i o l o g i a ce lu la r , b i o q u í m i c a , f i s i o l o g i a e a n a t o m i a m i n i s t r a -
d o s nas ins t i t u i ções b ras i le i ras d e e n s i n o s u p e r i o r se jam bene f i c i ados q u a n d o fo-
r e m a b o r d a r t óp i cos e m neu roc iênc ias , m a s q u e haja i m p u l s o até m e s m o para a
p r o p o s i ç ã o e c r iação d e n o v a s d i s c i p l i n a s e cu rsos e m neuroc iênc ias , ace le rando
a necessár ia s i s temat i zação da f o r m a ç ã o d e recursos h u m a n o s q u a l i f i c a d o s e po-
t e n c i a l m e n t e i n te ressados e m ing ressar na ca r re i r a de pesqu i sa e m neuroc iên -
cias. I n c l u í m o s nesse u n i v e r s o n ã o s o m e n t e os es tudan tes das áreas b ioméd icas
e b io l óg i cas , m a s t a m b é m a c a d ê m i c o s d e ps i co log ia , p e d a g o g i a , c iênc ias cogn i -
t i vas e, até m e s m o , c o m p u t a ç ã o , f ís ica e f i l oso f ia , pa ra c i ta r a l g u n s exemp los . A
c o n s o l i d a ç ã o d o e n s i n o m u l t i d i s c i p l i n a r d e n e u r o c i ê n c i a s e m nosso país é u m a
e n o r m e tarefa pa ra a década q u e se in ic ia .
A Equipe ilf Truiiução
Inicialmente, queremos agradecer a qualro pessoas que realizaram coniribuiçôcs
extraordinár ias para a edi(;ão deste l ivro: Betsy Di lemia, Cait l in D u c k w a l l Jim
M c l l w a i n e Suzanne Meagher. Botsy foi nossa editora de desenvolvimento, uma
vez mais nos mantendo na l inha com seu lápis púrpura. Somos especialmente
gratos pelo padr.\o de excelência que ela estabeleceu e ao qual nos ateve. A cla-
reza e a consistência dos escritos sáo devidas aos seus notáveis esforços. CaitUn
desenvolveu o novo projeto gráfico, e os resultados falam por si mesmos: ela
apreendeu nossos conceitos, por vezes confusos, e os transformou em uma bela
realidade. Jim é u m mentor, um colega da Universidade e um amigo; é também
um professor de neurociências premiado, tendo l ido cada palavra de nosso ma-
nuscr i to nascente, mostrando-nos como melhorá-lo. Finalmente, temos uma dí-
v ida eterna para com Suzanne, que nos auxi l iou em cada passo. Nào é exagero
dizer que, sem sua inacreditável assistência, sua lealdade e dedicação ao projeto,
o l iv ro nunca teria sido completado. Suzanne, você é a melhor!
Reiteramos nossos agradecimentos aos planejadores e atuais administradores
do curr ículo de neurtKiências para a graduação na Universidade de Brown: M i t -
chell Gl ickstein, Ford Ebner, James Mc l lwa in , Leon Cooper, James Anderson,
Leslie Smith, John Donoghue e John Stein por tudo o que fizeram para tornar as
neurociências tão importantes na instituição. Da mesma forma, agradecemos à
equipe da L ippincot t Wi l l iams & Wi lk ins por acreditar neste projeto e conduzi-
lo a u m resultado bem-sucedido. Nosso reconhecimento e grat idão ao apoio à
pesquisa que nos foi, durante anos, p rov ido pelo Inst i tuto Nacional de Saúde
( N I H )
, pela Fundação Whitehal l , pela Fundação Al f red P. Sloan, pela Fundação
Kl ingenstein, pela Fundação Charles A. Dana, pela Fundação Nacional para a
Ciência, pela Fundação Keck, pelo Programa de Ciências Human Frontiers, pelo
Escri tór io de Pesquisa Naval e pelo Inst i tuto Médico Howard Hughes. Somos
gratos aos nossos colegas do Departamento de Neurociências da Universidade
de Brown por sou apoio a este projeto e por seus úteis conselhos. Agradecemos
aos colegas de outras irxstituições, anônimos, porém tão prestativos, que nos en-
v i a r a m comentários sobre a 1' edição e revisaram o pr imei ro esboço de nosso
manuscr i to para a 2* edição. Nosso grato reconhecimento aos cientistas que nos
forneceram figuras i lustrando os resultados de suas pesquisas. A lém disso, mui-
tos estudantes e colegas ajudaram-nos a melhorar a nova edição, informando-
nos acerca dos estudos recentes, apontando erros na 1* edição e sugerindo a me-
lhor maneira de descrever ou i lustrar certos conceitos. Nossa grat idão a lodos
eles, inclusive (mas não exclusivamente) Yael Ami la i , Teresa Audesirk, Michael
Beierlein, Steve Chamber l in , Richard Cantin, Z.H. Cho. Geoffrey Gold. Jennifer
Hahn, Richard l luganir . Dav id Glanzman, Robert Malenka, John Morr ison,
Saundra Patrick, Robert Patrick, i - r ik Sklar, John Stein, Nelson Spruston, J. Mi -
chael Walker e Wes Wallace.
Agradecemos aos nossos entes amados por ficarem ao nosso lado, apesar dos
incontáveis f ins de semana o noites consumidos na preparação deste l ivro.
Por f im , mas não menos importante, gostaríamos de agradecer aos milhares
de estudantes que nos concederam o pr iv i lég io de ministrar- lhes neuriKiêndas
durante as úl t imas duas décadas.
PREFACIO
A S O R I G E N S D E NEUROCIÉNCIAS: DESVENDANDO
O SISTEMA NERVOSO
H á cerca d e 20 anos. a Un ive rs idade de B r o w n oferece uma disc ip l ina denomina-
da Neuroc iênc ias 1: U m a In t rodução ao Sistema Nervoso. O sucesso é notável ;
a p r o x i m a d a m e n t e u m d e cada qua t ro a lunos de graduação da Un ivers idade já a
cursou . Para uns poucos estudantes, este é o começo de uma carreira nas neuro-
ciências; para out ros , este é o ún i co curso de ciências a que assistirão duran te a fa-
cu ldade .
O sucesso d e u m a i n t r odução às neurociências reflete a fascinação e a cur ios i -
d a d e q u e todos temos c o m relaçáo a c o m o percebemos, c o m o nos m o v e m o s , co-
m o sen t imos e c o m o pensamos. Ac red i tamos , no entanto, que o sucesso de nos-
so curso t a m b é m a d v é m d o m o d o c o m o os assuntos sào abordados e o que é en-
fa t i zado . U m a pedra angu la r d e nossa f i losof ia é que p a r t i m o s d o presupos to de
que apenas u m conhec imen to m i n i m o de b io log ia , física e qu ím ica seja necessá-
rio. Os f u n d a m e n t o s necessários para a compreensão das neuroc iências são es-
t u d a d o s à m e d i d a q u e o curso p rog r ide . Essa estratégia assegura que possamos
t raba lhar até chegarmos a concei tos avançados c o m a certeza d e que os es tudan-
tes estão nos c o m p r e e n d e n d o . T a m b é m nos esforçamos para mos t ra r que a ciên-
cia é interessante, es t imu lan te e d i ve r t i da . C o m essa f ina l idade , i nc lu ímos m u i -
tas metá foras , h u m o r e exemp los d o m u n d o real. F ina lmente , é prec iso regist rar
q u e nosso curso não p re tende abranger tcxia a neurob io log ia . Em vez disso, en-
focamos o encéfa lo dos m a m í f e r o s e, sempre q u e possível , o encéfa lo h u m a n o .
Nesse sen t ido , nosso curso assemelha-se bastante c o m aqu i lo q u e é ens inado aos
ostudí \ntes do med ic i na n o segundo ano, apenas que sem os pré-requis i tos. H o -
je, cursos semelhantes são o ferec idos em mu i tas un ivers idades por depar tamen-
tos de ps ico log ia , b i o l og i a e neunxr iências.
A l ' ed ição de Neurociências: desivndaudo o sistema nenvso fo i escrita para q u e
a d i s c i p l i n a de Neur iK Íênc ias 1 possuísse u m l iv rcv texto adequado , incorporan-
d o o c o n t e ú d o e a f i losof ia q u e f i ze ram c o m que a i n t rodução ãs neurociências t i -
vesse sucesso aqu i na B r o w n . Tem s ido m u i l o g ra t i f i can te constatar que o l i v r o
p o p u l a r i / o u - s e n o m u n d o todo , a t uando , a l gumas vezes, c o m o u m catal isador
para novos cursais de i n t r odução às neurociências. Essa a 'sposta entusiást ica nos
encora jou a escrever u m a 2' edição. N ã o apenas a tua l i zamos o livro c o m as mais
recentes descobertas nesse c a m p o q u e e v o l u i tão rap idamen te , mas inco rpo ra -
m o s numerosas sugestões de nossos estudantes e colegas com o ob je t ivo de apr i -
n io rá - lo .
O Q U E É N O V O N A 2 - E D I Ç Ã O
Escrever esta 2 ' ed ição deu -nos a o p o r t u n i d a d e de revisarmos as descobertas
rea l izadas pela pesquisa nesta área nos ú l t i m o s c inco anos, e tais descobertas
são, de fato, surpreendentes . Exemp los são a recente de te rminação da es t ru tura
t r i d i m e n s i o n a l do u m canal iôn ico se le t ivamente permeável , impo r t an te para a
compreensão da s ina l ização neu rona l , e a descoberta d o h o r m ô n i o lep tma, que
r e v o l u c i o n o u nosso e n t e n d i m e n t o acerca de c o m o o c o m p o r t a m e n t o a l imen ta r e
r e e u l a d o O l i v r o fo i rev isado para i nco rpo ra r esses e mu i t os outrt>s achados.
A l é m disso, para a tua l izá- lo de f o rma adequada, expand imos a lguns dos topicos
e a d i c i o n a m o s a ele novas característ icas.
Mais c o n e x õ e s com a vida real
U m c o m p o n o n l e p o p u U i r da T ed ição, os q u a d n w i n t i t u l a d o s De eapvcial interes-
fe. i l u s t ram c o m o ap l i ca r conhec imen tos das ncuroc iênc ias . E x p a n d i m o s esse as-
pec to d o l i v r o n o s e n t i d o de es tabe lecermos ma i s conexões c o m a v i d a real, in-
c l u i n d o u m a u m e n t o na cober tu ra d e d i s t ú r b i o s e t rans to rnos c o m u n s d o siste-
ma ner\'0S0, tais c o m o a doença de A l z h e i m e r e o re ta rdo men ta l . A d e m a i s , in-
c o r p o r a m o s ao tex to u m a m a i o r d iscussão acerca de d i s t ú r b i o s neuro lóg icos nos
cap í tu los nos qua is essa d iscussão a juda a i l u s t r a r p r i n c í p i o s impo r tan tes - por
exemp lo , n o con t ro le d o m o v i m e n t o v o l u n t á r i o .
Mais ana tomia
Nestes anos, nosstw a l unos t êm i n d i c a d o cons is ten temen te q u e g o s t a r i a m que
apresentássemiw u m a m a i o r cober tu ra da a n a t o m i a d o s istema ner \ 'oso, para fa-
c i l i t a r a compreensão d e c o m o as d i fe ren tes par tes se enca ixam. Respondemos
p o r m e i o da inc lusão, na 2* ed ição, de u m Cuia ilustrado de neuroamloniia huiutwa,
c o m o apênd ice ao C a p í t u l o 7, o q u a l fornece u m a v isão p r é v i a das es t ru turas que
os estudantes encont ra rão , e m contex tos f unc iona i s específ icos, nos capí tu los que
se seguem. í^ara aux i l i á - l os no d i f í c i l a p r e n d i z a d o da n o v a t e rm ino log ia , inc lu í -
m o s t a m b é m exercícios d e au to -ava l iação e n f t v a n d o os n o m e s das estruturas.
IVIais n e u r o c i ê n c i a s c o m p o r t a m e n t a i s
o n ú m e r o de tóp icos in teressantes nas neuroc iênc ias excede, de longe, o núme-
ro de cap í t u l os q u e ser ia c o n v e n i e n t e para u m tex to i n t r o d u t ó r i o . Sugestões en-
v iadas p o r nossos co legas de o u t r a s i ns t i t u i ções , c o m o resposta à 1' edição,
a p o n t a r a m , en t re tan to , a necess idade da expansão d o s tóp icos referentes às neu-
roc iênc ias c o m p o r t a m e n t a i s . C o m base nessas va l iosas sugestões, ad i c i onamos
três n o v o s e e m p o l g a n t e s cap í tu los , c o n e c t a n
d o encé fa lo e c o m p o r t a m e n t o : Mo-
t ivação ( C a p í t u l o 16), O Sexo e o S is tema N e r v o s o ( C a p í t u l o 17) e Trans to rnos
M e n t a i s ( C a p í t u l o 21).
Mais a l i m e n t o para o cé rebro
N o s s o o b j e t i v o era e labora r u m l i v ro - t ex to q u e q u a l q u e r pessoa - i ndependente -
m e n t e de seu c o n h e c i m e n t o c ien t í f i co - pudesse começa r a 1er na p r i m e i r a pági -
na e entendesse t o d o o c o n t e ú d o a segui r . N a t u r a l m e n t e , a neuroc iênc ia é u m a
d i s c i p l i n a c ien t í f i ca r igo rosa e q u a n t i t a t i v a . N a T ed ição , c o b r i m o s concei tos
avançados da neu ro f i s i o l og i a ce lu la r u t i l i z a n d o os q u a d r o s Alimento para o cére-
bro. E x p a n d i m o s esse aspecto ni»sta 2* ed ição , a u m e n t a n d o a cobe r tu ra de con-
ce i tos avançados e de novas tecnolog ias. Esse ma te r i a l p o d e ser a p r o v e i t a d o in-
d e p e n d e n t e m e n t e d o tex to p r i n c i p a l , p e r m i t i n d o q u e os ins t ru to res t e n h a m fle-
x i b i l i d a d e na d e t e r m i n a ç ã o das le i tu ras adequadas ao p r e p a r o c ien t í f i co dos es-
tudantes .
Novas d e s c o b e r t a s
Nós , os autores , Mtmos neu r tK ien t i s l as e m p lena a t i v i d a d e e q u e r e m o s que nos-
sos le i tores e n t e n d a m o fasc ín io exe rc ido pela pesqu isa . U m aspecto ú n i c o de
nos5t> l i v m são os q u a d r o s d e n o m i n a d o s A rota da tlescoivria. nos qua i s neuro-
c ient is tas f amosos c o n t a m h is tó r i as acerca de seus p r ó p r i o s es tudos. Esses en-
saios se r \ ' em a d i v e r s o s p ropós i t os : t r a n s m i t i r o sabor da exc i tação d i a n t e de
u m a descober ta ; m o s t r a r a i m p o r t â n c i a d o t r a b a l h o á r d u o e da pac iênc ia , bem
c o m o da i n t u i ç ã o e d o acawi na descoberta; reve lar o l ado h u m a n o da ciência; en-
t re ter e d i v e r t i r . C o n t i n u a m o s essa t rad i ção nesta nova ed ição, c o m con t r i bu i -
ções d e 24 r e n o m a d o s c ient is tas. D e n t r o desse g r u p o i l us t re estão pe lo menos
três laureados c o m o p r ê m i o N o b e l c o m t raba lhos nesta área: E r w i n Neher . Tors-
ten Wiesel e S u s u m u Tonegawa. St)mos m u i t o g ra tos aos au tores dos q u a d r o s A
rota da deacoberla p o r seu t e m p o , esforço e en tus iasmo.
UMA VISTA GERAL DO LIVRO
Ncurodênciai: tlcsveiiiiimdo u sistema nervoso aborda .1 organização e a função do
sistema ner\ 'oso humano. Aprcsonlamos material das fronteiras das neurocicn-
cias, de modo igualmente acessível a estudantes de ciências ou de outros cam-
pos. O nível do material ó comparável a um texto introdutór io de biologia geral
na universidade. O l iv ro 6 d i v i d i do em quatro partes: Parte l. Fundamentos; Par-
te II. Sistemas Motor e Sensorial; Parte III, O Encéíalo e o Comportamento; e Par-
te IV, O Encéfalo em Mudança. Começamos a Parte l introduzindo o campo mo-
derno das neuriKièncias e traçando alguns de seus antecedentes histórict». Estu-
damos entào com maior detalhe a estrutura e a função de neurônios individuais,
como se comunicam quimicamente e como esses blcKos constituintes estão ar-
ranjados para formar um sistema nervoso. Na Parte 11, entramos no encéfalo pa-
ra examinar a estrutura e a função dos sistemas que servem aos sentidos e co-
mandam os mov imentos voluntários. Na Parte III, exploramtw a neurobiologia
do compor tamento humano, inc lu indo motivação, sexo, humor, emoção, sono,
l inguagem e atenção. Finalmente, na Parte IV, obser\ amos como o ambiente mo-
dif ica o encéfalo tanto durante o desenvolvimento quanto no aprendizado e na
memória do adul to.
O sistema nervoso humano é examinado em diferentes níveis, desde as molé-
culas que determinam as propriedades funcionais dos neurónios até os grandes
sistemas que, no encéfalo, const i tuem a base da cognição e do comportamento.
Mui tos d istúrbios do sistema ner\-oso humano são apresentados ao leitor ã me-
d ida que o l i v ro avança normalmente dentro do contexto do sistema neural es-
pecífico que está sendo discut ido. De fato, mu i to do que sabemos sobre as fun-
ções normais dos sistemas neurais foi determinado a part ir do estudo de doen-
ças que provocam disfunções específicas nesses sistemas. Adicionalmente, dis-
cut imos as ações de drogas e toxinas no encéfalo. ut i l izando essa informação pa-
ra i lustrar como diferentes sistemas encefálicos contr ibuem para o comporta-
mento e como certas drogas podem alterar o funcionamento do sistema ner^•oso.
Organização da Parte I: Fundamentos (Capítulos 1 a 7)
O objet ivo da Parle 1 é a construção de uma sólida base de conhecimentos ge-
rais em neurobio logia. Os capi tu los devem ser estudados seqüencialmente,
embora os Capí tu los 1 e 6 possam ser deixados de lado sem grande perda da
cont inu idade.
N o Capí tu lo 1, ut i l izamos um enfoque histórico para revisar alguns princípios
básicos do funcionamento do sistema nervost) e, a seguir, nos voltamos ao tópi-
co de como é conduz ida, atualmente, a pesquisa em neuriKiências. Confronta-
mos dia- tamente a ética da pesquisa em neunxriências, part icularmente aquela
que envo lve animais de experimentação.
N o Capí tu lo 2, enfcK-amos principalmente a biologia celular do neurônio. Tais
informações são essenciais para estudantes sem grande experiência em biologia,
e pensamos que mesmo aquek>s com uma forte formação em biologia considera-
rão út i l esta revisão. Após um passeio pelas céUil.is e suas organelas, paissegui-
remos d iscut indo as características estruturais que tornam únicos os neurônios e
suas células de apoio, enfat izando as correlações entre estrutura e função.
Nos Capítulos 3 e 4, dedicamo-nos ã fisiologia da membrana neuronal. Estu-
damos as propriedades físicas, químicas e moleculaa-s essenciais que permi tem
que t)s neurônios conduzam sinais elétricos. Ao longo de todo o texto, apelamos
à intuiçãí) do estudante pelo empr^'go de um enfixjue de caráter prático, uti l izan-
do metáforas e analogias com a vida real.
Nos Capítulos 5 e ft, estudamos a comunicação interneun>nal, part icularmen-
te a transmissão sináptica química. O Capítulo 5 apresenta os princípios gerais
da transmiss.^o sináptica química, e o Capítulo 6 discute mais detalhadamente
neurotransmissores e seus mecanismos de ação. Também descrevemos mui tos
dos modernos métodos ut i l izados para se estudar a química da transmissão si-
náptic.i. Os capí tu los scßuinti 'S, entrotanlo, náo pressupõem um. i compreensão
da transmissão sinápt ic i i com o p n i f u n d i d a d e estudada no C a p i t u l o 6, de forma
que este pm le ser de i xado de lado se o professor ju lgar conveniente. A maior
parte dos conteúdos envo l vendo ps icofarmacolog ia aparece no Cap i tu lo 15,
após terem s ido estudadas a organização geral d o encéfalo e seus sistemas sen-
soriais e motoa^s. Em nossa exper iência, os estudantes gos tam de saber onde,
além de cerne, a tuam as dn>gas no sistema ner\ 'oso e no compor tamento .
O Capí tu lo 7 estvida a anatomia geral d o sistema nervoso. Aqu i , enfocamos o
p lano organizacional c o m u m d o sistema nerv two dos mamtfen>s pelo estudo do
desenvo lv imento embriol iSgico d o encéfalo. (Aspectos celulares d o desenvolv i -
mento são considerados no Cap í tu lo 22.) Mos t ramos que as especializações do
encéfalo h u m a n o são variações s imples d o p lano básico que se apl ica a todos os
mamífert is.
O apêndice d o Cap í tu lo 7, Cuia í/i/s/nn/e tU' neuroaiialomia huimiui, considera a
superfície e as secções anatômicas d o encéfalo, da medu la espinhal , do sistema
neunivegetat ivo, dos nervos cranianos e d o sistema c i rcu la tór io que supre essas
n-giões. Uma aut tvaval iaçào ajudará os i*studante5 a d o m i n a
r e m a terminologia.
Recomendamos que os leiton*s se fam i l i a r i zem com a anatomia no Guia ilustrado
antes de pn>sseguirem para a Parte II.
Organ ização da Parte II: S i s t e m a s Motor e Sensor ia l
(Cap í tu los 8 a 14)
A Parte II compreende t)s sistemas, d e n t m d o encéfalo, que con t ro lam a sensação
consciente e o m o v i m e n t o vo lun tá r io . Em geral , esses capí tu los não ex igem um
estudt) seqüencial, exceto o 9" e o 10", sobre a visão, e os de números 13 e 14, so-
bre o contro le d o mov imen to .
Escolhemos começar a Parte 11 com uma di.scussão si>brv t>s sentidi>s qu ím icos -
o l fa toe paladar - no Capí tu lo8. Elos coast ih iem intea'ssantes sistemas para ilustra-
ção dos p r i ndp ios gerais e os problemas da ax l i f icação da informação serworial: os
mecanismi>s de transdução apresentam bons paralelos com o u t n » sistemas.
Nos Capí tu los 9 e 101'studamos o sistema visual , u m tóp ico essencial para tiv
dos os cursos de in t rodução às neurociências. M u i t o s detalhes da organização do
sistema v isua l sâo apresentados, i l u s t rando não apenas a p r o f u n d i d a d e do co-
nhec imento atual, mas, também, os p r inc íp ios que p t x l e m ser apl icados aos vá-
r ios sistemas sensoriais.
O Cap í tu lo 11 explora o sistema aud i t i vo , e o C a p í t u l o 12, o sistema si'nsorial
somático. A audição e a sensação somática são u m a par le tão impor tan te da vi-
da d iár ia que é d i f íc i l imag ina rmos uma in t rodução ãs neurociências que não as
discuta. O sent ido vest ibu lar do equ i l íb r io é t ambém abordadt) , em uma seção
própr ia , no Cap í tu lo 11. Tal organização oferece ao professor a possib i l idade d f
deixar de lado o sistema vest ibular, caso ju lgue conveniente.
Nos Capí tu los 13 e 14, d iscu t imos os sistemas motores d o i-ncéfalo. Conside-
rando quan to do encéfalo é ded icado ao cont ro le d o m o v i m e n t o , essa aborda-
gem mais extensa é p lenamente just i f icável . Todos têm consciência, entretanto,
de quão "assustadora" para os estudantes, e até para os professores, pode ser a
comp lex idade dos sistemas motores. Procuramos manter u m en foque preciso
em nossa discussão u t i l i zando numerosos exemplos para contv ta r o que se está
estudando com a experiência pessoal de cada um.
Organ ização da Parte III: O Encéfa lo e o
C o m p o r t a m e n t o (Cap í tu los 15 a 21)
A Parte I I I estuda como di ferentes sistemas neurais con t r i buem para diferentes
compor tamentos , en focando os sistemas em que as conexões entre encéfal i '
comport . imento podem ser mais fortemente estabelecidas. Consideramos os sis-
temas que contro lam as funçòes viscerais e a homeostase. comp«mamenlos mo-
t ivados Simples (como comer e beber), sexo, humor, emoção, sono. consciência,
l inguagem e atençAo. Finalmente, d iscut imos o que ocorre quando esses siste-
mas falham durante os transtornos mentais.
Os Capítulos 15 a N abordam diversos sistemas neurais que art iculam respos-
tas amplas através de todo o encéíalo e de tt>do o corpo. No Capítulo 15, enfoca-
mos três sistemas que se caracterizam por sua ampla influência e interessante
química d l » neurotransmissores: o hipotálamo secretor, o sistema neurovegeta-
t i vo e os sistemas modulatór ios difusos do encéfalo. Discut imi» como as mani-
festações comportamentais de várias drogas podem resultar em disfunçiSes des-
ses sistemas.
N o Cap i tu lo 16. consideramos os fatores fisiológicos que mot ivam comporta-
mentos específicos, enfocando pr incipalmente pesquisas mui to recentes acerca
do controle dos hábitos alimentares. O Capítulo 17 investiga a influência do se-
xo sobre o encéfalo e a inf luência do encéfalo sobre o comportamento sexual. O
Capí tu lo 18 examina os sistemas neurais que, aca^dita-se, sejam a base da expe-
riência e da expressão emocionais, enfatizando especificamente medo e ansieda-
de, raiva e agressão e reforço e aKomponsa,
N o Capí tu lo 19, estudamos os sistemas que impòem ritmi>s ao encéfalo, des-
de os rápidos r i tmos elétriciw do encéfalo durante o sono e vigí l ia até os lentos
r i tmos circadianos que contro lam hormônios, temperatura, estado de alerta e
metabol ismo. A Parte I i i termina com uma discussão da neunx:iéncia das fun-
çiVs cerebrais superiores no Capítulo 20 e de transtornos mentais no Capítulo 21.
Organização da Parte IV: O Encéfalo em Mudança
(Capí tu los 22 a 24)
A 1'arte IV deste l iv ro estuda as bases celulares e moleculares do desenvolvimen-
to do encéfalo e do apn.>ndi/ado e memória, as quais repn.^>ntam duas das mais
fascinantes fronteiras da mtx lema neurociéncia.
O Cap i tu lo 22 examina i>s mtvanismos uti l izados, durante o desenvolvimen-
to do encéfalo, para assegurar que as conexões corretas sejam estabelecidas en-
tre os neurónios. Por divcrs«is ra/óes, os aspectos celulares do desenvolvimento
são discut idos aqui, e não na Parte I desta obra. Primeiro, pt irque, a essa altura
d o texto, os estudantes já ptx lem apasriar integralmente como a função encefáli-
ca norma l depende de uma precis.i conexão dos neurônios. Uma vez que uti l iza-
mos certos aspectos do desenvolv imento dependente da at iv idade (experiência)
do sistema visual, este capítulo deveria ser l ido apt>s a discussão a respeito das
vias visuais, feita na Parte II do l ivro. Segundo, aK>rdamiw aspectt>s do desen-
vo lv imen to do sistema visual dependente da experiência que são regulados pe-
los sistemas modulatór ios d i f us t» do encéfalo: isso explica por que este capítulo
aparece após a Parte III. Por f im, uma discussão sobre o papel do ambiente sen-
sorial no desenvolv imento do encéfalo, no Capi tu lo 22, é seguida, nos dois capi-
i'uk)s seguintes, por uma discussão aceaa de como miHÜÍicações encefálicas de-
pendentes da experiência consti tuem as bases do aprendizado e da memória. Ve-
mos que m u i t i « dos mecanismos são semelhantes, i lustrando a unidade intrín-
se«.'a da biologia.
t )s Capítu los 23 e 24 abordam o aprendizado e a memória. O Capítulo 23 en-
fiK-a a anatomia da memória, analisando como diferentes partes do encéfalo con-
t r ibuem para armazenar diferentes t i p i » de informação, enquanto o 24 prt>move
uma discussão mais pro funda no que concerne aos mecanismos moleculares e
celulares do aprendizado e da memória, com destaque para as mudanças nas co-
nexiVs sinápticas.
XIV preláck)
AJUDANDO OS E S T U D A N T E S A A P R E N D E R
Nciinvicticias: dcsvetuiumio o shtcma iwnvfo nõo é u n i es tudo exnust i \ 'o. Nossa in-
lensão é que seja u m l i v ro - lex to de le i lu ra fácil, que c o m u n i q u e aos estudantes
os pr incíp ios mais impor tan tes das neurociéncias de manei ra clara o efetiva. Pa-
ra ajudar os estudantes a aprenderem neurcxiências, inc lu ímos diversas caracte-
rísticas projetadas para aumentar a fac i l idade do compreensão.
• Resumos e comen iá r ios i n t r o d u t ó r i o s e f i n a i s em cada cap í tu lo . Garante
uma visão geral da organização de cada capí tu lo, organiza o contexto e apre-
senta o assunto em uma perspect iva mais ampla .
• Palavras-chave e g lossár io . As neurociências têm uma l inguagem própr ia, e
para compreendê- la deve-se aprender seu v w a b u l á r i o . N o texto de cada capí-
tulo, termos impor tantes são destacados em negr i to. Para faci l i tar sua revisão,
esses termos aparecem em uma lista no f ina l de cada capí tu lo , na o rdem em
que apareceram no texto, jun tamente com as páginas, c o m o referência, Os
mesmos termos estão reunidos no f inal do l i v ro , com suas def inições, em um
glossário.
• Questões para revisão. N o f inal de cada capí tu lo , i nc lu ímos u m breve con-
jun to de questões para revisão. Elas fo ram elatH)radas especialmente para es-
t imu la r o raciocínio c aux i l ia r os estudantes a in tegrar os conteúdos.
• Revisões in
ternas de termos neuroanatõmicos . N o Cap í tu lo 7, em que a ana-
tomia d o sistema ner\ 'oso é apresentada, a nar ra t iva é i n te r romp ida periodi-
camente para breves auto-aval iações que asrap i tu lam o n o v o vcKabulár io, de
forma a aumentar a compreensão. N o apêndice d o Cap í tu lo 7, há uma exten-
sa auto-aval iaçào na fo rma de u m caderno de exercícios a ser preench ido com
os nomes das estruturas.
• Referências e le i tu ras suger idas. Para gu iar o es tudo a lém d o p lano do l ivro-
texto, fornecemos uma lista de referências selecionadas que gu ia rão o estu-
dante na l i teratura da pesquisa ass<Kiada a cada capí tu lo , Em vez de inc lu i r
citações no co rpo d o texto, c o m p r o m e t e n d o a l inear idade da le i tura, organi-
zamos as referências e le i turas suger idas po r cap í tu lo e as l is tamos no f inal do
l ivro.
• I lust rações co lo r idas . Acred i tamos no poder das i lustrações - não aquelas
que " fa lam m i l pa lavras" , mas aquelas que estabelecem, cada qua l , u m pon-
to. A 1* edição deste l i v r o estabeleceu u m n o v o padrão para i lustrações em
u m texto de neurociências. Tal padrão foi a p r i m o r a d o novamente , com novas
e excelentes i lustrações para esta 2* edição.
SUMARIO REDUZIDO
PARTE 1 FUNDAMENTOS
Capítulo 1 Introdução às Neurociônclas / 2
Capitulo 2 Neurónios e Qlla / 22
Capitulo 3 A Membrana Neuronal em Repouso / 50
Capítulo 4 0 Potencial de A i ^ o / 7 3
Capítulo 5 Transmissão Sináptica / 98
Capítulos Sistemas de Neurolransmissores/130
Capitulo 7 A Estrutura do Sistema Nervoso /163
PARTE M S ISTEMAS MOTOR E SENSORIAL
Capitulo 6 Os Sentidos Químicos / 254
Capítulo 9 0 Olho / 280
Capitulo t o O Sistema Visual Central / 313
Capítulo 11 Os Sislemas /Vuditivo e Vestibular / 349
Capítulo 12 0 Sistema Sensorial Somático / 396
Capitulo t 3 Controle Espinhal do Movimento / 436
Capítulo 14 Controle Encefálico do Movimento / 465
PARTE III 0 ENCÉFALO E 0 COMPORTAMENTO
Capítulo 15 O Controle Químico do Encátalo e do Comportamento / 496
Capítulo 16 Mot ivação/522
Capítulo 17 Sexo e Sistema Nervoso / 547
Capitulo 18 Mecanismos da Emoção no Encélalo / 580
Capitulo 19 Os Ritmos do Encélalo / 606
Capítulo 20 Linguagem e Atenção / 637
Capítulo 21 Transtornos Mentais / 675
PARTE IV 0 ENCÉFALO EM MUDANÇA
Capítulo 22 Conectando o Encélalo / 704
Capítulo 23 Sistemas de Memória/ 739
Capitulo 24 Mecanismos Moleculares do Aprendizado e da Memória / 775
Glossár io/609
Reteréncias BiWiogtálicas e Leituras Sugeridas / B31
Índico/643
SUMÁRIO
PARTEI FUNDAMENTOS
Cap í tu lo 1
I n r o d u ç ã o às N e u r o c l è n c i a s
INTRODUÇÃO / 3
AS ORIGENS OAS NEUROCIÊNCIAS / 3
O encéfalo como era visto na Grécia antiga / 4
O encéfalo como era visto durante o Império Romano / 4
O encéfalo como era visto da Renascença ao século XIX / 5
O encéfalo como era visto no século XIX / 7
Nervos como fios / 7
Localização de funções específicas em diferentes
partes do cérebro/10
A evolução do sistema nervoso / 1 1
O neurônio: a unidade funcional básica do sistema
nen/oso/12
AS NEUROCIÊNCIAS HOJE /13
Níveis de análise/13
Neurociências moleculares /13
Neurocièncias celulares / 1 3
Neurociências de sistemas /13
Neurociências comportamentais /13
Neurociências cognitivas /14
Os neurocientislas/14
O processo científico / 1 5
Observação/15
Replicação /15
Interpretação/15
Verificação/16
O uso de animais na pesquisa em neurociências / 1 6
Os animais/16
Bem-estar dos animais / 1 7
Direitos dos animais/17
O custo da ignorância: distúrbios e transtornos do sistema
nen/oso /19
COMENTÁRIOS FINAIS / 20
• QUESTÕES DE REVISÃO/21
C a p í t u l o 2
N e u r ô n i o s e Gl ia
INTRODUÇÃO/23
A DOUTRINA NEURONAL / 23
A coloração de GoIgi / 24
A contribuição de Cajal / 25
• Quadro 2.1 De Especial Interesse: Avanços
na microscopia / 27
O NEURÔNIO PROTOTÍPICO / 26
O soma / 26
O núcleo / 26
Retículo endoplasmático rugoso / 29
Retículo endoplasmático liso e aparelho de GoIgi/ 31
Amitocôndr ia/31
A membrana neuronal / 32
O citoesqueleto / 32
Microtubules/33
• Quadro 2.2 De Especial Interesse: Doença
de Alzhieimer e citoesqueleto neuronal / 34
Microfilamentos / 33
Neurofilamentos / 36
O axônio / 36
O terminal axonal / 37
A sinapse / 38
Transporte axoplasmálico / 38
• Quadro 2.3 De Especial Interesse: Pegando
carona em um trem que anda de marcha à ré
/ 4 1
Dendrites / 39
• Quadro 2.4 De Especial Interesse: Retardo
mental e espinfios dendríticos / 42
• Quadro 2.5 A Rota da Descoberta: A história
da síntese protéica nos dendritos - Oswald
Steward / 44
CLASSIFICANDO OS NEURÔNIOS / 40
Classificação baseada no número de neuritos / 40
Classif icado baseada nos dendritos / 40
Classificação baseada nas conexões / 41
Classificação baseada no comprimento do axônio / 42
Classificação baseada nos neurotransmissores / 42
GL IA /43
Astrócitos / 43
Glia formadora de mielina / 46
Outras células não-neuronais / 47
COMENTÁRIOS FINAIS/48
PALAVRAS-CHAVE/48
• QUESTÕES DE REVISÃO/49
C a p í t u l o 3
A M e m b r a n a N e u r o n a l e m R e p o u s o
INTRODUÇÃO/51
A ESCOLHA DOS COMPONENTES QUÍMICOS / 52
O citosol e o fluido extracelular / 52
Água / 52
íons /53
A membrana fosfolipídica / 53
A bicamada fosfolipídica / 54
Proteínas/54
Estrutura protéica / 55
Canais protéicos / 57
Bombas iónicas/58
MOVIMENTOS DE ÍONS / 58
Di fusão/56
• Quadro 3.1 Alimento para o Cérebro: Móis e
molaridade / 59
Eletricidade/58
AS BASES IÓNICAS DO POTENCIAL DE REPOUSO DAS
MEMBRANAS/60
Poienciais de equilíbrio / 60
A equação de Nemst /62
• Quadro 3.2 Alimento para o Cérebro: A
equação de Nernst / 64
Distribuição de ions através da membrana / 62
Permeabil idades iónicas reiativas da membrana em
repouso/ 63
• Quadro 3.3 Alimento para o Cérebro: A
equação de Goldman / 66
O vasto mundo dos canais de potássio / 65
• Quadro 3.4 A Rota da Descoberta: As
moscas Shaker e seus canais de potássio
defeituosos - Lily e Yuh Nung Jan / 67
A importância da regulação da concentração externa de
potássio / 69
• Quadro 3.5 De Especial Interesse: Morte por
injeçáo letal / 71
COMENTÁRIOS FINAIS/71
PALAVRAS-CHAVE/72
• QUESTÕES DE REVISÃO/72
Capítulo 4
O Potencial de Ação
INTRODUÇÃO / 74
PROPRIEDADES DO POTENCIAL DE AÇÃO / 74
Altos e baixos de um potencial de açáo /74
• Quadro 4,1 Alimento para o Cérebro: Méxoóos
para registro dos potenciais de ação / 75
A geração de um potencial de ação / 74
A geração de múltiplos potenciais de ação / 76
O POTENCIAL DE AÇÃO NA TEORIA / 77
Correntes e condutâncias de membrana / 78
O entra-e-sai de um potencial de ação / 79
O POTENCIAL DE AÇÃO PRÃTICA / 80
O canal de sódio dependente de voltagem / 82
Estrutura do canal de sódio / 82
Propriedades (uncionais do canal de sódio / 82
• Quadro 4,2 Alimer}lo para o Cérebro. O método de
tixaçáo da membrana ißatch-clamp). 85
• Quadro 4.3 A Rota da Descoberta: O desafio
de decifrar os canais dependentes de
voltagem - Erwin Neher . 86
Os efeitos de toxinas sobre os canais de sódio / 87
Os canais de potássio dependentes de voltagem / 88
Juntando as peças do quebra-cabeça / 88
A CONDUÇÃO DO POTENCIAL DE AÇÃO / 89
Fatores que influenciam a velocidade de condução / 91
• Quadro 4.4 De Especial Interesse: Anestesia
local / 93
Mielina e condução saltatória / 92
• Quadro 4.5 De Especial Interesse Esclerose
múltipla, uma doença desmielmizante. 94
POTENCIAIS DE AÇÃO. AXÔNIOS E DENDRITOS / 94
• Quadro 4 6 De Especial Interesse. O eclético
comportamento elétrico dos neurônios / 96
COMENTÁRIOS FINAIS / 97
PALAVRAS-CHAVE / 97
• QUESTÕES DE REVISÃO/97
Capítulo 5
Transmissão Sináptica
INTRODUÇÃO/99
• Quadro 5.1 De Especial Interesse: Otto
Loew/i e o Vagusstoff / 1 0 0
TIPOS DE SINAPSES / 99
Sinapses elétricas/100
Sinapses químicas/101
Sinapses do SNC/103
A junção neuromuscular /103
PRINCÍPIOS DA TRANSMISSÃO SINÁPTICA QUÍMICA /105
Neurotransmissores /105
Síntese e armazenamento de neurotransmissores /107
Liberação de neurotransmissores /109
• 5.2 A Rola da Descoberta: Anatomia
funcional da l iberação de
neurotransmissores - Thomas Südhof / 1 1 0
• Quadro 5,3 Alimento para o Cerebro: Como
atracar uma vesícula / 1 1 1
Receptores para neurotransmissores e proteínas efetoras
/ 1 12
Canais iónicos ativados por neurotransmissores /112
• Quadro 5.4 Alimento para o Cerebro:
potenciais de inversão / 1 1 4
Receptores acoplados a proteínas G /113
/^uto-receptores /116
Reciclagem e degradação de neurotransmissores /116
Neurofarmacologia/117
• Quadro 5.5 De Especial Interesse: Bactérias,
aranhas, cobras e você / 1 1 8
PRINCÍPIOS DA INTEGRAÇÃO SINÁPTICA /119
A integração dos PEPSs /119
Análise quântica dos PEPSs / 119
Somaçãodos PEPSs/120
A contribuição das propnedades dendríticas à integração
sináptica /120
Propriedades dos cabos dendríticos /121
Dendrites excitáveis/122
Inibição sináptica/123
• Quadro 5.6 De Especial Interesse: Mutações
assustadoras 124
Potenciais pós-sinápticos inibitórios (PIPSs) e
inibição por derivação {stiunting) / 124
A geometria das sinapses excitatórias e inibitórias /
126
Modulação sináptica/126
COMENTÁRIOS FINAIS/127
PALAVRAS-CHAVE/128
• QUESTÕES DE REVISÃO/129
Capítulo 6
Sistemas de Neurotransmissores
INTRODUÇÃO/131
ESTUDANDO OS SISTEMAS DE NEUROTRANSMISSORES
/132
Localização de transmissores e enzimas de síntese de
transmissores/132
lmunocitoquimica/132
Hibrídizaçá0'r7SJfu/133
XVIII Sumáno
Esludando a liberação de neu retransmissores /135
Estudando o mimetismo sináptico /136
Estudando os receptores /136
Análise neurofarmacológica /136
Métodos de ligantes seletivos /137
• Quadro 6 1 A Rota da Descoberta. Breve
históna do receptor nK»tínico - Jean-Pierre
Changeux ' 139
Análise molecular/140
QUÍMICA DOS NEUROTRANSMISSORES / 140
Neurônios colinérgicos /141
• Quadro 6.2 AUmento para o Cérebrcr.
BombearxJo íons e transmissores. 142
Neurônios catecolaminérgicos /143
Neurônios serotoninérgicos /145
Neurônios aminoacidérgicos /145
Outros candidatos a neurotransmissores e a mensageiros
interc8lulare$/146
• Quadro 6.3 De Especial Interesse:
Canabinófdes neurotransmissores? ' 148
CANAIS ATIVADOS POR TRANSMISSORES /147
A estrutura básica de canais ativados por transmissores /
147
Canais ativados por aminoácidos /150
Canais ativados por glutamato /150
• Quadro 6.4 De Especial Interesse. Os
venenos que excitam o encéfalo ' 152
Canais ativados por glicina e GABA /151
RECEPTORES ACOPLADOS A PROTEÍNAS G E SEUS
ÉFETORES/153
A estrutura básica dos receptores acoplados a proteínas
G / 1 5 4
As sempre presentes proteínas G / 154
Sistemas de eíetores acoplados a proteínas G /156
Av ia de atalho/156
Cascatas de segundos mensageiros /157
Fosforilaçâo e defosforilação /158
A função das cascatas de sinalização / 159
DIVERGÊNCIA E CONVERGÊNCIA EM SISTEMAS DE
NEUROTRANSMISSORES /160
COMENTÁRIOS FINAIS/161
PALAVRAS-CHAVE /162
• QUESTÕES DE REVISÃO/162
Capítulo 7
A Estrutura do S is tema Nervoso
INTRODUÇÃO/164
ORGANIZAÇÃO MACROSCÓPICA DO SISTEMA NERVOSO
DOS MAMÍFEROS/164
Referenciais anatômicos /164
O sistema nervoso central /167
O cérebro/167
Ocerebelo/167
O tronco encefálico /168
A medula espinhal/168
O sistema nervoso periférico /169
OSNP somático/169
O SNP visceral/169
/^ônios aferentes e eferentes /169
Os nervos cranianos / 170
As meninges/170
O sistema ventricular /170
• Quadro 7.1 De Especial Interesse: Água no
e n c é t a l o / 1 7 2
Produzindo imagens do encéfalo vivo / 173
Tomografia computadorizada /173
Imagens por ressonância magnética / 173
• Quadro 7.2 Alimento para o Cérebro-.
Imagens por ressonânc ia magnét ica / 1 7 4
Imagens funcionais do encéfalo / 173
• Quadro 7 .3 Alimento para o Cérebra
Imagens func iona is da at iv idade do encéfalo;
T E P e l R M f / 1 7 6
COMPREENDENDO A ESTRUTURA DO SNC ATRAVÉS DO
DESENVOLVIMENTO/175
Formação do tubo neural / 175
• Quadro 7.4 De Especial Interesse: Nutr ição e
o tubo n e u r a l ' ' 1 8 0
As três vesículas encefálicas primárias / 178
Diferenciação do prosencéfalo /179
Diferenciação do telencéfalo e do diencéfalo /179
Relações entre estrutura e função do telencéfalo/
184
Diferenciação do mesencéfalo / 185
Relações entre estrutura e função do mesencéfalo/
185
Diferenciação do rombencéfalo / 186
Relações entre estrutura e função do rombencéfalo/
186
Diferenciação da medula espinhal / 188
Relações entre estrutura e função da medula /186
Juntando as peças do quebra-cabeça /189
Características especias do SNC humano/191
GUIA 0 0 CÓRTEX CEREBRAL / 193
Tipos de córtex cerebral /194
Áreas do neocórtex /195
Evolução neocorlical e relações estrutura-funçáo /196
• Quadro 7.5 A Rota da Descoberta: A
evolução da evolução do neocór tex - Jon
K a a s / 1 9 7
COMENTÁRIOS FINAIS /199
PALAVRAS-CHAVE / 200
• QUESTÕES DE REVISÃO / 201
APÊNDICE: GUIA ILUSTRADO DE NEUROANATOMIA
HUMANA/202
PARTE II S ISTEMAS MOTOR E SENSORIAL
C a p í t u l o 8
Os S e n t i d o s Q u í m i c o s
INTRODUÇÃO/255
A GUSTAÇÃO/255
Os sabores básicos / 256
Os órgãos da gustação / 256
As células receptoras gustativas / 258
Mecanismos da transdução gustativa / 259
O sabor salgado/261
Sumério XIX
O sabor azedo (ácido) / 261
O sabor doce / 2S1
O sabor a m a r g o / 2 6 1
Aminoác idos /262
Vias centrais da gustação / 263
• Q u a d r o 8 . 1 De Especial Interesse: Memòüas
d e u m a péssima refeição / 2 6 5
A codif icação neural da gustação / 263
O OLFATO/ 268
• Q u a d r o 8 .2 De Especial Interesse:
Feromônios humanos? / 2 6 6
• Q u a d r o 8 , 3 A Rota da Descot^rta:
Hormônios, feromônios e comportamento -
Mar tha McCIinlock / 2 6 8
Os orgãos do olfato / 269
Neurônios receptores olfativos / 270
A transdução olfativa / 270
Vias centrais do olfato / 273
Representações temporal e espacial da informação
olfativa / 276
Código olfativo de população / 277
Mapas olfativos / 277
Codif icação temporal no sistema olfativo / 278
COMENTÁRIOS FINAIS / 278
PALAVRAS-CHAVE / 279
• QUESTÕES OE R E V I S Ã O / 2 7 9
C a p í t u l o 9
O O l h o
I N T R O D U Ç Ã O / 2 8 1
AS PROPRIEDADES DA LUZ / 282
L u z / 2 8 2
Óptica / 283
A ESTRUTURA DO O L H O / 2 8 3
Anatomia geral do olho / 284
Aparência oftalmoscópica do olho 1284
• Quadro 9.1 De Especial Interesse:
Demonst rando os pontos cegos de seu olho /
2 8 5
Anatomia de secção transversal do olho / 286
• Q u a d r o 9 .2 De Especial Interesse:
Disfunções d a visào / 2 8 7
FORMAÇÃO DA IMAGEM PELO OLHO / 286
Reíração pela córnea / 286
Acomodação pelo cristalino / 289
• Q u a d r o 9 . 3 De Especial Interesse: Correção
da visão com uso de lentes e com cirurgia '
2 9 0
Reflexo pupilar da luz direta / 289
Campo visual 1289
Acuidade visual / 290
ANATOMIA MICROSCÓPICA DA RETINA / 291
Organização laminar da retina / 292
Estrutura de um fotorreceptor / 293
Diferenças regionais na estrutura da retina / 294
F O T O T R A N S D U Ç Ã O / 2 9 4
Fototransdução nos bastonetes / 294
Folotransduçâo nos cones / 299
• Quadro 9 .4 A Rota da Descoberta: O s genes
e a visão - Jeremy Nathans / 3 0 0
Detecção de cores / 299
• Quadro 9 .5
De Especial Interesse: Os erros
genéticos e as cores que vemos / 3 0 2
Adaptação ao escuro e à claridade / 301
O PROCESSAMENTO NA RETINA / 303
Transformações na camada plexiforme externa / 304
Campos receptivos de células bipolares / 304
OS SINAIS DE SAÍDA DA RETINA / 306
Campos receptivos de células ganglionares / 306
Tipos de células ganglionares / 308
Células ganglionares de oposição de cores / 309
Processamento em paralelo / 310
COMENTÁRIOS FINAIS / 311
PALAVRAS-CHAVE/312
• QUESTÕES DE R E V I S Ã O / 3 1 2
C a p í t u l o 1 0
O S i s t e m a V i s u a l C e n t r a l
INTRODUÇÃO/314
A PROJEÇÃO RETINOFUGALI 314
O nervo, o quiasma e o tracto óptico / 315
Hemicampos visuais direito e esquerdo / 315
Alvos cio tracto óptico / 317
• Quadro 10.1 De Especial Interesse: Davi e
G o l i a s / 3 1 9
Alvos não-talâmicos do tracto óptico / 318
Ret ino lop ia /319
O NÚCLEO GENICULADO LATERAL / 321
A segregação dos sinais de entrada pelo olho e pelo tipo
de célula ganglionar / 321
Campos receptivos / 322
Sinais de entrada não-retinianos ao NGL / 323
ANATOMIA 0 0 CÓRTEX ESTRIADO / 324
Laminação do córtex estriado / 324
As células das diferentes camadas / 325
A organização de entradas e saídas nas diferentes
camadas / 326
Sinais de entrada do NGL na camada IVC / 326
Inen/ação de outras camadas cort icais. 327
Bolhas ' 328
Vias para le las /329
FISIOLOGIA DO CÓRTEX ESTRIADO / 330
O canal M . 330
O canal P - I B / 3 3 2
Colunas de orientação / 333
• Quadro 10.2 Alimento para o Cérebro.
Atividade neural por imagens opticas / 334
Fisiologia das bolhas / 336
Junlando as peças do quebra-cabeça / 336
ALÉM DO CÓRTEX ESTRIADO / 337
O feixe dorsal / 339
A área MT / 339
• Quadro 10 .3 A Rota da Descoberta: E m
busca da representação cerebral do
movimento coerente - Anthony Movshon /
3 4 0
Áreas dorsais e processamento do movimento / 339
o feixe ventral /342
A área V 4 / 3 4 2
A área I T / 3 4 2
OOS NEURÔNIOS À PERCEPÇÃO / 342
• Quadro 10.4 De Especial Interesse:
Percepção de profundKlade. pontos
aleatórios e o shopping center/ 344
Dos fotorreceplores às célu4as-avó / 343
Processamento em paralelo / 343
COMENTÁRIOS FINAIS / 347
PALAVRAS-CHAVE / 347
• QUESTÕES DE REVISÃO / 348
Capítulo 11
Os Sistemas Audit ivo e Vest ibular
INTRODUÇÃO/351
A NATUREZA DO SOM / 351
• Quadro 11.1 D e Especial Interesse: Infra-
som • 353
A ESTRUTURA DO SISTEMA AUDITIVO / 353
O OUVIDO MÉDIO/355
Componentes do ouvido médio / 355
Amplificação da força do som pelos ossículos / 356
O reflexo de atenuação / 356
O OUVIDO INTERNO/357
Anatomia da cóclea / 357
Fisiologia da cóclea / 359
A resposta da membrana basilar ao som / 359
O órgão de Corti e as estruturas associadas / 360
Transdução pelas células ciliadas / 362
A inervaçáo das células ciliadas / 365
Amplificação pelas células ciliadas externas / 366
• Quadro 11.2 Oe Especial Interesse: O s
ouvidos barulhentos; as emissões
otoacústícas / 367
PROCESSOS AUDITIVOS CENTRAIS / 368
A anatomia das vias auditivas / 368
Propriedades de respostas dos neurônios na via auditiva /
370
CODIFICAÇÃO DA FREQIJÉNCIA E DA INTENSIDADE DO
SOM / 371
Intensidade do estímulo / 371
Freqüência do estímulo, tonotopia e sincronia de fase /
372
Tonotopia / 372
Sincronia de fase / 373
MECANISMOS DE LOCALIZAÇÃO DO SOM / 374
Localização do som no plano honzontal / 375
A sensibilidade dos neurônios com resposta
biauricular à localização do som / 376
• Quadro 11.3 Aliniento para o Cérebrcr
Neurônios auditivos, rápidos e certeiros / 376
Localização do som no plano vertical/ 379
• Ooadro ^^AA Rota da Descoberta U m a
busca pelo irrtpossível - M a s a k a z u Konishi '
3 6 0
CÓRTEX AUDITIVO/381
Propriedades das respostas neuronais / 381
• Quadro 11 5 D e Especial Interesse: C o m o
funciona o córtex auditivo? Consulte um
especialista / 362
Efeitos de lesões e ablações do córtex auditivo / 385
• Quadro 11.6 D e Especial Interesse:
Distúrbios auditivos ' 3 8 4
O SISTEMA VESTIBULAR / 385
O labirinto vestibular / 385
Os órgãos otolíticos / 387
Os canais semicirculares / 389
Vias vestibulares centrais e reflexos vestibulares / 391
O reflexo vestíbulo-ocular / 392
Patologia vestibular / 393
COMENTÁRIOS FINAIS / 393
FíALAVRAS-CHAVE/394
• QUESTÕES DE REVISÃO / 395
Capí tu lo 12
O S is tema Sensor ia l S o m á t i c o
INTRODUÇÃO/397
TATO/397
Mecar>orreceptores da pele / 398
A vibração e o corpúsculo de Pacini / 400
Discriminação entre dois pontos / 401
Axônios aferentes primários / 402
A medula espinhal / 404
Organização segmentar da medula e s p i n h a l 4 0 4
• Quadro 12.1 De Especial Interesse:
Herpesvirus, herpes zoster e dermátomos /
4 0 6
Organização sensorial da medula espinhal / 407
A via lemniscal / 407
A via táctil do trigèmeo / 410
Córtex somatossensorial / 410
• Quadro 12.2 Alinnento para o Cérebro-.
Inibição l a t e r a l / 4 1 1
Córtex somatossensorial phmário / 412
Somatolopia cortical / 413
Plasticidade do mapa cortical / 416
• Quadro 12,3 A Rota da Descoberta: O poder
dos mapas mutáveis - Michael Merzenich /
4 1 6
O córtex parietal posterior / 420
DOR / 421
• Quadro 12.4 De Especial Interesse. A
miséria de u m a vida sem dor / 4 2 2
Nociceplores e a transdução de estímulos dolorosos / 422
Tipos de nociceplores / 423
Hiperalgesia / 423
Aferentes primários e mecanismos espinhais / 424
Vias ascendentes da dor / 426
A via espinotalãmica da dor / 426
A via trigeminal da dor / 427
O tálamo e o córtex / 428
A regulação da dor / 429
Regulação aferente / 430
Regulação descendente / 430
Os opióides endógenos / 431
• Q u a d r o 12 .6 D e Especial Interesse Dor e
efeito p lacebo / 4 3 2
T E M P E R A T U R A / 4 3 2
Termorreceptores / 432
A via da temperatura / 434
COMENTÁRIOS FINAIS / 434
PALAVRAS-CHAVE / 435
• QUESTÕES OE R E V I S Ã O / 4 3 5
C a p í t u l o 1 3
C o n t r o l e E s p i n h a l d o M o v i m e n t o
I N T R O D U Ç Ã O / 4 3 7
O SISTEMA MOTOR S O M Á T I C O / 4 3 7
O NEURÔNIO MOTOR INFERIOR / 439
A organização segmentar dos neurônios motores
inferiores / 439
Neurônios motores alfa / 440
O controle da graduação da contração muscular
pelos neurônios motores alfa / 440
Entrada dos neurônios motores alfa / 442
Tipos de unidades motoras / 442
Junção neuromuscular / 443
ACOPLAMENTO EXCITAÇÃO-CONTRAÇÂO / 444
• Q u a d r o 13.1 De Especial Interesse:
Esclerose amiofrófíca lateral - 4 4 5
A estrutura da fibra muscular / 445
• Q u a d r o 13 .2 De Especiallnteresse:
Miastenia gravis / 4 4 6
A base molecular da contração muscular / 446
CONTROLE ESPINHAL DAS UNIDADES MOTORAS / 449
Propriocepção dos fusos musculares / 449
O reflexo m io tá t i co /450
Neurônios motores g a m a / 4 5 3
• Quadro 13 .3 De Especial Interesse Distrofia
muscular d e Ducf ienne 4 5 2
Propriocepção dos órgãos tendinosos de Golgi / 454
Propriocepção das articulações / 457
Interneurônios espinhais / 457
Entrada inibitória / 457
Entrada excitatória / 456
A geração de programas motores espinhais para
c a m i n h a r / 4 5 9
• Quadro 13.4 A Rota da Descoòerta.
Locomoção: das moléculas às redes e a o
compor tamento S ten Gnllner 4 6 1
COMENTÁRIOS FINAIS / 463
PALAVRAS-CHAVE/463
• QUESTÕES DE R E V I S Ã O / 4 6 4
C a p í t u l o 1 4
C o n t r o l e E n c e f á l i c o d o M o v i m e n t o
I N T R O D U Ç Ã O / 4 6 6
OS TRACTOS ESPINHAIS DESCENDENTES / 468
As vias laterais / 469
Os efeitos de lesões nas vias laterais / 469
As vias ventromedials / 470
Os tractos vestibulo-espinhais / 470
O tracto tecto-espinhal / 471
Os tractos retículo-espinhais pontino e bulbar / 471
O PLANEJAMENTO DO MOVIMENTO PELO CÓRTEX
C E R E B R A L / 4 7 3
O córtex m o t o r / 4 7 3
As contribuições dos côrtices parietal posterior e pré-
frontal / 474
Os correlatos neurais do planejamento motor / 475
• Q u a d r o 14.1 De Especial Interesse:
Neuro f i s lo iog ia c o m p o r t a m e n t a l / 4 7 6
OS GÂNGLIOS DA BASE / 477
A anatomia dos gânglios da base / 478
A alça m o t o r a / 4 7 9
Os distúrbios dos gânglios da base / 479
• Q u a d r o 14.2 De Especial Interesse:
C o m e t e m su i c íd io o s neu rón ios d o e n t e s d o s
g â n g l i o s d a b a s e ? / 4 8 0
A INICIAÇÃO DO MOVIMENTO PELO CÓRTEX MOTOR
P R I M Á R I O / 4 8 2
A organização de entradas e saídas de M l / 483
A codificação do movimento em M1 / 483
O mapa motor maleável / 484
• Q u a d r o 14 .3 A Rota da Descoberta:
Dis tnbu t çâo d a cod i f k :açâo n o co l í cu lo
s u p e n o r - J a m e s T. Mc i lwa in / 4 8 6
O C E R E B E L O / 4 8 7
• Q u a d r o 14.4 De Especial Interesse:
M o v i m e n t o s i nvo lun tá r ios r w r m a i s e
a n o r m a i s ' 4 8 8
A anatomia do cerebelo / 489
A alça motora através do cerebelo lateral / 490
Programando o cerebelo / 491
COMENTÁRIOS FINAIS / 492
PALAVRAS-CHAVE / 493
• QUESTÕES DE R E V I S Ã O / 4 9 3
PAHTE III O E N C E F A L O E O C O M P O R T A M E N T O
C a p í t u l o 1 5
O C o n t r o l e Q u í m i c o d o E n c é f a l o e d o
C o m p o r t a m e n t o
INTRODUÇÃO / 497
O HIPOTÁLAMO SECRETOR / 499
Uma visão panorâmica do hipotálamo / 499
Homeostase / 500
Estrutura e conexões do hipotálamo / 500
Rolas para a hipófise / 500
Controle hipotalãmico da hipófise posterior / 501
Controle hipotalãmico da fiipófise anterior / 502
O SISTEMA NEUROVEGETATIVO / 505
• Q u a d r o 1S.1 De Espeoal Interesse O
e s t r e s s e e o e n c é f a l o ' 5 0 6
Circuitos do S N V / 5 0 7
Divisões simpática e parassimpática / 507
Divisão en té r i ca /510
Controle central do S N V / 5 1 0
X X I I Sutnám
Os neuroiransmíssores e a farmacologia da lunçâo
vege la l í va /511
Neuroiransmíssores pró-gangl lonares / 511
Neuroiransmíssores pós-gangl ionares / 512
OS SISTEMAS MODULATÓRIOS DE PROJEÇÃO DIFUSA
D O E N C É F A L O / 5 1 2
Anatomia e funções dos s is lemas modula lór ios de
projeção d i f u s a / 5 1 3
O locus cenjieus noradrenérgico / 513
• Q u a d r o 1 5 . 2 A Rola da Descoberta
I l u m i n a n d o a s c a l o c o l a m i n a s d o e n c ó f a l o -
Kiell F u x e ' 5 1 4
Os núcleos seroloninérgicos da rale / 515
A subsiância nigra dopaminórgica e a área legmen la l
»en l ra l / 516
Os complexos colinérgícos do prosencéfalo basal e
do Ironco encefál ico / 517
As drogas e os sistemas modulatúr ios de projeção di fusa
/ 5 1 8
A luc i nógenos /518
Es t imu lan tes /519
COMENTÁRIOS FINAIS / 520
P A U V R A S - C H A V E / 5 2 1
• QUESTÕES DE R E V I S Ã O / 5 2 1
Capítulo 16
Motivação
I N T R O D U Ç Ã O / 5 2 3
H I P O T Ã U M O . HOMEOSTASE E C O M P O R T A M E N T O
MOTIVADO / 523
A R E G U l ^ Ç Ã O A L O N G O P R A Z O DO C O M P O R T A M E N T O
A U M E N T A R / 524
Balanço energét ico / 524
Regulação hormonal e hipotalàmica da gordura corpora l
e da ingestão de al imento / 526
Gordura corporal e consumo de al imento / 526
O hipotálamo e a ingestão de al imento /527
Os efeitos de mveis e levados de leptina sobre o
h ipotálamo / 528
• Q u a d r o 1 6 . 1 X Role de Descoberta!. A
p o s s i b i l i d a d e d a g o r d u r a - J e f f r e y F r i e d m a n /
5 2 8
Os eleitos de níveis reduzidos de leptina sobre o
hipotálamo / 530
O controle da ingestão de al imento por pept id ios d o
hipotálamo lateral / 531
A REGULAÇÃO A CURTO P R A Z O DO C O M P O R T A M E N T O
ALIMENTAR / 534
O ato de comer, a d igestão e a saciedade / 535
Distensão g á s t r i c a / 5 3 6
Colecislocinina / 536
Insulina / 536
• Q u a d r o 1 6 . 2 De Especial Interesse- D i a b e t e
m e l i t o e c h o q u e i n s u l i n i c c ; 5 3 8
POR OUE C O M E M O S ? / 539
O papel da dopamina na mot ivação / 539
Serotonina. a l imento e humor / 540
O U T R O S C O M P O R T A M E N T O S MOTIVADOS / 540
• Q u a d r o 1 6 3 De Especial Interesse.
D o p a m i n e e d e p e n d ê n c i a q u í m i c a / 5 4 1
O ato de beber / 542
Regu lação da temperatura / 543
C O M E N T Á R I O S FINAIS / 545
PALAVRAS-CHAVE / 546
• Q U E S T Õ E S DE R E V I S Ã O / 5 4 6
Capítulo 17
Sexo e Sistema Nervoso
I N T R O D U Ç Ã O / 5 4 a
S E X O E G É N E R O / 548
A genét ica do sexo / 549
Reprodução sexual / 550
Desenvo lv imento e d i ferenciação sexual / 551
O C O N T R O L E H O R M O N A L D O S E X O / 552
O s pr incipais ho rmôn ios mascu l inos e femininos / 553
Contro le dos hormôn ios esteró ides sexua is pela hipófise
e pelo h ipotá lamo / 554
Cic los ho rmona is e ret roação para o encófa lo / 554
BASE N E U R A L D O S C O M P O R T A M E N T O S
R E L A C I O N A D O S C O M O S E X O / 556
Órgãos reprodut ivos e seu cont ro le / 557
Estratégias para acasa lamento d o s mamíferos / 559
A neuroqu imica do compor tamen to reprodut ivo / 560
POR O U E E C O M O D I F E R E M O S S I S T E M A S N E R V O S O S
DE M A C H O S E F Ê M E A S / 563
Dimor t ismos sexuais do SiStema nervoso centra l / 563
D imor l i smos sexuais cogni t ivo / 566
Hormôn ios sexuais, s is tema nervoso e compor tamento /
568
• Q u a d r o 1 7 . 1 De Especial Interesse:
P á s s a r o s c a n o r o s e s e u s e n c é t a l o s / 5 7 0
• Q u a d r o 1 7 . 2 De Especial Interesse.
J o t i n / J o a n • a b a s e d a i d e n t i d a d e d e g é n e r o
/ 5 7 2
O efeito at ivador dos es t rôgenos nos esp inhos dendrít icos
/ 5 7 3
ORIENTAÇÃO S E X U A L / 575
• Q u a d r o 1 7 3 A Rota da Descoberta: A
c i ô n c i a d a h o m o s s e x u a l i d a d e - S i m o n L e V a y
/ 5 7 6
Núcleos h ipota lâmicos e m heterossexuais e e m
homossexua is / 575
U m a base genét ica para a or ientação sexual? / 577
C O M E N T Á R I O S F I N A I S / 5 7 8
PALAVFIAS-CHAVE / 579
• Q U E S T Õ E S DE REVISÃO / 579
Capítulo 18
Mecanismos da Emoção no Encéfalo
INTRODUÇÃO / 581
O Q U E e E M O Ç Ã O ? / 5 8 1
Teorias da emoção / 581
A teoria de James-Lange / 581
A teoria de Cannon-Bard / 582
Da teoria aos es tudos exper imenta is / 584
Sumário XXI I I
O CONCEITO DE SISTEMA LÍMBICO / 584
O lobo l imbico de Broca / 564
O circuito de Papez / 585
• Q u a d r o 18.1 D e Especial Interesse. O
extraordinário caso de Phineas G a g e / 586
Oiiiculdades com o corKeito de um sisiema único para as
emoções / 587
MEDO E A N S I E D A D E / 5 8 8
A síndrome de Klúver-Bucy / 588
A amígdala / 589
A anatomia da amígdala / 590
Os efeitos da destruição e da estimulação da
a m í g d a l a / 5 9 1
Um circuito neural para o medo aprendido / 591
R A I V A E A G R E S S Ã O / 5 9 2
• Quadro 16.2 A Rota da Descoberta:
Memór ias assustadoras - Michael Davis / 593
O hipotálamo e a agressão / 595
Raiva simulada / 595
Estimulação elétrica do hipotálamo / 595
O mesencéfalo e a agressão / 597
A amígdala e a agressão / 597
Cirurgia para reduzir a agressividade em humanos /
598
Serotonina e agressão / 598
• Q u a d r o 18 3 D e Especial Interesse: A
lobotomia frontal • 5 9 9
Camundongos nocaute para o receptor da serotonina
/600
REFORÇO E RECOMPENSA / 600
Auto-estimulação elétrica e reforço / 601
Estimulação do encéfalo em humanos / 602
Dopamina e reforço / 603
COMENTÁRIOS FINAIS / 604
PALAVRAS-CHAVE/605
• QUESTÕES DE REVISÃO / 605
C a p í t u l o 1 9
O s R i t
m o s d o E n c é f a l o
I N T R O D U Ç Ã O / 6 0 7
O E L E T R O E N C E F A L O G R A M A / 6 0 7
Registrando ondas cerebrais / 607
Os rumos do E E G / 6 0 8
Os mecanismos e os significados dos ritmos cerebrais /
609
A geração dos ritmos sincrônicos / 611
As tunçôes dos ritmos encefálicos / 611
As crises de ep i leps ia /613
O S O N O / 6 1 4
Os estados funcionais do encéfalo / 614
O ciclo do s o n o / 6 1 6
• Quadro 19.1 De Especial hteresse:
Caminhando, falando e gri lando e m seu
s o n o / 6 1 7
Porque d o r m i m o s ? / 6 1 8
• Q u a d r o 19.2 De Especial Interesse: A mais
longa vigília de u m noctívago / 6 1 9
As funções do sonho e do sono REM / 620
Mecanismos neurais do sono / 621
A vigília e o sistema ativador reticular ascer>dente / 622
O ato de adormecer e o estado não-REM / 622
Os mecanismos do sono REM / 623
• Quadro 19.3 De Especialinteresse.
Narcolepsia / 6 2 5
Fatores promotores do sono / 624
Expressão gênica durante o sono e a vigília / 626
OS RITMOS CIRCAOIANOS / 626
Os relógios biológicos / 628
O núcleo supraquiasmático: um relógio encefálico / 629
• Quadro 19.4 De Especial Interesse: Relógios
de hamsters mutantes ' 6 3 2
Os mecanismos do NSQ / 633
• Quadro 19 .5 A Rota da Descoberta: G e n e s -
relógio - Joseph Takahashi / 6 3 4
COMENTÁRIOS FINAIS / 635
PALAVRAS-CHAVE / 636
• QUESTÕES DE R E V I S Ã O / 6 3 6
C a p í t u l o 2 0
L i n g u a g e m e A t e n ç ã o
I N T R O D U Ç Ã O / 6 3 8
A LINGUAGEM E O ENCÉFALO / 639
• Quadro 20 .1 De Especial Interesse. A
l inguagem é exclusiva de humanos? / 6 3 8
A descoberta de áreas encefálicas especializadas na
l inguagem / 640
Área de Broca e área de Wernicke / 640
• Quadro 2 0 . 2 De Especial Interesse O
procedimento de W a d a / 6 4 1
Tipos de afasia e suas causas / 642
• Quadro 20 ,3 A Rota da Descoberta.
Sotaques estrangeiros e l ínguas nativas -
Shei la E Blumstem 6 4 4
Afasia de Broca / 642
Afasia de Wern icke /645
Afasia e o modeto de Wemicke-Geschwind / 647
Afasia de condução /648
Afasia em bilíngues e surdez / 649
Lições aprendidas dos estudos em comissurotomizados /
650
O processamento da linguagem em pacientes
comissurotomizados / 651
Assimetria anatômica e l inguagem / 655
Estudos da l inguagem utilizando estimulação cerebral e
imagens p o r T E P / 6 5 6
Os efeitos da estimulação cerebral na linguagem /
656
Imagens por TEP do processamento da linguagem /
657
• Quadro 20 .4 De Especial Interesse. Ouvindo
imagens e vendo sensações tácteis / 6 6 0
ATENÇÃO / 659
• Quadro 2 0 . 5 De Especial Interesse.
Transtorno de deficit de atençao - 6 6 2
Conseqüências comportamentais da atenção / 660
A atenção aumenta a detecção / 661
XXIV Sumárto
A alençáo acelera o tempo de reação / 664
Síndrome da negligência como um transtorno da
atenção / 664
Efeitos fisiológicos da atenção / 666
Estudos de atenção à localização com IRM funcional
/666
Imagens por TEP de atenção a aspectos em
destaque / 666
Aumento das respostas neuronais no córtex parietal /
669
Mudanças no campo receptivo na área V4 / 670
Como a atenção é direcionada? / 672
COMENTÁRIOS FINAIS / 673
PALAVRAS-CHAVE/674
• QUESTÕES DE REVISÃO/674
Capítulo 21
Transtornos Mentais
INTRODUÇÃO/676
OS TRANSTORNOS MENTAIS E O ENCÉFALO / 676
Visão psicossocial do transtorno mental / 677
Visão biológica do transtorno mental / 678
OS TRANSTORNOS DE ANSIEDADE / 679
Descrição dos transtornos de ansiedade / 679
Transtorno do pânico / 679
Agorafobia/660
• Quadro 21.1 De Especial Interesse:
Agorafobia com ataques de pàntco / 681
O transtorno obsessivo-compulsivo / 680
As bases biológicas dos transtornos de ansiedade / 680
A resposta ao estresse / 680
A regulação do eixo H PA pela amígdala e pelo
hipocampo/681
Tratamento para os transtornos de ansiedade / 684
Psicoterapia / 684
Medicações ansiolíticas / 684
OS TRANSTORNOS DO HUMOR / 686
Descrição dos transtornos do humor / 686
A depressão / 686
O transtorno bipolar / 687
• Quadro 21 .2 De Especial Interesse: U m
laranjal mágico e m um pesadelo / 688
As bases biológicas dos transtornos do humor / 687
A hipótese das monoaminas / 687
A hipótese da diátese-estresse / 689
• Quadro 21 .3 / í Rota da Descoberta: Estresse
e humor - Charles Nemeroff / 691
Tratamentos para os transtornos do humor / 692
Eletroconvulsoterapia / 692
Psicoterapia / 692
Antidepressives / 692
Lí t io /693
A ESQUIZOFRENIA/694
Descrição da esquizofrenia / 695
As bases biológicas da esquizofrenia / 695
Os genes e o ambiente / 695
A hipótese dopaminérgica / 696
A hipótese glutamatérgica / 698
Tratamentos para a esquizofrenia / 700
COMENTÁRIOS FINAIS/700
PALAVRAS-CHAVE / 701
• QUESTÕES DE REVISÃO/701
PABTE IV O E N C Ë F A t O EM MUDANÇA
Capítulo 22
Conectando o Encéfalo
INTRODUÇÃO / 705
A GÉNESE DOS NEURÔNIOS / 706
Proliferação ce lu lar /706
• Quadro 22.1 De Especial Interesse:
Neurogênese no neocórtex adulto / 708
Migração ce lu lar /709
Diferenciação celular / 710
Diferenciação de áreas cortlcals / 710
A GÉNESE DAS CONEXÕES / 712
O axônlo em crescimento / 713
Orientação dos axônios / 715
Sinais de or ientação/715
Estabelecendo mapas topográficos / 715
• Quadro 22 .2 De Especial Interesse: Por que
os axônios não se regeneram e m nosso
S N C ? / 7 1 8
Formação da sinapse / 717
A ELIMINAÇÃO DE CÉLULAS E DE SINAPSES 1719
Morte ce lu lar /720
Mudanças na capacidade slnáptica / 721
REARRANJOS SINÁPTICOS DEPENDENTES DA
ATIVIDADE/722
Segregação slnáptica / 723
Segregação dos axònios retinianos no NGL / 723
Segregação das aferências do NGL no córtex
estriado / 725
• Quadro 22 .3 A Rola da Descoberta.
Investigando a plasticidade do córtex visual -
Torsten Wiesel / 726
• Quadro 22.4 Alimento para o Cérebro: O
conceito de período crítico / 728
Convergência slnáptica / 726
Competição slnáptica / 729
Influências moduiatórias / 730
MECANISMOS ESSENCIAIS PARA A PLASTICIDADE
SINÁPTICA CORTICAL / 731
Transmissão slnáptica excitatória no sistema visual
imaturo/732
Potenciação sináptíca de longa duração / 734
Depressão slnáptica de longa duração / 734
POR QUE OS PERIODOS CHITICOS TERMINAM? / 736
COMENTÁRIOS FINAIS / 737
PALAVRAS-CHAVE / 738
• QUESTÕES DE REVISÁO / 738
C a p í t u l o 2 3
S i s t e m a s d e M e m ó r i a
I N T R O D U Ç Ã O / 7 4 0
T IPOS DE MEMÓRIA E AMNÉSIA / 740
Memória declaraliva e nâo-declaraliva / 740
• Q u a d r o 2 3 . 1 De Especial Interesse-AJma
m e m ó r i a ex t rao rd iná r i a / 7 4 2
Memórias de longa e de curta duraçào / 742
A m n é s i a / 7 4 3
• Q u a d r o 2 3 . 2 De Especial Interesse: O pe ixe
d o e s q u e c i m e n t o / 7 4 5
A BUSCA DO ENGRAMA / 745
Os estudos de Lastiley sobre o aprendizado de labirintos
em r a t o s / 7 4 6
Hebb e o grupamento de células / 747
• Q u a d r o 2 3 . 3 Alimento para o Cérebro. U m
m o d e l o d e m e m ó r i a d i s t r i bu ída / 7 4 9
Localização das memórias declarativas no neocórtex /
750
Estudos em macacos / 750
Estudos em humanos / 751
Estimulação elétrica dos lobos temporais humanos / 751
0 8 LOBOS TEMPORAIS E A MEMÓRIA DECLARATIVA /
752
Os efeitos da lobotomia temporal / 753
Estudo de um Caso Humano: H.M. / 753
• Q u a d r o 2 3 . 4 A Rota da Descoberta:
D e s c o b r i n d o a m e m ó r i a n o l obo t e m p o r a l
m e d i a l c o m H . M . - B r e n d a Mi lne r i 7 5 5
Os lobos temporais mediais e o processamento da
memória / 756
Um modelo animal de amnésia humana 1757
O diencéfalo e o processamenio da memória / 759
Estudo de um caso humano: N A. / 760
A síndrome de Korsakoff 1760
Funções do hipocampo
relacionadas à memória / 760
Os efeitos de lesões do hipocampo em ratos / 761
Células de l u g a r / 7 6 2
Memória espacial, memória de trabalho e memória
relacional / 764
O ESTRIADO E A MEMÓRIA DE PROCEDIMENTOS / 766
Registros e lesões do estriado de roedores / 766
O aprendizado de hábitos em humanos e em primatas
nào-humanos / 768
O NEOCÓRTEX E A MEMÓRIA DE TRABALHO / 769
Córtex pré-frontal e memória de trabalho / 770
Córtex lateral intraparietal (área LIP) e memória de
t r a b a l h o / 7 7 3
COMENTÁRIOS F I N A I S / 7 7 3
PALAVRAS-CHAVE/774
• QUESTÕES DE REVISÃO / 774
Capí tu lo 24
M e c a n i s m o s M o l e c u l a r e s d o
A p r e n d i z a d o e d a M e m ó r i a
INTRODUÇÃO/776
APRENDIZADO DE PROCEDIMENTOS/776
Aprendizado nào-associativo / 777
Hab i tuação /777
Sens i t i zação/777
Aprendizado associativo / 777
Condicionamento clássico / 777
Condicionamento instrumental / 778
SISTEMAS SIMPLES: MODELOS DE APRENDIZADO EM
INVERTEBRADOS / 779
Aprendizado não-associativo na Aplysia 1779
Habituação do reflexo de retirada da brãnquia / 780
Sensitização do reflexo de retirada da brãnquia / 781
Aprendizado associativo na Aplysia / 783
MODELOS DE APRENDIZADO EM VERTEBRADOS / 786
Plasticidade sínáptica no córtex cerebelar / 786
Anatomia do córtex cerebelar / 786
Depressão de longa duração no córtex cerebelar I
788
Mecanismos da LTD cerebelar / 789
Plasticidade sínáptica no hipocampo e no neocórtex / 791
Anatomia do hipocampo / 791
Propriedades da LTP em C A I / 792
Mecamsnv^s da LTP em CA11795
• Q u a d r o 24 ,1 Alimento para o Cérebra.
Plast iCKíade s i r iapt ica: p rec t sào t e m p o r a l e
t u d o ' 7 9 5
Depressão de longa duração em CA1 / 796
LTP. LTD e memória / 798
• Q u a d r o 24 .2 De Especial Interesse-. M e m o r i a
e m u t a n t e s ' 8 0 0
• Q u a d r o 2 4 , 3 A Rota da Descoberta: Sob re
c a m u n d o n g o s e m e m ó n a s - S u s u n x i
T o n e g a w a t 8 0 2
AS BASES MOLECULARES DA MEMÓRIA DE LONGA
D U R A Ç Ã O / 8 0 1
Proteínas cinases persistentemente ativas / 803
A C a M K I I e a L T P / 8 0 3
Síntese p ro té ica /803
Síntese protéica e consolidação da memória / 804
Proteína ligante de elemento responsivo ao AMP
cíclico e à memória / 805
Plasticidade estrutural e memória / 805
COMENTÃRIOS FINAIS / 806
P A U V R A S - C H A V E / 8 0 7
• QUESTÕES DE R E V I S Ã O / 8 0 7
LISTA DOS QUADROS
A ROTA DA DESCOBERTA
A história da siniese protéica nos dendrites - Oswald Steward / 44
As moscas Shaker e seus canais de potássio defeituosos - Lily e Yuh Nung Jan /
67
O desaíio de decifrar os canais dependentes de voltagem - Erwin Neher / 86
Anatomia funcional da liberação de neurotransmissores - Thomas Síjdhof / 1 1 0
Breve história do receptor nicotinico - Jean-Pierre Changeux / 1 3 9
A evolução da evolução do neocórtex - Jon Kaas ! 197
Hormônios, feromônios e comportamento - (Hartha l^cCIíntock / 268
Os genes e a visão - Jeremy Nathans / 300
Em busca da representação cerebral do movimento coerente - Anthony Movshon /
340
Uma busca pelo impossível - Masakazu Konishi / 380
O poder dos mapas mutáveis - (Michael Merzenich / 416
Locomoção: das moléculas às redes e ao comportamento - Sten Grillner / 461
Distribuição da codificação no colfculo supenor - James T. I^cilwain / 486
Iluminando as catecolaminas do encéfalo - Kjeil Fuxe / 514
A possibilidade da gordura - Jeffrey Friedman / 528
A ciência da homossexualidade - Simon LeVay / 576
Memónas assustadoras - Michael Davis / 593
Qenes-relógio - Joseph Takahashi / 634
Sotaques estrangeiros e línguas nativas - Sheila E. Blumstein / 644
Estresse e humor - Charles Nemeroff / 691
Investigando a plasticidade do córtex visual - Torsten Wieseí / 726
Descobrindo a memória no lobo temporal mediai com H.M. - Brenda Milner / 755
Sobre camundongos e memórias - Susumu Tonegawa / 802
DE ESPECIAL INTERESSE
Avanços na microscopia / 27
Doença de Alzheimer e citoesqueleto neuronal / 34
Pegando carona em um trem que anda de marcha à ré / 41
Retardo mental e espinhos dendrítícos / 42
Morte por injeção letal / 71
Anestesia local / 93
Esclerose múltipla, uma doença desmielinizante / 94
O eclético comportamento elétrico dos neurônios / 96
Otto Loewi e o Vagusstoff / 1 0 0
Bactérias, aranhas, cobras e vocô / 1 1 8
Mutações assustadoras / 1 2 4
Canabinóides neurotransmissores?/148
Os venenos que excitam o encéfato / 1 5 2
Água no encé fa lo /172
Nutrição e o tubo neural / 1 8 0
Memónas de uma péssima refeição / 265
Feromônios humanos? / 266
Demonstrando os pontos cegos de seu olho / 285
Disfunções da visão / 287
Correção da visão com uso de lentes e com cirurgia / 290
X X V I I I Lisla dos Quadros
A
Os erros genét icos e as cores que vemos / 302
O a v i e G o l i a s / 3 1 9
Percepção de profundidade, pontos aleatór ios e o shopping center/344
l n f r a - s o m / 3 5 3
Os ouvidos barulhentos: as emissões otoacúst icas / 367
Como funciona o córtex audit ivo? Consul te um especial is ta / 382
Distúrbios audit ivos / 384
Herpesvi rus, herpes zoster e de rmá fomos / 408
A miséria de uma v ida sem dor / 422
Dor e efeito p lacebo / 432
Esclerose amíotróf ica lateral ! 445
Miastenia gravis / 446
Distrofia muscular de Duchenne / 452
Neurof is iologia compor tamenta l / 476
Cometem suicídio os neurôn ios doentes de gângl ios da base? / 480
Mov imentos involuntár ios normais e anormais / 488
O estresse e o encéfalo / 506
Diabete mel i to e choque insul in ico / 538
Dopamina e dependênc ia química / 541
Pássaros canoros e seus encéfa los / 570
John/Joan e a base da ident idade de género / 572
O extraordinár io caso de Phineas G a g e / 586
A l o b o t o m i a f r o n t a l / 5 9 9
Caminhando, fa lando e gr i tando e m seu sono / 6 1 7
A mais longa vigília de um noct ívago / 619
N a r c o l e p s i a / 6 2 5
Relógios de hamsters mutantes / 632
A l inguagem é exclusiva de humanos? / 638
O procedimento de Wada ! 641
Ouvindo imagens e vendo sensações tácteis / 660
Transtorno de déficit de a tenção / 662
Agorafobia com a taques de pân ico / 681
U m laranjal mág ico em um pesade lo / 688
Neurogênese no neocór tex adu l to / 7 0 8
P o r q u e os axôn ios nào se regeneram e m nosso S N C 7 / 7 1 8
Uma memór ia extraordinár ia / 742
O peixe do esquec imento / 745
Memór ia e mutantes / 800
A L I M E N T O PARA O C É R E B R O
Móis e molar ídade / 59
A equação de N e r n s t / 6 4
A equação de Go ldman / 66
Métodos para registro dos potenciais de ação / 75
O método de f ixação da membrana {patch-damp) / 85
C o m o atracar uma vesícula / 111
Potenciais de inversão / 1 1 4
Bombeando íons e t ransmissores / 1 4 2
Lista dos Quadros X X I X
Imagens por ressonância magnética / 1 7 4
Imagens funcionais da alividade do encéíalo: TEP e IRMÍ / 1 7 6
Al iv idade neural por imagens ópticas / 334
Neurônios auditivos, rápidos e certeiros / 378
Inibição l a te ra l / 411
O conceito de período crítico / 728
Um modelo de memória distribuída / 749
Plasticidade sináptica: precisão temporal é tudo / 795
3
Introdução às
Neurociências
INTRODUÇÃO
AS ORIGENS DAS NEUROCIÊNCIAS
O encéfalo como era visto na Grécia antiga
O encéfalo como era visto durante o Império Romano
O encéfalo como era visto da Renascença ao século XIX
O encéfalo como era visto no século XIX
Nervos como fios
Localização de funções específicas em diferentes partes do
cérebro
A evolução do sistema nervoso
O neurônio: a unidade funcional básica do sistema nervoso
AS NEUROCIÊNCIAS HOJE
Níveis de análise
Neurociências moleculares
Neurociências celulares
Neurociências de sistemas
Neurociências comportamentais
Neurociências cognitivas
Os neurocientistas
O processo
científico
Observação
Replicação
Interpretação
Verificação
O uso de animais na pesquisa em neurociências
Os animais
Bem-estar dos animais
Direitos dos animais
O custo da ignorância: d is lúr t ios e transtornos do sistema nervoso
COMENTÁRIOS FINAIS
As Origens das Neurocièncias 3
INTRODUÇÃO
O homem dciv saber que de nenhum outro lu-^ar. mas ih cicéfalo, vem a alevria o pra-
zer, o riso e,i ilwersilo. o pesnt, o ressentimenlo. o itcsâniwo ca lametitação Epor isto de
uma manara especai, adquirimos sabedoria c conhecimento, e enxergamos e ouvimos e
sabemos o que e justo e m/uslo, o que i' kmi e o que é ruim, o que é doce e o que é amar-
go... E pelo mesmo órgão tornamo-nos loucos c delirantes, e medos e terrores nos assom-
bram...Toi1as estas coisas suportamos do encéfalo quando não está sadio... Neste sentido
sou da opinião de que o encéfnio exerce o maior poder sobre o homem.
•Hipócrates, Acerca das doenças sagrada.^ (séc. IX a.C.)
É da n a t u r e / n hum.inci ser cu r ioso sobre o que vemos e ouv imos ; por que al-
g u m a s coisas sào prazerosas e ou í ras nSo; como nos movemos, c o m o pensamos,
a p r e n d e m o s , l e m b r a m o s e esquecemos; a na lureza d o ód io e da loucura . Estes
m is té r i os estão começando a ser reve lados pela pesquisa básica e m neuroc ièn-
cias, e as conclusões destes estudos sáo o objeto deste l i v ro .
A pa lav ra "neu roc iênc ia " é jovem. A Sociedade de Neurocièncias, u m a asso-
c iação d e neuroc ient is tas, fo i f undada somente em 1970. O es tudo d o encéfalo,
en t re tan to , é tão an t i go c o m o a p r ó p r i a ciência. H is tor icamente, as ciências que
se d e v o t a m ao es tudo d o sistema ner\ 'oso abrangem di ferentes d isc ip l inas: me-
d i c ina , b io log ia , ps ico logia, física, qu ímica e matemát ica. A revo lução das neuro-
c ièncias ocor reu q u a n d o os cientistas perceberam que a me lho r abordagem para
o e n t e n d i m e n t o da função d o encéfalo v inha da in te rd isc ip l ina r idade , a comb i -
nação das abordagens t rad ic iona is para p rodu / . i r u m a nova síntese, u m a nova
perspec t iva . A ma io r i a das pessoas envo lv idas na invest igação cientí f ica d o sis-
tema ner \ 'oso considera-se, hoje, neurocient is ta. É c laro que, e n q u a n t o o curso
que você está fazendo pode estar mais l i gado ao depar tamen to de psicologia ou
d e b io log ia da sua un ive rs idade , e pode se chamar de "ps i cob io log ia " ou " n e u -
r o b i o l o g i a " , você pode apostar que o seu professor é u m neurocient is ta.
A Sociedade de Neuroc iènc ias é a ma io r associação de cient istas prof iss ionais
em toda a b io log ia exper imen ta l e, também, a que mais cresce. Longe de ser m u i -
to especia l izada, o c a m p o é tão a m p l o q u a n t o o das ciências natura is , c o m o sis-
tema ne rvoso s e r v i n d o de pon to c o m u m . C o m p r e e n d e r c o m o o encéfalo func io-
na requer c o n h e c i m e n t o sobre mu i t as coisas, desde a es t ru tu ra da mo lécu la da
água até as p rop r iedades elétr icas e químicas d o encéfalo e p o r que o cão de Pav-
lov sa l i vava q u a n d o u m a campa inha locava. Neste l i v r o , inves t igaremos o siste-
ma n e r \ oso d e n t r o desta larga perspect iva.
V a m o s começar nossa aventura c o m u m breve passeio pelas neurocièncias. O
q u e os cient istas têm pensado sobre o sistema nervoso ao longo dos anos? Q u e m
são os neurcKient istas de hoje e c o m o eles fazem para es tudar o sistema ner\ 'oso?
AS ORIGENS DAS NEUROCIÈNCIAS
Você p r o v a v e l m e n t e já sabe que o s istema ner \ 'oso - o encéfalo, a medu la espi-
n h a l e os ne r \ os d o c o r p o - são f undamen ta i s para a v i da e lhe p e m u t e m sentir,
mover -se e pensar. C o m o esta idéia surg iu?
H á ev idênc ias q u e sugerem q u e até m e s m o nossos ancestrais pré-h is tór icos
c o m p r e e n d i a m q u e o encéfalo era essencial para a v ida . Os registros pré-h is tór i -
cos são ricos e m exemp los d e crân ios h o m i n í d i o s , d a t a n d o d e m i l hões de anos
atrás, ap resen tando sinais de lestVs cran ianas letais, p r e s u m i v e l m e n t e i n f l i ng i -
dos p o r ou t ros hom in íd ios . Há cerca de 7.000 anos. as pessoas já faz iam or i f íc ios
no c rân io dos ou t ros ( u m processo c h a m a d o t repanação) ev iden temente c o m o
i n t u i t o de curar, e não de ma la r (F igura 1.1). Os crân ios m o s t r a m sinais de cura
após a operação, i nd i cando que este p r o c e d i m e n t o era rea l izado em sujei tos v i -
vos, e não meramen te u m r i l ua l c o n d u z i d o após a mor te . A l g u n s i n d i v í d u o s so-
b r e v i v e r a m a m ú l t i p l a s c i rurg ias cranianas. N ã o temos mu i t a clareza sobre o q u e
esses c i ru rg iões p r i m i t i v o s q u e r i a m realizar, embo ra haja q u e m especule que tal
p n K e d i m e n t o poder ia ter s ido u t i l i z a d o para t ra tar a d o r de cabeça o u t ranstor-
nos menta is , ta lvez oferecendo aos " m a u s espí r i tos" u m a por ta de saída.
Figura 1.1
Evidência de cirurgia cerebral pré-hlstò-
rica. Este crânio de um homem com mais
de 7.000 anos foi aberto cirurgicamente
enquanto ele ainda eslava vivo. As setas
indicam os dois locais da trepanação. (Fon-
te: Alt et al., 1997, Fig. la.)
1 o Capítulo 1 / Introdução às Neurociéncias
Escr i tos r e c u p e r a d o s á o m é d i c o s d o E g i t o . i n t i g o , d . i t a n d o d e quí ise 5.000
anos atrás, i n d i c a m q u e eles já e s t a v a m bas tan te c ientes d e m u i t o s d o s sintomas
d o d a n o cerebra l . E n t r c t a n t o , t a m b é m f ica c h m i que , pa ra eles, era o coração, nâo
o encéfa lo , a sede d o e s p í r i t o e o r e p o s i t ó r i o d e m e m ó r i a s . Rea lmen te , enquanto
o resto d o c o r p o era c u i d a d o s a m e n t e p r c s e r \ ' a d o pa ra a v i d a a p ó s m o r t e , o encé-
fa lo d o m o r t o era r e m o v i d o pe las n a r i n a s e j o g a d o fo ra ! A v i sáo d e q u e o coraçio
era a sede da consc iênc ia e d o p e n s a m e n t o p e r m a n e c e m até a época d e l l ipócra-
tes.
O Encéfalo como Era Visto na Grécia Antiga
C o n s i d e r e a n o ç 5 o d e q u e as d i f e r e n t e s pa r tes d o seu c o r p o são d i f e ren tes por-
q u e elas se r \ ' em a d i f e ren tes propi>s i tos. A e s t r u t u r a d o s pés e d a s m ã o s sào mui-
t o d i s t i n tas , e e las e x e c u t a m funções t a m b é m m u i t o d i f e r e n c i a d a s : caminhamos
c o m os ni>ssos pés e m a n i p u l a m t > s ob je tos c o m as nossas m á o s . A s s i m , podemo»
d i z e r q u e ex is te u m a c lara correlação entre estrutura e função. D i f e renças na .ipa-
rência p r e d i z e m d i f e renças na í u n ç á o .
O q u e p o d e m o s p r e v e r s<ibre a f u n ç ã o o b s e r v a n d o a e s t r u t u r a da cabeça?!
U m a r á p i d a i nspeção e p o u c o s e x p e r i m e n t o s ( c o m o fechar seus o l h o s ) revelam
q u e a cabeça é espec ia l i zada e m pe rcebe r o a m b i e n t e . N a sua cabeça estão seus
o l h o s e o re lhas , seu n a r i z e sua l í n g u a . M e s m o d issecções g rosse i ras mostram
q u e os ne r \ ' o s destes ó r g ã o s p o d e m ser t r a ç a d o s a t r a v é s d o c r â n i o pa ra dentro
d o encéfa lo . O q u e v o c ê p<xJe c o n c l u i r d o encé fa lo a p a r t i r des ta obser\ 'ação?
Se a sua resposta é q u e o e n c é f a l o é o ó rgSo d a s sensações, e n t à o v o c ê chegoul
à m e s m a conc lusão d e m u i t o s e r u d i t o s g regos d o sécu lo I V a.C. O e r u d i t o mais I
i n f l u e n t e fo i HiptScrates (469-379 a.C. ) , o p a i d a m e d i c i n a o c i d e n t a l , q u e disse ^
ac red i t a r q u e o encé fa lo n ã o es tava a p e n a s e n v o l v i d o nas sensações, mas
, tam- ]
b é m , era a sede d a i n t e l i gênc ia .
En t re tan to , esta v i s ã o n ã o e ra u n i v e r s a l m e n t e acei ta. O f a m o s o f i l ó so fo grego
A r i s t ó t e l e s (384-322 a.C.) a g a r r a v a - s e à c rença d e q u e o c o r a ç ã o era o cent ro do
in te lec to . Q u e f u n ç ã o A r i s t ó t e l e s rese r \ ' ava p a r a o encé fa lo? Ele p r o p u n h a que
era u m r a d i a d o r pa ra res f r i a r o s a n g u e q u e e ra s u p e r a q u e c i d o p e l o coração. O
t e m p e r a m e n t o r a c i o n a l d o s h u m a n o s era e n t ã o e x p l i c a d o pe la g r a n d e c.ipacida-|
d e de r e s f r i a m e n t o d o encé fa lo .
O Encéfalo como Era Visto durante o Império
Romano
A f i g u r a m a i s i m p o r t a n t e na m e d i c i n a r o m a n a fo i o esc r i t o r e m é d i c o g rego Ga-
l eno (130-200 d .C . ) , q u e t a m b é m c o n c o r d a v a c o m a v i s ã o d e 1 l i p ó c r a t e s sobreo
encéfa lo . C o m o m é d i c o d o s g l a d i a d o r e s , e le d e v e 1er l e s t e i n u n h a d o as infel i /es
conseqüênc ias d e lesões cerebra is e d a m e d u l a e s p i n h a l . E n t r e t a n t o , a op in ião de
G a l e n o sobre o encé fa lo d e v e te r s i d o m u i t o i n f l u e n c i a d a pe ias suas dis.secçõeí
e m a n i m a i s . A F i g u r a 1.2 é u m d e s e n h o d o encé fa lo d e u m a o v e l h a , u m dos i^ b-
je tos d e e s t u d o p r e f e r i d o s d e G a l e n o . D u a s par tes p r i n c i p a i s são ev iden tes : o f ^
rebro* (cerebrum), na f ren te , eocerebelo, at rás. ( A e s t r u t u r a d o c é r e b r o é objeto do
C a p í t u l o 7.) A s s i m c o m o s o m o s capazes d e d e d u z i r f u n ç ã o da e s t r u t u r a das
mãos . G a l e n o t e n t o u d e d u z i r f u n ç ã o d a e s t r u t u r a d o cé reb ro e d o cerebelo. Cu-
t u c a n d o c o m o d e d o u m encé fa lo r ecen temen te d i ssecado , r e v e l o u q u e o cerebe-j
l o é m a i s f i r m e e o cé rebro m a i s m a c i o . A p a r t i r desta i n f o r m a ç ã o , t i a l e n o siige-!
r i u q u e o cé reb ro d e v i a ser o d e s t i n a t á r i o das sensações e o ce rebe lo dev ia co-
m a n d a r os m ú s c u l o s . Por q u e ele p r o p ô s esta d i s t i nção? Ele reconheceu que, pá-
ra f o r m a r m e m ó r i a s , sensações d e v e m ser impressas n o t e c i d o ne r voso . Natural-;
m e n t e , i s to d e v e o c o r r e r n o m a c i o cérebro .
• N deT «Mm. fm infçlK »iRnifii j ' 'encífjUrVtompri-indi-ofPrpbnííqueí principjlmcnloiiu li'ncifilot
oa-n-beU>i'ülroiKuenccláliro, MUM^^ , tuduo<)ucficaiilniK<)d(>dcnln>da(;aíxa<.'rjnMnd(vi^^ I ij^un 1.7) II*
inúmeras Irdduções em ijui' braiii ó tradu/iiiu cunn> "cen-bri>", o ijuf é um urn); a única i-xci-s-ao loli-fJvel^
<)u,induuaMunti>éap!>io)li)Kia humiirw atividjdi*» nnnui» »ujx'ridrc»-. {xii* I-SM« Ki-r.ilmi>nte r»-«ini»-
Urni-se ao Icicncéfalci. i.c, an "cínrbm"
As Origens das Neurocièncias 5
Visão lateral Visâo supenoí
Figura 1.2
O encéfalo de uma ovelha. Note-se a localização e o aspecto do cérebro e do cerebelo.
N ã o i m p o r i a i |u i \o i m p r o v á v e l este rac iocín io possa ser, a dedução do Galeno
não eslava Ião l on^e da verdade. O cérebro eslá, de fato, bastanle c o m p r o m e t i d o
c o m as sensações e percepções, e o cerebelo é p r i m a r i a m e n l e u m cen l ro de con-
t ro le motor . A l e m d o mais, o cérebro é u m repos i tór io da memór ia .Veremos que
e.sto não é o ún i co exemp lo da histór ia das neurcKiências em que a conclusão ge-
ra l eslá correta p a r t i n d o de u m rac iocín io errôneo.
C o m o o encéfalo recebe as scns.içóes e m o v i m e n t a os membros? Ga leno ab r iu
u m encéfa lo e obser\ -ou que ele era escavado i n l e m a m e n t e (F igura 1.3). Nestes
espaços e.scavados, chamados de ivutríailos (assim c o m o as câmaras d o cora-
ção). hav ia u m fluido. Para Galeno, esta descoberta adequava-se per fe i tamente
ã teor ia de que o co rpo func ionava de acordo com o balanço de qua t ro f lu idos ou
h u m o r e s . Sensações e r a m regist radas e m o v i m e n t o s in ic iados pe lo m o v i m e n t o
d o h u m o r a p a r t i r dos - o u para os - ven t r í cu los cerebrais, a t ravés dos ner \ 'os,
q u e se acred i tava serem tubulações ocas, exatamente c o m o os vasos sangüíneos.
0 Encéfa lo como Era Visto da Renascença ao
Século XIX
A vi.são de Ga leno sobre o encéfalo prevaleceu ptw ap rox imadamen te 1.500 am'is.
Ma i s deta lhes fo ram ad ic ionados h est ru tura d o encéfalo pelo g rande anatomista
A n d r e a s Vi 'sal ius (1514-15M) d u r a n t e a Renascença (F igura 1.4). T ix iav ia , a loca-
l ização ven t r i cu la r da função cerebral permaneceu inal terada. N d realidade, todo
este concei to fo i reforçado no in íc io d o século XV I I , q u a n d o inventores franceses
1 i»mt\ -aram a desenvo lve r d ispos i t i vas mecânicos cont ro lados h id rau l i camente .
Figura 1.3 , ,
O encéfalo d issecado de uma ovelha most rando os ventrículos.
Figura 1.4
Representação dos ventr ículos cere-
brais humanos na Renascença. Dese-
nho extraído de De humani corporis fabnca
de Vesalíus (1S43). O indivíduo provavel-
mente era um criminoso decapitado. Gran-
de cuidado toi tomado para desenhar cor-
retamente os ventrículos. (Fonte: Finger.
1994, Fig. 2.8.)
6 Capitulo t / Iníroduçáo às Neuroctôncias
Figura 1.5
O encéfalo de acordo c o m Descar tes.
Este desenho apareceu em uma publica-
ção de 1662 feita por Descartes. Nervos
"ocos" projelam-se dos olhos aos ventrícu-
los cerebrais. A mente influencia a respos-
ta motora, controlando a glândula pineal
(H), que trabalha como uma válvula para
controlar o movimento dos "espíritos" ani-
mais através dos nervos que inflam os
músculos. (Fonte: Finger. 1994. Fig. 2.16.)
Tais apa re lhos rcforçarjm a noção d o encé fa lo c o m o u m t i p o d e m á q u i n a oxecu-j;
t a r d o u m a sér ie d e funções: u m fluido f o r ç a d o pa ra fo ra d o s v e n t r í c u l o s através ||
d o s ner\'Oi> p o d e r i a l i t e r a l m e n t e "bom lx»a r para c i m a " e m o v i m e n t a r seus mcm- ji
bros. A f i n a l d e contas , os m ú s c u l o s n à o " i n c h a m " q u a n d o se c o n t r a e m ? [
O g r a n d e d e f e n s o r desta " t w í r i a d e fluido m e c â n i c o " d o f u n c i o n a m e n t o ence- ]i
f á l i co fo i o m a t e m á t i c o e f i l ó s o f o f rancês René Descar tes {1596-1650). A p e s a r d f 1
ele pensar q u e esta teor ia p o d i a e x p l i c a r o encé fa lo e o c o m p o r t a m e n t o d e outras j|
a n i m a i s , n ã o se c o n v e n c i a d e q u e ela e x p l i c a v a c o m p l e t a m e n t e o c o m p o r t a m e n 4
to huniano. Descar tes c o a s i d e r a v a q u e , d i f e r e n t e m e n t e d e o u t r o s a n i m a i s , as pes- |j
soas p o s s u í a m in te lec to e u m a a l m a d a d a p o r Deus . A s s i m , p r o p ô s q u e mecanis-ï
m o s cerebra is c o n t r o l a v a m o c o m p o r t a m e n t o h u m a n o s o m e n t e na m e d i d a cm
q u e este se assemelhasse ao d o s a n i m a i s . C a p a c i d a d e s m e n t a i s exc lus ivamente
h u m a n a s e x i s t i r i a m fo ra d o e n c é f a l o (e d o p r ó p r i o cé reb ro ) , na " m e n t e " * . IX'S-
car tes ac red i tava q u e a m e n t e era u m a e n t i d a d e e s p i r i t u a l q u e recebia sensações
e c o m a n d o s d o s m o v i m e n t o s pe la comun i caçà t> c o m a m a q u i n a r i a d o encéfalo
p o r m e i o d a g l â n d u l a p i n e a l ( F i g u r a 1.5), I Joje e m d i a , a l g u m a s pessoas . l indí
a c r e d i t a m q u e ex is te u m " p r o b l e m a m e n t e - c é r i ' b r o " , e q u e d e a l g u m a mane i ra t
m e n t e h u m a n a é d i s t i n t a d o cérebro** . C o n t u d o , c o m o v e r e m o s n
o C a p i t u l o 2 0 ,
pesqu isas m o d e r n a s e m neur<K iénc ias s u p o r t a m o u t r a c o n c l u s ã o : a m e n t e tem
u m a base f ís ica, q u e é o cérebro .
Por sor te , ou t r i « . c ien t i s tas d u r a n t e os sécu los X V I I e X V I I l r o m p e r a m a tradi-
ção d e G a l e n o e m foca l i za r apenas nos v e n t r í c u k » e c o m e ç a r a m a d a r ma i s im-
p o r t â n c i a ã subs tânc ia cerebra l . U m a d a s observaçcSes fo i a d e q u e o t ec ido cere-
b r a l era d i v i d i d o e m d u a s par tes ; a sutfslâiiciu âitzeiíta e a aulfflància branca (Figu-
ra 1.6). Q u e re lação e s t r u t u r a - f u n ç â o fo i , en tão , p r o p o s t a ? A subs tânc ia brancâ.
• N d e i l-^UpoutAoíihjnvMJjdeilui/umncdrtnMn»
•• N. d e i I;*IMP. na fiUoolui, unich.imAÜo "pn^bUfrij mtt i i r- iorptr.quí (»aiili<miiow<>r(dm Ji- li>nM
muil» iimplificAda i mbord. p<rd(>kfil(SM>finda^>C4 rm i|uf tilinolU t-ciéruijdinJii m-uinfumliam -c«**
monotemptxJelXncdrt«"! , n U uiiu qun l io m«» 4nipU. rU | i loi i>m ^Mrult-parlv n->pi'nJid4
ciéncii, dr iundopdri i«lmfnli*«bw>lolou debele-(.-nln- "monUlisl.is". "nwUTwlisUs " i- "dudli-U»". N« til»>-
soíu cunmnporinM. piwrtn. p*istc uma i rr« de invntiKd<i». Ic^ilinva «• n-^pnudd - « fi/i»»ifti J« "toile •
que W deÒK4 * um nuf ICT> IRMNC.I de ^ UI'^ IAR» amceilwiit «dvind«* do IDIO de o rtivbn. humam. I ^ M F »uiv
(òe»Uo»ulikqu4nti>a«inici^-u. a imd|;irucit>e<>pcn>dnH-nl« l(>){iio-iiu(i>mátiii>, <)ui-»A(>diiiin»de
*traduyir~emei>penmmiincienHfKO»p«lpa\eis.oqiMr Ktitvi. enfim. i«/mdo com que eMek Irma« nioi«-
iam naminado» com o dr% ido ngor
As Origens das Neurociöncias 7
Figura 1.6
Subfttincia branca e substincia cinzen-
ta. O cérebro (oi cortado para mostrar os
dois tipos de tecido.
q u e tinhiJ c o n t i n u i d a d e com tw nem>s d o corpo, fo i cor re tamente ind icada c o m o
c o n t e n d o as f ibras que l evam e t r a / e m a in fo rmação para a substância cinzenta.
A o redor d o f ina l d o século X V l l I , o sistema nervoso já hav ia s ido comp le ta -
mente dissecado, e sua anatomia jçrosseira descrita em detalhes. Foi reconhecido
q u e o s is tema nerv oso l i nha u m a d i v i são central , que consisHa d o encéfalo e da
m e d u l a esp inha l , a lém de u m a d i v i são per i fér ica, q u e consist ia na ax te de ner-
vos q u e pe rco r rem o co rp t i (F igura 1.7). U m impt>rtante passo na n e u n w n a t o m i a
fo i a observação de q u e o m e s m o t i po de padrão de saliências (os giros) e sulcos
(ou/i.-ísurrts) pt>dia ser i den t i f i cado na super f íc ie cerebral de cada i n d i v í d u o (Fi-
gu ra 1.8). Este pad rão , que p e r m i t e a d i v i são d o cérebro e m /ofcos. fo i a base da
especulação d e q u e d i ferentes funções estar iam local izadas e m di ferentes sal iên-
cias d o cérebro. Os c ient is tas es tavam, então, p ron tos para a era da l i xa l i zação
cerebral .
O Encéfalo como Era Visto no Século XIX
Vamos rev isar o estágio de compreensão d o s istema ner\ -oso n o f i m d o século
X V I l l :
• D a n o n o encéfa lo p o d e causar desorgan ização das sensaçtVs, m o v i m e n t o s e
pens t iment tw, p o d e n d o levar ã mor te .
• O encéfalo comunica-se c o m o co rpo através dos nervos.
• O encéfalo t em partes d i ferentes ident i f icáve is e que p rovave lmen te evecutam
d is t in tas funções.
• O encefa lo opera c o m o u m a m á q u i n a e segue as leis da nahj reza.
D u r a n t e os KH) anos q u e se segui rão, ap renderemos mais sobre as funç tVs d o
encéfa lo d o que fo i a p r e n d i d o e m tt)di>s i>s registn>s p rév ios da h is tór ia . Este tra-
ba lho p r o p i c i o u a st i l ida fundação e m que as n e u r w i é n c i a s d o século XX repou-
sam. A seguir , revisiia'mos qua t ro descobertas-chave real izadas n o século XIX.
N e r v o s c o m o F i o s . Em 1751, Ben jamin F rank l i n p u b l i c o u u m panf le to i n t i t u -
l ado ExiferimiUoa e Ol'M'mii;îkii íobn- n Elctriciiiiuic, o qua l l evou a uma nova com-
preensão dos fenômenos elétr icos. N a v i r ada d o século, o c ient ista i ta l iano L u i g i
C a l v a n i e o b ió logo a lemão Emi l d u Bo is -Reymond m o s t r a r a m que os múscu los
p tKÜam ser m o v i m e n t a d o s q u a n d o i » nerv-tw e r a m es t imu lados elet r icamente, e
q u e o encéfalo, p r o p r i a m e n t e d i t o . pod ia gerar e le t r ic idade. Tais descobertas fi-
n a l m e n t e d e r r u b a r a m a m»ção d e que os nervos comun i cam-se c o m o encéfa lo
pe lo m o v i m e n t o de f lu idos . O n o v o concei to era de que os nervos e r a m c o m o
• f i tw" o u calK>s que c o n d u z e m sinais e lét r icos d o e para o encéfalo.
(.) p rob lema não- reso lv ido era se iw sinais para causar m o v i m e n t o nos múscu-
los u t i l i z a v a m os mesmos f ios que registravam a sens.\ção na pele. Comun icação
1 o Capítulo 1 / Introdução às Neurociéncias
Figura 1.7
Subd iv isão anatômica bás ica d o
s istema nervoso. O sistema nervo-
so possuí duas divisões, o sistema
nervoso central (SNC) e o sistema
nervoso periférico (SNP). O SNC é
formado pelo encéíalo e pela medula
espinhal. As irés partes pnndpais do
encéíalo são o cérebro, o cerebelo e
o tronco encefálico. O SNP consiste
de nervos e células nervosas que se
localizam fora do encéfaio e da me-
dula espinhal
b i d i r e c i o n a l a t ravés d o s f ios fo i s u g o r i d a pela observ<ïçâo di> q u e q u . i n d o u m j
n e r v o n o c o r p o é co r t ado , g e r a l m e n t e ex is te a p e r d a s i m u l t a n é . ! da s e n s i b i l i d a d ®
e d o m o v i m e n t o na reg ião a fe tada . En t re tan to , t a m b é m sabia-se q u e e m cada fii^ f
d o c o r p o e x i s t i a m m u i l t w f i l a m e n t o s , o u fibras neniosa^, cada u m a de las pod t
d o se rv i r c o m o u m f i o i n d i v i d u a l c a r r e g a n d o i n f o r m a ç ã o e m d i fe ren tes direções-^
Esta ques tão fo i r e s p o n d i d a p o r v o l t a d e 1810 p o r u m m é d i c o escocês, C h a r - I
les Bel l , e p o r u m f i s io log is ta f rancês, l " ranço is M a g e n d i e . U m c u r i o s o fa lo anJ*
t ó m i c o é q u e j u s t a m e n t e antes d e os ne r \ ' o s l i ga rem-se à m e d u l a e s p i n h a l , fibras
d i v i d i a m - s e e m d o i s b raços , o u raízes. A r a i z d o r s a l e n t r a v a pe la p a r t e d e tnis
da m e d u l a e s p i n h a l , e n q u a n t o a ra i z v e n t r a l o faz ia pe la f r en te ( F i g u r a 1.9).
As Origens das Neurocièncias 9
Sulco
lateral
Figura 1.8
Os lobos do cérebro. Note a profunda fissura de Silvius divi-
dindo o lobo frontal do temporal, e o sulco central, dividindo o lo-
bo frontal do parietal. O lobo occipital localiza-se na parte poste-
rior do cérebro. Estas marcas podem ser encontradas em todos
08 cérebros humanos.
tes tou a poss i b i l i dade dc essas duns raízes espinhais carregarem d is t in tas i n fo r -
mações c m d i fe ren tes direções, co r tando cada raiz separadamente e obser \ an-
d o as conseqüênc ias em an ima is exper imenta is . Ele obser \ 'ou que, c o r t a n d o so-
m e n t e a ra iz ven t ra l , ocor r ia paral is ia muscu lar . Poster iormente, M a ^ e n d i e de-
m o n s t r o u q u e a ra iz dorsa l po r tava in fo rmação stibre a sens ib i l idade para a me-
d u l a esp inha l . Bell e M a g e n d i e conc lu í ram que e m cada nc r \ ' o exist ia u m a mis -
tu ra d e m u i t o s f ios, a lguns deles car regavam in fo rmação para o encéfalo e a me-
d u l a e s p i n h a l ao passo q u e ou t ros l evavam in fo rmaçáo para os múscu los . E m
cada f ib ra m o t o r a o u sen.sitiva. a t ransmissão era exc lus i vamen te e m u m ún i co
.Raízes ventra IS
Figura 1.9
Nervos espinfials e raízes nervosas
espintials. Trinta e um pares de ner-
vos deixam
a medula espint>al para
inervar a pele e os músculos. Cortar
um nen/o promove a perda da sensa-
ção e dos movimentos na região afeta-
da do corpo. Fibras sensoriais de entra-
da e fibras motoras de saída dividem-
se em raizes espinhais onde os nervos
s e ligam à medula espinhal. Bell e Ma-
gendie observaram que as raízes ven-
trais conlôm somente fibras motoras e
as raizes dorsais, fibras sensonais.
1 o Capítulo 1 / Introdução às Neurociéncias
Figura 1.10
Um mapa f renológico. De acordo com
Gall e seus seguidores, diferentes traços
do comporiamento estavam relacionados
com o tamanho de diferentes partes do
crânio. (Fome: Clarke e O Malley. 1968,
Fig. 118.)
Figura 1.11
Paul Broca (1824-1880). Estudando cui-
dadosamenle o encéfalo de um homem
que tinha perdido a capacidade de falar
depois de uma lesão cerebral (veja a Figu-
ra 1.12). Broca convenceu-se de que dife-
renies funções podiam estar localizadas
em diferentes parles do cérebro (Fonle:
Clarke e O Malley. 1968. Fig. 121.)
hcn l i do . Os do i s l i p o s d o f ih r . is . ip . i rocom u n i d o s pol . i m a i o r p a r t e d a extonsào
d o fo ixc, mas são a n a t o m i c a m e n t e seRre};ados q u a n d o e n l r a m o u saem da me-
d u l a esp inha l .
L o c a l i z a ç ã o d e F u n ç õ e s E s p e c i f i c a s e m D i f e r e n t e s P a r t e s d o Cérebro .
Se d i fe ren tes íunç(V's s í o loca l i zadas e m d i f e ren tes raízes esp inha i s , en tào talvez
d i fe ren tes funções t a m b é m p o s s a m sor l iK-a l izadns e m d i f e ren tes regiOes d o en-
ctí falo. \'.n\ 1811, Bel l p r o p ô s i ] ue a o r i g e m das f i b ras m o t o r a s era o c o r o b o l o e o
dest in t ) das f ib ras sens i t i vas , o oncC-falo.
C o m o p o d e r i a esta p r o p o s t a ser testada? U m a m a n e i r a era u t i l i z a r a mesma
estratégia q u e Ik'11 e M a g e n d i e us<iram para i d e n t i f i c a r as f unções das raízes es-
p inha is : d e s t r u i r essas par tes d o s is tema ne rx ' osoe tos tar para dé f i c i t s motores e
s imsor ia is . Tal es t ra tég ia , o m q u e par tes d o s i s tema n e r v o s o sào s is temat icamen-
te des t ru ídas para d e t e r m i n a r sua fun«,-.1o. é c h a m a d a d e mctotio ik ablaçHo cxperi-
mental. E m 1823, o f i s io log is ta f rancês Mar ie -Jean-P ie r re F l o u r e n s u s o u este mé-
lod t ) e m d i f e ren tes a n i m a i s ( p a r t i c u l a r m e n t e o m pássaros) pa ra m o s t r a r que o
cerebelo rea lmen te t e m u m p a p e l na coo rdenasSo d o s m o v i m e n t o s , conc lu indo ,
t a m b é m , ta l c o m o Bell o M a g e n d i e já h a v i a m s u g e r i d o , q u e o e n c é f a l o está en-
v o l v i d o na sens ib i l i dade e na percepção. M a s , d i f e r e n t e m e n t e d e seus antecesso-
res, í - lourens p r o d u z i u s u p o r t e e x p e r i m e n t a l s ó l i d o pa ra suas conc lusões .
E o q u e d i ze r a respe i to d e t t x ias as c i r c u n v o l u ç õ e s na supe r f í c i e d o cérebro?
Elas t a m b é m t ê m d i ferent i -s funções? A idé ia d o q u e t i n h a m era i r res is t íve l para
u m j o v e m es tudan te d e m e d i c i n a aus t r íaco c h a m a d o F ranz Joseph Cîall. Acredi -
t a n d o q u e as sal iências na super f í c ie d o c r â n i o refletiam c i rcunvo luçc ies na super-
fície d o céa 'b ro . G a l l p n i p ô s , e m 1809, q u e a p r o p e n s ã o a cer tos t r a ç w d o persona- ;
l idado, c o m o a generos idade, a t i m i d e z e a d e s t r u t i v i d a d e , p o d i a estar relacionada I
às d imensões d a cabeça (F igu ra 1.10). Para sus ten tar sua a l e g a ç í o . G a l l e seus se-
g u i d o r e s co le ta ram e m e d i r a m c u i d a d o s a m e n t e o c r â n i o d e cen tenas d e pessoas
rep resen tando u m a g r a n d e v a r i e d a d e d e t i pos d e pe rsona l i dades , di»sde os mais
p r i v i l eg i ados até i>s c r i m i n o s o s e loucos. Fsta n o v a " c i ê n c i a " d e co r re lac iona r a es-
t r u t u r a da cabeça c o m traços da p e r s o n a l i d a d e fo i c h a m a d a d e fri'uoloj(iii. I jnbt ) ra
as a legaçõ is dos f reno log is tas nunca t e n h a m s i d o levadas a sér io p i ' la comun ida-1
de c ient í f ica, eles c a p t u r a r a m a i m a g i n a ç ã o p o p u l a r d a ép tKa . IX- fa to , u m livro-
texto d e frenoU>gia p u b l i c a d o o m 1827 v e n d e u ma i s d e 100.000 cóp ias .
U m d o s c r í t i cos ma i s ac i r r ad t i s da f r e n o l o g i a fo i F l ou rens , o m e s m o homem |
q u e d e m o n s t r o u e x p e r i m e n t a l m e n t e q u e o ce rebe lo e o cé reb ro reali/am diferen- P
ti»s funções, O s f u n d a m e n t o s d e suas c r i t i cas e r a m s<)lidi>s. Para começar , o f o r - 1
m a t o d o c r â n i o n â o se co r re lac iona c o m o f o r m a t o d o encé fa lo . A l é m d i s t o . F iou -1
rens rea l i zou ablações e x p e r i m e n t a i s m o s t r a n d o q u e t raços p a r t i c u l a r e s nâo são ^
iso lados de porções d o cé reb ro espec i f i cados pela f r e n o l o g i a . F io t a m b é m d o d u - 1
z iu , en t re tan to , q u e todas as regiões d o cérebro p a r t i c i p a m i g u a l m e n t e d e todas ^
as funções cerebra is , u m a conc lusão q u e ma i s t a rdo m o s t r o u - s e e r r a d a .
A pessoa g e r a l m e n t e c red i t ada p o r i n f l u e n c i a r a c o m u n i d a d e c ien t í f i ca a l'st.v |
belecer a loca l i zação das f unções cerebra is fo i o n e u r o l o g i s t a f rancês Pau l Broca |
( F i g u r a 1.11). BriK-a fo i a p r e s e n t a d o a u m pac ien to q u e c o m p n - e n d i a a l ingua- )
g e m , mas n â o p o d i a fa lar . A p t w a m o r t o d o pac ien to , o m 1861, B r w a exam inou
c u i d a d o s a m e n t e seu encé fa lo e e n c o n t r t ) u u m a lesão n o l o b o f r o n t a l esquerdo
(F igu ra 1.12). Baseado neste caso e o m mu i t t ) s o u t r o s , c o n c l u i u t j u e i>sta região do
cérebro h u m a n o era espec i f i camen te responsáve l pe la p r t K l u ç â o d a fala.
E x p e r i m e n t o s m u i t o cons is ten tes rea l i zados a segu i r o fe rece ram s u p o r t o à lo* I
ca l izaçAo d a s funções cerebra is e m a n i m a i s . O s f i s i o l i í g i s t as a lemães Gustav
l ' r i t sch e l í d u a r d I l i t z i g m o s t r a r a m que , a p l i c a n d o u m a p e q u e n a c o r r e n t e e l é t r i - |
ca e m u m a reg ião c i r cunsc r i t a d a supe r f í c i e cerebra l expos ta d o u m cão, pi>dor-|
se-ia p r o m o v e r d i sc re tos m o v i m e n t o s . O n e u r o l o g i s t a osctK-ês D a v i d For r ie r n.>-1
p o t i u ta l e x p e r i m e n t o c o m macacos. E m 1881, e lo m o s t r o u i | u e a r e m i r ã o dJ
m e s m a reg iã í i d o cé reb ro causava pa ra l i s i a d o s m ú s c u l o s . Da m e s m a f o r m a , o
f i s ioh tg is ta a l e m ã o H e r m a n n M ü n k , u s a n d o ab lação e x p e r i m e n t a l , apresentou
ev i dênc ias d e q u e o l o b o o c c i p i t a l d t i cé reb ro es tava e s p i v i f i c a m e n t e e n v o h
na v isão.
As Origens das Neufocièncias 11
Figura 1.12
O encéfalo que convenceu Broca da localização de função no cére-
bro. Este é o encéfalo preservado de um paciente que perdeu a fiabilida-
de de falar antes de morrer, em 1861. A lesão que produziu este déficit es-
tá indicada. (Fonte: Corsi. 1991. Fig, 111,4.)
C o n f o r m e se verá na Parte II doste l i v ro , agora sabemos que existe u m a clara
d i v i s ã o de t raba lho n o encéfalo, c o m d i ferentes partes rea l izando funções bem
d is t i n tas . O m a p a a lua i da d i v i são das funções cerebrais rivaliza m e s m o com o
ma i s e lab i i rado dos mapas p n x i u z i d o s pe l iw frenologistas. A ma io r d i ferença é
que, ao con t ra r i o dos frenologistas. os cientistas de hoje requerem evidências
ex-
p e r i m e n t a i s só l idas antes de a t r i bu i r uma funçáo a u m a porção d o encéfalo.
C o n t u d o , parece que Ga l l teve a idéia certa. É na tu ra l quest ionar-se por que
F lourens, o p i one i r o da l iK-al i /ação das funções cerebrais, fo i l evado a acredi tar
q u e o encéfa lo agia c o m o u m todo e náo pod ia ser s u b d i v i d i d o . Há mu i tas ra-
zões para q u e este b r i l han te pesquisador náo lenha descoberto a kxral izaçáo ce-
rebral , mas parece c laro que u m a das razões era sua forte reação cont ra C a l i e a
f reno log ia . Ble não pod ia concordar nem remotamente c o m Gal l , a q u e m consi-
de rava u m lunát ico . Isto nos lembra que ciência, para o bem ou para o ma l , era e
a i nda é u m e m p r e e n d i m e n t o caracter ist icamente h u m a n o .
A E v o l u ç ã o d o S i s t e m a N e r v o s o . Em 185^, o b i ó l o g o ing lês Char les Dar -
w i n (F igu ra 1.13) p u b l i c o u N e s t e t raba lho, q u e é œferência
abs t i l u la na b io log ia m i n l e m a . ele a r t i c u l o u a Teoria da Evo lução Na tu ra l : as es-
pécies de o rgan i smos e v o l u í r a m d e u m ancestra l c o m u m . De acordo c o m a sua
tw>ria, d i fe renças ent re as espécies aparecem p o r u m pr iKesso q u e D a r w i n cha-
m o u l ie sclt\i}o mtiinil. C o m o resu l tado d o mecan i smo d e r e p n x l u ç á o , i>s traços
físicos d o s f i l hos a l g u m a s vezes são d i fe ren tes d o s pais. Se estes traços repre-
sentam urna van tagem para a sobrev ivênc ia , este f i l ho terá mais chance de se rv-
p r o d u z i r , desta mane i ra fazendo c o m que este t raço seja passado para as p róx i -
mas gerações. A t r a v é s de vár ias gerações, este priKesst> l e v o u ao desenvo l v i -
m e n t o de t raços q u e d i s t i n g u e m espécies hoje e m d ia : nadadei ras nas f iKas, pa-
tas nos cães, m i o s ni»s g u a x i n i n s , e ass im p o r d ian te . Esta s imp les observação
r e v o l u c i o n o u a b io log ia . Ho je . ev idênc ias c ient í f icas desde a an t ropo log ia até a
genét ica mo lecu la r ap t i i am, d e f o r m a esmagadora , a teoria da evo lução pela se-
leção na tu ra l .
D a r w i n i n c l u i u o c o m p o r t a m e n t o enta* os traços herdados que p i x i e r i a m
evo lu i r . Por exemp lo , ele no tou q u e mu i tas espécies de mamí fe ros mos t ravam a
mesma reação q u a n d o estavam c o m medo: as pup i l as dos o lhos a u m e n t a v a m de
t a m a n h o , o coração d isparava, os cabelos f i cavam em pé. Isto é v e r d a d e i m para
o h o m e m ass im c o m o para o cão. Para D a r w i n , a s i m i l a r i d a d e nestas n>spostas
m o s t r a v a que as d i fe ren tes espécies t i n h a m e v o l u í d o de u m ancestra l c o m u m ,
q u e possuía o m e s m o traço de c o m p o r t a m e n t o (que p rev is i ve lmente era vanta-
josi>, po is fac i l i tava f u g i r dos predadores) . C o m o o c o m p o r t a m e n t o ref lete a at i -
v i d a d e d o s istema nervoso. p t )demos in fe r i r q u e os mecan ismos encefál icos q u e
f o r m a m a base desta reação de m e d o d e v e m ser s imi lares, se não idênt icas, nas
espiVi i 's .
Figura 1.13
Charles Darwin (1809-1882). Oanivinpn>-
põs a Teoria da Evolução, explicando como
a s espécies evoluem através do processo
de seleção natural. (Fonte: Arquivos de
Bettman.)
12 Capitulo 1 / IntrodiiçAo às Neurociónoas
Rgura 1.14
Diferentes especial izações cerebrais
em macacos e ratos, (a) O encéfalo de
um macaco tem um senso de vtsâo bas-
tante evoluído A região no quadro em des-
taque recebe informações dos olhos.
Quando esta região é seccionada e corada
para que se possa visualizar o tecido me-
tabolicamente ativo, um mosaico de 'bo-
lhas' aparece Os neurônios dentro das bo-
lhas sáo especializados na análise de co-
res no mundo visual, (b) O encéfalo de um
rato tem um senso táctil altamente evoluí-
do na face. A região no quadro em desta-
que recebe informação das vibrissas.
Quando esta região é secclor^da e corada
para mostrar a localização dos neurônios,
um mosaico de 'barr is ' aparece, Cada bar-
ril é especializado em receber um estimulo
de uma única vibrissa na face do rato. (Fo-
tomicrografía Cortesia do Or. S.H.C.
Hendry.)
A idéia do q u e o .sistem.i n e n ' o s o d e d i fe ren tes espécies e v o l u i u d e .incestra»
comuns e que estes p o d e m ter mecan ismos c o m u n s era o q u e p rec isávamos pa.
ra relacionar os resultados e m e x p e r i m e n t o s c o m a n i m a i s c o m os rea l i zados em
humanos. Assim, por exemplo , mu i tos dos d e t a l h e s d e c o m o o i m p u l s o elétrico
é c o n d u z i d o pe lo n e r v o f o r a m d e m o n s t r a d o s p r i m e i r a m e n t e e m lu las e, agora,
sabe-se q u e são igua lmente apl icáveis e m h u m a n o s . A m a i o r i a d o s neur(KÍenfis-
tas hoje e m dia ut i l iza nK\ielos animais d o s prtKesst>s q u e eles q u e r e m compreen-
der e m humanos . Por e x e m p l o , os ra los m o s t r a m c laros s ina is d e dependência
qu ímica se lhes for d a d a a chance d e se a u l o - a d m i n i s l r a r e m ccKaína repetida-
mente. Conseqüentemente , ratos são excelentes m o d e l o s p a r a pesqu isa focada
em compreender c o m o as drogas ps icoat ivas e x e r c e m seus e fe i tos sobre o siste-
ma ner\'ost>.
Por outn> lado, mu i tos traços c o m p o r t a m e n t a i s sâo a l t a m e n t e especial izado!
para o a m b i e n t e ( o u n icho) q u e a espécie t K u p a . P o r e x e m p l o , m a c a c o s balan-
çandivse d e ga lho e m g a l h o t ê m u m a g u d o senso d e v i s ã o , e n q u a n t o q u e ratos
correndo e m hineis subterrâneos t ê m u m a v isão p o b r e , m a s u m r e f i n a d o senso
táctil e m p r e g a n d o suas vibrissas. A d a p t a ç õ e s re f l e tem-se n a e s t r u t u r a e nas fun-
ções d o encéfalo d e cada espécie. C o m p a r a n d o a e s p e c i a l i z a ç ã o d o encéfa lo de
diferentes espécies, os neurocient istas f o r a m capazes d e i d e n t i f i c a r q u e partes do
encéfalo e r a m responsáveis p o r d i fe ren tes funções c o m p o r t a m e n t a i s . E x c m p l «
e m macaci>s e ratos estão representados na F i g u r a 1.14.
O N e u r ô n i o : A U n i d a d e F u n c i o n a l B á s i c a d o S i s t e m a N e r v o s o . O refina-
mento d o micn>sc6pio n o iníc io d o século X I X o fe receu at>s c ient is tas sua primei-
ra o p o r t u n i d a d e d e e x a m i n a r tec idos a n i m a i s e m m a g n i f i c a ç õ c s ma io res . Era
1839, o zix)logista a l e m ã o T h e o d o r S c h w a n n p r o p ô s o q u e se t o r n o u conhecido
como teoria cfluhr. todos os tecidos sào c o m p o s t o s p o r u n i d a d e s microscópicai
chamadas células. ~
Apesar d e as c é l u l a s cerebrais já e s t a r e m i d e n t i f i c a d a s e descr i tas , a i n d a exis-
tia controvérsia sí>bre se a "célu la ner \ 'osa" i n d i v i d u a l e r a r e a l m e n t e a unidade
O ) E n c é l a l o d e w o
As Neufociéncias Hoje 13
básica da funçÃo cerebríil. As células nervosas comumcntc tôm um corto núme-
ro dc projeções ou prtKessos finos, que se estendem a partir do corpo celular (Fi-
gura 1.15). Inicialmente, os cientistas não podiam decidir se os prwessos de di-
ferentes ciíkilas fundiam-se com os vasos sangüíneos do sistema circulatório. Sc
isto era verdade, o termo "rede nervosa" de células neurais conectadas poderia
representara unidade elementar da funçAo cerebral.
O Capitulo 2 apresenta uma pequena história de como esta questão íoi resol-
vida. 1- suficiente dizer que. por volta de 1900. a célula ner\ osa individual, hoje
chamada de neurônio, foi reconhecida como sendo a unidade funcional básica
do sistema nervoso.
AS NEUROCIÉNCIAS HOJE
A história moderna das neurocièncias ainda está sendo escrita, e as suas desctv
bertas, até aqui, formam a base deste livro. Discutiremos os maLs recentes desen-
volvimentos ao longo de todo o l ivro. Vamos, agora, examinar como os estudos
sobre o encéfalo sáo conduzidas hoje em dia e por que sua continuidade é impor-
tante para a stKiedade.
Níveis de Análise
A história demonstrou claramente que compreender como o encéfalo funciona é
um grande desafio. Para reduzir a complexidade do problema, os neurwienlis-
tas o "quebraram" em pequenos pedaços para uma análise sistemática experi-
mental. Isto é chamado de abordiii^cm rcdtidoiüsta. O tamanho da unidade a ser
estudada define o que geralmente é chamado de nivel de análise. Em ordem as-
cendente de complexidade, estes níveis sào: molecular, celular, de sistema, com-
portamental e cognitivo.
N e u r o c i è n c i a s Mo lecu la res . O encéfalo já foi t ido como a mais complexa
porçáo de matéria no universo. A matéria encefálica consiste de uma fantástica
variedade do moléculas, muitas das quais sâo exclusivas do sistema ner\-oso. Es-
tas diferentes moléculas têm diferentes papéis que sÃo cruciais para a função ce-
rebral: mensageiros que permitem aos neurónios comunicarem-se uns com os
outros, sentinelas que controlam que materiais podem entrar ou deixar os neu-
rônios, guias que direcionam o crescimento neuronal, arquivistas de experiên-
cias passadas. Ü estudo do encéfalo em seu nível mais elementar é chamado de
neunKíências moleculares.
Figura 1.15
Um desenho antigo de uma célula ner-
vosa. Publicado em 1865. este desenho
do anatomista alemão Otto Deiters mostra
uma célula nervosa, ou neurônio, e suas
várias projeções, chamadas de neunfos.
Por um tempo pensou-se que os neurítos
fundiam-se como os vasos sangüíneos do
sistema circulatório. Agora sabe-se que os
neurônios sáo entidades distintas que se
comunicam utilizando sinais químicos
(Fonte Clarke e O Malley. 1968. Fig. 16.).
N e u r o c i è n c i a s Celu lares . O próximo nível de análise é o das neurixrièncias
celulaa-s, que enfiKa o estudo de como as moléculas trabalham juntas para dar
ao neurônio suas propriedades especiais. Entre as perguntas formuladas neste
nível temos: Quantos diferentes tipt>s de neurônios existem e como eles diferem
em sua função? Como os neurónios influenciam outros neurônios? Como os
neurônios se interconectam durante o desenvolvimento fetal? Como os neurô-
nios fa/em suas computações?
N e u r o c i è n c i a s de S is temas . Constelações de neurônios formam circuitos
complexos que realizam uma determinada função comum: a visáo, por exemplo,
ou o movimento voluntário. Assim, f>«>demi>s falar no "sistema visual" e no "sis-
tema motor", cada um com seus próprios circuitos dentn^ do encéfalo. Neste ní-
vel de análise, chamado neunxriencias de sistemas, neunvientistas estudam civ
mo diferentes ciaui tos neurais analisam informação .sensorial, formam a penrep-
ção do mundo externo, tomam decisões e executam movimentos.
Neu roc iènc ias Compor tamen ta i s . Como os sistemas neurais trabalham jun-
tos para produzir lomportanu-iUo-, integrados? Por exemplo, existem diferentes
fi>rmas de memória para diferentes sistemas? Onde. no encéfalo, agem as drogas
que alteram a mente e qual é a contribuição normal destes sistemas para a regu-
1 o Capítulo 1 / Introdução às Neurociéncias
lação d o h u m o r e d o c o m po r ta m e n lo? Q u . i l s i s tema n e u r a l é responsáve l pelos
c o m p o r t a m e n t o s especí f icos d e cada gênero? De o n d e v e m os sonhos? Estas sâo
questões es tudadas pe las neurcKiênc ias c o m p o r t a m e n t a i s .
N e u r o c i ê n d a s C o g n i t i v a s . P m v a v e l m e n t e o m a i o r d e s a f i o das lu-urtKièncias
fo i a c o n i p n i i isão d o s m e c a n i s m o s n e u r a i s responsáveis pe las a t i v i d a d e s men-
tais supe r i o res d o h o m e m , c o m o a consc iênc ia , a i m a g i n a ç ã o e a l i nguagem. A
pesquisa n o n í v e l das neu r tK iênc ias c o g n i t i v a s i nves t i ga c o m o a a t i v i d a d e d o
céfa lo c r ia a men te .
O s N e u r o c i e n t i s t a s
" N e u r i K i e n t i s t a " é u m a d e s i g n a ç ã o q u e soa d e m a n e i r a tão impress ionanle
q u a n t o " c i en t i s ta espac ia l " . M a s , c o m o v t K ê , nós t a m b é m já f o m o s estudantes-j
Por a l g u m m o t i v o - t a l vez p o r q u e t i véssemos a v is ta f raca, o u ta l vez po rque al-
g u m f a m i l i a r tenha p e r d i d o a fa la apcw u m d e r r a m e e qu i séssemos saber o moti-
v o - c o m e ç a m o s a c o m p a r t i l h a r d e u m dese jo c o m u m d e "saber c o m o funciona",
Ta lvez você t a m b é m v e n h a a c o m p a r t i l h a r c o n o s c o este desejo.
Ser u m neu roc i en t i s t a é m u i t o g r a t i f i c a n t e , m a s n ã o é m u i t o fác i l chegar aqu i
São necessár ios m u i t o s anos d e a p r e n d i z a d o . A l g u n s t a l v e z c o m e c e m ajudando
na pesqu isa e m a l g u m l a b o r a t ó r i o d u r a n t e o u a p ó s a f a c u l d a d e e, poster iormen-
te, c u r s e m a p ó s - g r a d u a ç ã o para o b t e r u m t í t u l o d e m e s t r e o u d o u t o r (ou anv
bos). Is to g e r a l m e n t e é s e g u i d o p o r a n o s d e p ó s - d o u t o r a d o n o s q u a i s se apren-
d e m n o v a s técnicas o u m a n e i r a s d e p e n s a r sob a s u p e r \ ' i s ã o d e u m neurocient is-
ta estabelec ido. F i n a l m e n t e , o " j o v e m " neu roc ien t i s ta está p r o n t o pa ra in ic ia r seu
t r a b a l h o e m u m a u n i v e r s i d a d e , i n s t i t u t o o u h o s p i t a l .
F a l a n d o d e m o d o gera l , a pesqu isa e m neurcx i iênc ias (e os neuroc ien t i s tas ) po-
d e ser d i v i d i d a e m d o i s t ipos : clínica e experimental. Pesqu isa c l í n i ca é basicameivl
te c o n d u z i d a p o r m é d i c o s . A s p r i n c i p a i s e s p e c i a l i d a d e s d e d i c a d a s ao sistemaj^
n e r v o s o h u m a n o são a n e u r o l o g i a , a p s i q u i a t r i a , a n e u r o c i r u r g i a e a n e u r o p a t t B
l og ia (Tabela 1.1). M u i t o s d o s q u e c o n d u z e m as pesqu i sas c l í n i cas c o n t i n u a m i
t r a d i ç ã o d e Broca, t e n t a n d o d e d u z i r d o s e fe i t os c o m p o r t a m e n t a i s d a s lesões as
f unções das vá r i as reg iões d o encé fa lo . O u t r o s c o n d u z e m e s t u d o s p a r a .icessar
os r iscos e os bene f íc ios d e n o v o s t i p o s d e t r a t a m e n t o .
A p e s a r d o ó b v i o v a l o r da pesqu isa c l ín ica , os f u n d a m e n t o s d e l o d o s os trata»
m e n t o s m é d i c o s d o s i s tema n e r v o s o f o r a m e c o n t i n u a m s e n d o baseados n «
neu roc iénc ias e x p e r i m e n t a i s , q u e p o d e m ser r ea l i zadas p o r u m m e s t r e ou um
d o u t o r , n ã o necessar iamente f o r m a d o e m m e d i c i n a . A s a b o r d a g e n s exper imc iv
ta is u t i l i z a d a s para se es tuda r o encé fa lo sâo tão a m p l a s q u e i n c l u e m quase quaH
q u e r m e t o d o l o g i a conceb íve l . A s s i m , apesar d a n a t u r e z a i n t e r d i s c i p l i n a r d'lS
neuroc iénc ias , o q u e d i s t i n g u e u m neuroc ien t i s ta d e o u t r o é o f a l o d e ser especia«
l i z a d o e m d e t e r m i n a d a s m e t o d o l o g i a s . Ex i s t em n e u r o a n a t o m i s t a s , q u e u l i l i zam
m i c r o s c ó p i o s so f i s t i cados para t raçar conexões n o encé fa l o ; neuro f is io log is tas .
q u e u t i l i z a m e le t rodos , a m p l i f i c a d o r e s e osc i l oscóp ios pn ra m e d i r a at iv idade
Tabela 1.1 Especia l idades módicas assoc iadas c o m o s is tema nervoso
ESPECIALISTA DESCRIÇÃO
Neufoanatomista E8luda a estrutura do sislema nervoso,
Neurobiõlogo do Analisa o desenvolvimento e a maturação do
desenvolvimento encéfalo.
Neurobiólogo
molecular Usa o material genético dos neurônios para
compreender a estrutura e a função das
moléculas cerebrais.
Neurocientista computacional Usa a matemática e os computadores para
construir modelos de funções cerebrais.
Neurocientista computacional Usa a matemática e os computadores para
construir modelos de funções cerebrais.
As Neufociéncias Hoje 15
Tabela 1.2 Tipo» de neuroclent l . ta . experimenlais
Neurocirurgião
Neuroetólogo
Neurofarmacologisla
Neurotisiologista
Neurologista
Neuropatologista
Neuropsicólogo
Neuroquímico
Psicobiólogo
(psicólogo fisiologista)
Psicofisico
Psiquiatra
DESCRIÇÃO
Um médico treinado para realizar cirurgia no
encéfalo e na medula esptnfial.
Estuda as bases neurais de comportamentos
animais específicos de cada espécie no seu
habitat natural.
Examina os efeitos de drogas sobre o sistema
nervoso-
Mede a atividade elétrica do sistema nervoso.
Um médico treinado para diagnosticar e tratar de
doenças do sistema nervoso.
Um médico ou outro profissional treinado para
reconhecer as alterações no tecido nervoso que
resultam de doenças.
Estuda as bases neurais do comportamento
humano.
Estuda a química do sistema nervoso.
Estuda as bases biológicas do comportamento
animal.
Mede quantitativamente as habilidades de
percepção.
Um médico treinado para diagnosticar e tratar
transtornos do humor e da personalidade.
e lét r ic . i cerebral ; neurofarmacolog is tas, que usam drogas talhadas para es tudar
a q u í m i c a da função cerebral ; neurob ió logos moleculares, q u e c o p i a m o mater ia l
gené t i co dos neu rôn ios para encont rar pistas das es t ru tu ras molecu lares cere-
bra is ; e ass im p o r d ian te . A Tabela 1.2 lista a lguns dos tipt)s d e neuroc ient is las.
Pergun te ao seu o r i en tado r que t i po de neurocient is ta ele ou ela é.
O Processo Científico
N e u r o c i e n t i s l a s de todas as l inhas esforçam-se para estabelecer as verdades a
respe i to d o s istema nervoso. Independen temente d o n íve l de anál ise que esco-
l h e m , eles t r aba lham de acordo c o m o niclotio cwiilifico, que consiste de q u a t r o
etapas o.ssenciais; observação, repl icação, in terpretação e ver i f icação.
O b s e r v a ç ã o . Observações são t i p i camente real izadas d u r a n t e exper imentos
licícnlituloiy para testar u m a h ipótese par t icu la r . Hell, p o r exemp lo , h i po te t i zou
q u e as ra í /es vent ra is c o n t i n h a m as f ibras nervosas que con t ro lavam os múscu-
los. l 'ara testar esta idéia, ele r e a l i / o u o expe r imen to n o qua l seccionou estas fi-
bras e obse rvou se resul tava a l guma paral is ia muscu la r ou não. Ou t ros t ipos de
observação d e r i v a m de u m atento o lhar d o m u n d o ao nosso redor, o u da intros-
pecção, o u de casos c l ín icos humanos . Por exemplo , as observações cu idadosas
d e Brix-a o l eva ram a cor re lac ionar a lesão no lobo f ron ta l esquerdo c o m a perda
da hab i l i dade d e fa la r
R e p l i c a ç ã o . N ã o i m p o r t a n d o se a observação é expe r imen ta l ou c l ín ica, é es-
sencia l que ela possa ser rep l icada antes de poder ser aceita pelos cient istas co-
m o u m fato. Repl icação s imp lesmente quer d ize r repet i r o exper imen to em di fe-
rentes sujei tos ou fa /e r observação s im i l a r em di ferentes pacientes, quantas ve-
zes f o r necessário para se descartar a poss ib i l i dade de que esta observação tenha
o c o r r i d o apenas por acaso.
I n t e r p r e t a ç ã o . N o m o m e n t o em que o cient ista acredita que a observação está
correta, ele laz u m a in terpretação, a qua l depende de seu estado de conhec imen-
to (ou ignorânc i i i ) no m o m e n t o da observação e de suas noções preconcebidas.
16 Capítulo 1 / Introdução ás Neurociências
Ass im , as in terprot . ições n e m sempre res is tem ao teste d o t e m p o . 1 o r exemplo ,
no m o m e n t o em q u e (cz estn observação, F lou rens n ã o s. ibia q u e o cerebro de
u m passar inho era f u n d a m e n t a l m e n t e d i f e ren te d o d e u m m a m í f e r o . A s s i m , cie
conc lu i u , e r roneamente , das ablações e x p e r i m e n t a i s e m pássaros, q u e n ã o exis-
tia a local ização de certas funções n o cérebro d e m a m í f e r o s . A l é m d i sso , conio
d issemos, seu p r o f i m d o desp rezo p o r G a l l ce r t amen te i n f l u e n c i o u esta interpre-
tação. O p o n t o é q u e a i n te rpa - tação cor re ta c o m f r eqüênc ia p e r m a n e c e desco-
nhec ida p o r m u i t o t e m p o após a real ização da obser \ 'ação. N a rea l i dade , muitas
vezes g randes descober tas são fei tas q u a n d o ve lhas o b s e r \ ações sSo in terpreta-
das sob u m a n o v a luz .
V e r i f i c a ç ã o . A ú l t i m a etapa d o processo c ien t í f i co é a ve r i f i cação . Esta etapa é
d is t in ta da rep l i cação rea l izada pe lo o b s e r v a d o r o r i g i n a l . Ver i f icaç<io s igni f ica
que a obsen-ação é su f i c i en temen te robusta e p o d e r á ser rea l i zada p o r qualquer
c ient ista compe ten te q u e siga p rec isamente o p r o t o c o l o d a obse rvação or ig ina l .
U m a ver i f i cação b e m - s u c e d i d a v i a d e regra s i gn i f i ca q u e a o b s e r v a ç ã o é aceita
c o m o fato. Ent re tan to , n e m toda obser\ -ação p o d e ser v e r i f i c a d a . A l g u m a s vezes
is to se d e v e a imprec isões n o a r t i g o o r i g i n a l o u à rep l i cação i nsu f i c i en te . N o en-
tanto, o insucesso da ve r i f i cação u s u a l m e n t e p o d e se d e v e r ao f a to d e q u e inú-
meras va r iáve i s ad ic iona is , c o m o t e m p e r a t u r a o u ho ra d o d ia , c o n t r i b u e m para
o resu l tado o r i g i na l . A s s i m , o processo d e ve r i f i cação , se a f i r m a t i v o , estabelece
novos fatos c ient í f icos, e, se nega t i vo , sugere n o v a s i n te rp re tações pa ra a obser-
vação o r ig ina l .
Ocas iona lmen te , l emos na i m p r e n s a le iga o re la to d e a l g u m caso d e " f r aude
c ient í f i ca" . Os pesqu isadores d e v e m c o m p e t i r d u r a m e n t e p o r l i m i t a d o s fundos
d e pesquisa e so f rem cons ideráve l pressão para " p u b l i c a r o u m o r r e r " . C o m o ob-
je t i vo de acelerar os t raba lhos , a l guns au to res a c a b a m p u b l i c a n d o "observações"
q u e nunca f o r a m feitas. Por sor te , estes casos d e f r a u d e são ra ros , graças à pró-
p r ia na tureza d o processo c ien t í f i co . S e m m u i t o ta rdar , o u t r o s c ien t i s tas vêem-se
incapazes de ver i f i ca r as observações f r a u d u l e n t a s e c o m e ç a m a l e v a n t a r dúv i -
das sobre c o m o elas f o r a m o b t i d a s o r i g i n a r i a m e n t e . O m a t e r i a l q u e c o m p õ e este
l i v r o é u m ve rdade i ro a tes tado d o sucesso d o processo c ien t í f i co .
O Uso de Animais na Pesquisa em Neurociências
A m a i o r par te d o q u e sabemos sobre o s i s tema n e r v o s o v e m d e e x p e r i m e n t o s
rea l izados c o m an ima is . N a m a i o r i a d o s casos, os a n i m a i s são sac r i f i cados para
que o encéfalo possa ser e x a m i n a d o n e u r t w n a t ó m i c a , n e u r o f i s i o l ó g i c a e / o u neu- :
r o q u i m i c a m e n t e . O fa to d e q u e os a n i m a i s são sac r i f i cados pa ra o conhec imen to | :
h u m a n o levanta questões sobre a ética da pesqu isa c o m a n i m a i s .
O s A n i m a i s . I n i c i a l m e n t e , v a m o s co locar o assun to e m p e r s p e c t i v a h is tór ica. i
Desde sempre os h o m e n s t ê m t r a t a d o os a n i m a i s e seus p r o d u t o s c o m o reservas ;
na tu ra is de a l i m e n t o , ves tuá r i o , t r anspo r te , recreação, espo r te e c o m p a n h i a . Os J
a n i m a i s
e m p r e g a d o s na pesqu isa , na educação e e m testes s e m p r e f o r a m uma
pequena f ração d o to ta l u t i l i z a d o para o u t r o s p r o p ó s i t o s . Por e x e m p l o , nos Esta-
dos U n i d o s ho je e m d ia , o n ú m e r o d e a n i m a i s u t i l i z a d o s e m t o d o s os t i pos de
pesqu isa b i o m é d i c a soma m e n o s q u e 1% d o n ú m e r o to ta l do a n i m a i s sacr i f ica-1
dos somen te para f ins de a l imen tação* . O n ú m e r o u t i l i z a d o espec i f i camen te na
pesquisa e m neuroc iênc ias é a i nda menor .
E x p e r i m e n t o s e m neuroc iênc ias são c o n d u z i d o s u t i l i z a n d o v á r i a s espécies di-
ferentes, desde cobras até macacos. A escolha da espécie a n i m a l g e r a l m e n t e é di-
tada pela ques tão sob inves f igação, o n í v e l d e aná l ise e o g r a u da re lação d o co-
n h e c i m e n t o o b t i d o neste n í v e l c o m os seres h u m a n o s . Via d e regra, q u a n t o mais
básico fo r o p r w e s s o sob invest igação, ma i s d i s tan te p o d e r á ser o a n i m a l e.scolhi-
• N. dl- A De acrdo com o N.ilional Acadi-my oi Scienc« lir-liluto of Medú im-, 1991.
c<.mprcendc-r a bnse molecular da condução do impulso nervoso podem ser rea-
l izados cm uma especie tão dist inta do nós quanto a lula. For outro lado, com-
preender as bases neurais do movimento e dos transtornos da percepção em hu-
manos requerem experimentos em espécies mais próximas de nós, como o ma-
caco. Hoje, mais da metade dos animais uti l izados para pesquisa nas neurociên-
cias são roedores - ratos ou camundongos - que são criados especificamente pa-
ra esto propósito. ^
B e m - E s t a r d o s A n i m a i s . No mundo desenvolvido, a maioria dos adultos ins-
truídos preocupa-se com o bem-estar dos animais. Os neurocientistas compart i-
l ham desta preocupação e trabalham para garantir que os animais sejam bem
tratados. Entretanto, é bom lembrar que a sociedade nem sempre deu tanto va-
lor ao bem-estar animal, como podemos depreender de algumas das práticas
científ icas do passado. Por exemplo, nos seus experimentos do início do século
X iX , Magendie u t i l i zou fi lhotes de cão sem anestesia (tendo sido posteriormen-
te cr i t icado por isso pelo seu r ival científico Bell). Antes de qualquer julgamento
precip i tado, considere o quanto a filosofia de Descartes era influente na socieda-
de francesa deste período. Acreditava-se que animais de todos os tipos eram
apenas simples autômatos, máquinas biológicas que careciam de qualquer emo-
ção, Atualmente, isto soa perturbador, mas não podemos nos esquecer de que os
humanos também não t inham mu i to mais respeito uns pelos outros (a escravi-
dão, por exemplo, ainda era praticada nos Estados Unidos). Por sorte, algumas
coisas m u d a r a m quase que dramaticamente desde então. A grande importância
que se tom dado ao bem-estar animal nos dias de hoje tom levado a grandes me-
lhorias no seu tratamento na pesquisa biomédica. Infelizmente, outras coisas
muda ram pouco. Humanos em todo o mundo cont inuam a abusar uns dos ou-
tros de diferentes maneiras (abuso infant i l , crimes violentos, matanças étnicas, e
assim por diante).
Hojo, os neurocientistas aceitam certas responsabilidades morais pelos ani-
mais experimentais:
1. An imais são ut i l izados somente para experimentos necessários que garantam
avanços no conhecimento do sistema n e n oso.
2. Todos os passos necessários são tomados para min imizar a dor e o estresse ex-
perimentados pelo animal (uso de anestésicos, analgésicos, etc.).
3. Todas as alternativas ao uso de animais são consideradas.
O cumpr imento deste código de ética é moni tor izado de diferentes maneiras.
Primeiro, propostas de pesquisa devem passar por uma revisão pelo Comitê Ins-
t i tuc ional do Bioética ( "CIB" , ou outra sigla equivalente em sua instituição).
Mombros deste comitê incluem um veterinário, cientistas de outras disciplinas,
e representantes não-cientistas da comunidade. Após passar pela revisão do CIB,
as propostas são avaliadas quanto ao mér i to científico por um grupo de neuro-
cientistas reconhecidos. Esto passo garanto que somente aqueles projetos que va-
lham a pona sejam realizados. Assim, quando o neunxrientista vai publ icar seus
resultados em revistas especializadas, os artigos serão revisados por outros neu-
rocientistas, tanto pelo mér i to científico quanto pelo bem-estar dos animais en-
vo lv idos. Problemas com qualquer u m destes itons podem lovar à rejeição do
trabalho, o que, por sua vez, pode acarretar a perda do f inanciamento àquele
projeto de pesquisa. Ad ic iona lmente a estes procedimentos de monitorização,
lois federais estabelecem normas restritas para os cuidados e acondicionamento
de animais do laboratório.
D i r e i t o s d o s A n i m a i s . A maioria das pessoas aceita a necessidade da experi-
mentação em animais para o avanço do conhecimento, desde que ela seja reali-
zada humanamente e com o dev ido respeito ao bem-ostar animal. Entretanto,
uma minor ia barulhenta e bastante violenta quer a abolição total do uso de ani-
mais para propósitos humanos, inc lu indo a experimentação. Essas possoas colo-
18 CapilukJl'InlroduçâoasNeurociôncias
Â
They've Saved More People Than 911. |
Figura 1.16
Nossa dívida para com a pesquisa com animais. Este cartaz contra-argumenta os de-
fensores dos direitos dos animais, conscientizando o público dos benefícios da pesquisa
com animais (Fonte: Fundação Nacional de Pesquisa Biomédica dos Estados Unidos).
Observação: 911 é o telefone para emergências em geral dos EUA.
cam-se em uma posição fi losófica denominada "d i re i los dos an ima is " (animal '
ri<?/rfs). De acordo com esle modo de pensar, os animais têm os mesmos direitos |!
legais e morais que os humanos. |l
Sc você ama os animais, é possível que simpatize com este ponto de vista. Con- \\
sidere, porém, as seRuintes questões. Você seria capaz de deprivar-se e a sua fa- i,'
mília de prixedimentt>s médicos que foram desenvolvidos usando animais? A
morte de um camundonj^o é equivalente à morte de u m ser humano? Ter u m ani- .
mal de estimação náo seria a mesma coisa que a escravidão? Comer carne seria o {
equivalente moral do assassinato? VcKê acha que é eticamente incorreto matar •
u m porco para salvar uma criança? Controlar a população de roedores ou baratas
nos esgotos da .sua casa equivale moralmente ao Holocausto? Se a sua resposta é
não para alguma destas questões, então você nào se encaixa na fiUxsofin dos direi- j
tos animais. Bcni-cslar aiihiiat - uma preocupação que todas as pessoas responsá- j |
veis compart i lham - nào deve ser confundido com "direi tos dos animais" .
Mi l i tantes dos direitos dos animais têm combat ido intensamente a pesquisa i i
com animais, algumas vezes com um sucesso alarmante. Eles têni man ipu lado a
opinião pública com repetidas alegações de crueldade nos exper imentos com
animais que são grosseiramente distorcidas ou simplesmente falsas. Hm algu-
mas ocasiões, vandal ismo tem sido prat icado em laboratórios, des t ru indo anos
de dados científicos obt idos com mui to trabalho e centenas de milhares de dóla-
res em equipamentos (pagos pelos contribuintes). Usando de ameaças de violên-
cia, induz i ram alguns cientistas a abandonar a pesquisa.
Felizmente, isto está mudando. Graças ao esforço de u m razoável número de
pessoas, cientistas e nào-cientistas, essas falsas alegações têm sido expostas, e os
benefícios à humanidade das pesqui.sas com animais tem sido mostrados (Figu-
ra 1.16). Considerando-se o elevado custo, em termos de sofr imento humano, re-
sultante de transtornos e distúrbios do sistema nervoso, os neurocientistas assu-
mi ram a posição de que imoral seria iiflo usar, de maneira sábia, todos os recur-
sos que a natureza proporciona, inc lu indo os animais, para obter
o conhecimen-1
to de como o encéfalo funciona na saúde e na doença.
As Neufociéncias Hoje 19
Tabela 1.3 Alguns dos principais distúrbios e Iranstornos do sistema n
DOENÇA
Acidente Vascular
Cerebral ("derrame")
Depressão
Doença de Alzheimer
Doença de Parkinsor»
Epilepsia
Esclerose múltipla
Esquizofrenia
Lesão espinhal
Paralisia cerebral
DESCRIÇÃO
Perda da funçào cerebral causada porinlerrupçáo do suprimento sangüíneo, normalmente levando a
déficit sensitivo, motor ou cognitivo permanente.
Grave Iranstorno do humor caracterizado por insónia, perda do apetite e sentimento de rejeição.
Doença degenerativa progressiva do encéfalo, caracterizada por demência; é sempre fatal.
Doença progressiva do encéfalo que leva à dificuldade em iniciar movimentos voluntários.
condição caractenzada por distúrbios periódicos da atividade elétrica cerebral que pode levar a
convulsões, perda da consciência e problemas sensoriais.
Doença progressiva que afeta a condução nervosa, caracterizada por episódios de fraqueza, perda
da coordenação e distúrbio da fala.
Grave transtorno psicótico caracterizado por alucinações, delírios e comportamento bizarro.
Perda da sensibilidade e dos movimentos devido a um trauma na medula espinhal.
Distúrbio-motor causado por lesão cerebral no momento do nascimento.
O Custo da Ignorância: Distúrbios e Transtornos do
Sistema Nervoso
A m o d e r n a pesquisa e m neuroc ièncias é onerosa, mas o custo da ignorânc ia
acerca d o f u n c i o n a m e n t o d o encéfalo é m u i t o m a i o r A Tabela 1.3 lista a lguns dos
t r ans to rnos e d i s t ú rb i os que afetam o sistema nervoso. É p rováve l que a sua fa-
m í l i a tenha s o f r i d o o i m p a c t o de uma o u mais delas. Examinemos, aqu i , a lgu-
mas destas doenças e ve r i f i quemos seus efeitos na sociedade*.
A doença de Park inson e a doença de A l z h e i m e r são caracterizadas por u m a
p rogress iva degeneração de neurôn ios específicos no encéfalo. A d twnça de Par-
k inson , q u e resul ta n u m a d i f i c u l d a d e dos m o v i m e n t o s invo lun tá r ios , afeta cer-
ca de 50Ü.Ü00 amer icanos. A d t v n ç a de A l zhe imer leva à demência, u m estado de
c o n f u s ã o carac te r i zado pela perda da capacidade de aprender novas i n í o rma -
çCtes e d e recordar conhec imentos p rev iamente adqu i r idos . O Ins t i tu to Nac iona l
de Saúde d o s Hstados U n i d o s ( N I H ) est ima que a demência afete 10% das pes-
soas ac ima dos 65 anos e 50% das pessoas acima de 85 anos. O n ú m e r o de ame-
r i canos c o m demênc ia to ta l iza ma is de 3 mi lhões. A tua lmen te , há o reconhc»ci-
m e n t o d e q u e a demênc ia não é uma conseqüência inev i táve l d o enve lhec imen-
to, c o m o se acred i tava , mas, s im, s inal de u m a pato logia encefálica. A doença de
A l z h e i m e r p r o g r i d e sem piedade, roubando de suas v í t imas p r i m e i r o sua men-
te, d e p o i s o con t ro le sobre as funções básicas corpora is e, f ina lmente , sua v ida ; a
doença sempre é fatal. N o s Estados Un idos , o custo anua l para o cu idado de pes-
soas c o m demênc ia c de a p m x i m a d a m e n t e 90 bi lhões de dólares.
A depressão e a esqu izo f ren ia são transtornos d o h u m o r e d o pensamento. A
depressão ê caracter izada por sent imentos de derrota, baixa auto-est ima e cu lpa.
Q u i n z e m i l hões de amer icanos i rão, em a l g u m m o m e n t o de suas v idas , exper i -
m e n t a r a l g u m e p i s ó d i o m a i o r de depníssão. A depressão é a p r i n c i p a l causa de
su i c í d i o nos Estados U n i d o s , ma tando cerca de 30.000 pessoas a cada ano. A es-
qu i zo f ren ia é u m t rans to rno da pei-sonalidade caracter izado por alucinações, de-
l í r ios e c o m p o r t a m e n t o b izar ro . A doença gera lmente in ic ia no começo da v i da
p r o d u t i v a - adolescência e começo da v i da adu l ta - e pode persist i r por toda a vi-
da. Ma i s de 2 m i lhões de amer icanos sof rem de esquizofrenia. O Ins t i tu to Nac io-
na l de Saúde M e n t a l ( N I M H ) est ima que doenças menta is c o m o a depressão e a
esqu izo f ren ia cus tam aos Estados Un idos mais de 13Ü bi lhões de dólares por ano.
O ac idente vascular cerebral (AVC, o p o p u l a r " d e r r a m e " ) ê a terceira causa de
m o r t e nos l -s tados U n i d o s . A s v í t i m a s de d e r r a m e que não m o r r e m , cerca de
1O0.ÜÜ0 ao ano, m u i t o p r o v a v e l m e n t e terão c o m o seqi iela a lguma def ic iência fí-
sica Ü custo anua l d o A V C nos Estados U n i d o s ê de bi lhões de dólares. A depen-
dênc ia de á lcool e d rogas afeta v i r t u a l m e n t e todas as famí l ias no país. Os custos
d . « t - M l í s l i c - . JiSta ^-çao: U.S. Ofiicoot ÍK-lon«oi.J Tivhnolo«y Policy, 1«1
1 o Capítulo 1 / Introdução às Neurociéncias
em termos de t ra tamento , perda de salár ios e ou t ras conseqüênc ias c h e g a m a 150
bi lhões por ano. Estes poucos exemp los i l u s t r a m apenas a supe r f í c i e d o proble-
ma, Miiis ûHicricaiiofi í^ão lioapitolizndos por dhlúrbioi^ iiciirolófiicos f fnuin/ornos wen-
tóis ,/tí íjue í}iiti/<]ueri)utro^^rii;\) de doenças, induiudo doenças cardíacas c ahicer.
Os custos econômicos das d is funções cerebrais são eno rmes , mas eles n ã o são
nada se comparados c o m o custo emoc iona l q u e a t i nge suas famí l ias . A p reven-
ção e o t ra tamento dos t rans tornos menta is r e q u e r e m a c o m p r e e n s ã o d a função
n o r m a l d o encéfalo, e este conhec imen to bás ico é o escopo das neuroc iénc ias . A
pœquisa em neurociéncias já c o n t r i b u i u para o d e s e n v o l v i m e n t o d e t ra tamentos
efe t ivamente m e U u w s para a doença de Pa rk i nson , a depressão e a esqu izo f re -
nia. Novas estratégias estão sendo testadas para se reg i s t ra rem n e u r ô n i o s q u e es-
tão m o r r e n d o e m pacientes c o m a doença d e A l z h e i m e r e naque les q u e so f re ram
u m AVC. G r a n d e progresso t e m s i do a lcançado na compreensão de c o m o as dro-
gas e o álcool a fe tam o encéfa lo e c o m o eles l e v a m ao c o m p o r t a m e n t o d e depen-
dência. O mater ia l deste l i v r o d e m o n s t r a o m u i t o q u e sabemos sobre a f unção do
encéfalo. M a s o q u e sabemos é i ns ign i f i can te se c o m p a r a d o a o q u e a i n d a temos
de aprender.
COMENTÁRIOS FINAIS
Neste cap í tu lo , en fa t i zamos q u e as neuroc iénc ias são u m e m p r e e n d i m e n t o dis-
t i n t i vamen te h u m a n o . A s fundações h is tór icas das neuroc iénc ias f o r a m lançadas
por mu i t as pessoas do vár ias gerações. H o m e n s e m u l h e r e s ho je e m d i a estão
t raba lhando e m todos os n íve is de anál ise, u t i l i z a n d o l o d o s os t i p o s de tecnolo-
gia para t razer a l g u m a l u z ao e s t u d o d o encéfa lo . O s f r u t o s deste t r a b a l h o for-
m a m a base deste l i v r o .
A meta das neuroc iénc ias é c o m p r e e n d e r c o m o o s is tema n e r v o s o f unc iona .
M u i t a s percepções i m p o r t a n t e s f o r a m a d q u i r i d a s a p a r t i r d e u m " p o n t o d e vis-
t a " ex te rno ao cérebro e à p r ó p r i a cabeça, po is c o m o a a t i v i d a d e ce reb ra l ref lete-
se n o c o m p o r t a m e n t o , m e d i d a s c o m p o r t a m e n t a i s c u i d a d o s a s i n f o r m a m acerca
das capacidades e l imi tações da função cerebral . M o d e l o s d e c o m p u t a d o r q u e re-
p r o d u z e m as p r o p r i e d a d e s c o m p u t a c i o n a i s d o encé fa lo p o d e m nos a j u d a r a
compreende r c o m o tais p r o p r i e d a d e s se d e s e n v o l v e r a m . D o esca lpo, p o d e m o s
m e d i r ondas cerebrais q u e nos d i z e m a l g u m a coisa sobre a a t i v i d a d e e lé t r ica de
d i ferentes par tes d o encéfalo d u r a n t e d i ve rsos
es tados c o m p o r t a m e n t a i s . Novas
técnicas c o m p u t a d o r i z a d a s de n e u r o i m a g e m p e r m i t e m aos pesqu i sado res exa-
m i n a r e m a es t ru tu ra d o encéfa lo v i v o , d e n t r o d o c rân io . E. u t i l i z a n d o m é t o d o s
a inda ma is sof is t icados de i m a g e m , es tamos c o m e ç a n d o a ver qua i s as d i fe ren -
tes regiões d o encéfalo que se t o m a m a t i vas sob d i s t i n tas cond ições . En t re tan to ,
n e n h u m destes m é t o d o s n ã o - i n v a s i v o s , v e l h o s o u n o v o s , é capaz d e s u b s t i t u i r
exper imen tos com o tec ido cerebra l v i v o . N ã o p o d e m o s c o m p r e e n d e r s ina is de-
tectados r emo tamen te se n ã o f o r m o s capazes d e sabor c o m o eles são g e r a d o s e o
que s ign i f i cam. Para e n t e n d e r m o s cowo o encé fa lo f unc iona , é necessár io abr i r -
m o s o c rân io e e x a m i n a r o q u e há lá d e n t r o - n e u r o a n a t ó m i c a , n e u r o f i s i o l ó g i c a c
n e u r o q u i m i c a m e n t e .
O d e s e n v o l v i m e n t o a tua l das neuroc iénc ias é v e r d a d e i r a m e n t e fasc inan te e
gera g randes esperanças de que, e m breve, n o v o s t r a t a m e n t o s es tarão d i s p o n í -
ve is para u m a g rande gama d e t rans to rnos e d i s t ú r b i o s d o s is tema n e r v o s o que
d e b i l i t a m e incapac i tam m i l hões d e pessoas a n u a l m e n t e . K m r e c o n h e c i m e n t o ao
progresso e às promessas da inves f igação d o encéfa lo , o C o n g r e s s o a m e r i c a n o
des ignou a década de 1991) c o m o a "década d o encé fa lo " . ( U m e s t i m a d o colega
nosso suge r i u que, apesar d e esta ser u m a boa idé ia , talvez, o Cong resso tenha si-
d o m u i t o o t im is ta , suge r i ndo q u e des ignássemos este n o v o sécu lo c o m o o "sécu-
lo d o encéfa lo" . ) A p e s a r dos progressos d u r a n t e a ú l t i m a década , a i n d a existe
u m l o n g o c a m i n h o a percor re r antes de q u e possamos c o m p r e e n d e r c o m p l e t a -
mente c o m o o encéfa lo real iza suas impress ionan tes façanhas. M a s esta é a gra-
ça e m ser u m neuroc ien t i s ta : nossa i gno rânc ia acerca da f u n ç ã o ce reb ra l é tão
vasta que descobertas exc i tantes nos e s p e r a m a q u a l q u e r m o m e n t o .
Comentários Finais 21
O que sâo os ventrículos cerebrais e que função toi airibuida a eles ao Ion-
go dos anos?
Que exper imento Bell realizou para demonstrar que os nervos do corpo con-
têm uma mistura de fibras sensoriais e motoras?
Que funções o experimento de Flourens sugeriu para o cérebro e o cerebe-
lo?
Qua l é o sentido da expressão modelo animar?
U m a região do cérebro é chamada de área de Broca Que função você acha
que esta região realiza e por què?
Qua is são os diferentes níveis de análise na pesquisa em neurocièncias?
Que t ipo de questões os pesquisadores fazem em cada um desses níveis?
Qua is são as etapas do processo científico? Descreva cada uma delas.
Q U E S T Õ E S
D E R E V I S Ã O
Neurônios e Glia
INTRODUÇÃO
A DOUTRINA N E U R O N A L
A coloração de Goigi
A contribuição de Cajal
Quadro 2.1 De Especial Interesse: Avanços na microscopia
O N E U R Ô N I O PROTOTÍP ICO
O soma
O núcleo
Retículo endoplasmático rugoso
Retículo endoplasmático liso e aparelho de GoIgi
A mitocôndria
A membrana neuronal
O citoesqueleto
Microtúbulos
Quadro 2 .2 De Especial Interesse: Doença de Alzheimer e
citoesqueleto neuronal
Microfilamentos
Neurofilamentos
O axônio
O terminal axonal
A sinapse
Transporte axoplasmático
Quadro 2.3 De Especial Interesse: Pegando carona em um
trem que anda de marcha à ré
Dendrites
Quadro 2.4 De Especial Interesse: Retardo mental e
espinhos dendríticos
Quadro 2 .5 A Rota da Descoberta: A história da síntese
protéica nos dendrites - Oswald Steward
C L A S S I F I C A N D O O S N E U R Ô N I O S
Classificação baseada no número de neuritos
Classificação baseada nos dendrites
Classificação baseada nas conexões
Classificação baseada no comprimento do axônio
Classificação baseada nos neurotransmissores
GLIA
Astrócitos
Glia formadora de mielina
Outras células não-neuronais
COfWIENTÁRIOS FINAIS
A Doutrina Neuronal 23
INTRODUÇÃO
Todos OS lec idos e órgãos d o corpo esláo fo rmados por células cujas funções es-
pecial izadas e o m o d o c o m o in teragem de le rm inam as funções dos órgàos. O en-
céfalo é u m ó rgão - seguramente , o mais sof ist icado e complexo que a natureza
inven tou . M a s a est ratégia básica para desvendar sua função nào é d i ferente da-
quela usada para pesqu isar o pâncreas ou o p u l m í o . Devemos começar apren-
dendo c o m o as cé lu las d o encéfalo t raba lham ind iv idua lmente e, a segu i r obser-
var c o m o estào a g r u p a d a s para t raba lharem juntas. Em neurociências, não é ne-
cessário separar iiwiUc dvencéfiilo; se compreendermos plenamente as ações i nd i -
v i dua i s e c o m b i n a d a s das célu las ner\ '05as, então entenderemos as or igens de
nossas capac idades menta is . A organização deste l i v ro reflete esta "neur t i f i l oso-
f ia", I n i c i a remos c o m as células d o sistema n e r \ ' 0 s 0 - s u a estrutura, sua função e
seus meios d c comun icação . Nos ú l t i m o s capítulos, veremos c o m o estas células
estào o rgan i zadas e m c i rcu i tos que mede iam sensação, percepção, m o v i m e n t o ,
fala e emoção.
Neste cap í t u l o , e n f w a r e m o s a est ru tura dos diferentes t ipos celulares n o sis-
tema nervoso : neurônios e células pliais. Trata-se de categorias amplas, nas qua is
há m u i t o s t i pos d e célu las que se d i fe renc iam com base na sua est ru tura, q u í m i -
ca e função . C o n t u d o , a d i s t i nção entre neurôn ios e células gl ia is é impor tan te .
A inda q u e e x i s t a m m u i t o s neu rôn ios no encéfalo h u m a n o (ao redor de 100 b i -
lhões), as cé lu las g l ia is excedem em número os neurôn ios em cerca de 10 vezes.
Em face d i s t o , p o d e r i a parecer q u e dever íamos focal izar nossa atenção na g l ia
para c o m p r e e n d e r m o s as funções celulares d o sistema ner\ 'oso. N o entanto , os
neurôn ios são as cé lu las ma i s impor tan tes para as funções únicas d o encéfalo.
São iw n e u r ô n i o s q u e percebem modi f icações no meio ambiente, comun i cam tais
modi f i cações a o u t r o s neu rôn ios e c o m a n d a m as respostas corpora is a essas sen-
sações. Ac red i ta -se q u e a g l ia c o n t r i b u i para a função encefálica sobre tudo p o r
isolar, sus ten tar e n u t r i r os neurôn ios v iz inhos. Se o encéfalo fosse u m biscoi to e
os neu rôn ios pedaços de chocolate, a gl ia seria a massa que preenche todos os es-
paços restantes e assegura q u e os pedaços de ch iKola te f i quem suspensos n o l u -
gar certo. N a v e r d a d e , o t e r m o y /w or ig ina-se da palavra grega empregada para
" co la " , s u g e r i n d o q u e a p r i n c i p a l função destas células seria a de mante r a coe-
são d o tec ido neu ra l . C o m o veremos mais tarde neste cap i tu lo , a s i m p l i c i d a d e
deste p o n t o d e v is ta p r o v a v e l m e n t e é u m b o m indíc io da p r o f u n d i d a d e d e nos-
sa ignorânc ia acerda da função g l ia l . Entretanto, a inda acredi tamos que os g ran -
des responsáveis pe lo p r iKessamento das informações no encéfalo são os neurô-
nios. A s s i m sondo, d i spenderemos 90% de nossa atenção aos 10% da popu lação
celu lar d o encéfa lo ; os neurôn ios .
As neuriK- iôncias, c o m o ou t ras d isc ip l inas, têm uma l i nguagem p róp r ia . Para
u t i l i zá- la , d e v e m o s ap rende r seu vixrabulAr io. A p ó s ter l i do este cap i tu lo , ded i -
que uns poucos minut iös para revisar a lista de palavras-chave
e cer t i f ique-se d e
que c o m p r e e n d e o s ign i f i cado de cada termo. Seu vocabu lár io e m neuRKiènc ias
enr iquecerá c o m a le i tu ra deste l i v ro .
A DOUTRINA NEURONAL
Para es tudar a es t r u tu ra das células nervosas, os cientistas t i ve ram que vencer
vár ios obstáculos, O p r i m e i r o fo i o p e q u e n o t a m a n h a A ma io r ia das células t e m
u m d i â m e t r o en t re 0,U1 e 0,05 m m . O grafRe' i lé u m lápis c o m u m m w i e ent re 1 e
2 m m de ca l ib re ; os neu rôn ios são d e 40 a 200 vezes menores que isto. (Para u m a
revisão d o s is tema mét r i co , v e r T a l v I a 2. I . ) . Este t amanho está n o ou a lém d o l i -
m i te d o q u e p o d e ser v i s to a o l h o nu. Portanto, o pmgresso na neu r i n i ênc ia ce-
lu lar não fo i possíve l antes d o desenvo l v imen to d o nikwscõpio iviufH)slo n o f i m
d o século X V I I . Mas , m e s m o então, os obstáculos pers is t i ram. Para se obser \ ar o
tecido ne rvoso u s a n d o u m mic roscóp io , era necessário p r i>du / i r cortes m u i t o f i -
nos, de pre terênc ia não m u i t o ma is esDcs^os oue o p r ó p r i o d i â m e t n ) das cé lu las.
Todavia, o ti«cido n e r \ t>so tem uma consistência semelhante à da gelat ina: m U i t o
pouco " f i r m e " para q u e nele se a-a l i zem cortes delgados. Por tan to , o e s t u d o da
24 Capítulo 2 / Neurôntos e Glia
Tabela 2.1 Unidades de tamanho no sistema métrico
Unidade Abreviatura
Equivalência
ao melro
Quilômetro Km 1 0 ' m
Metro m 1 m
10"^ m Centímetro cm
1 m
10"^ m
Milímetro mm l O - ' m
Micrômetro ^ m 10"* m
Manómetro nm 10"* m
Equivalência no mundo real
Dez quarteirões
Um passo largo
Espessura de seu dedo mínimo
Espessura de sua unha
Próximo ao limite da resolução do
microscópio óptico
Próximo ao limite da
microscopia eletrônica
4 V • • *
Figura 2.1
Neurônios corados com a técnica de
Nissl. Corte de tecido nervoso corado
com violeta de cresil, técnica de Nissl. Os
agrupamentos de material fortemente co-
rado ao redor dos núcleos celulares são os
corpúsculos de Nissl. (Fonte: Hammersen,
1980. Fig. 493.)
Figura 2.2
Camil lo Go lg i (1843-1926). (Fonte: Fin-
ger, 1994, Fig. 3.22.)
m o r f o l o g i a das cé lu las nervosas teve d e a g u a r d a r o d e s e n v o l v i m e n t o d e méto-
dos de e n d u r e c i m e n t o d o tec ido q u e n ã o p r o v o c a s s e m m o d i f i c a ç õ e s na estrutu-
ra, bem c o m o d e u m i n s t r u m e n t o q u e pudesse e f e t u a r estes cor tes de lgados . No .
in íc io d o sécu lo X IX , pesqu isadores d e s c o b r i r a m c o m o e n d u r e c e r o u " f i x a r " te-
c idos pela sua imersão em f o r m a l i n a ( f o l m a l d e i d o ) e d e s e n v o l v e r a m u m apare-
l h o especial, c h a m a d o m i c r ó t o m o , para o b t e r secções m u i t o f inas.
Estes avanços técnicos a m p l i a r a m o c a m p o da h i s t o l o g i a , q u e é o e s t u d o mi-
croscópico das es t ru tu ras dos tec idos. E n t r e t a n t o , os p e s q u i s a d o r e s q u e estuda-
ram as es t ru tu ras cerebrais e n f r e n t a r a m a i n d a o u t r o obs tácu lo . Preparações fres-
cas d e e n c é f a l o observadas sob m i c r o s c ó p i o a p r e s e n t a m u m aspec to u n i f o r m e e
de co loração creme, d e f o r m a q u e o t ec ido n ã o m o s t r a d i f e renças d e p igmen ta -
ção que p e r m i t a m ao h i s to log i s ta i d e n t i f i c a r cé lu las i n d i v i d u a l m e n t e . Portanto,
o avanço f i na l na n e u r o - h i s l o l o g i a fo i a i n t r o d u ç ã o das t inções q u e p o d e r i a m co-
rar se le t i vamen te a l g u m a s - p o r é m n ã o t odas - as pa r tes d a s c é l u l a s d o tecido
nervoso,
U m a dessas t inções, a i nda ho je u t i l i z a d a , fo i i n t r o d u z i d a p e l o neu ro log i s ta ale-
m ã o Franz N iss l , n o f i na l d o sécu lo X I X , o q u a l m o s t r o u q u e u m t i p o d o corante
básico t i ng i r i a o n ú c l e o d e todas as cé lu las, a l é m d e cora r u m m a t e r i a l ag rupado
que rode ia o núc leo d o s neu rôn ios (F igura 2.1). Estes a g r u p a m e n t o s f o r a m chama-
dos de corpúsculos de Nissl, sendo a técnica conhec ida c o m o co lo ração d e N iss l . O
m é t o d o de N i s s l é m u i t o ú t i l p o r d u a s razões. P r i m e i r o , pcxle-se d i f e renc ia r neu-
rón ios d e célu las g l ia is . Segundo , p e r m i t e aos h is to log is tas es tuda r o a r ran jo ou ci-
t o a r q u i t e t u r a dos n e u r ô n i o s e m d i fe ren tes par tes d o encé fa lo (o p r e f i x o cito pro-
v é m da pa lav ra grega q u e s ign i f i ca " cé lu l a " ) . O e s t u d o da c i t o a r q u i t e t u r a permi-
t i u a ve r i f i cação de q u e o encéfa lo é f o r m a d o p o r m u i t a s regiões especial izadas.
H o j e e m d ia , sabe-se q u e cada reg ião executa u m a função d i fe ren te .
A C o l o r a ç ã o d e G o l g í
A co lo ração d e N iss l , p o r é m , n ã o m o s t r a t oda a rea l idade . U m n e u r ô n i o corado ,
c o m o p r o c e d i m e n t o de N i s s l parece m e n o r , u m p o u c o ma i s q u e a p o r ç ã o d e pro-
t o p l a s m a q u e c o n t é m u m núc leo . N e u r ô n i o s são m u i t o ma i s d o q u e isso, po rém
o r e c o n h e c i m e n t o só se d e u q u a n d o d a p u b l i c a ç ã o d o t r a b a l h o d o h is lo log is ta
i t a l i ano C a m i l l o G o l g i ( F i g u r a 2.2). E m 1873, C o l g i d e s c o b r i u q u e s u b m e r g i n d o '
u m a amos t ra d e tec ido n e r v o s o e m u m a so lução d e c r o m a t o d e p r a t a - o que é
ho je c h a m a d o de p r o c e d i m e n t o d e G o l g i - , u m p e q u e n o p e r c e n t u a l d e neurí j -
n ios cora-se de p re to em toda a sua ex tensão ( F i g u r a 2.3). I s to r e v e l o u q u e o st>-
m a n e u r o n a l , a reg ião d o n e u r ô n i o ao redo r d o n ú c l e o q u e é o b s e r w i d a c o m
técnica de N iss l , na rea l idade é somen te u m a pequena f ração d o lo ta i d a est rutu-
ra d o n e u r ô n i o . Obse rve nas f i g u r a s 2.1 e 2.3 c o m o d i s t i n t a s t inções h is to lóg icas
p o d e m gerar observações n i t i d a m e n t e d i fe ren tes d o m e s m o tec ido . 1 lo je e m di.i, .
a neu ro -h i s to log ia pers iste, sondo u m c a m p o a t i v o nas neuroc iénc ias , j u n t a m e i v ;
te c o m seu c redo q u e d i z : "Encé fa lo c o n q u i s t a d o / s ó o fo i p o r q u e c o r a d o " . '
• N. de T No orißirulem inglês: Virgaiirm brain is „utili/ tit lhe il
A Doutrina Neuronal 2 5
c,
Figura 2.3
Neurôn ios impregnados pela lécnica de Golgi. (Fonle. Hubel, 1988. p. 126.)
O m é t o d o d e G o l g i mos t ra q u e os neurôn ios lõm, pelo menos, duas partes
d i sUngu íve i s : u m a reg ião centra l , que con tém o núcleo, e numerosos tubos f inos
que d a l i i r r a d i a m . A reg ião d i la tada, que contém o núcleo celular, recebe di feren-
te.s n o m e s q u e p o d e m ser empregados ind is t in tamente : co rpo celular , soma ou
p c r i c á r i o . O s t u b o s f inos q u e i r r a d i a m d o soma são chamados de neur i tos , ha-
v e n d o d o i s t i pos : a x ô n i o s e d e n d r l t o s (F igura 2.4).
O c o r p o c e l u l a r f r eqüen temen te o r i g ina u m ún ico axônio, o qua l apresenta
u m d i â m e t r o u n i f o r m e p o r toda a .sua extensão e, quando ele se ramif ica, os ra-
mos ge ra lmen te pro je tam-se em ângu los retos. C o m o os axônios podem se esten-
der p o r g r a n d e s d is tânc ias n o co rpo (de u m metro ou mais), os histologistas ime-
d i a t a m e n t e reconheceram q u e os axônios poder iam atuar como os "cabos" que
t ran.spor tam a i n f o rmação que emerge dos neurônios. Os dendr i tos , por ou t ro la-
do , r a r a m e n t e se es tendem p o r ma
is d e 2 m m . Mu i t os dendr i tos estendem-se d o
c o r p o ce lu lar , t e r m i n a n d o gera lmen te em u m a ponta fina. Os pr ime i ros histolo-
g istas r e c o n h e c e r a m que, u m a vez que os dendr i t os relacionam-se com mu i tos
axôn ios , d e v e m a tua r c o m o u m a espécie de "an tena" d o neurônio , recebendo os
sinais d e en t rada .
A Cont r ibu ição de Cajal
G o l g i i n v e n t o u o p r ix t J i nu -n to , mas fo i u m espanhol contempt^rânec) seu quem
o e m p r e g o u c o m m a i o r ef ic iência. Sant iago Ramon y Cajal foi u m art ista e u m
h is to log is ta exper ien te , q u e ap rendeu sobre o método de Go lg i em 1888 {Figura
2.5). E m u m a sér ie de pub l icações notáveis nos 25 amw subseqüentes, Cajal u t i -
l i z o u a técnica d e G o l g i para dec i f ra r as c i rcui tar ias de mu i tas regiões do encéfa-
lo (F igura 2.6). I ron icamente , G o l g i e Cajal chegaram a conclusões completamen-
te opostas sobre os neurôn ios . G o l g i de fendeu o pt>nto de vista de que M proces-
sos o u n e u r i t o s d e d i fer t ;n tes célu las estão f u n d i d o s uns aos outros, f o r m a n d o
u m re t í cu lo c o n t í n u o , o u rede, semelhante ao que acontece com as artérias e
veias d o s i s tema c i r cu la tó r i o . De acordo com a teoria ret icular ista, o encéfalo é
uma exceção ã teor ia celular , a qua l a f i rma que a célula i nd i v i dua l é uma un ida-
de f unc iona l e lemen ta r de todos os tecidos animais . Cajal, por ou t ro lado, defen-
dia f e r r e n h a m e n t e q u e os processos de di ferentes neurôn ios ni5o possuem cont i -
n u i d a d e enta» si e d e v e m sc ctwi i /Hiair fvr ol}{utu f í / v de cotilato tleícoutimw. Esta
Figura 2.4
Os componentes básicos de um neurô-
nio.
Figura 2.5
Santiago Ramon y Ca|al (1852-1934).
(Fonle. Fingsí. 1994, Fig. 3.26.)
Figura 2.6
Um dos muitos d e s e n h o s de Cajal so-
bre a circuitaria do e n c é t a l o . As letras
indicam os diferentes componentes que
Caiai identificou em uma área do córtex
cerebral refacionada ao controle voluntário
dos movimentos, que estudaremos no Ca-
pitulo 14. (Fonte: DeFeilpe e Jones , 1988,
Fig.90)
idéi.1, que ü.stav., dl- . i co rdo a . n , ,i toor i . i ce lu lar , v e i o a ser c i m h e d d a m m o >
d o u t r i n a n e u r o n a l . M e s m o C i J s i e C.i i . i l t endo c o m p a r t i l h a d o o I r e m i o Nobel
em 1906, eles f o r a m r i va is ate o f i m de suas v idas .
A s ev idênc ias c ient í f icas dos .W anos segu in tes p e s a r a m l o r t e m e n t e e m favor
da d o u t r i n a neu rona l , mas a compro%-a<,ao f i na l l e ve q u e a g u a r d a r a lô o descn-
v o l v i m e n t o da m ic roscop ia e le t rôn ica na década d e 1950 ( Q u a d r o 2.1 ). C o m o
a u m e n t o d o pod i - r de resoluí; . lo d o m i c r o s c ó p i o c l e i r ô n i c o fo i f i n a l m e n t e possí-
ve l d e m o n s t r a r q u e os p r o l o n g a m e n t o s d o s d i f e ren tes n e u r ô n i o s n ã o po.ssuem
c o n t i n u i d a d e en t re si. A s s i m , nosso p o n t o d e p a r t i d a pa ra o e s t u d o d o encéfalo
deve ser o n e u r ô n i o i n d i v i d u a l .
O NEURÔNIO PROTOTÍPICO
C o m o v i m o s , o n e u r ô n i o cons is te d e vár ias pnr tes ; o s o m n , os d e n d r i t e s e o axô-
i i io . O c o n t e ú d o i n t e r n o de u m n e u r ô n i o é s e p a r a d o d o m e i o e x t e r n o p o r uma
m e m b r a n a l i m i t a n t e , a memlmina nctironnl. q u e recobre o n e u r ô n i o c o m o uma
tenda d e c i rco sus ten tada p o r u m a i n t r i n c a d a rede i n t e r n a , d a n d o a cada parte
da célu la sua aparênc ia t r i d i m e n s i o n a l caracter ís t ica . V a m o s e x a m i n a r o inter ior
d o n e u r ô n i o e a p r e n d e r u m p o u c o sobre as f unções d a s d i f e r e n t e s par tes que o
c o m p õ e m (F igura 2.7).
O Soma
In ic ia remos nosso passeio pe lo s o m a , u m a e s t r u t u r a a p r o x i m a d a m e n t e esférica
na par te cen t ra l d o n e u r ô n i o . O c o r p o ce lu la r d e u m n e u r ô n i o t í p i c o t e m aproxi-
m a d a m e n t e 20 ) i m de d i â m e t r o . O f l u i d o a q u o s o n o i n t e r i o r d a cé lu la , chamado
de c í toso l , é u m a so lução sa lgada , r ica e m po táss io e sepa rada d o m e i o ex temo
pela m e m b r a n a n e u r o n a l . D e n t r o d o s o m a , u m a g r a n d e q u a n t i d a d e d e estrutu-
ras m e m b r a n o s a s sào c o l e t i v a m e n t e c h a m a d a s d e o r g a n e l a s .
O c o r p o ce lu la r d e u m n e u r ô n i o c o n t é m as m e s m a s o r g a n e l a s p resen tes nas
d e m a i s cé lu las a n i m a i s . A s m a i s i m p o r t a n t e s sào o n ú c l e o , o r e t í cu l o endoplas-
má t i co rugost) , o re t í cu lo e n d o p l a s m á t i c o l iso, o a p a r e l h o d e G o l g i e as mi t iKÔn-
dr ias. Tcxlos os c o m p o n e n t e s presentes n o i n t e r i o r da m e m b r a n a ce lu la r , inc lu in-
d o as o rgane las - mas e x c l u i n d o o núclet> - sào re fe r i dos c o l e t i v a m e n t e c o m o ci-
t o p l a s m a .
O N ú c l e o . Este n o m e d e r i v a d a p a l a v r a usada e m l a t i m pa ra " n o z " , o núcleo
d e u m a cé lu la ne rvosa é esfér ico, l oca l i zado c e n t r a l m e n t e , c o m d i â m e t r o entre 5
e 10 [ i m . É d e l i m i t a d o pt ) r u m a d u p l a m e m b r a n a c h a m a d a t vnv /o / v »ur/ tv i r . O en-
v e l o p e nuc lear é p e r f u r a d o p o r p o r o s q u e m e d e m a p r o x i m a d a m e n t e 0,1 | i m de
d i â m e t r o cada.
D e n t r o d o n ú c l e o estào os c r o m o s s o m o s , q u e c o n t ê m o m a t e r i a l gené t i co , o
A D N (ác ido d e s o x i r r i b o n u c l é i c o ) . Você recebe seu A D N d e seus pais , e ele con-
tém o " p r o j e t o d e c o n s t r u ç ã o " de seu c o r p o . O A D N d e cada u m d e seus neuró-
n ios é o m e s m o , sendo t a m b é m o m e s m o A D N q u e está p resen te nas cé lu las do
seu f í gado o u d o s seus r i ns O q u e d i s t i n g u e u m n e u r ô n i o d e u m a cé lu la hepáti-
ca são as par tes específ icas d o A D N q u e estào sendo e m p a - g a d a s na sua constru-
ção pa r t i cu la r .
Cada c r o m o s s o m o c o n t é m u m a d u p l a f i la i n i n t e r r u p t a d e A D N c o m 2 n m d f
espessura. Se o A D N d o s 4(i c r o m o s s o m o s h u m a n o s fosse es t i cado , cada um
e m e n d a d o c m o u t r o , esta seqüênc ia to ta l se es tender ia p o r m a i s d e 2 metros '
C o n s i d e r a n d o - s e o c o m p r i m e n t o to ta l d o A D N c o m o u m a n á l o g o das l i nhas do
texto deste l i v r o , os genes s e r i a m aná logos às pa lav ras . C a d a gene é u i n segmen-
to de A D N q u e p o d e m e d i r en t re 0,1 e v á r i o s m i c r ô m e t r o s d e c o m p r u n e n t o .
A " l e i t u r a " d o A D N é conhec ida c o m o expressão gên ica , e o p r o d u t o f i na l dci
expressão gênica, a síntese d e m o l é c u l a s c h a m a d a s d e p ro te ínas . 1 ' ro leínas exis- !
t em sob u m a g r a n d e v a r i e d a d e d e f o r m a s e t a m a n h o s , a s s u m i n d o d i te ren tes
funções e c o n c e d e n d o aos n e u r ô n i o s v i r t u a l m e n t e t odas as suas caracter íst icas
exc lus ivas. A s ín tese p ro te i ca , o u confecção d e m o l é c u l a s p ro té icas , oco r re no cl- .
o Pfotoupico 27
OE E S P E C I A L I N T E R E S S E
Avanços na Microscopia
o olho humano pode distinguir dois pontos somente se o espa-
ço entre eles for maior que um décimo de milímetro (100 um).
Assim, podemos dizer que 100 pm eslá próximo do limile de re-
solução da visão a olho nu. Neurônios possuem um diâmetro
de 20 pm, e os neurilos podem ser lào pequenos quanto uma
(ração de mtcfômetro. O microscópio óplico,
portanto, (oi um de-
senvolvimento necessário para que se pudesse estudar a es-
trutura neuronal. Mas este tipo de microscópio tem um limite
teórico, imposto pelas propriedades das lentes dos microscó-
pios e da luz visível. Em um microscópio óptico comum, o limi-
te de resolução é de aproximadamente 0.1 ^lm. Entretanto, os
espaços entre dois neurônios medem apenas 0,02 um (20 nm).
Isto pode explicar por que dois renomados cientistas. Golgi e
Cajal, discordavam sobre se os neuritos sào contínuos entre
uma célula e outra. Esta questão nâo pôde ser respondida até
o desenvolvimento do microscópio eletrônico e sua aplicação
ao estudo de espécimes biológicos, o que ocorreu há apenas
50 anos,
O microscópio eletrônico utiliza um leixe de elétrons no lugar
da luz para formar as imagens, aumentando incrivelmente o po-
der de rosoluçáo. O limite de resolução de um microscópio ele-
trônico é de algo próximo a 0,1 nm - um milhão de vezes melhor
que o olho nu. Nosso conhecimento sobre a estrutura lina do in-
terior dos neurônios - sua ultra-estrutura - (oi todo obtido atra-
vés do estudo do encé(alo com a microscopia eletrônica.
Hoje, os microscópios de últinfw geração utilizam feixes de la-
ser para iluminar amostras de tecido, para que, então, um com-
putador crie as imagens digitais (Figura A). Ao contrário dos mé-
todos tradicionais de microscopia óptica ou eletrônica, os quais
Figura A
Microscópio a /asar e computador. (Fonte: Carl Zeiss. Inc.)
exigem a fixação do tecido, esta nova tecnologia permite aos
neurocientistas. pela primeira vez, analisar o tecido nervoso que
ainda eslá vivo.
toplasmo. C o m o o A D N nunca d f i xa o núcleo, necessita de um mensageiro in-
termediár io que carregue o mensagem genética até iw liKais de síntese no cito-
plasma. Esta função c re.^li^ada por outra molécula de grandes dimensões cha-
nuida ác ido r i bonuc lé i co mensageiro, ou ARNm. O ARN mensageiro consiste
do quat ro diferentes nucleotídios fortemente unidos em seqüências que formam
cadeias, A .seqüência especifica de nucleotídios na cadeia repa-sc-nta a informa-
ção no gene, assim como uma seqüência de letras dá sentido a uma palavra es-
crita. O proces.so de confecção de um ARN que contenha a informação de um ge-
ne é chamado de transcrição, sendo o A R N m resultante chamado de /ní i ism/n
(Higura 2.H).
O A R N mens.ígeiro transcrito emerge do núckv através dos poros presentes
no envelope nuclear e desliKa-se para os sítios de síntese pmtéica em algum lu-
gar d o neurônio. Nestes sítios, a molécula de proteína é sintetizada assim como
de A R N m íoi; mui tas moléculas pequenas vão sendo conectadas, formando
uma cadeia. N o caso das proteínas, os bliKos para a construç^io são os aminoáci-
ílos, dos quais lui 20 tipos diferentes. Ksta confecção de pmteínas a partir de ami-
noácidos, st)b o controle do ARN mens.igeiro, é chamada de tradução.
2 8 Capítulo 2 / Neurôntos e Glia
o Neurônio Prolotipico 29
ARN mensageiro -
transcrito
F igura 2.6
Transcr ição gênica. Moléculas de ARN mensageiro carregam as instruções genéticas
do núcleo ao citoplasma para síntese de uma proteína.
O e s t u d o c ien t í f i co deste processo, que inicia c o m o A D N nuclear e f ina l iza
c o m a síntese de molécu las proteicas na célula, é chamado de biologia molecular.
O " d o g m a cen t ra l " da b io log ia molecu lar é resumido da seguinte forma:
Transcrição Tradução
A D N - A R N m - — ^ Proteína
U m n o v o c a m p o que emerge nas neurociências é chamado de ueurobiologia
iiiolcailar. Os neu rob ió l ogos moleculares usam as informações cont idas nos ge-
nes para d e t e r m i n a r a est ru tura e a função das proteínas neuronais.
R e t í c u l o E n d o p l a s m á t i c o R u g o s o . P róx imo ao núcleo encontra-se u m acú-
m u l o de es t ru tu ras membranosas pont i lhadas p o r pequenas un idades densas e
g l obu la res c h a m a d a s d e r ibossomos, que m e d e m a p r o x i m a d a m e n t e 25 n m de
d i â m e t r o . A s p i l has sâo chamadas de re t ícu lo e n d o p l a s m á t i c o n igoso , o u s im-
p lesmcn to RE rugoso {F igura 2.9). O RE rugoso é mais abundan te nos neurôn ios
d o j ^ u e na ^Ha o u e m ou t ras células não-neuronais. N a verdade, já f omos apre-
sentados ao RE rugoso, p o r é m sob ou t ro nome: corpúscu los de Nissl . Esta orga-
nela impregna-se c o m o corante que Niss l i n t r o d u z i u há 100 anos.
ü RE rugoso é o ma io r sí t io de síntese proteica nos neurôn ios. O A R N trans-
c r i t o l iga-se aos r ibossomos , os quais t r aduzem as in fo rmações presentes no
A R N mensage i ro para s in te t izar u m a molécu la de proteína. Ass im , os r ibos-
somos t o m a m o mater ia l b r u t o na fo rma de aminoác idos e m a n u f a t u r a m as pro-
teínas usando as in fo rmações proven ientes d o A R N mensagei ro (F igura 2.10a).
N e m lodos os r ibossomos ancoram-se ao RE rugoso. M u i t o s f l u t u a m l ivres,
.sendo chamados de r ibossomos l ivres. M u i t o s r ibossomos l ivres parecem un idos
Figura 2.7
A estrutura interna de um neurônio tfpico,
3 0 Capítulo 2 / Neurôntos e Glia
Figura 2.9 i 7
Retículo endoplasmá- |
tico rugoso, ou RE ru- ^
goso. Envelope nuclear
Poro nuclear
Núcleo
Ribossomos •
Sínlese de proteínas com os ribossomos livres: Proteínas sintetizadas no RE rugoso:
Figura 2.10
S íntese de proteínas através de r ibos-
s o m o s livres e no RE rugoso . ARN
mensageiro (ARNm) unido a ribossomos.
iniciando a síntese protéica. (a) Proteínas
sintetizadas nos ribossomos livres desti-
nam-se ao cilosol. (b) Proteínas sintetiza-
das no RE rugoso estão destinadas a se-
rem empacotadas ou inseridas na mem-
brana. Proteínas associadas à membrana
inserem-se nas membranas à medida que
são sintetizadas.
Exterior do RE rugoso
o Neurônio Prolotipico 31
p o r u m co rdão , d e n o m i n n d o s po l i r r i bossomos , O cordão é uma f i la s imp l ra dc
A R N m , i- os r ibossomos asMKiodos csUo t raba lhando sobre ela para (azer mú l -
t ip las cóp ias de u m a mesma proteína.
Q u a l i a d i ferença entre as proteínas sintet izadas no RE r u g i n o e aquelas sin-
te t izadas p o r ribossomos l ivres? A resposta parece estar v inculada ao dest ino da
m o l é c u l a pro te ica . Sc está dest inada a res id i r n o ci tosol de u m neurônio , então
seu A R N mensage i ro não se associa aos ribossomos d o RE rugoso, g rav i t ando
r u m o aos ribossomos l ivres. Entretanto, se a proteína destina-se à inserção na
m e m b r a n a d a célu la OU do u i r i i i or^anela, então é s intct izsdt i no RE rugoso À
m e d i d a qut- a p ro le ína é s in tc l izada. ela é di rwr ionada peia membrana d o RR a i -
r o s o r u m o ao seu in ter io r onde 6 est iKada (Figura 2.10 b), Não 6 estranho que os
n o u r ô n i o s se jam tão ricos em RE rugoso, pois, como veremos m « p róx imos capí-
tu los , p ro te ínas específicas de membrana são os agentes que conferem a estas cé-
lu las sua reconhecida capacidade de processar informações.
R e t í c u l o E n d o p l a s m á t i c o L iso e A p a r e l h o de Golgi . O restante d o citosol
d o c o r p o ce lu la r neu rona l está repleto de pi lhas de organelas membranosas que
se asseme lham ao RE rugoso, p o r é m sem os ribossomos, tanto que uma destas
e s t r u t u r a s é d e n o m i n a d a re t ícu lo endop lasmát i co l i so ou RE üso. O RE l iso é
m u i t o heterogêneo e assume diferentes funções em dist intos locais. A lguns RE li-
sos estão e m c o n t i n u i d a d e com o RH rugoso e acredita-se que eles sejam os locais
o n d e as pro te ínas que t ranspõem a membrana sejam dobradas cuidadosamente,
a s s u m i n d o sua es t ru tura t r id imens iona l . Ou t ros t ipos de RE l iso não assumem
u m p a p e l d i re to n o processamento de moléculas proteicas,
mas, em vez disto, re-
g u l a m as concentrações internas de substâncias como o cálcio. (Esta organela é
p a r t i c u l a r m e n t e abundan te nas f ibras musculares, onde são chamadas de retícu-
l o sarcop lasmát ico , c o m o veremos no Cap í tu lo 13.)
A s p i l has de discos membranosos no soma, dispostas longe d o núcleo, cons-
t i t u e m o a p a r e l h o de G o l g i , descr i to em 1898 por C a m i l l o G o l g i (Figura 2.11).
Trata-se d e u m g rande sí t io de intenso processamento b i i x j u ím i co pós- t radução
de prote ínas. Acred i ta-se que u m a função impor tan te d o aparelho de Go lg i seja
a d i s t r i b u i ç ã o de certas proteínas destinadas a diferentes partes de u m neurôn io ,
tais c o m o o a x ô n i o e os dendr i tos .
A M l t o c ô n d r l a . O u t r a organela m u i t o abundante no soma é a mitcKÔndria.
N o s neu rón ios , estas organelas de aspecto e l íp t ico medem, ap rox imadamen te ,
I p m de c o m p r i m e n t o . Den t ro d o espaço d e h n i d o pela membrana externa está a
m e m b r a n a in terna, f o r m a n d o mú l t i p las dobras chamadas de cris/fls. Ci rcunscr i -
to pela m e m b r a n a in terna,há u m espaço central: Í/ matriz.
RE rugoso Proteína recém-
sintellzada
Figura 2.11
O aparelho de Golgi.
3 2 Capítulo 2 / Neurôntos e Glia
Figura 2.12
(a) A mi tocõndr ia . (b) Respira-
ção celular. O ATP é a 'moeda"
energética que sustenta as rea-
ções bioquímicas nos neurônios.
Fontes energéticas da
dieta ou de estoques
A s m i t o c ô n d r i a s são o UxmI d a rrs;»ir(Jf«ít' celular ( F i g u r a 2.12). Q i i a n d o uma
m i l o c ô n d i n a " r e s p i r a " , ela i n t e m a l i z a á c i d o p i r ú v i c o ( d e r i v a d o d o s .ii;úcare$,
p ro te ínas e g o r d u r a s d i g e r i d a s ) e o x i g é n i o , a m b o s p w s e n t e s n o c i tos t i l . tX>ntTO
d o c o m p a r t i m e n t o i n t e r n o d e u m a m i t o c ô n d r i a , o á c i d o p i r ú v i c o e n t r a e m uma
série de comp lexas reações b i i x j u í m i c a s c h a m a d a s d e ciclo de Krcbfi, homenagem
ao c ient is ta a n g l o - g e r m â n i c o H a n s K rebs , q u e p r o p ô s essa v i a me tabó l i ca em
1937. Os p r o d u t o s b i o q u í m i c o s d o c i c l o d e Krebs g e r a m ene rg ia q u e , e m u m a sé-
r ie de reações nas m e m b r a n a s q u e f o r m a m as cr is tas { c h a m a d a cade ia d e trans-
po r te de e lé t rons) , resu l ta na a d i ç ã o d e fos fa to à a d e n o s i n a d i í o s f a t o (ADP),
c r i a n d o a d e n o s i n a t r i f o s f a t o (ATP) , a f on te d e ene rg ia d a cé lu la . Q u a n d o a mi-
t ocônd r i a " r e s p i r a " , 15 m o l é c u l a s d e A T P sào l i b e r a d a s pa ra cada m o l é c u l a de
ác ido p i r ú v i c o me tabo l i zada n o processo.
O A T P éíJ uiocda ciurgética tia célula. A energ ia q u í m i c a a r m a z e n a d a n o A T P é uti-
l i zada c o m o c o m b u s t í v e l para m a n t e r a m a i o r i a das reações b i o q u í m i c a s de um
neurôn io . Por e x e m p l o , c o m o ve remos n o C a p í t u l o 3, a l g u m a s p ro te ínas especiais
na membrana neurona l u t i l i z a m a energ ia gerada pela q u e b r a d a m o l é c u l a de ATT
e m A D P para bombea r certas substânc ias a t ravés da m e m b r a n a e, ass im, estabele-
cer d i ferenças de concentração en t re os me ios e x t e r n o e i n t e r n o d o n e u r ô n i o .
A Membrana Neuronal
A m e m b r a n a n e u r o n a l ser\ 'e c o m o u m a ba r re i r a pa ra d e l i m i t a r i n t e r n a m e n t e o
c i t op l asma e e x c l u i r cer tas subs tânc ias presentes n o m e i o q u e b a n h a os neurô-
n ios. A m e m b r a n a t e m a p r o x i m a d a m e n t e 5 n m d e espessura e está rep le ta de
prote ínas. C o m o já m e n c i o n a m o s , a l g u m a s das p ro te ínas assoc iadas à membra - ,
na b o m b e i a m subs tânc ias d e d e n t r o para fo ra . O u t r a s f o r m a m p o r o s q u e regu-
l a m qua i s subs tânc ias p o d e m acessar o i n t e r i o r d o n e u r ô n i o . U m a impor tc in l i '
característ ica d o s n e u r ô n i o s é q u e a c o m p o s i ç ã o p ro té ica d a m e m b r a n a va r i a de-
p e n d e n d o da reg ião da cé lu la : soma , d e n d r i t o s o u a x ó n i o .
A função dos neurCinios uão }iodi' .fcr couipnviididn sem o coiiliecimenio dn |
e da jiiiição da sua nwitibraiut e das prolvíium associadas. De fato, este t ó p i c o é tão im- !
p o r t a n t e q u e d e d i c a r e m o s u m a boa par te d o s p r ó x i m o s q u a t r o c a p í t u l o s para i-v
t u d a r c o m o a m e m b r a n a con fe re aos n e u r ô n i o s a suo n o t á v e l c a p a c i d n d e ti?
t rans fe r i r s ina is e lé t r icos a t ravés d o encéfa lo e d o c o r p o .
O Citoesqueleto
A n t e r i o r m e n t e , c o m p a r a m o s a m e m b r a n a n e u r o n a l c o m a t enda d e vm^ circo, J
q u a l está sus ten tada p o r a m a r r a s in ternas, l -stas a m a r r a s são o c i t o e s q u e l e t o , e j
são elas q u e d ã o a f o r m a caracter ís t ica d o s n e u r ô n i o s . O s "ossos " d o c i l o e s q u e - l i
le to são os m i c r o t ú b u l o s , m i c a i f i l a m e n t o s e n e u m f i l a m e n t o s ( l - i gu ra 2.13). A o fJ'
o Neurônio Prototiptco 33
(b) Microlúbulo
Figura 2.13
(a) O ci toesqueleto. (b) Componentes do citoesqueleto. A disposição dos microlúbulos,
neuroJilamentos e microfilamenlos proporcionam o formato caraderistk» dos neurônios.
zor urr i i i im«ilogi. i com a es t ru tura de sustentação d o circo, po rém, nào devemos
pensar q u e o c i t w s q u e l e t o é estático. Pelo contrár io, os componentes d o citoes-
q u e l e t o sáo regu lados de uma fo rma m u i t o d inâmica e estão c m constante m o v i -
m e n t o . Hnquan to você lê esta frase, seus neurôn ios estão provave lmente "se con-
t o r c e n d o " d e n t r o d e sua cabeia.
M i c r o t ú b u l o s . Os microtúbulos m e d e m e m t o m o de 20 n m de d iâmet ro , são
g r a n d e s e pe rco r rem l ong i t ud ina lmen te os neuri tos. U m m i c r o t ü b u l o se parece
c o m u m t u b o reto, oco e c o m paas ies espessas. A parede deste t ubo é comp iw ta
p>or pet ]uenas f i tas entrelaçadas como em uma corda trançada. Cada uma das pe-
quenas f i tas consiste de u m a pn>teína chamada fiífen/trui, U m a única molc^u la de
t u b u l i n a é pecjuena e g l obu la r ; a fita consiste na un ião de várias un idades de tu-
b u l i n a q u e f o r m a m c o m o que u m "colar de contas", O processo de conexão das
pequenas p ro te ínas para f o rmar u m a longa f i ta é chamado de polimerizûçilo, n o
q u a l a f i ta resu l tante ê chamada de polímero. A po l imer ização e a despo l imer iza-
ção d o s m i c ro túbu los , ass im como, conset júenlemente, a forma neuronal , p o d e m
ser reguladas p o r u m sistema de sinal ização interna.
U m a classe de pro te ínas que par t i c ipa da regulação da po l imer i zação e da
f unção dos m i c r o t ú b u l o s é a das proh'fm» n$sociadn» nos microtiihiilos. o u MAPs
(da s ig la e m ing lês M A P s , micniliilnilf-nfiiociiUed pwlâtis). Ent re out ras funções
(mu i tas das quais a inda desconhecidas), as M A P s anco ram os m ic ro túbu los uns
aos ou t ros e a ou t ras partes dos neurón ios. AlteraçCVes patológicas nas M A P s dos
axôn ios , chamadas de proteínas tun. têm s ido relacionadas à demência que
a c o m p a n h a a d w n ç a de A l z h e i m e r ( Q u a d r o 2.2).
M l c r o f i l a m e n t o s . Os m ic ro f i la men to.s medem apenas 5 n m de d iâmet ro e apre-
sentam ap toM i i i adamen le a mesma espessura da membrana ce lu lar Encontrados
p o r t odo o neurôn io , eles são par t i cu la rmente numerosos nos neuri tos. Os mic ro -
f i l amentos são fo rmados por duas delgadas f i tas trançadas, sendo
estas fitas pol í-
meros da proteína aclitui. A actina ê u m a das proteínas mais abundantes em t in los
3 4 Capítulo 2 / Neurônios e Glía
D E E S P E C I A L I N T E R E S S E
Doença de Alzheimer e Citoesqueleto Neuronal
Os neurítos são as estruturas mais extraordinárias dos neurô-
nios. Seu elaborado padrão de ramificação, crítico para o pro-
cessamento de informações, redete a organização do citoesque-
leto subjacente. Portanto, é fácil de compreender como uma per-
da devastadora das funções cerebrais pode estar relacionada
com a fragmentação do ciloesquelelo neuronal. Um exemplo é a
doença de Alzheimer, a qual caracteriza-se pela desestrulura-
ção do citoesqueleto dos neurônios no córtex cerebral, uma re-
gião encefálica fundamental para as funções cognitivas. Esta
doença e sua caracterização patológica foram descritas em
1907 pelo médico alemão A. Alzheimer em um artigo intitulado
'Uma Doença Característica do Córtex CerebraP. A seguir estão
fragmentos de uma tradução do texto alemão:
Um dos primeiros sintomas desta doença em uma mulher de
51 anos foi um forte seniimenlo de ciúmes de seu marido. Ra-
pidamente evoluindo para dificuldades na memória; logo ela
não conseguia encontrar o caminho de casa. arrastava obje-
tos para um lado e para o outro, escondia-se ou ainda algu-
mas vezes pensava que havia pessoas querendo matá-la,
quando, então, começava a grilar.
Durante sua internação, mostrava-se completamente de-
samparada, Estava desorientada quanto ao lugar e ao tempo.
Certas vezes, chegava a um estado em que não compreendia
nada, em que se sentia confusa e totalmente perdida. Algu-
mas vezes ela confundia a visita do médico com a de um ofi-
cial que viria para reclamar por um trabalho róo-concluído.
pelo qual pediria desculpas; mas algumas vezes começava a
gntar diante do médico com medo de que ele fosse submetè-
la a uma cirurugia; ou, então, em outras situações, expulsava
o médico, totalmente indignada, resmungarvjo frases que in-
dicavam seu temor de que o médico quisesse denegrir sua
honra. De tempos em tempos ela apresentava delírios, arras-
tando suas cobertas e chinelas para frente e para trás, cha-
mando por seu marido e filha, e indicava sofrer de alucinações
auditivas. Freqüentemente ela ficava gritando por horas e ho-
ras com uma voz horrível.
Sua regressão mental avançava constantemente. Após
quatro anos e meio a paciente morreu, estando, ao final, com-
pletamente apática, confinada à cama na posição fetal íBick
e t a l „ 1987.p. 1-2).
Após a morte da paciente. Alzheimer examinou o encéfalo de-
la ao microscópio. Sua atenção foi chamada para as alterações
nas "neurofibrilas", elementos do citoesqueleto que eram visua-
lizados após impregnação com sais de prata.
O método de Bieischowsky para impregnações com sais
de prata mostrou características muito marcantes nas neuro-
fibrilas. Entretanto, dentro de uma célula aparentemente nor-
mal, uma ou mais fibras podiam se tornar proeminentes por
sua grande espessura e especif icidade à impregnação. Em
um estágio mais avançado, muitas fibrilas arranjadas em pa-
ralelo mostravam as mesmas modificações, Então, estas fibri-
las acumulavam-se. formando feixes que gradualmente avan-
çavam em direção á superficie celular. Eventualmente, o nú-
cleo e o citoplasma desapareciam e apenas os feixes de fibri-
las indicavam o local antes ocupado por um neurônio.
Pelo fato de estas fibrilas impregnarem-se com os sais de
prata de forma distinta das neurofibrilas normais, uma modifi-
cação química na substância fibrilar deve ter ocorrido. Esta
parece ser a causa possível da sobrevivência das fibrilas ã
destruição da célula. Parece que esta transformação das fibri-
las ocorre simultaneamente ao armazenamento, no neurônio,
de algum produto patológico do metabol ismo que ainda não
foi identificado. Cerca de um quarto a um terço dos neurônios
do córtex cerebral mostravam estas modificações. Vários neu-
rônios, especialmente das camadas superficiais, simplesmen-
te haviam desaparecido (Bick et al.. 1987. p.2-3)
A severidade da demência na doença de Alzheimer está bem re-
lacionada com o número e a distribuição do que hoje é chama-
do de emaranhados neurofibrilares (neuroíibrillary langles), legi-
timas "lápides" dos neurônios mortos ou que estão morrendo (fi-
gura A). Na verdade, como Alzheimer sugerira, a formação dos
emaranhados fibrilares no córtex cerebral parece estar relacio-
nada com a causa dos sintomas da doença, A microscopia ele-
trônica revelou que o principal componente dos emaranhado«
constitui-se de filamentos helicoidais pareados. longas proteínas
fibrosas trançadas umas sobre as outras, como as fibras de uma
corda {Figura B), Sabe-se. hoje. que estes f i lamentos são uma
proteína associada aos microtúbulos, a lau.
A proteína tau normalmente funciona como uma ponte entre
os microtúbulos presentes nos axônios, assegurando que eles
se disponham em linhas retas e paralelamente entre si ao longo
do axônio. Na doença de Alzheimer, a proteína tau desprende-
se dos microtúbulos e acumula-se no soma. Esta alteração nos
microtúbulos promove o enrugamento do axônio, impedindo o
fluxo normal da informação nos neurônios afetados,
O que causa estas mudanças na tau? As atenções tôm sido
direcionadas para uma outra proteína que se acumula no encé-
falo dos pacientes com a doença de Alzheimer, chamada de
amilóide. O campo de esludo dessa doença ampliou-se rápida-
o Neurônio Prototiptco 3 5
( Q u a d r o 2 . 2 , c o n t i n u a ç ã o )
Î V
Figura A
Neurônios de um encéfalo humano com doença de Alzheimer. Neurônios normais apresentam neurotilamentos. porém nâo emara-
nhados neurofibrilares. (a) Tecido nervoso corado com um método que torna os neurofilamenios verde fluorescente, mostrando neu-
rônios viáveis, (b) A mesma região do encéfalo corada para mostrar a presença da proteína tau nos emaranhados neurofibrilares,
revelada por fluorescência vermelha, (c) Sobreposição das imagens a e O neurônio indicado com a ponta da sela contém neuro-
filamentos, mas não emaranhados e. portanto, é saudável. O neurônio indicado com a seta larga, também apresenta neurofilamen-
tos. mas já começou a demonstrar acúmulos de tau e. portanto, está doente. O neurônio indicado pela sela pequena nos campos b
e c esiá morto, pois nào contém nenhum neurofilament©. O emaranhado restante é a lápide" de um neurônio morto pela doença de
Alzheimer, (Fonte; Cortesia do Dr John IVlorrison, modificada de Vickers et al„ 1994.)
mente, mas o consenso hoje em dia é de que a secreçáo anor-
mal da amilóide pelos neurônios é o primeiro passo para um
processo que desencadeia a íormaçào do emaranhado de neu-
rofibnlas e, por fim. a demência. Atualmente, as esperanças de
intervenção terapêutica pairam em estratégias que provoquem a
redução dos depósitos de amilóide no encéfalo. A necessidade
de terapias eficazes é urgente: somente nos Estados Unidos,
mais de três milhões de pessoas sofrem deste trágico mal.
Figura B
Filamentos helicoidais pareados de um emaranhado neurofibnlar (Fonte: Goedert.
1996, Fig. 2b.)
3 6 Capítulo 2 / N«ufônk5S e Gl«
Colaterais
doaxônio
Figura 2.14
O axõnio e as suas colaterais, O axônio
funciona como um fw de telégrafo que en-
vta impulsos elétricos a locais distantes do
sistema nervoso. As setas indicam a dire-
ção do fluxo da informação.
os H p o s celulares, i n c l u i n d o os n e u r ó n i o s , eac red i t a - S f q u e tenha u m pape l nnal- ' [
teraçào d o f o r m a t o celular . N a rea l idade, c o m o ve remos n o C a p í t u l o 13, os f i l a / .
mentos de act ina estão d i r e l amen te re lac ionados c o m a con t ração muscu la r . ),
C o m o os m i c r o t ú b u l o s , os m i c r o f i l a m e n t o s d e act ina sSo c o n s t a n t e m e n t e p o |
l ime r i zados e despo l ime r i zados
. e este pnxresso é r e g u l a d o p o r s ina is d e n t r o dos f
neurôn ios . A l ó m de estari>m d ispos tos l o n g i t u d i n a l m e n t e ao l o n f i o d o s neuritos, :
da mesma fo rma q u e os micrt>túbuk>s, os m i c r o f i l a m e n t o s t a m b é m estSo int ima- !
men te associados c o m a m e m b r a n a . Eles estão a n c o r a d o s na m e m b r a n a através |
d e l igações c o m u m a rede de pn>leínas f ib rosas q u e se d i s p ò e m na super f í c ie in- |
terna da m e m b r a n a ce lu la r c o m o u m a teia d e a ranha . ^
N e u r o f i l a m e n t o s . C o m u m d i â m e t r o d e 10 n m , os n e u r o f i l a m e n l o s apresen-
tam-se c o m u m t a m a n h o i n t e r m e d i á r i o en t re o d o s m i c r o t ú b u l o s e o d o s micro-
f i lamentos . De fato, eles ex i s tem e m Iodas as cé lu las d o c o r p o , s e n d o conhec ido j
c o m o filamentos mternifíiiárUya; apenas nos n e u r ô n i o s sáo c h a m a d o s d e neurof i la-
mentos . A d i fe rença dos n o m e s ref lete, na v e r d a d e , d i f e renças su t i s na est ruh i ra
de u m tec ido para o o u t m . U m e x e m p l o d e f i l a m e n t o s i n t e r m e d i á r i o s e m outros '
tec idos é a que ra t i na , que , q u a n d o e m f o r m a d e f i l a m e n t o s , se a r ran ja para for- j
m a r pêlos o u cabelos. l
Dos d i fe ren tes t ipos d e e s t r u t u r a s f ib rosas q u e d i s c u t i m o s , os neu ro f i l amen - '
tos sào os que ma is se asseme lham aos ossos e l i g a m e n t o s d o esque le to . U m neu- '
r o f i l a m e n t o consiste d e m ú l t i p l a s s u b u n i d a d e s (b locos c o n s t i t u i n t e s ) q u e se or-
g a n i z a m f o r m a n d o es t ru tu ras a l o n g a d a s q u e se a s s e m e l h a m a sa ls ichões amar-
rados u m n o o u t r o . A es t r u tu ra i n te rna d e cada s u b u n i d a d e é c o m p o s t a d e très
f i tas pro té icas t rançadas juntas. A o c o n t r á r i o d o s m i c r o f i l a m e n t o s e m ic roh íbu -
los, estas f i tas cons is tem de m o l é c u l a s p ro té icas i n d i v i d u a i s e l ongas , cada qual :
enove lada c o m o u m a " m o l a " he l i co i da l . Esta e s t r u t u r a c o n f e r e aos neuro f i la - '
men tos u m ar ran jo mecan icamen te m u i t o resistente.
O Axônio
A t é a q u i es tudamos o soma, as organelas, a m e m b r a n a e o c i t t>esqueletoJNenhu-
ma destas es t ru turas , en t re tan to , é exc lus iva d o s n e u r ô n i o s ; elas sSo encontradas i
e m todas as célu las d o nosso co rpo . A g o r a es tamos d i a n t e d o a x ô n i o , u m a estru- j
tu ra encon t rada apenas nos n e u r ô n i o s e a l t a m e n t e espec ia l i zada pa ra a transfe-
rência d e i n f o r m a ç ã o en t re p o n t o s d is tan tes d o s is tema nervos<i.
O a x ô n i o p a r t e d e u m a reg ião c h a m a d a c o n e d e i m p l a n t a ç ã o , q u e func iona
c o m o o s e g m e n t o i n i c i a l d o a x ô n i o p r o p r i a m e n t e d i t o ( F i g u r a 2.14). D u a s mar-
cantes caracter íst icas d i s t i n g u e m o a x ô n i o d o soma :
1. N â o ex ibe RE rugoso e os r i bossomos l i v res , q u a n d o presentes, sáo poucos, f
2. A compos i ção pro té ica d a m e m b r a n a d o a x ô n i o é f u n d a m e n t a l m e n t e diferen* J
te daque la presente na m e m b r a n a d o soma . j
Estas d i fe renças e s t r u t u r a i s re f le tem-se nas d i s s e m e l h a n ç a s f u n c i o n a i s , pois.
se inex is tem r ibossomos , n â o há síntese p ro té ica n o a x ô n i o . I s to s i gn i f i ca q u e to-
da pro te ína presente n o a x ô n i o teve d e ser s i n te t i zada n o st)ma. E sâo estas pro- ^
teínas d i f e renc iadas q u e estào presentes na m e m b r a n a d o a x ô n i o p e r n i i t i t u l i '
que ele f u n c i o n e c o m o u m " f i o d e t e l é g r a f o " , o q u a l e n v i a i n f o r m a ç õ e s a longa
d is tânc ia . -,
Ös axôn ios ap resen tam c o m p r i m e n t o s va r i áve i s , p o d e n d o se es tender desde
menos de u m m i l í m e t r o até ma i s d e u m m e t r o d e c o m p r i m e n t o . Eles p i x l e m se
ram i f i ca r e estas ramif icaçiV-s sáo c h a m a d a s d e co la te ra i s , ( \ - a s i o n a l m e n t e . uma
co la te ra l p o d e r e t o r n a r e c o m u n i c a r - s e c o m a cé lu la q u e d e u o r i g e m ao axôn io
o u c o m os d e n d r i t o s d e cé lu las v i / i n h a s . Essas ram i f i cações axona i s chamam-se |
colatirais recorrentes. [
O d i â m e t r o de u m a x ô n i o é va r i áve l , m e d i n d o desde m e n o s de 1 | i n i até cer- i
ca d e 25 u m e m h u m a n o s , p o d e n d o chegar à espessura d e 1 m m na lu la . Esta va- i
r iaçào n o d i â m e t r o é i m p o r t a n t e para as funções d o s axôn ios . A s s i m c o m o será >
exp l i cado n o C a p í t u l o 4, a v e l o c i d a d e d o s ina l e l é t r i co ao l o n g o d o a x ô n i o - o im-
o NeurÕTHo PrototipKO
pii/stí nenvso - va r i a c o n f o r m e o d iâme t ro d o axônio; quanto mais f ino o axônio.
mais r á p i d o o i m p u l s o Irafcga.
O T e r m i n a l A x o n a l . Todos os axônios l êm u m início {o cone de im planta«; Ao),
u m m o i o (o a x ô n i o p r o p r i a m e n t e d i to ) e u m f im. Esta regiào f inal é chamada de
t e r m i n a l a x o n a l o u b o t ã o t e r m i n a l , po is , de fato. normalmente se parece com
u m d i sco i n t u m e s c i d o (F igura 2,15). O te rmina l é o local onde o axônio entra em
con ta to c o m o u t r o s neu rôn ios (ou out ras células) e passa a informação para eles.
Este p o n t o d e con ta to chama-se s inapse, uma palavra derivada do grego "amar -
rar j u n t o " . À s vezes, os axôn ios tèm mui tas ramificações em suas regiões termi -
nais, e cada ram i f i cação f o rma u m a sinapse com outros dendr i tos ou corpos ce-
lu lares na m e s m a re^^iáo. Estas ramif icações sáo chamadas colet ivamente de ar-
bo r i zação t e r m i n a l . Ou t ras vezes, os axônios f o r m a m sinapses em regiões d i la-
tadas ao l o n g o d o seu e ixo e, então, prosseguem terminando em ou t ro local. Tais
regiôc'ï. i n t u m e s c i d a s sào chamadas boutons en passant, ou seja, "botões de passa-
g e m " . E m t o d o caso. q u a n d o u m neurôn io estabelecer contato s i rüp t i co com ou-
tra cé lu la , d i z - se q u e ele inerva aquela célula, ou seja, p romove sua Inervaç lo .
O c i t o p l a s m a d o t e rm ina l axonal d i fere daquele do restante d o axôn io em vá-
r ias característ icas:
1. M i c r o t u b u l e s d o axôn io nâo se estendem ao termina l sináptico.
2. O t e r m i n a l s ináp t i co con tém numerosos g lóbu los membranosos, chamados
ves í cu l as s ináp t i cas , que m e d e m aprox imadamente 50 n m de d iâmetro.
Terminal axonal
pré-sináptk:o
Figura 2.15
O terminal axonal e a sinapse. Os terminais axonais lormam sinapses com os dendntos
ou com o sonw de outros neurônios. Quando um Impulso nervoso chegar no lerminal axo-
nal pré-sínáptico, s4o liberadas moléculas de neuroiransmissores das vesículas sinápticas
na lenda sináptica Os neurotransmissores, entáo, iigam-se a proteínas receptoras especi-
ficas, desencadeando a geração de sinais elôtncos ou químicos na célula pós-sináptica.
3 8 Capítulo 2 / Neurônios e GIta
3. A superf íc ie interna d.i membr . ina da s i n a p s e a p r e s e n t a u m r e v e s t i m e n t o par-
t icularmente d e n s o d e proteínas.
4. Apresenta n u m e r o s a s m i l o c õ n d r i a s , i n d i c a n d o u m a alta d e m a n d a d e energia
no local.
A S i n a p s e . Embora os Cap í tu los 5 e 6 desc revam c o m ma i s d e t a l h e c o m o a in-
fo rmação é t ransfer ida de u m n e u r ô n i o para o u t r o a t ravés da s inapse , vamos
ad iantar aqu i a lguns de seus aspectos. A s inapse t e m do i s lados: o pré
e o pós-si-
náptico (Figura 2.15). Estes nomes i n d i c a m a d i reção h a b i t u a l d o fluxo d e in fo rma-
ção q u e va i da região " p r é " para " p ó s " . O l a d o p ré -s ináp t i co g e r a l m e n t e consiste
de u m axôn io te rmina l , e n q u a n t o q u e o l ado pós -s ináp t i co p o d e ser o d e n d r i t e ou
o soma d e o u t r o neu rôn io . O espaço en t re as m e m b r a n a s p r é e pós -s ináp t i ca é
c h a m a d o de f enda s ináp t i ca . A t rans fe rênc ia d e i n f o r m a ç ã o a t ravés d e u m a si-
napse, de u m n e u r ô n i o para o u t r o , é c h a m a d o d e t r a n s m i s s ã o s i n á p t i c a .
N a m a i o r i a das sinapses, a i n f o r m a ç ã o q u e v ia ja na f o r m a d e i m p u l s o s elétr i-
cos ao l ongo de u m a x ô n i o é c o n v e r t i d a , n o t e r m i n a l a x o n a l , e m u m s ina l qu ím i -
co q u e atravessai a fenda s inápt ica. N a m e m b r a n a pós -s ináp t i ca , este s ina l q u í m i -
co é c o n v e r t i d o n o v a m e n t e e m u m s ina l e lé t r ico . O s ina l q u í m i c o é c h a m a d o de
n e u r o t r a n s m i s s o r , sendo a r m a z e n a d o nas vesícu las s ináp t i cas d e n t r o d o te rmi -
na l axona l e l i be rado na fenda s ináp t i ca . C o m o v e r e m o s m a i s ad ian te , d i ferentes
neurotransmisst>res são usados p o r d i f e ren tes t i pos d e n e u r ô n i o s .
Esta t rans fo rmação da i n f o r m a ç ã o em e lé t r i ca -qu ím ica -e lé t r i ca t o m a possível
m u i t a s das capac idades c o m p u t a c i o n a i s d o encéfa lo . M o d i f i c a ç õ e s des te proces-
so estão e n v o l v i d a s na m e m ó r i a e n o a p r e n d i z a d o , e d i s t ú r b i o s nas t ransmissões
s inápt icas desencade iam certos t r ans to rnos menta is . A s inapse t a m b é m é o UKBI
d e ação para o gás d o s ner \ 'os e para a m a i o r i a das d r o g a s ps icoa t i vas .
T r a n s p o r t e A x o p l a s m á t i c o . C o m o já m e n c i o n a m o s , u m a caracter ís t ica d o ci-
top lasma dos axónios, i nc lus i ve d o t e r m i n a l axona l , ó a ausênc ia d e r ibossomos.
Cons iderando-se q u e os r ibossomos são as fábr icas de p ro te ínas d a cé lu la , a au-
sência deles s ign i f ica q u e as pro te ínas axona is d e v e m ser s in te t i zadas n o soma e,
então, ser t ranspor tadas para o axôn io . N a v e r d a d e , o f i s io log is ta i ng lês A u g u s -
tus Wal le r most r í )u , na metade d o século X I X , q u e os a x ó n i o s n ã o p o d e m se man-
ter q u a n d o separados d o soma da cé lu la a q u e p e r t e n c i a m . A degene ração dos
axón ios q u e ocora> q u a n d o eles são secc ionados é c h a m a d a d e ik^aieniçílo uiille-
ríana. U m a vez que p o d e ser detectada c o m certos m é t o d o s d e marcação , a dege-
neração w a l leria na é u m m o d o de se loca l izar conexões axona i s n o encéfa lo .
A degeneração wa l l e r i ana acontece p o r q u e o fluxo n o r m a l d e m a t e r i a i s d o so-
ma para o t e r m i n a l a x o n a l está i n t e r r o m p i d o . Este m o v i m e n t o d e m a t e r i a l ao
l o n g o d o a x ô n i o é c h a m a d o d e t r a n s p o r t e a x o p l a s m á t i c o , p r i m e i r a m e n t e de-
m o n s t r a d o pe las exper iênc ias d o n e u r o b i o l o g i s t a a m e r i c a n o Pau l We iss e cola-
boradores nos anos d e 1940. Eles d e s c o b r i r a m que , se a m a r r a s s e m u m f io e m tor-
n o de u m axôn io , hav ia u m a c ú m u l o d e m a t e r i a l n o l a d o d o a x ô n i o ma i s p róx i -
m o d o soma. Q u a n d o o n ó era des fe i to , o m a t e r i a l a c u m u l a d o c o n t i n u a v a mi -
g r a n d o ao l o n g o d o a x ô n i o e m u m a taxa d e 1 a 10 m m p o r d ia .
Esta fo i u m a descober ta no táve l , mas n ã o é toda a h i s tó r ia . Se t o d o o ma te r i a l
se deslocasse ao l o n g o d o a x ô n i o e x c l u s i v a m e n t e p o r este m e c a n i s m o d e trans-
por te , os nu t r i en tes para s u p r i r as s inapses " f a m i n t a s " n ã o c h e g a r i a m ao f i m dos
axón ios ma is l ongos e m menos de m e i o ano. N o f i m d o s anos 60, f o r a m desen-
v o l v i d o s m é t o d o s para detec tar os m o v i m e n t o s de m o l é c u l a s p ro te icas ao longo
d o a x ô n i o r u m o ao t e rm ina l , Hstes m é t o d o s i m p l i c a v a m na in jeção d e aminoác i -
dos rad ioa t i vos n o soma dos neu rôn ios . I .embre-se d e q u e os a m i n o á c i d o s são os
b locos cons t i tu in tes das prote ínas. O s a m i n o á c i d o s " q u e n t e s " ( r ad i oa t i vos ) e ram
i n c o r p o r a d o s nas p ro te ínas , e a chegada de p ro te ínas r a d i o a t i v a s n o t e r m i n a l
axona l era m e d i d a para ca lcu lar a taxa d e t ranspor te . Bern ice CJrafstein, d a Un i -
ve r s i dade Rockefe l le r , d e s c o b r i u q u e este fraiiaporic oxoplaamiUico rápkio {ass im
n o m e a d o para d i s t i n g u i r d o transporle oxoplasmàtico Ictilo desc r i t o p o r Weiss)
acontecia a u m a taxa bas tante a l ia , a t i n g i n d o 1.000 m m p o r d ia .
o Neurônio Prolotipico 3 9
Figura 2.16
O mecanismo para o deslocamento de
material sobre os micro lúbulos do axò-
nio. Empacotados em vesículas membra-
nosas, o material é transportado do soma
para o terminal axonal pela ação de uma
proteína chamada de cinesina. a qual se
desloca sobre os microtúbulos com gasto
de ATP.
f lo jo, sabo-se m u i t o sobre c o m o func iona o t ranspor te axoplasmál ico. O ma-
ter ia l é " e m p a c o t a d o " d e n t r o de vesículas que, entào, " c a m i n h a m " sobre os m i -
c r o t ú b u l o s d o axôn io . A s "pe rnas " são formadas por uma pnMcína chamada d -
ncAina. e o processo ó sustentado por ATP (Figura 2.16). Ac ines ina st> desloca ma-
ter ia l d o soma para o te rmina l . Todo m o v i m e n t o de mater ia l neste sent ido é cha-
m a d o d e t r a n s p o r t e an te rograde .
A k ^ m d o t raaspor te anterógrado, há u m mecanismo para o deslocamento de
mate r ia l n o axôn io n o sent ido oposto, i ndo d o termina l para o soma. Acredita-se
q u e este pn>cesst) env ia sinais para o soma soba' as mudanças nas nivessidades
metabó l icas d o t e rm ina l a.xonal. O m o v i m e n t o neste sent ido, d o te rmina l para o
soma, c h a m a d o de t ranspor te retrógrado. O mecanismo molecu lar ù semelhan-
te ao d o t ranspor te an ten ig rado , exc lu ind ivse as "pernas" , que, para o t ransporte
n ' t r ôg rado , sáo const i tu ídas p o r uma pmteína di ferente, chamada liclUiiciua. A m -
bos os mecan ismos de t ransporte, anteri ')grado e retn^grado, têm s ido explorados
pe los neunxr ient is tas em técnicas de traçar conexões no encéfalo (Quadn^ 2.3).
Dendritos
o t e r m o (/t'Hí/r//()é d e r i v a d o da pa lavra grega usada para "á r vo re " , refer indo-se
ao fato d e q u e os neu r i t os assemelham-.se aos ramos de uma árvoa* à m e d i d a
q u e .se a fas tam d o soma. <.)s d e n d r i t o s de u m ún i co n e u r ô n i o são co le t i vamente
c h a m a d o s de á rvo re d e n d r í l i c a , sendo que cada r a m o da á rvore é d e n o m i n a d o
rumo ileiítlrilico. A g r a n d e va r i edade de fo rmas e tamanhos das á r \ ores dend r í t i -
cas é u t i l i zada para classif icar os d i ferentes g r u p o s de neurôn ios.
O s d e n d r i t o s f u n c i o n a m c o m o u m a " a n t e n a " para o neurôn io , estando reco-
ber tos p o r m i l ha res de sinapses (F igura 2.17). A membrana dendr í t i ca relaciona-
Flgura 2.17
Dendri tos recebendo aferèncias sinápti-
cas de terminais axonais. Um neurônio
foi corado com verde fluorescente, pela uti-
lização de um método que revela a distri-
buição de uma proteína associada aos mi-
crotúbulos. Os terminais axonais estào co-
rados de vermelho-alaranjado. utilizando-
se de um método que indrca a
distribuição
das vesículas sinápticas. Os axõnios e cor-
pos das células que contribuem para estes
terminais axonais nào estào visíveis nesta
fotomicrografia. (Fonte; Neuron 10 [Suppl.I,
1993, figura de capa.)
4 0 Capítulo 2 / Neurôntos e Glia
' r t í -iíf
Figura 2.18
Espinhos dendríUcos. Esfa é uma re-
construção por computador de um seg-
mento de um dendrite, mostrando as dife-
rentes formas e tamanhos dos espinhos.
Cada espinho é pós-sináptico de um ou
dois terminais axonais. {Fonte: Harris e
Stevens, 1989, figura de capa.)
da c o m as s inapses (a m e m b r a n a pós-sitiáplica) apresenta m u i t a s m o l é c u l a s de
prote ínas chamadas d c receptores, espec ia l i zadas na de tecção d o s neuro t rans- ^
missores na fenda s inápt ica.
Os d e n d r i t o s d e a lguns neu rôn ios estão cober tos c o m e s t r u t u r a s especial iza-
das, chamadas de e s p i n h o s d e n d r i t icos, q u e recebem a l g u n s t i pos d e aferências
sinápticas. Os esp inhos se parecem c o m pequenas bolsas suspensas p o r fora dos
d e n d r i t o s (F igura 2.18), A m o r f o l o g i a i n c o m u m desses e s p i n h o s t e m fasc inado
os neuroc ient is tas desde sua descober ta p o r Ca ja l . A c r e d i t a - s e q u e e las de l im i -
t em d i ferentes reações q u í m i c a s desencadeadas p o r ce r tos t i p o s d o a t i vação si-
nápt ica. A es t ru tura d o e s p i n h o é sensíve l ao t i p o e à i n t e n s i d a d e da ativ i dade si-
nápt ica. A l te rações i n c o m u n s t ê m s i d o de tec tadas n o e n c é f a l o d e i n d i v í d u o s
com d is funções cogn i t i vas ( Q u a d r o 2.4).
N a ma io r i a das vezes, o c i t o p l a s m a d o s d e n d r i t o s assemelha-se à q u e l e pre-
sente nos axòn ios . Está p r e e n c h i d o c o m e l e m e n t o s d o c i t o e s q u e l e t o e m i tocôn -
dr ias. U m a d i ferença interessante fo i descober ta p e l o neu rcK ien t i s ta O s w a l d Ste-
w a r d , da U n i v e r s i d a d e da V i r g í n i a . E le d e s c o b r i u q u e p o l i r r i b o s s o m o s p o d e m
ser observados n o i n t e r i o r d o s d e n d r i t o s , f r e q ü e n t e m e n t e p r ó x i m o s aos espi-
nhos. A pesquisa de S t e w a r d sugere q u e a t r ansm issão s ináp t i ca possa p r o m o v e r
a síntese de pro te ínas d e f o r m a loca l i zada e m a l g u n s n e u r ô n i o s ( Q u a d r o 2.5), No
C a p í t u l o 24, v e r e m o s q u e a regu lação s ináp t i ca da síntese p ro te i ca é c ruc ia l para
o a r m a z e n a m e n t o d a i n f o r m a ç ã o p e l o encéfa lo .
CLASSIFICANDO OS NEURÔNIOS
Sabendo q u e o s is tema n e r v o s o é c o m p o s t o p o r m a i s d e c e m b i l h õ e s d e neurô-
nios, é u t ó p i c o t e rmos esperança d e u m d i a c o m p r e e n d e r m o s c o m o cada u m de-
les c o n t r i b u i i n d i v i d u a l m e n t e para as f unções d o encéfa lo . M a s e sc pudéssemos
mos t ra r q u e t odos os n e u r ô n i o s n o encé fa lo p o d e m se c lass i f icar e m u m peque-
n o n ú m e r o d e ca tegor ias , e q u e , d e n t r o d e cada ca tego r i a , t o d o s os n e u r ô n i o s
func ionassem d e f o r m a idên t i ca? A c o m p l e x i d a d e d o p r o b l e m a f i ca r ia , en tão , re-
d u z i d a ao e s t u d o da c o n t r i b u i ç ã o carac ter ís t ica d e cada ca tego r i a , n ã o d e cada
cé lu la i n d i v i d u a l . É c o m esta expec ta t i va q u e os neu roc ien t i s tas t ê m f o r m u l a d o
esquemas d e c lass i f icação d o s n e u r ô n i o s .
Classificação Baseada no Número de Neuritos
O s n e u r ô n i o s p o d e m ser c lass i f i cados d e a c o r d o c o m o n ú m e r o to ta l d e neur i tos
( a x ô n i o s e d e n d r i t o s ) q u e se e s t e n d e m desde o s o m a (F igu ra 2.19), U m n e u r ô n i o
q u e apresenta u m ú n i c o n e u r i t o é d i t o u n i p o l a r . Se p o s s u i d o i s n e u r i t o s , a célu-
la é b i p o l a r , e se apresenta três o u ma is , a cé lu la é m u l t i p o l a r . A m a i o r i a d o s neu-
r ô n i o s n o encéfa lo são m u l t i p o l a r e s .
Classificação Baseada nos Dendritos
A a rbo r i zação dend r í t i ca p o d e v a r i a r m u i t o d e u m t i p o d e n e u r ô n i o para out ro .
A l g u n s recebem d e n o m i n a ç õ e s sof is t icadas c o m o " cé lu l a d e d o i s b u q u ê s " . Ou-
tras t ê m n o m e s menos c h a m a t i v o s , c o m o " cé lu l as -a l f a " . A c lass i f icação e m geral
é l i m i t a d a para u m a d e t e r m i n a d a área d o encéfa lo . Por e x e m p l o , n o có r tex cere-
b r a l (a es t r u tu ra q u e recobre a supe r f í c i e d o encéfa lo ) , há d u a s g r a n d e s classes:
as cé lu las p i r a m i d a i s ( c o m f o r m a de p i r â m i d e ) e as c é l u l a s es t re l adas ( c o m for- ;
ma d e estrela) (F igu ra 2,20). |
O u t r a f o r m a s i m p l e s d e c lass i f icar os n e u r ô n i o s é d o a c o r d o c o m a presença I
d o s esp inhos dondr í t i cos . A s s i m , aque les q u e os ap resen tam, ch<irnain-so de es- ]
p i n h o s o s , e os q u e n ã o têm, c h a m a m - s e d e não-e .sp inhosos , l is tes esquemas p^v
ra c lassi f icação d e n d r í t i c a p o d e m ser sobrepos tos . Por e x e m p l o , n o có r tex cere-
b ra l , todas as cé lu las p i r a m i d a i s são esp inhosas . A s cé lu las est re ladas, p o r ou t ro
lado , p o d e m ser esp inhosas ou não.
Classificando os Neurônios 41
#
O E E S P E C I A L I N T E R E S S E
Pegando Carona em um Trem que Anda de Marcha à Ré
O transporte anterógrado rápido de proteínas ao longo do
axônio foi demonstrado pela injeção de aminoácidos ra-
dioativos no soma, O sucesso do método imediaiamente
sugeriu íormas de mapear as conexões encefálicas. Por
exemplo, para determinar onde os neurônios do olho en-
viam seus axônios. foi injetada prolina radioativa no olho.
um aminoácido. A prolina incorporou-se em proteínas do
soma, que foram, então, transportadas aos terminais axo-
nais. Pelo uso de uma técnica chamada aulo-radiogratia.
a local ização dos terminais axonais radioativos pôde ser
detectada, revelando a extensão das conexões entre os
olhos e o encéfalo.
Subsequentemente, loi descoberto que o transporte re-
trógrado também poderia ser utilizado para determinar co-
nexões no encéfalo. De modo surpreendente, a enzima pe-
roxidase do rabanete (HRR sigla em inglês de Horse Ra-
dish Peroxidase) é seletivamente captada pelos terminais
axonais e. então, transportada retrogradamente ao soma.
Uma reação química pode. pois, ser utilizada para visuali-
zar o local onde se encontra a HRP em secções do tecido
nervoso. Este método é comumente utilizado para traçar
as conexões cerebrais (Figura A).
Alguns vírus também apresentam a capacidade de se-
rem transportados por via retrógrada em neurônios infecta-
dos. Por exemplo, a forma oral do vírus da herpes penetra
no terminal axonal nos lábios ou na boca, sendo, então,
transportado para o corpo celular destes neurônios. Neste
local, o vírus comumente permanece em estado latente
até que um estresse lísico ou emocional ocorra (como. por
exemplo, em um primeiro encontro), a partir deste momen-
to ele se replica e retorna à terminação nervosa, provocan-
do uma pequena tenda dolorosa. Da mesma torma, o vírus
da raiva penetra no sistema nervoso pelo transporte retró-
grado a partir de terminais axonais na pele. Entretanio,
uma vez no soma. o vírus não perde tempo e começa a re-
plicar-se intensamente, matando o seu hospedeiro neuro-
nal. O vírus ô. então, captado por outros neurônios do sis-
tema nervoso e o processo se repete várias vezes, geral-
mente alô a morte da vitima. Figura A
Inteçào de HRP: DOIS dias depois,
após o transporte
retrógrado:
HRP
depositada
no encéfalo
Neurônios
corados
com HRP
Classificação
Baseada nas Conexões
A s inforni«i(,'iV;s (inferências) chegam ao s istema ner \ 'oso pelos neurôn ios que
ap resen tam neur i t os n.is super f íc ies sensor ia is d o corpo , c o m o pele e .1 ret ina
d o s olhos. A s células c o m tal t i po d e conexão s í o i>s neu rôn ios sensor ia is p r i m á -
r ios . O u t r o s neurôn ios apn ' sen lam axônios que f o r m a m sin.ipses com os múscu-
los e c o m a n d a m os m o v i m e n t o s , sendo d e n o m i n a d o s n e u r ô n i o s moto res . N o
en tan to , .1 m a i o r i a dos neu rôn ios d o s istema nervoso f o rma conexões apenas
c o m ou t ros n e u r ô n i t « . IX ' acordo c o m este i>squema de classif icação, estas célu-
las são chamadas de i n t e r n e u r ô n i o s .
4 2 Capítulo 2 / Neurôntos e Glia
Classificação Baseada no Comprimento do Axônio
A l f i u n s neurôn ios possuem longos oxôn ios q u e se es tendem d e u m a pa r te d o en-
céfalo para ou t ra ; são os chamados n e u r ô n i o s d o l i p o I de G o l g i . o u neurônios de
projeção. Ou t ros neurôn ios têm axôn ios cur tos q u e nAo v ã o a l é m das p rox im idades
d o co rp t i celular, d e n o m i n a d o s n e u r ô n i o s d o l i p o I I de G o l g i , o u neurônios de cir-
cuito local. N o cór tex cea-bral, p í i r exemp lo , as cé lu las p i r a m i d a i s v i a d e regra têm
longos axônios que se es tendem para ou l ras áreas d o encéfa lo e, po r t an to , são neu-
rôn ios d o t ip t i I d e Go lg i . N o entanto, as células estreladas ap resen tam axôn ios que
nunca d e i x a m o córtex cerebral e, po r tan to , são n e u r ô n i o s d o t i p o II d e C o l g i ,
Classificação Baseada nos Neurotransmissores
Os padrões d e cJassif icação v is tos até agora base iam-se na m o r f o l o g i a d o s neu-
rôn ios c o n f o r m e aparecem q u a n d o i m p r e g n a d o s p e l o p r o c e d i m e n t o d e Golgi ,
N o v a s me todo log ias p e r m i t i r a m aos neurcxr ient is tas i d e n t i f i c a r q u a i s neurôn ios
c o n t i n h a m cada t i p o de neu ro t ransmisso r , r e s u l t a n d o o m u m e s q u e m a d e classi-
f icação baseado e m sua q u í m i c a . Por e x e m p l o , os n e u r ô n i o s m o t o r e s , q u e co-
m a n d a m os m o v i m e n t o s v o l u n t á r i o s , l i b e r a m o n e u r o t r a n s m i s s o r acelilcolina em
D E E S P E C I A L I N T E R E S S E
Retardo Mental e Espinhos Dendríticos
A elaborada arquitetura da árvore dendrítica neuronal é um bom
reflexo das complexas conexões sinápticas entre os neurônios.
O funcionamento do encéfalo depende destas conexões sináp-
ticas altamente precisas que se formam durante o período fetal
e aprimoram-se durante as primeiras fases da infância. Não de-
veria surpreender que este complexo processo de desenvolvi-
mento seja sensível a alterações. O retardo mental vem sendo
descrito como aberrações no desenvolvimento do encéfalo, re-
sultando em délicits nas funções cognitivas, as quais impedem
o comportamento de adaptação.
A utilização de testes padronizados indicam que a inteligência
na população em geral eslá distribuída como uma curva Normal
(ou Gaussiana). Por convenção, o coeficiente de inteligência (01)
médio está estabelecido em I X . Cerca de dois terços de toda a
população situa-se dentro de 15 ponlos (isto é. um desvio-pa-
drão). para cima ou para baixo dessa média, e 95% está 30 pon-
tos (dois desvios-padrão). para cima ou para baixo da média ' .
Pessoas com escores para inteligência abaixo de 70 sào consi-
deradas menlalmenie retardadas se as alterações cognitivas
afetarem a sua capacidade de adapiaçào comportamental ao
ambiente em que vivem. Cerca de 2 a 3% dos humanos enqua-
dram-se nesta classificação.
• N. de T. Vánoí auiofos aponiam limitações cilücas desses testos aparente
menie objeuvos a universais (por exemfHo. diterer^ças culiurais e do nível so-
ooecwíôfmco). de modo que, mwto embora eles d«erwnioem ciarameme ca-
sos extremos (como no retardo mental), náo sèo indices confiAve« quando se
pretende, por exemplo, comparar -dcterenças de irrtehgônca* entre (yupos hu-
manos r>a populBçio em oeral
O retardo mental tem muitas causas. As formas mais severas
estão associadas a distúrbios genéticos. Um exemplo é a condi-
ção chamada fenilcetonúria (PKU, sigla em inglês de Phenylke-
tonurie). A anormalidade básica neste caso é um déficit na enzi-
ma do fígado que metaboliza o aminoácido fenilalanina ingerido
na dieta alimentar. Crianças nascidas com PKU apresentam um
nivel anormalmente alto deste aminoácido no sangue e no en-
céfalo. Caso nào sejam tratadas, o crescimento do encéfalo ces-
sa, resultando em um severo retardo mental. Outro exemplo é a
sincírome de Down, a qual acontece quando o feto tem uma có-
pia extra do cromossomo 21, o que prejudica a expressão gêni-
ca normal durante o desenvolvimento do encéfalo.
Uma segunda causa conhecida do retardo mental sâo os aci-
dentes durante a gravidez e o parto. Exemplos sâo a infecção
materna por rubéola e a asfixia durante parto. Uma terceira cau-
sa de retardo mental é a nutrição deficiente durante a gravidez.
Um exemplo é a síndrome fetal alcoólica, uma série de anorma-
lidades que se desenvolvem em crianças nascidas do mães al-
coolistas. Uma quarta causa, presente na maioria dos casos, é
o estado de miséria - a falta de boa nutrição, socialização e es-
tímulos sensoriais - durante a infância precoce.
Enquanto algumas formas de retardo mental apresentam cor-
relações fisicas muito claras (por exemplo, prejuízos no cresci-
mento: anormalidades na estrutura da cabeça, mãos e corpo),
muitos casos mostram apenas as manifestações comportamen-
tais. o encéfalo destes indivíduos é apareniemenie normal. Co-
mo, então, podemos explicar a grave disfunção cognitiva? Uma
importante pista veio nos anos de 1970 da pesquisa de Miguel
Mann-Padilla. pesquisador da Faculdade Dartmouth, e Domi-
nick Purpura, trabalhando na Faculdade de Medicina Albert
Classificando os Neurônios 4 3
suas s inapses. Estas célu las são, po r tan lo , classificadas como coíinír^iVfls, s igni f i -
cando q u e u t i l i z a m esse neu re t ransmissor em part icular. Conjuntos de células
que u t i l i z a m u m d e t e r m i n a d o neuro l ransmissor em comum const i tuem os siste-
mas d e n e u r o t ransmissores d o encefalo (ver capítulos 6 e 15).
GLIA
D e d i c a m o s m u i t o de nossa atenção neste capí tu lo aos neurônios. Enquanto esta
decisão jus t i f i ca -se pe lo estado a tua l d o conhecimento, alguns neurocientistas
c o n s i d e r a m q u e a g l ia é "o g igan te ado rmec ido " das neurociências. U m dia,
c rêem, demons t ra r - se -á que a g l ia con t r i bu i m u i t o mais signi f icat ivamente para
o p rocessamen to das in fo rmações no encéfalo d o que se pensa hoje. Atua lmente ,
en t re tan to , as ev idênc ias i n d i c a m que a g l ia con t r ibu i para a t iv idade cerebral
p r i n c i p a l m e n t e d a n d o supor te às funções neuronais. Apesar desse papel subor-
d i n a d o , sem a g l ia o encéfalo não f imc ionar ia corretamente.
Astrócitos
A s cé lu las g l i a i s ma i s numerosas no encéfalo são os astrócitos (Figura 2.21 ). Es-
tas cé lu las p r e e n c h e m os espaços entre os neurônios. O espaço restante entre os
n e u r ô n i o s e os ast róc i tos mede apenas cerca de 20 n m de espessura. Conseqüen-
temen te , é p r o v á v e l que os astróci tos de te rm inem quanto u m neur i to poderá
crescer o u se ret ra i r . Pela mesma razão, quando falamos d o f l u i d o que "banha "
os n e u r ô n i o s n o encéfalo, ele está m u i t o mais para u m " b a n h o de esponja" d o
q u e para u m " b a n h o de imersão"* .
Pseudo-unipoiar
Figura 2.19
Classi f icação dos neurônios baseada no número de neuritos.
( Q u a d r o 2 .4 . c o n t i n u a ç ã o )
Einstein, em Nova York, Eles estudavam
o encéfalo de crianças
retardadas utilizando o procedimento de Golgi. íendo descober-
to importantes alterações na estrutura dendrílica. Os dendritos
das crianças retardadas apresentavam poucos espinhos dendn-
ticos. que. ainda por cima, eram longos e finos (Figura A). A ex-
tensão das alterações nos espinhos correlacionavam-se com o
grau de retardo mental.
Os espinhos dendrilicos sâo um importante local de afefências
sinápticas. Purpura demonstrou que o padrão dos espinhos den-
driticas das crianças retardadas era semelhante ao obsen/ado em
fetos humanos normais. Ele propôs que o retardo mental é um re-
flexo da falha na formação correta das conexões do encéfalo Nas
três décadas que se seguiram à publicação deste importante tra-
balho, ficou eslabelecido que o desenvolvimento sinaplico normal,
incluindo a maturação dos espinhos dendrilicos, depende muito
do ambiente durante o período neonatal © o início da infância. Um
ambiente desfavorável durante o início deste 'período crítico" do
desenvolvimento pode levar a profundas mudanças nas conexões
do encéfalo. Entretanto, existem algumas boas notícias. Muitas
das modificações no encéfalo impostas pela privação podem ser
revertidas se a intervenção oconer suficientemente cedo No Ca-
pítulo 22, aprofundar-nos-emos no estudo do papel da experiên-
cia sobre o desenvolvimento do encéfalo.
Oendnto de
um bebé
normal
Dendnto de um
Figura A
Dendritos normais e anormais, (Fonte: Purpura. 1974, Fig. 2A,)
• N dc- T A .wua k.l.il.7a alfio i-nln- e 75% J a p.-».>a.rr<.rdl de um idullo humjcw. e. di-sso n
cj d.- 7 a 12% ccrwpondem à w cpa>;o evlraa-luMr (ou r
té(j|ü, i' nxlu/klo.
44 Capítulo 2 / Neurôntos e Glia
A R O T A D A D E S C O B E R T A
A História da Síntese Protéica nos Dendrites
O S W A L D S T E W A R D
É relativamente incomum que uma única observação leve a uma
completa reviravolta na pesqursa cientifica. Mas tal foi o caso
quando divulguei a localização especifica de polirribossomos
junto aos sítios pós-sináptrcos nos dendriios. o que hoje ctiamo
Figura A
Um complexo polirribossomal associado à sinapse. Esta micro-
grafia eletrônica mostra um dendnto (den) com um SPRC (seta).
O SPRC associa-se intimamente com o espmtio dendrit ico (s).
o qual está em contato com um terminal axonal (t). (Fonte: Cor-
tesia do Dr. Oswald Steward.)
de complexos polirnbossomais associados a sinapse, ou SPRC
(sigla em inglês de Synapse associated poliribossome comple-
xes - Figura A). Um polirr ibossomo é um agrupamento de ribos-
somos ligados ao ARNm. a maquinaria utilizada pela célula pa-
ra síntese protéica. A observação
dos pol irr ibossomos inteiramente
associados às sinapses nos dendri-
tes deram-me uma idéia, que na-
quele momento contrariava o dog-
ma entèo predominante - de que
neurônios podem sintetizar local-
mente certas proteínas essenciais
nos sítios sinápticos nos dendrites.
Em 1979. descobri as SPRC e for-
mulei a hipótese básica para a sínte-
se protéica nos dendrites. Aquela
observação teve um impacto tal que
comecei um diário científico que Oswald Stewart
mantenho até hoje. Eu havia estado
estudando como os neurônios modi-
f icam suas conexões após lesões, detendo-me em modelos co-
mo o do "brotamento axonal" que ocorre em uma região do encé-
falo chamada de hipocampo. Tentava definir os mecanisnfK» ce-
lulares e moleculares deste crescimento. Naquela época, não po-
díamos estudar a expressão génica de um único neurônio (isto é
agora possível util izando-se técnicas de biologia molecular). Em
vez disso, podíamos medir o nível total de síntese protéica em
neurônios. Em um experimento desenhado para medir a síntese
protéica neuronal durante o "brotamento", ficamos surpresos em
encontrar evidências da síntese em uma porção do hipocampo
que continha dendntos, porém muito poucos somas neuronais.
Para detectar quem eram os elementos responsáveis por esta
síntese protéica, examinamos estas áreas com o microscópio
eletrônico para determinar onde estavam os polirribossomos.
Lembro-me ainda da primeira série de imagens dos agrupamen-
tos de polirribossomos dentro ou próximo das sinapses nos espi-
nhos dendríticos. Nào foi tanto a observação quanto a idéia que
nos veio à mente - esta capacidade de sintetizar certas proteínas
em locais específicos da sinapse poderia explicar o mecanismo
que permitia aos neurônios modificar a composição molecular de
sinapses individuais de momento em momento,
Esta hipótese tinha um grande valor para mim. mesmo mdo
contra a doutnna corrente de que a síntese protéica somente
ocorreria no corpo celular. Com a falsa impressão de que não
estava identif icando corretamente os pol irr ibossomos. enviei
uma série de cópias das fotos da microscopia eletrônica para o
encontro da Sociedade Americana do Anatomia. Ao longo de to-
do o encontro, procurei por Alan Peters, primeiro autor do livro-
U m p a p e l essencia l d o s as t róc i tos é a regu lação d o c i>n te i ido q u í m i c o deste |
paço cxtraceliüar. Por e x e m p l o , os í i s t róc i tos e n v o l v e m as j unções s ináp t i cas no |
encdfa lo , r e s t r i n g i n d o a d i f u s ã o d e m o l é c u l a s n e u r o t r a n s m i s s o r a s q u e f o r a m li*
beradas. O s as t róc i tos t a m b é m a p r e s e n t a m p ro te ínas espec ia is e m suas membra-
nas q u e a t i v a m e n t e r e m o v e m os ne u rot ran s m i »sores d a f enda s ináp t i ca . Lima
descober ta recente e i nespe rada é q u e a m e m b r a n a d o s as t róc i tos t a m b é m a p r f I
Classificando os Neurônios 4 5
( Q u a d r o 2 . 5 . c o n t i n u a ç ã o )
texto intitulado Fine Structure ot the Nervous System ( 'A estnj.
tura tina do sistema nervoso"). Quando finalmente o encontfei,
expus minhas micrograllas no chão do corredor. Fiquei encanta-
do quando ele confirmou minha identificação dos polírritx>sso-
mos. Ele também explicou-me por que a posição seletiva dos
polirritx>ssomos não tinha sido publicada antes: "Na microscopia
eletrônica, você pode deixar de observar algo se não estiver pro-
curando especificamente por ele' Eu havia notado os pollrnbos-
somos porque eslava procurando quem era o responsável peia
síntese protéica nesta parte do hipocampo.
Recordando estes eventos, creio que o conceito de que um
único subtipo de proteínas era sintetizado localmente em cada
sinapse foi definido, em sua totalidade, no momento em que vi
as fotos originais. Aquilo foi um 'Eureka*, uma intuição cujo fun-
damento não saberia explicar inteiramente. Entretanto, um ano
antes da descoberta dos SPRCs, eu estava recebendo a visita
de Sir John Eccies. na Universidade da Virgínia. Eccies havia re-
cebido o Prêmio Nobel por seus estudos sobre a transmissão si-
náptica. Discutimos muitas coisas sobre a prática da ciência, e
eu ainda me lembro de um comentário em especial; ^Vocé pode
gerar enormes quantidades de informação e nunca ter impado
em seu campo. O truque é desenvolver uma histötiä". Seu co-
nwntáno estava vivo em minha memória, quando vi pela pnmei-
ra vez os SPRCs, e pode ter-me ajudado a criar aquela motiva-
ção criativa adicional para que a históna dos SPRC começasse
a fazer sentido de maneira tão impactante.
r' X
Célula estrelada
i ba-
Figura 2.20
Classi f icação dos n
seada na estrutura da árvore den-
drítlca. Células piramidais e células
estrelares que se diferenciam pelo
arranjo de seus dendritos, sendo
dois tipos de neurônios encontrados
no córtex cerebral.
71 Capítulo 2 / Neurônios e GIta
Figura 2.21
Um astróc i to. Os astrõcitos ocupam a
maior parte do espaço no encéfalo que
nôo está ocupada por neurônios ou vasos
sangüíneos.
scn ia receptonís para os neurotran.smisst>res que . ass im c o m o nos n e u r ô n i o s , p i v
d e m desenc i îdear even tos b i t x ^u ím icos e e lé t r i
cos n o i n t e r i o r d i i cé lu la g l i a l . A o
m e s m o t e m p o q u e r e g u l a m os n e u re t ransmissores , os as t róc i t iw t a m b é m contro»
Iam r i go rosamen te a concentra( ;ào d e d i ve rsas subs tânc ias q u e t e n h a m potenc ia l
pa ra i n i e r / e r i r nas funções n e u r o n a i s n o r m a i s . Por e x e m p l o , os as t rcV i tos regu-
l a m a concent ração de íons potáss io n o fluido ex t race lu la r .
Glía Formadora de Mielina
A o c o n t r á r i o d o s ast róc i tos , a í unçáo p r i n c i p a l d o s o l i g o d e n d r ó c i t o s e das célu-
las de S c h w a n n está ma i s c lara. Estas cé lu las g l i a i s f o r m a m as c a m a d a s d e mem-
brana q u e f a z e m o i s o l a m e n t o e lé t r i co d o s a x ó n i o s . O a n a t o m i s t a A i a n Peters, da
U n i v e r s i d a d e d e B íwton , fo i u m p i o n e i r o n o e s t u d o d o s is tema ncr\ ' i>so at ravés
d a m ic roscop ia e le t rôn ica , m i w t r a n d o q u e este e n v o l t ó r i o , c h a m a d o d e m i e l i n a ,
enro la -se f o r m a n d o u m a esp i ra l q u e dá vá r i as v o l t a s ao r e d o r d a es tensâo dos
Figura 2.22
Fibras mie l in izadas do nervo óp t i co
secc ionadas t ransversa lmente . (Fonte: •
Cortesia do Dr. Alan Peters.) ^ S •*
Classiíicando os Neurônios 47
Figura 2,23
Uma célula oilgodendroglial. Como as
células de Schwann encontradas nos ner-
vos do corpo, a Oligodendroglia produz a
bainhta de mielina em vdta dos axônk» rw
encéfalo e na medula espinhal. A bainha
de mielina de um axõnio é interrompida pe-
riodicamente nos nodos de Ranvier.
axônios no oncéfdlo {Figura 2.22). Como o axònio presente no interior desta
"bc ind. igom" envol tór ia as-semelha-se a uma espad.1 dentro de sua bainha, o no-
me Ihiinlm iie midina é u t i l i zado para descrever o conjunto do envoltór io. A bai-
nha do miel ina é per iodicamente interrompida, deixando a descoberto pequenos
trechos d o axònio onde a membrana axonal está exposta. Cada uma dessas re-
giões é chamada de nodo de Ranvier (Figura 2.23).
N o Capí tu lo 4, veremos que a mielina sen-e para acelerar a propagação dos im-
pulsos nervosos no longo do axònio. Oligixlendrócitiw e células de Schwann dife-
rem em sua kx-alizaçdo e em outras características. Por exemplo. olígodendriSdtos
sâo encontrados apenas no sistema n e m w o central (encéíalo e medula), enquanto
que as ct^lulas de Schwann são encontradas exclusivamente no sistema nervoso
periítVico (i.e., fora do crânio e da coluna vertebral). Outra diferença é que um úni-
co o l igodendróc i to contr ibu i para a formação da mielina de vários axônios, en-
quanto que cada célula de Schwann miel ini /a apenas um único axònio.
Outras Células Não-Neuronais
A o el iminarmos cada neurônio, cada asfrócito e todos os ol igodendnVitos, ainda
restariam outras células no encéfalo. Para náo excluir nenhum tipo, paxis i imos
mencionar estas outras células. Primein>, células especiais, chamadas de ependi-
mais, formam a camada celular que atapeta os ventrícukís, além de desempenha-
rem u m papel dia^cionando a migração celular durante o desenvolvimento do
encéfalo. Segundo, uma classe de células chamada de microgl ia age como "ma-
cróf. igos" na remoçÃo de fragmentos celulares gerados pela morte ou degenera-
73 Capítulo 2 / Neurôntos e Glia
çâo dtí n e u r ô n i o s e cé lu las g l ia is . F ina lmen te , t a m b é m t e m o s as cé lu las q u e estru- }
t u r a m a vascular iza»;3o d o encéfa lo , d e f i n i n d o ar té r ias , ve ias e cap i la res . '
C O M E N T Á R I O S FINAIS
A p r e n d e n d o acerca das caracter ís t icas e s t r u t u r a i s d e u m n e u r ô n i o , cons t ru ímos
o c o n h e c i m e n t o d e c o m o os n e u r ô n i o s e suas d i ferent t»s pa r t es f u n c i o n a m , pois
a e s t r u t u r a está r e l a c i o n a d a c o m a f unç í i o . Por e x e m p l o , n ausC-ncin d e ribos-
s o m o s nos a x ô n í o s i n d i c a q u e as p r o t e í n a s prest»ntes n o t e r m i n a l a x o n a l devem
p r o v i r d o s o m a a t ravés d o t r a n s p o r t e a x o p l a s m . i l i c o . U m g r a n d e n ú m e r o de mi-
t i K Ô n d r i a s n o t e r m i n a l a x o n a l i n d i c a u m a g r a n d e d e m a n d a ene rgé t i ca . A elabo-
rada e s t r u t u r a da a r b o r i z a ç ã o d e n d r í t i c a i n d i c a u m a e x t r e m a espec ia l i zação pn-
ra a recepção das i n f o r m a ç õ e s a fe ren tes , e é r e a l m e n t e o IcKal o n d e a m a i o r i a das
s inapses são es tabe lec idas c o m os a x ò n i o s d e o u t r o s n e u r ô n i o s .
Desde a é p t x a d e N i s s l é r e c o n h e c i d o q u e u m a i m p o r t a n t e carac te r ís t i ca dos
n e u r ô n i o s é o RE r u g o s o . O q u e i s t o nos d i z a r e s p e i t o d o s n e u r ô n i o s ? Fo i co-
m e n t a d o q u e o RE r u g o s o é u m s í t i o d e s ín tese d e p r o t e í n a s d e s t i n a d a s h inser-
ção na m e m b r a n a . V a m o s v e r a g o r a c o m o as v á r i a s p r o t e í n a s d a m e m b r a n a neu-
r o n a l p r o m o v e m as carac te r ís t i cas e x c l u s i v a s d o s neu rôn i i >s p a r a t r a n s m i t i r , re-
ceber e a r m a z e n a r i n f o r m a ç ã o .
P A L A V R A S - C H A V E
Doutr ina Neuronal
htstotogia (p.24)
coloração de NissI (p.24)
procedimento de Goígi (p. 24)
corpo celular ou soma (p. 25)
pencárío (p. 25)
neurrto (p.2S)
axõnio (p. 25)
derxjrito (p. 25)
doutrina neuronal <p. 26)
Neurônio Prototípico
citosol (p. 26)
organela (p. 26)
citoplasma (p. 26)
núcleo (p. 26)
crorTK>ssomo (p. 26)
ADN (ácido desoxirribonucléico) (p. 26)
expressão génica (p. 26)
síntese protéica (p 26)
ARNm (ácido nbonuctéico mensageiro)
(P. 27)
transcrição (p. 27)
aminoácidos (p. 27)
tradução (p. 27)
riboftsomos (p. 28)
retículo endoplasmático
rugoso (RE mgoso) (p. 29)
polirribossomos (p. 31)
reliculo erKloplasmático
liso (RE liso) (p.31)
aparelho de Golgt (p. 31)
mitocõndria (p, 31)
ATP (adenosina tntosfato) (p. 32)
membrana neuronal (p. 32)
citoesqueleto (p.32)
microtúbulo (p. 33)
microfilamentos (p. 33)
neurofilamento (p, 36)
cone de implantação (p.36)
colateral (p 36)
terminal axonal (p. 37)
botão terminal (p. 37)
sinapse (p. 37)
art>orização termir\al (p. 37)
inen/ação (p. 37)
vesícula sinãplica (p. 37)
fenda sinápttca (p. 36)
transmissão sinãptica (p. 38)
r>eurotransmissor (p. 38)
transporte axoplasmático (p. 38)
transporte anterógrado (p, 39)
transporte retrógrado (p. 39)
án/ofe dendrítica (p. 39)
receptor (p. 40)
espinhos dendríticos (p. 40)
Class i f icação Neuronal
neurônio unipolar (p. 40)
neurônio bipolar (p. 40)
neurônio multipolar (p. 40)
célula estrelada (p. 40)
célula ptramKlal (p. 40)
neurônio espinhoso (p, 40)
neurônio não-espinhoso (p. 40)
neurônio sensorial pnmário (p. 41)
neurônio motor (p 41)
interneurônio (p 41)
neurônio do tipo I de Golgi (p. 42)
neurônio do tipo II de Golgi (p. 42)
Glla
astrôcito (p 43)
oligodendfócito (p. 46)
célula de Schwann (p. 46)
míelina (p 46)
nodo de Ranvier (p, 47)
célula ependimal (p. 47)
microglia (p 47)
Comentários Finais 4 9
1. Deí ina a doulr ina neuronal em uma ú n k a sentença. A quem se atribui essa
idéia?
2. Qua is porções do neurônio sào visualizadas pela técnica de Golgi que não
são most radas pela técnica de NíssI?
3. Indique três características físicas que diferenciam axõnios de dendrites.
4. Qua l das seguintes estruturas encontra-se somente no neurônio e quais
nâo: núcleo, mitocôndrias, RER, vesículas sinápticas, aparelho de Gotgi?
5. Qua is são os passos pelos quais a informação no ADN nuclear comanda a
s íntese de uma molécula protéica associada à membrana?
6. A colchic ina é uma droga que promove a quebra (ou
despolimerizaçáo) dos
microtúbulos. Que efeito pode ter esta droga sobre o transporte anterógra-
do? O que aconteceria no terminal axonal?
7. Classi f ique as células piramidais corticais tendo em conta (a) o número de
neuri tos. (b) a presença ou ausência de espinhos dendríticos. (c) as cone-
xões e (d) o compr imento axonal.
8. Q que ó a miel ina? O que ela faz? Quais células a formam no sistema ner-
voso central?
Q U E S T Õ E S
D E R E V I S Ã O
A Membrana
Neuronal em Repouso
I N T R O D U Ç Ã O
A E S C O L H A D O S C O M P O N E N T E S Q U Í M I C O S
O citosol e o fluido extracelular
Água
íons
A membrana fosfolípídica
A b icamada losfolipidica
Proteínas
Estrutura protéica
Canais proteicos
Bombas iónicas
M O V I M E N T O S D E Í O N S
Difusão
Quadro 3.1 Alimento para o Cérebro: IVIóis e molaridade
Eletricidade
A S B A S E S I Ó N I C A S D O P O T E N C I A L D E R E P O U S O D A S
M E M B R A N A S
Potenciais de equilíbrio
A equação de Nernst
Quadro 3 .2 Alimento para o Cérebro: A equação de Nernst
Distribuição de íons através da membrana
Permeabil idades iónicas relativas da membrana e m repouso
Quadro 3 .3 Alimento para o Cérebro: A equação de
Goldman
O vasto mundo dos canais de potássio
Quadro 3.4 A Rota da Descoberta: As moscas Shaker e
seus canais de potássio defeituosos - Lily e Yuh Nung Jan
A importância da regulação da concentração externa de potássio
Quadro 3 .5 De Especial Interesse: Morte por injeção letal
C O M E N T Á R I O S F I N A I S
Inlroòuçâo 51
INTRODUÇÃO
Considero o problema que seu sisloma nervoso enfrenta quando você pisa em um
pcrccvcjo. Suas reações sâo automáticas: você grita de dor e levanta rnpidamenle
o pé. Para que csla simples resposta ocorra, o rompimento da pele deve ser tradu-
zido em sinais neuronais, que viajam rapidamente e de forma fidedigna pelos lon-
gos nervos sensoriais de sua perna. Na medula espinhal, estes sinais sâo transferi-
dos aos intemeurônios. Alguns deles conectam-se com outras parles de seu encé-
falo, que in lerpre lam os sinais como sendo de dor. Outros se conectam aos neurô-
nios motores, que controlam os músculos da perna que levanta seu pé. Assim,
mesmo esse simples reflexo, mostrado na Figura 3.1, requer que o sistema ner\'o-
so colete, distribua e integre informa<;ões. O objetivo da neurofisiologia celular é
compreender os mecanismos biológicos que formam a base dessas funções.
O neurôn io resolve o problema de conduzir a informação por longa distância
usando sinais elétricos que percorrem o axônio. Desta forma, os axônios agem
como cabos telefônicos. Mas a analogia pára por aqui, pois o t ipo de sinal usado
pelo neurôn io é l im i tado pelo ambiente peculiar do sistema nervoso. Em um ca-
bo telefônico de cobre, a informação pode ser transmitida por longas distâncias
a uma alta velocidade (ainda que inferior à velocidade da luz) porque o cabo te-
lefônico é u m excelente condutor de elétrons, é bem-isolado e suspenso no ar (o
ar é u m m a u condutor de eletricidade). Assim, os elétrons se moverão dentro do
cabo em vez de se dissiparem. Em contraste, a carga elétrica no citosol do axônio
é t ranspor tada por átomos eletricamente carregados (íons) em vez de elétrons li-
vres, o que t o m a o citosol mui to menos condut ivo do que um cabo de cobre.
Ademais , a lém d o axônio não ser particularmente bem-isolado, ele é banhado
em fluido extracelular salino, que conduz eletricidade. Então, assim como água
vazando por uma mangueira de jardim perfurada, a corrente elétrica sendo con-
duz ida passivamente pelo axônio não iria mui to longe antes de vazar.
Fel izmente, a membrana do axônio tem propriedades que lhe permitem con-
duz i r u m t ipo de sinal especial - o impulso n e n oso, ou potenaal de ação - que
supera tais l imitações biológicas. Ao contrário dos sinais elétricos conduzidos
passivamente, potenciais de ação não d iminuem com a distância; eles sào smais
de tamanho e duração fixas. A informação está na frequônca d ^ p o -
tenciais de ação de neurônios individuais, bem como na distribuição e numero
Figura 3.1
Um reflexo simples. 1. Uma pessoa pisa
em um perceveio. 2 . 0 rompimento da pele
é traduzido em sinais que percorrem as fi-
bras nervosas sensoriais (a direção do flu-
xo da informação está indicado pelas se-
tas). 3. Na medula espinhal, a informação ó
dislritxjída aos intemeurônios. Alguns des-
tes neurônios prokjogam seus axônios até
o encéfalo, onde a sensação de dor é re-
gistrada. Outros fazem sinapse com neurô-
nios motores, os quais enviam sinais (des-
cendentes) aos músculos. 4, O comando
motor leva à contração muscular e à retira-
da do pé.
52 Cap/lulo 3 / A Membrana Neuronal em Repouso
ciü n e u r ô n i o s d i s p a r a n d o po tenc ia is de ação c m u m d a d o n e r v o . Este t i po de có-
d i g o é, c m par te , a n á l o g o ao c ó d i g o M o r s e e n v i a d o p o r u m cabo te legráf ico ; a In-
f o rmação ó cod i f i cada pe lo p a d r á o d e i m p u l s o s e lé t r icos . C é l u l a s capazes de ge-
ra r e c o n d u z i r po tenc ia i s de ação, q u e i n c l u e m t a n t o cé lu las ne rvosas quanto
muscu la res , são conhec idas p o r p o s s u í r e m u m a m e m b r a n a e x c i t á v e l . A "açào" :
e m po tenc ia is d e ação oco r re na m e m b r a n a ce lu lar . |
Q u a n d o u m a cé lu la c o m m e m b r a n a exc i táve l n ã o está g e r a n d o i m p u l s o s , diz- |
se q u e ela está e m repouso . N o n e u r ô n i o e m r e p o u s o , o c i t oso l na reg ião da s\i-
per f í c ie i n t e r n a d a m e m b r a n a p o s s u i u m a carga e lé t r i ca n e g a t i v a , comparada
c o m a carga ex terna. Esta d i fe rença na carga e lét r ica a t ravés d a m e m b r a n a é cha-
m a d a d e p o t e n c i a l d e r e p o u s o da m e m b r a n a ( o u p o t e n c i a l d e repouso) . O po-
tenc ia l d e ação é s i m p l e s m e n i e u m a b r e v e i n v e r s ã o dessa c o n d i ç ã o e, por um
ins tan te - d e a p r o x i m a d a m e n t e u m m i l é s i m o d e s e g u n d o - o i n t e r i o r da mem-
brana to rna-se p o s i t i w u n e n t e ca r regado e m re lação ao ex te r i o r . Po r t an to , para
c o m p r e e n d e r c o m o n e u r ô n i o s s i n a l i z a m u n s aos o u t r o s , d e v e m o s en tende r de
q u e m o d o u m a m e m b r a n a n e u r o n a l e m r e p o u s o separa ca rgas e lé t r icas , como
cargas e lét r icas p o d e m ser r a p i d a m e n t e r e d i s t r i b u í d a s a t ravés da m e m b r a n a du-
ran te o po tenc ia l d e ação e c o m o u m i m p u l s o p o d e ser c o n f i a v e l m e n t e propaga-
d o ao l o n g o d o a x ò n i o .
Nes te c a p í t u l o , c o m e ç a r e m o s nossa e x p l o r a ç ã o da s i na l i zação n e u r o n a l abor- ;
d a n d o a p r i m e i r a questão: c o m o su rge o p o t e n c i a l d e m e m b r a n a d e repouso? A
c o m p r e e n s ã o d o p o t e n c i a l d e r e p o u s o é m u i t o i m p o r t a n t e p o r q u e ele é o funda-
m e n t o para c o m p r e e n d e r m o s a f i s i o l og ia n e u r o n a l . E o c o n h e c i m e n t o d a fisiolo-
gia n e u r o n a l é cen t ra l para c o m p r e e n d e r m o s as c a p a c i d a d e s e l im i t ações da fun-
ção encefá l ica.
A ESCOLHA DOS C O M P O N E N T E S QUÍMICOS
C o m e ç a r e m o s nossa d iscussão sobre o p o t e n c i a l de m e m b r a n a d e r e p o u s o intro-
d u z i n d o três c o m p o n e n t e s p r i n c i p a i s : os f l u i d o s sa l i nos n o s d o i s l ados da mem-
b rana , a m e m b r a n a e m si e as p ro te ínas q u e estão i nse r i das na m e m b r a n a . Cada
u m desses c o m p o n e n t e s p o s s u i cer tas p r o p r i e d a d e s q u e c o n t r i b u e m pa ra o esta-
be lec imen to d o po tenc ia l d e r epouso
.
O Citosol e o Fluido Extracelular
A água é o p r i n c i p a l f l u i d o d o i n t e r i o r d o n e u r ô n i o , o f l u i d o i n t r a c e l u l a r o u cito-
sol , e d o f l u i d o q u e banha o n e u r ô n i o , o ex t race lu la r . Á t o m o s e l e t r i c a m e n t e car-
regados - íons - estão d i s s o l v i d o s nessa água e são eles os responsáve is pelos po-
tenc ia is d e r e p o u s o e ação.
Á g u a . Para os nossos p r o p ó s i t o s a q u i , a p r o p r i e d a d e m a i s i m p o r t a n t e d a molé-
cu la d e água ( H p ) é a sua d i s t r i b u i ç ã o d e s i g u a l d e ca rga e lé t r i ca ( F i g u r a 3.2a).
O s do i s á t o m o s d e h i d r o g ê n i o e o á t o m o d e o x i g ê n i o estão l i g a d o s covalente-
men te , o u seja, eles c o m p a r t i l h a m e lé t rons. O á t o m o d e o x i g ê n i o , c o n t u d o , pos-
su i u m a m a i o r a f i n i d a d e pe los e lé t rons (eletronegatividade) d o q u e o á t o m o de hi-
d r o g ê n i o . C o m o conseqüênc ia , os e lé t rons c o m p a r t i l h a d o s p a s s a m m a i s tempo
associados c o m o á t o m o d e o x i g ê n i o d o q u e c o m os d o i s á t o m o s d e hidrogênio-J
Po r tan to , o o x i g ê n i o a d q u i r e u m a carga l í q u i d a nega t i va ( d e v i d o aos e lé t rons f * -
t ra) , e n q u a n t o q u e o h i d r o g ê n i o a d q u i r e u m a carga l í q u i d a p o s i t i v a . A s s i m , diz-
se q u e a água é u m a m o l é c u l a po la r , u n i d a p o r ligações covalentes fiolnre<'. Essa j
p o l a r i d a d e e lét r ica faz da á g u a u m s o l v e n t e e f i c i en te d e o u t r a s m o l é c u l a s pola- [
res o u c a r r e g a d a s " , i s to é, m o l é c u l a s po la res t e n d e m a se d i s s o l v e r e m água.
• N. de T A puland*<Jc da molénib da áf;ua écon/erida w^triudo pcU «»imelría dos orbitai» i lelrAnic»«!»
oxiRénw. unu ve/ que em dou deles o par de elétronsé «wnpartilhadocom o hidrugènu., dciwnd.. ne»««*- ;
bmi» a densidade elrtrônaa levetnenle menor em comparação aos orbitai» que nío compartilham . lem*»
•• N. de T. A velha regra do -»cmcihanic diwolve semelhante" tsimihfar nmile) polar/polar, apt-liir/ap.'!«
A Escolha dos Componernes Ouímícos 5 3
(a) H2O - / O ^ - ^
H H
Figura 3.2
A água é um so lven te polar , (a) Repre-
sentações da estrutura atômica da molécu-
la de água. O átomo de oxigênio possuí
uma carga elétrica liquida negativa, en-
quanto os átomos de hidrogénio possuem
uma carga elétrica líquida positiva, lazendo
da água uma molécula polar, (b) Um cristal
de cloreto de sódk) dissolve-se em água
porque as moléculas polares de água tém
uma atração mais lorte pelos íons sódio e
cloreto eletricamente carregados do que
os íons tém uns pelos outros.
ctissolvidos em água
í o n s . Á t o m o s o u molécu las que possuem u m a carga elétrica l íqu ida sáo conhe-
c idos c o m o íons. O sal de coz inha é u m cr ista l de íons sód io e c loreto m a n t i d w
u n i d o s pela at ração elétr ica dos átomos de carga oposta. Essa atra«;ão é chamada
l igação iônica. O sal dissolve-se rap idamente em água porque as porções carrega-
das - "po la res " - da molécu la d e água possuem u m a atração mais for te petos íons
d o que p o r out ras molécu las de água (Figura 3.2b). À med ida que cada íon de ixa
o cr istal , ele 6 c i r cundado p o r moléculas de água. Cada íon carregado pos i t i va -
men te ( N a ' , neste caso) será cober to por moléculas de água or ientadas d e m o d o
que o á t o m o d e ox igên io (pó lo negat ivo) estará vo l tado para o íon. Da mesma ma-
neira. cada íon carregado negat ivamente (Cl ) será c i rcundado pelos á tomos d e h i -
d r o g ê n i o das molécu las d e água. Essas nuvens d e água que c i r c u n d a m cada íon
são chamadas de esfhits Je ltiJnila(A> e isolam efet ivamente os íons u r u d i « out ros .
A carga elétr ica de u m á tomo depende das diferenças entre o n ú m e r o de p rê -
tons e e lé tmns. Q u a n d o esta di ferença é 1, o íon é mouoivlente; q u a n d o a d i fe ren-
ça é 2, o íon é JiiHilaite; e ass im p o r d iante. íons com carga l í qu ida pos i t i va são
chamados c i t i o n s ; íons c o m carga negat iva sáo chamados an ions . Lembre-se d e
que os ions são os p r inc ipa i s por tadores d e carga envo lv idos na condução da ele-
t r i c idade e m sistema b io lógicos, i n c l u i n d o o neurôn io . C>i íons especia lmente im -
por tantes para neuro f i s io log ia ce lu lar são os cat ions monovalentes N a ' (sód io) e
K ' (potássio), o cát ion d i v a l e n t e C a ^ ' (cálcio) e o an ion monova len te C l ' ( c lo re to ) .
A Membrana Fosfolipídica
C o m o v i m o s , substâncias c o m cargas elétr icas des iguais d i sso l vem-se e m água
p o r causa da p o l a r i d a d e da molécu la de água. Essas substâncias, i n c l u i n d o m o -
léculas iónicas e polares, " g o s t a m " da água. são hiilrofilicas. C o n t u d o , c o m p o s t o s
cujos á tomos sáo un idos p o r l igações covalentes apolares n á o são capazes d e rea-
l izar fortes interações qu ím icas com a água. U m a l igaçáo cova len te apo la r ocor -
re q u a n d o os e lé t rons compa r t i l hados estão u n i f o r m e m e n t e d i s t r i b u í d o s na m o -
lécula, de m u d o que n e n h u m a porção a d q u i r e u m a carga elétr ica l í qu ida . Tais
compos tos não se d i sso lvem c m água, c o m o se a " t emessem" , o u seja, são hidro-
fóbicos. U m exemp lo fam i l i a r de u m a substância h i d m f ó b i c a é ó leo de o l i va e, co-
m o você sabe, ó leo e água não se m i s t u r a m . O u t r o e x e m p l o são os lipUio», u m a
classe de molécu las b io lógicas inso lúve is e m água que sáo impor tan tes para a es-
t r u t u r a das m e m b r a n a s celulares. Os l i p í d i o s da m e m b r a n a n e u r o n a l c o n t r i -
54 Cap/lulo 3 / A Membrana Neuronal em Repouso
A WcTmada fosfo l ip id ica. A bicamada fosfolipidica, • cerne da membrana neuronal, (or-
ma uma barreira a íons solúveis em água.
"Cabeça" polar
. contendo fosfato
•Cauda" apolar contendo
hidrocarboneto
b u e m pa ra os po tenc ia i s d e r e p o u s o e ação p o r f o r m a r e m u m a b a r r e i r a para a
água e os íons p o r ela so lub i l i zados .
A B i c a m a d a F o s f o l i p i d i c a . O p r i n c i p a l b l o c o c o n s t r u t o r q u í m i c o das mem-
branas ce lu lares são os fos fo l i p íd ios . A s s i m c o m o o u t r o s l i p í d i o s , os fosfo l ip íd ios
c o n t ê m longas cadeias apo ia res d e á t o m o s d e c a r b o n o l i g a d o s a á t o m o s de hi-
d r o g ê n i o . N o en tan to , u m f o s f o l i p í d i o p o s s u i t a m b é m u m g r u p o p o l a r d e fosfa-
to ( u m á t o m o de f ó s f o r o l i g a d o a três á t o m o s d e o x i g ê n i o ) l i g a d o e m u m a extre-
m i d a d e da m o l é c u l a . A s s i m , os f o s f o l i p í d i o s p o s s u e m u m a " c a b e ç a " p o l a r (con-
t e n d o fos fa to ) q u e é h i d r o f í l i c a e u m a " c a u d a " a p o l a r ( c o n t e n d o h id rocarbone-
to) q u e é h i d r o f ó b i c a .
A m e m b r a n a n e u r o n a l cons is te d e u m a c a m a d a d e f o s f o l i p í d i o s da espessura
de d u a s mo lécu las . U m cor te t r ansve rsa l da m e m b r a n a , m o s t r a d o na l - i gu rn 3.3,
revela q u e as cabeças h i d ro f í l i cas estão e m c o n t a t o c o m os a m b i e n t e s aquosos ex-
te rno e i n t e r n o , e q u e as caudas h i d r o f ó b i c a s estão e m c o n t a t o u m a s c o m as ou-
tras. Este a r r a n j o estável , c h a m a d o b i c a m a d a f o s f o l i p i d i c a , i so la e fe t i vamen te o
c i toso l d o n e u r ô n i o d o f l u i d o ex t race l i i l a r .
Proteínas
o t i p o e a d i s t r i b u i ç ã o das m o l é c u l a s p ro té icas d i s t i n g u e os n
e u r ô n i o s d e outros
t i p o s ce lu lares. A s enzimas, q u e ca ta l i sam reações q u í m i c a s nos n e u r ô n i o s ; o i '-
toesquciclo, q u e confere ao n e u r ô n i o sua f o r m a especia l ; os n'ci'i'forcs, q u e são sen-
síveis aos n e u r o t r a n s m i s s o r e s - t o d o s são fe i tos d e m o l é c u l a s p ro té icas . Os po-
tenc ia is de r e p o u s o e d e ação são d e p e n d e n t e s d e p r o t e í n a s espec ia is q u e atra-
vessam a b i c a m a d a l i p íd i ca . Tais p ro te ínas f o r n e c e m c a m i n h o s para os íons cru-
z a r e m a m e m b r a n a n e u r o n a l .
A Escolha äos Componentes Químicos 5 5
HJN - ^ - C O O '
r 1
Figura 3.4.
A m i n o á c i d o s , o s b l o c o s c o n s t r u t o r e s d a s prote ínas , (a ) C a d a aminoácido tem e m c o m u m u m cart>ono alfa
central, um grupamento amino ( N H , ' ) e um grupamento cartx>xila ( C O O ). O s aminoácidos diferem uns dos outros
pelo grupamento R variável, (b) Os 2 0 aminoácidos usados pelos neurônios para formarem as proteínas. Entre pa-
rênteses estão as abreviaturas comumente usadas para os vários aminoácidos.
Aminoác idos c o m grupamentos R altamente hidrofóbK»s:
H j N - ^ C O O ' HjN - ^ C O O - H j N - ^ C O C T H j N - ^ C O O " H j N - i - C O O "
c t j
HjC CH,
Val lna
(Val ou V)
Leucina
(Leu ou L)
"fH,
S
CH, CH,
Isoleucina
(lie ou I)
Fenilalanina
(Fen ou F)
MetJonina
(Met ou M)
Aminoác idos com gnjpamentos R altamente hidrofrticos:
. . H H H H
H , t ^ - ^ - C O O - H j N - Ç - C O O r H 3 N - ^ C C X ) " H ^ - ^ - C O O " H , N - ^ C O C T H j N - ^ C O a H j N - ^ C O O "
!
—NH I ÇH,
ÇH,
Aspartato
(Asp ou D)
Glutamato
(Glu ou E)
ÇH,
â :
HjN o
E
Asparagma
( A s n o u N )
Glutamina
( Q l n o u O )
Lisma
( ü s o u K )
ÇHj
ÇH,
NH
^ - N H j
Arginir«
(Arg ou R)
HsiKjma
(His ou H)
Outros aminoácido«:
" " I I . 7 • î
H j N - i - C O O - H , N - i - C O O " H,N-C-CCX) ' H , N - Ç - C O O " H,N
^ ^ ÇH, CH,OH| u - ^ - r ^ u r « .
Gl idna
(Qli ou G)
Alanina
(Ala ou A)
ÇH,
SM
Cisteina
(Cis ou C)
H - C - O H
I
CM,
0
Serina Treomrw Tirosina
(Sef ou S) (Tre ou T) (Tir ou Y)
7 . ï
^ ^ - C O O - HjN - ^ - C O O
Prolina
(Pro ou P)
Ç - C H
Tnpiofano
(Trp ou W)
E s t r u t u r a P r o t é l c a . Î ' . u a d c w m p t ' n l i a r suas v á r i a s f u n ç õ e s n o n e u r ô n i o , as d i -
í o r e n t e s p r o t e í n a s p o s ^ u e m f o r m a s , t a m i i n h o s e ca rac te r í s t i cas q u í m i c a s e x t r e -
m a m e n t e d i f e r e n t e s . Para c o m p r e e n d e r essa d i v e r s i d a d e , v a m o s b r e v e m e n t e re-
v i s a r a e s t r u t u r a d e p r o t e í n a s .
C o m o m e n c i o n a m o s n o C a p í t u l o 2, pn> le ínas m o l é c u l a s m o n t a d a s a p a r -
t i r d e i n ú m e r a s comb ind« ,xVs d o s 20 a m i n o á c i d o s d i fe r i>ntes . A e s t r u t u r a bás i ca
d e u m a m i n o á c i d o é m o s t r a d a na F i g u r a 3.4a. T t x l o h o s a m i n o á c i d o s p o s s u e m
u m á t o m o d e c a r b o n o c e n t r a l ( o c a r b o n o a l f a ) , q u e está l i g a d o c o v a l e n t e m e n t e a
q u a t r o g r u p a m e n t o s m o l e c u l a r e s : o á t o m o d e h i d r o g ê n i o , u m g r u p a m e n t o a m i -
n o ( N H , ' ) , u m g r u p a m e n t o c a r b o x í l a ( C C K ) ) e u m g r u p a m e n t o v a r i á v e l c h a m a -
d o xTKjHTmínío K ( " R " d e r e s í d u o ) . A s d i f e r e n ç a s e n t r e os a m i n o á c i d o s r e s u l t a m
5 6 Capítulo 3 / A Membrana Neuronal em Repouso
ügaçào peptfdíca
R j
I — c — c o o -
R, O
(a)
«4
H 3 N - - [ c ^ - ç - C
R, O H H O H R 3 O H H
(b)
Figura 3.5.
U g a ç ã o pept id ica e um po l ipep t íd io . (a) Ligações peptídicas unem aminoácidos. A li-
gação é formada entre um grupo carboxila de um aminoácido e um grupo amino de outro,
(b) Um polipeptídio é uma única cadeia de aminoácidos,
das d i f e renças n o t a m a n h o e n a t u r e z a desses g r u p a m e n t o s R ( F i g u r a 3.4b). As
p r o p r i e d a d e s d o s g r u p a m e n t o s R d e t e r m i n a m as i n te rações e reações químicas
nas q u a i s cada a m i n o á c i d o p o d e pa r t i c i pa r .
A s p ro te ínas são s i n t e t i z a d a s n o s r i b o s s o m o s d o c o q j o c e l u l a r d o neurônio.
Nes te processo, os a m i n o á c i d o s são m o n t a d o s e m u m a cade ia conec tada por li-
gações p e p t í d i c a s , q u e u n e m o g r u p o a m i n o d e u m a m i n o á c i d o ao g r u p o carbo-
x i l a d o p r ó x i m o ( F i g u r a 3.5a). A s p r o t e í n a s f o r m a d a s d e u m a ú n i c a cadeia de
a m i n o á c i d o s são t a m b é m c h a m a d a s p o l i p e p t í d i o s ( F i g u r a 3.5b).
O s q u a t r o n í ve i s d a e s t r u t u r a p ro té i ca são m o s t r a d o s na F i g u r a 3.6. A I'sfrufM-
ra primária é c o m o u m a cade ia na q u a l os a m i n o á c i d o s são u n i d o s p o r ligações
pep t íd icas . N a m e d i d a e m q u e u m a m o l é c u l a d e p r o t e í n a v a i s e n d o sintet izada,
c o n t u d o , a cadeia p o l i p e p t í d i c a p o d e se e n r o l a r e m u m a c o n f i g u r a ç ã o d e forma
esp i ra l c h a m a d a a l fa -hé l ice . A a l f a -hé l i ce é u m e x e m p l o d o q u e se c h a m a estru-
tura secundária d e u m a m o l é c u l a d e p r o t e í n a . A s in te rações e n t r e os g rupamen-
tos R p o d e m fazer c o m q u e a m o l é c u l a m u d e sua c o n f o r m a ç ã o t r i d i m e n s i o n a l
a i n d a ma is . A s s i m , as p ro te ínas p o d e m se d o b r a r , en ro la r - se e a s s u m i r u m a for-
Figura 3.6
Est ru tura proté ica. (a) Estrutura primária; seqüência de aminoácidos de um polipeP"'
dio. (b) Estrutura secundária: enrolamento de um polipeptídio em uma alfa-hélice. (c) E»* •
trutura terciária: dobramento tridimensional de um polipeptídio. (d) Estrutura quaternária:
vários polipeptídios unidos para formar uma proteína maior.
A Escolha dos Componentes Químicos 57
Figura 3.7
Canal lônico de membrana. Canais ióni-
cos ccnsislem de proteínas que se esten-
dem através da membrana formando um
poro. Neste exemplo, o canal protéico con-
tém cinco subunidades poiípeptídicas. Ca-
da subunidade possui uma região de su-
perfície hidroíóbica (sombreado) que pron-
tamente se associa com a b«:amada fosfo-
lipídica,
mo g lobu la r . Esta fo rma é chamada estrutura terciária. Por f im, diferentes cadeias
p o l i p o p t í d i c a s p o d e m se un i r umas i^ s outras para formarem uma molécula
ma io r ; Uil p ro te ína possui uma estrutura quaternária.
Cada u m dos d i ferentes po l ipep t íd ios con t r i bu indo para uma proteína com
es t ru tu ra qua te rnár ia á chamado subunidade.
C a n a i s P r o t é í c o s . A superf íc ie exposta de uma proteína pode ser qu imica-
men te heterogênea. Regi iVs nas quais grupos R apolaa»s estão expostos são hi-
d ro fób icas . t endendo a se associar faci lmente com l ipídios. Regiões com grupos
po lares expostos sâo h idrof í l icas e tedem a evitar ambientes l ipídicos. Deste mo-
do , nüo é d i f í c i l i m a g i n a r classes de proteínas de formato c i l índr ico com grupos
polares expo.slos nas duas extremidades, porém contendo apenas grupos h i d n v
fób icos na reg ião in te rmed iár ia . Este t ipo de proteína potieria estar suspensa e m
u m a b icamada l ip íd ica, com sua porção hidrofóbica no inter ior da membrana e
suas ex t remidades h idrof í l icas expostas aos ambientes aquiwos em ambos lados.
Cana is ión icos são fo rmados justamente pi>r esse t ipo de moléculas protéicas
que so estendem
através da membrana. Tipicamente, u m canal funcional através
da membrana re t ]uerquequatn>a seis moléculas pri^téicas similares organizem-se
em u m arranjo f o r m a n d o u m pori> enta- as moléculas (Figura 3.7). A composi<^ão
das subun idades var ia de u m t ipo de canal para out ro e é issti que especifica suas
di ferentes proprie<.lades. Uma pa>prietlade importante da maior ia dos canais ióni-
cos, especif icada pe lo d iâme l ro do poro e i\atua'za dos grupos R que o revestem,
é a se i c t í v i dade lôn ica. Ca iw is de potássio são seletivamente permeáveis ao K*.
Da mesma fo rma, canais de stSdto são jH-rmeãx eis qua.se que exclusivamente ao
N a ' , canais de cálcio ao Ca" ' e assim por diante. Ou tn ip rop r i t x l ade impor tante de
mu i tos canais é a existência de portões, Gi /wis com portilo' p i K Í e m ser abertos e fé-
c h a d t » po r altera(;tVs no m icnv imb ien le local da membrana.
• N. de I Em inglè». galtJ ilmawlt >iKnith4 alRo Jv.im anno -tjnai» jliv jdi» (f>rb aberlurj iie piwtiSe»)-
Nio s<- tr.íl,i, p4>rím. di- -luirt.V-s" tu jn-pçáo III i t j I do Icmio a-terrm sc A rxisl^ncu de "uinj possa^em
ülHTta (tiu n.Vi) p.irii o trAn>.iio", oljío »1"'" f^i'i" unpli'iiiciil.Kld di- »-ári.is íi^ rnias diíi-n-nli-s (blivjui-io |.H>r
t'iiini hin, mudança ix>nfcirinai iiitï.il d d s pmli-irw» di> i'.iiiiil, i'lt), i- aVi nwfvmnaini-nli- in»pa'>'.mdt< .iljio pj-
nxidiuom um "piirlio".
5 8 Cap/lulo 3 / A Membrana Neuronal em Repouso
T \
.;• •••a
í :
h • '
ti
Figura 3.8
Difusão, (a) NaCI loi dissolvido no lado
esquerdo de uma membrana impermeável.
O tamanho das ietras Na' e Cl indica as
concentrações relativas destes ions, (b)
Canais inseridos na membrana permitem a
passagem de Na ' e C l . Já que existe um
grande gradiente de concentração através
da membrana, ocorrerá um movimento lí-
quido de Na" e Cl" da região de alta con-
centração para a região de baixa concen-
tração, da esquerda para a direita, (c) Na
ausência de qualquer outro fator, o movi-
mento líquido de Na' e Cl ' pela membrana
cessa quando os íons estão igualmente
distribuídos nos dois lados da membrana
permeável.
A p r e n d e r e m o s m u i t o ma is a i vspe i to de cana is ión icos à m e d i d a q u e avança-
mos neste l i v ro . A compreensão d o s canais ión icos na m e m b r a n a n e u r o n a l 6 cru-
ciai pa ra a compreensão da neurof i .s io logia ce lu lar .
B o m b a s I ó n i c a s . A l é m daque las que f o r m a m canais , o u t r a s p ro te ínas que se
es tendem a t ravés da m e m b r a n a o r g a n i z a m - s e para f o r m a r b o m b a s iónicas.
Lembre-se d o C a p í t u l o 2 e m q u e a adenos ina t r i f os fa to (ATP) é a m o e d a de ener-
gia das cé lu las. 13omba.s ión icas sSo e n z i m a s q u e u s a m a ene rg ia l i b e r a d a p c h
queb ra de A T P para t f ã n s p o r l a r cer tos fons pe la m e m b r a n a . V e r e m o s q u ê estas
bombas d e s e m p e n h a m u m a função cr í t ica na s ina l i zação n e u r o n a l ao transpor-
ta rem N a ' e Ca" ' de d e n t n i pa ra fora d o n e u r ô n i o .
MOVIMENTOS DE ÍONS
U m canal q u e c ruza a m e m b r a n a é c o m o u m a p o n t e q u e c r u z a u m r i o (no caso
de u m cana l c o m p o r t ã o , c o m o u m a p o n t e levad iça) : fo rnece o c a m i n h o para cru-
zar d e u m para o o u t r o lado . A ex is tênc ia d e u m a p o n t e , n o e n t a n t o , n ã o nos for-
ça a atravessá- la. A p o n t e q u e a t ravessamos d u r a n t e os d i as d e semana p o d e fi-
car oc iosa nos f ina is d e semana. O m e s m o p o d e ser d i t o d o s cana is ión icos. A
ex is tênc ia d e u m cana l a b e r t o na m e m b r a n a n à o necessa r i amen te s i gn i f i ca que
haverá m o v i m e n t o l í q u i d o d e i ons a t ravés da m e m b r a n a . Ta l m o v i m e n t o requer
t a m b é m q u e forças ex te rnas se jam usadas pa ra fo rçá - los a a t ravessar . Pelo fato
de q u e o s is tema n e r v o s o necessita d o m o v i m e n t o d e íons a t ravés d a membrana
neu rona l , é i m p o r t a n t e q u e se e n t e n d a essas forças. M o v i m e n t o s i ó n i c o s p o r ca-
nais sào i n f l u e n c i a d o s p o r do i s fatores: d i f u s ã o e e l e t r i c i dade .
Difusão
íons e mo lécu las d i s s o l v i d o s e m á g u a estão e m cons tan te m o v i m e n t o . Kste mo-
v i m e n t o a lea tó r i o d e p e n d e n t e d a t e m p e r a t u r a t e n d e a d i s t r i b u i r os íons igual-
men te pela so lução, d e m o d o q u e há u m m o v i m e n t o l í q u i d o d e íons d e regiões
d e a l ta concent ração para regiões d e ba ixa concen t ração ; este m o v i m e n t o é cha-
m a d o de d i f u s ã o . C o m o e x e m p l o , cons idere q u a n d o se a d i c i o n a u m a co lher de
le i te a u m a xícara d e chá quente . O le i te t ende a se e s p a l h a r u n i f o r m e m e n t e pe-
lo chá. Se a energ ia té rm ica da so lução é r e d u z i d a , c o m o e m u m chá g e l a d o , a di-
fusão d e m o l é c u l a s d e le i te leva n o t a v e l m e n t e m a i s t e m p o .
Apesa r d e que, t i p i c a m e n t e , íons n à o passam d i r e t a m e n t e p o r u m a b icamada
fos fo l i p í d i ca , a d i f u s ã o faz c o m q u e íons se jam f o r ç a d o s a t ravés d o s cana is da
m e m b r a n a . Por e x e m p l o , se N a C l é d i s s o l v i d o n o f l u i d o de u m d o s lados de uma
m e m b r a n a s e m i p e r m e á v e l ( i s to é, c o m canais q u e p e r m i t e m a pa.ssagem de Na '
e C l ), os íons N a ' e C l c r u z a r ã o até q u e este jam u n i f o r m e m e n t e d i s t r i b u í d o s em
a m b o s os l ados (F igu ra 3.8). C o m o n o e x e m p l o an te r i o r , o m o v i m e n t o l íqu ido
dá-se da reg ião de a l ta concent ração para a d e ba ixa concen t ração . (Para u m a re-
v isão sobre c o m o concent rações sáo expressadas, ve ja o Q u a d r o 3.1.) Ta l d i feren-
ça na concen t ração é u m g r a d i e n t e de concen t ração . A s s i m , d i z e m o s q u e íons
f l u e m a f a v o r d o g r a d i e n t e d e concen t ração . Po r t an to , íons são f o r ç a d o s a atra;:,
vessar a m e m b r a n a p o r d i f u s ã o q u a n d o (1) a m e m b r a n a p o s s u i cana is permeá-
veis a eles e (2) ex iste u m g r a d i e n t e d e concen t ração a t ravés d a m e m b r a n a .
Eletr ic idade
A l é m da d i f u s ã o a f avo r d o g rad ien te de concent ração, o u t r a m a n e i r a de induz i r
u m m o v i m e n t o l í q u i d o de íons e m u m a so lução é u s a n d o u m c a m p o elétrico,
u m a vez q u e íons são par t í cu las car regadas e le t r i camen te . C o n s i d e r e a situação
na F igura 3.9, na q u a l cabos dos do i s t e rm ina i s d e u m a bater ia são cokxrados ent
u m a so lução c o n t e n d o N a C I d i s s o l v i d o . Lembre-se, cargos opostas se alnwiii e carpus
iguais se repelem. Conseqüen temen te , haverá u m m o v i m e n t o l í q u i d o d e N a ' para
o t e r m i n a l n e g a t i v o (cá todo) e de C l para o t e r m i n a l p o s i t i v o ( ânodo ) . O movi -
m e n t o d e carga elétr ica é c h a m a d o de c o r r e n t e e lé t r i ca , rep resen tado pe lo símbO"
Movimentos de Ions 5 9
 k
A L I M E N T O P A R A O C É R E B R O
Móis e Molaridade
mem r m S L ^ ^ ^ r expressadas como o nú- centraçào de 1 mol por htro Uma solução l m.hmolar (mM) cor-
^Jas é n o r m í solução. O número de molé- tém 0.001 móis por hiro. A a ' »
o em mói» Um mol sào 6.02 X 10*'
moléculas. Uma solução é 1 Molar (M) quando contém a con-
par <39 colcheles Assim lemos [NaCi] « 1 mM como "a concen-
tração de uma solução de cloreto de sódio é 1 milimoiar"
lo I e med ido om unidades chamadas ampèa's (A ou ". imps"). De acordo com a
convenção estabelecida por Benjamim Franklin, corrente è definida como positi-
va.
na direção do movimento da carga positiva. Nesse exemplo, portanto, a cor-
rente posit iva nu i na direção do movimento de Na+, do ânodo para o cátodo.
Dois fatores importante determinam quanta corrente irá f luir ; o potencial e!é-
) tr icô e a condutância elétrica. O potencial elétrico, também^èhominado volta-
gem, «5 o impu lso exercido sobre uma pafHciiTâ'carregada e reflete a d i f e r e n y ^
car^a entre o ânodo e o cátodo. Mais corrente f lu i quanto maior for esta diferen-
ça, A vo l tagem é representada pelo símbolo V, sendo medida em unidades cha-
madas vol ts (V). Como um exemplo, a diferença no potencial elétrico entre os
terminais de uma bateria de carro é de 12 volts; ou seja, o potencial elétrico em
u m terminal é 12 vol ts mais posi t ivo do que no outro.
A condutânc ia elétrica é a habil idade relativa de uma carga elétrica de migrar
de u m ponto para outro. É representada pelo símbolo g e medida em unidades
chamadas siemeru» (5). A condutância depende do número de partículas disponí-
vel para carregar a carga elétrica e da facil idade com que estas partículas ptxlem
viajar pelo espaço. U m termo que expressa a mesma pn>priedade de uma outra
fo rma é resistência elétrica, a d i f iculdade relativa de uma cai^a elétrica em mi-
grar. É n'presentada pelo símbolo R e medida em unidades chamadas ohms (íi).
A resistência é simplesmente o inverso da condutância (isto é, R = l / g ) .
[•xiste uma relação simples entre potencial (V). condutância (g) e a quantidade
de corrente (I) que irá pass.ir A relação, chamada lei de Ohm, pode ser escrita co-
m o 1 « gV: a cora»nto é o produto da condutância e da diferença de potencial. No-
te que se a condutância é zero, nenhuma corrente vai pas.sar mesmo que a diferen-
ça de potencial seja mui to alta. Da mesma forma, quando a diferença de potencial
é zero, nenhuma a>rrente vai passar mesmo que a condutância seja mui to alta.
Considere a situação i lustrada na Figura 3. lUa, na qual NaCl foi dissolvido em
otincentrações iguais nos dois lados de uma bicamada íi»sfolipídica. Se colocar-
mos calH>s de dois terminais de uma bateria nos dois lados da solução, gerare-
mos uma grande diferença de potencial através da membrana. Nenhuma corren-
te % ai pas.s.ir, no entanto, porque não existem canais que permitam a migração de
N a ' e C l a t ravw da membrana; a condutância da membrana é zero. Assim, for-
çar eletr icamentc í o n s a c r u / a r a membrana requer que (1) a membrana pcvisua
canais permeáveis àquele ion e (2) exista uma diferença de potencial elétrico
através da membrana (Figura 3.10b).
Agora o tern-no está pronto. Temos ions em si>lução carregados eletricamente
nos dois lados da membrana neuronal, lons podem cruzar a membrana somen-
te por canais prí>téicos. C">s canais protéicos piKlem ser altamente seletivos para
ions específicos.
O mov imen to de qualquer ion através de u m canal depende do gradiente de
concentração e da diferença no potencial elétrico através da membrana. Vamos
usar este conh ix imento para explorar o potencial de membrana de repoustr
Figura 3.9
Movimento de lons Influenciado por um
campo elétrico,
6 0 Cap/lulo 3 / A Membrana Neuronal em Repouso
(b)
Corrente elétrica
AS BASES IÓNICAS DO P O T E N C I A L DE REPOUSO
DAS M E M B R A N A S
O p o t e n c i a l de m e m b r a n a é a v o l t a g e m a t ravés d a m e m b r a n a neu rona l em
q u a l q u e r m o m e n t o , rep resen tada p e l o s í m b o l o V „ . À s vezes o V ^ está " e m re.
p o u s o " ; o u t r a s vezes, n à o ( c o m o d u r a n t e o p o t e n c i a l d e ação). O p o d e ser
m e d i d o inser indo-se u m m i c r o e l e t r o d o n o c i toso l . U m m i c n w l e t r o d o t íp ico é um
f i n o t u b o d e v i d r o c o m u m a p o n t a e x t r e m a m e n t e f i na ( d i â m e t r o d e 0,5 ^ m ) , que
pene t ra a m e m b r a n a d o n e u r ô n i o c a u s a n d o u m d a n o m í n i m o . O e le t rodo é
p r e e n c h i d o c o m u m a s o l u ç ã o sa l ina e l e t r i c a m e n t e c o n d u t i v a e c o n e c t a d o a un\
v o l t í m e t r o . O v o l t í m e t r o m e d e a d i f e rença d e p o t e n c i a l e l é t r i co e n t r e a p o n j a j p '
m i c r o e l e t r o d o e u m cabo c o l o c a d o fo ra da cé lu la ( F i g u r a 3.11). Este m é t o d o re-
v e l ã q u e a carga e lét r ica n ã o está u n i f o r m e m e n t e d i s t r i b u í d a a t ravés d a membra-
na neun>nal . O i n t e r i o r d o n e u r ô n i o é e l e t r i c a m e n t e n e g a t i v o e m re lação ao cxíe-
r ior . Esta d i f e rença cons tan te , o p o t e n c i a l d e r e p o u s o , é m a n t i d a s e m p r e que o
n e u r ô n i o n ã o está g e r a n d o i m p u l s o s .
O p o t e n c i a l d e r e p o u s o d e u m n e u r ô n i o t í p i c o é d e cerca d e - 6 5 m i l i v o j g (1
m V = 0.001 vo l t s ) . Escr i to d e o u t r a m a n e i r a , p a r a u m n e u r ô n i o e m repouso , V ,
= - 6 5 m V . Esse po tenc ia l d e m e m b r a n a d e r e p o u s o n e g a t i v o n o i n t e r i o r d o neu-
r ô n i o é a b s o l u t a m e n t e necessár io pa ra o f u n c i o n a m e n t o d o s i s tema nerv'oso. Pa-
ra e n t e n d e r m o s o p o t e n c i a l d e m e m b r a n a n e g a t i v o , e x a m i n a r e m o s os tons que
estão d i s p o n í v e i s e c o m o eles estão d i s t r i b u í d o s d e n t r o e f o ra d o n e u r ô n i o .
Potencia is de Equi l íbr io
C o n s i d e r e u m a cé lu la h i p o t é t i c a na q u a l o i n t e r i o r é s e p a r a d o d o ex te r i o r por
u m a m e m b r a n a f o s f o l i p í d i c a p u r a , s e m p ro te ínas . D e n t r o des ta cé l u l a , temos
u m a so lução concen t rada de sa l d e po táss io , f o r n e c e n d o K ' e A ' (A " para o anion,
q u a l q u e r m o l é c u l a c o m carga nega t i va ) . Fora d a cé lu la t e m o s u m a so lução com
o m e s m o sal, p o r é m d i l u í d a 20 vezes e m água . A p e s a r d e e x i s t i r u m g r a n d e gra-
d i e n t e de concent ração en t re o i n t e r i o r e o ex te r i o r ce lu la r , n ã o h a v e r á mov imen-
to l í q u i d o d e íons p o r q u e a b i c a m a d a f o s f o l i p í d i c a , n ã o p o s s u i n d o cana is protei-
cos, é i m p e r m e á v e l a á t o m o s h i d r o f í l i c o s ca r regados . Sob essas cond ições , um
Figura 3.10
Fluxo de corrente elétr ica através de
uma membrana, (a) Voltagem aplicada
por uma bicamada fosfolipídica nào resulla
em corrente elétrica porque não existem
canais para permitir a passagem de ions
eletricamente carregados de um para o ou-
tro lado; a condutância da membrana é ze-
ro. (b) A inserção de canais na membrana
permite a passagem de íons. A corrente
elétrica flui na direção do movimento de
cátions (da esquerda para a direita neste
exemplo).
F igura 3.11
Medição d o potenc ia l de membrana de repouso. Um voltímetro me-
de a diferença no potencial elétrico entre a ponta de um microeletrodo in-
serido na célula e um cabo no fluido extracelular. O interior do neurônio
está tipicamente ao redor de - 65 mV em relação ao exterior. Este poten-
cial é causado pela distribuição desigual de carga elétrica através da
membrana (ampliada).
As Bases Iónicas (Jo Potencial de Repouso das Membranas 61
m i c r o c l c y o d o não marcar ia n e n h u m d di ferença do poíencial entre o in le r io r e o
ex te r io r da célu la. E m out ras palavras, o V , seria igua l a O mV, porque a rozào de
K para A e m cada lado da m e m b r a n a é i gua l a 1; ambas soluções sáo eletrica-
m e n l e neu t ras (F igura 3.12a).
C o n s i d e r e c o m o essa s i tuação m u d a r i a se canais de potássio fossem inser i-
dos na b i camada l ip íd ica . D e v i d o à p e r m e a b i l i d a d e selet iva destes canais, o K"
passar ia l i v r emen te pela m e m b r a n a , mas o A " não.
In ic ia lmente, a d i fusão está
n o c o m a n d o : ions K ' passam para fora da célu la pelos canais, a favor d o gra-
d ien te de concent ração. C o m o A pe rmanece o n d e está, con tudo , o in ter io r ce-
l u l a r i m e d i a t a m e n t e começa a a d q u i r i r carga l íqu ida negat iva, estabelecendo
u m a d i fe rença de potenc ia l e lé t r ico através da membrana (Figura 3.12b). À me-
d i d a q u e o f l u i d o n o i n te r i o r a d q u i r e ma is e ma is carga negat iva, a força elétr i -
ca começa a a t ra i r íons K ' pos i t i vamen te carregados de vo l ta ao in ter io r celular.
Q u a n d o u m a de te rm inada d i ferença de potenc ia l é a t ing ida, a força elétr ica que
a t ra i íons K" ao i n te r i o r é exatamente cont rabalançada pela força de difu.sào que
os c o l o c a m para fora. A s s i m , u m estado dc equilíbrio é a lcançado no qua l as for-
ças d e d i f u s ã o e elétr icas são igua is e opostas, cessando o m o v i m e n t o l í q u i d o de
K ' a t ravés da m e m b r a n a (F igura 3.12c). A d i ferença de po tenc ia l e lé t r ico que
con t raba lança exa tamente u m grad ien te de concentração iôn ico é chamado de
p o t e n c i a l dc e q u i l í b r i o i ôn i co , o u s imp lesmente po tenc ia l de e q u i l í b r i o ; é re-
p r e s e n t a d o pe lo s í m b o l o Nesse exemp lo , o potenc ia l de equ i l í b r i o será al-
g o e m t o r n o de - 8 0 mV.
O e x e m p l o na F igura 3.12 demons t ra que a geração de uma di ferença de po-
tenc ia l e lé t r ico at ravés de u m a membrana é uma situação re lat ivamente simples.
A s ún icas coisas necessárias são u m grad iente de concentração iônico e permea-
b i l i d a d e iòn ica selet iva. An tes de abordar neurôn ios p ropr iamente di tos, no en-
tan to , p o d e m o s usar esse e x e m p l o para fazer quat ro observações impor tantes.
1. Grí7iii/t's íillcraçCíes no potencial de inmbranu são ciiii»íida:> por alterufõcí Hiimiscii/us
nfís cortem trações iónicas. N a F igura 3.12, canais f o r a m inser idos e íons K" saí-
r a m da cé lu la até que o potenc ia l de membrana sal tou de O m V para o poten-
c ia l d e e q u i l í b r i o de - 80 mV. Q u a n t o esta d is t r ibu ição iônica afeta a concen-
t ração d c K ' em cada lado da membrana? N ã o m u i t o . Para u m a célu la c o m
u m d i â m e t r o d e SO u m con tendo 100 m M de K" , pode-se calcular que a altera-
ção na concent ração necessária para levar a membrana de O a - 80 m V é apro-
x i m a d a m e n t e 0,00001 m M . O u seja, q u a n d o os canais f o r a m inser idos e o K '
f l u i u para fora até que o equ i l í b r i o fosse alcançado, a concentração in terna de
K ' ca iu d e 100 m M para 9 9 , 9 ^ ^ 9 m M - u m a queda i r r isór ia na concentração.
2. A diferença liquida na f í j ryu Mrica iKvrre nas superficies interna c externa da mem-
1'ra/ia. E m função d a b i camada fosfo l ip íd ica ser tão f ina (menos de 5 n m de es-
pessura) , é poss íve l q u e íons de u m lado in tera jam elet rostat icamente com
lons d o o u t r o l a d o da b icamada. Ass im , as cargas negat ivas n o in te r io r e as
pos i t i vas n o ex te r io r d o n e u r ô n i o tendem a se at raí rem m u t u a m e n t e na m e m -
b rana celu lar . C o n s i d e r e a f o rma como , em u m a agradável no i te de verão,
m o s q u i t o s são a t ra ídos na par te externa de u m a janela q u a n d o as luzes de
d e n t r o estão aces<is. Da mesma mane i ra , a carga negat iva de den t ro da célula
Figura 3.12
Estabe lecendo equi l íbr io em uma membrana seletivamente permeável, (a) Uma
membrana impermeável separa duas regiões: uma de alta conceniraçáo de sal (inlerior)
e outra de baixa concentração de sal (exterior), (b) A inserção na membrana de um canal
que ó seletivamente permeável ao K+ inicialmente resulta em um movimento liquido de
íons K+ a favor do gradiente de concentração, da esquerda para a direita, (o) Um acumu-
lo líquido de carga positiva no exterior e carga negativa no interior retarda o movimento de
íons K+ positivos do interior ao exterior O equilíbrio é estabelecido de modo que nâo exis-
te movimento líquido de íons através da membrana, consequentemente deixando uma di-
(erença de carga entre os dois lados.
Interior
celular
Exterior
celular
-
1
l/J
fi A
k \
(a)
X \
i' e
p
y
e o
: / A
i e O
1 l \
9
1 j
1 K
e '
1 K
1 W
e :
f A 1 \
62 Capíruio3/AKí
Igual Igual Igual
Citosol Flutck)
extracelular
Membrana
Figura 3 . t3
Distr ibuição de carga elétrica através da
membrana. As cargas desiguais dentro e
tora de um neurônio alinham-se ao longo
da membrana por causa da atração eles-
trostática através desta barreira extrema-
mente fina. Observe que a maior parte do
citosol e do fluido extraceiular são eletrica-
mente neutros.
n à o é d i s t r i b u í d a i g u . i ) m e n t e pt- lo c i t oso l mas , c m v v z d i sso , é loc. i l izada na
face i n t e m . i da m e m b r . i n a (F igura 3.13). Deste m o d o . d i z - se q u e a membrana
a rmazena carga e lé t r ica , u m a pn>p r i edade c h a m a d a capac i tãnc ia .
3. íous Silo impelidos atrai>és ila mcitibrmia em wm i<ekKHÍiuh' propordoiinl à diferença
ciilre o potencinl de membraiin e o (vlenciiil de equilãmo. N o t e . a p a r t i r d o exem-
p l o na F i g u r a 3.12, q u e q u a n d o os cana is f o r a m i n s e r i d o s , h o u v e u m movi-
m e n t o l í q u i d o d e K ' apenas e n q u a n t o o p o t e n c i a l e l é t r i co d a m e m b r a n a dife-
r i u d o po tenc ia l d e e q u i l í b r i o . A d i f e rença en t re o p o t e n c i a l d e m e m b r a n a re-
a l e o po tenc ia l d e e q u i l í b r i o ( V „ - E ^ ) para u m íon espec í f i co é c h a m a d a for-
ça de i m p u l s ã o t ô n i c a (ou " f o r ç a í o n - m o t r i z " ) . F a l a r e m o s m a i s a respei to dis-
so nos C a p í t u l o s 4 e 5, q u a n d o d i s c u t i r m o s o m o v i m e n t o d e í ons at ravés da
m e m b r a n a d u r a n t e o pt>tencial d e ação e t r ansm issão s i nãp t i ca .
4. Se a diferença de concentração fvra um ion atrai^ da membrana é conhecida, o fio-
íencial de equilíbrio para este íon fXMJe ser calculado. N o e x e m p l o d a F i g u r a 3.13,
s u p o m o s q u e o K ' es tava m a i s c o n c e n t r a d o d e n t r o d o q u e f o ra d a célula. A
p a r t i r d i s to , p o d e m o s d e d u z i r q u e o p o t e n c i a l d e e q u i l í b r i o ser ia nega t i vo se
a m e m b r a n a fosse se le t i vamen te p e r m e á v e l ao K" . C o n s i d e r e m o s o u t r o exem-
p l o , n o q u a l o N a ' está m a i s c o n c e n t r a d o /ori? d a cé lu la ( F i g u r a 3.14). Se a
m e m b r a n a cont ive.sse cana is d e s i k l i o , o N a " f l u i r i a a f a v o r d o g r a d i e n t e de
concen t ração íwr / j dentro d a cé lu la . A e n t r a d a d e íons c a r r e g a d i w pos i t i vamen- i
te far ia c o m q u e o c i t oso l , na face i n t e r n a d a m e m b r a n a , a d q u i r i s s e u m a carga
l í q u i d a p o s i t i v a . O i n t e r i o r c e l u l a r c a r r e g a d o p o s i t i v a m e n t e a g o r a repel ir ia
íons N a ' , q u e t e n d e r i a m a v o l t a r pa ra fo ra a t ravés d o s cana is . E m u m a deter-
m i n a d a d i f e rença d e po tenc ia l , a fo rça e lé t r i ca r e p e l i n d o os í ons N a ' para fo-
ra c o n t r a b a l a n ç a r i a e x a t a m e n t e a fo rça d e d i f u s ã o a t r a i n d o - o s p a r a dentro.
Nes te e x e m p l o , o p o t e n c i a l d e m e m b r a n a n o e q u i l í b r i o ser ia p o s i t i v o n o i n t e
r i o r ce lu lar .
O s e x e m p l o s nas F i g u r a s 3.12 e 3.14 i l u s t r a m que , caso s a i b a m o s a di ferença
nas concent rações ión icas nos do i s i ados d a m e m b r a n a , p x i e m o s descob r i
r o po-
tenc ia l de e q u i l í b r i o para q u a l q u e r íon. Ten te você m e s m o . P r e s u m a q u e o Ca"'
está ma i s c o n c e n t r a d o fora d o q u e d e n t r o d a cé lu la e q u e a m e m b r a n a é seletiva-
m e n t e p e r m e á v e l ao Ca^ ' . Veja se consegue d e s c o b r i r se o i n t e r i o r c u l u l a r seria
p o s i t i v o o u n e g a t i v o n o e q u i l í b r i o . Tente n o v a m e n t e , p r e s u m i n d o q u e a mem-
brana é se le t i vamen te p e r m e á v e l ao C l e q u e o C l está m a i s c o n c e n t r a d o fora do
q u e d e n t r o da cé lu la . (Preste a tenção a q u i ; obse rve a carga d o íon. )
A E q u a ç ã o d e N e r n s t . O s e x e m p l o s an te r i o res m o s t r a m q u e cada í o n t e m seu
p r ó p r i o po tenc ia l de e q u i l í b r i o - o po tenc ia l e lé t r i co es tac ioná r i o q u e ser ia atin- 1
g i d o se a m e m b r a n a fosse p e r m e á v e l s o m e n t e àque le íon. A s s i m , p o d e m o s falar •
d e po tenc ia l d e e q u i l í b r i o d o potáss io , E^; p o t e n c i a l d e e q u i l í b r i o d o s ó d i o , E.J
po tenc ia l d e e q u i l í b r i o d o cá lc io , E , e a s s i m p o r d i an te . Sabendo-se a carga elé-
t r ica d e u m íon e a d i fe rença d e concen t ração a t ravés da m e m b r a n a , p o d e m o s fa-
c i l m e n t e d e d u z i r se o i n t e r i o r ce lu la r ser ia p o s i t i v o o u n e g a t i v o n o e q u i l í b r i o . De
fato, o v a l o r exa to d e u m p o t e n c i a l d e e q u i l í b r i o e m m V p o d e ser ca lcu lado
u s a n d o u m a equação d e r i v a d a d o s p r i n c í p i o s d a f í s i c o - q u í m i c a , a e q u a ç ã o de
N e r n s t , q u e leva e m c o n s i d e r a ç ã o a ca rga d o íon , a t e m p e r a t u r a e a razSo das
concent rações ex te rna e i n t e r n a d(» íon . U s a n d o a e q u a ç ã o d e N e r n s t , podemos 1
ca lcu la r os va lo res d o p o t e n c i a l d e e q u i l í b r i o pa ra q u a l q u e r íon. Por e x e m p l o , sc j
o K ' está v i n t e vezes ma i s c o n c e n t r a d o n o i n t e r i o r d e u m a cé lu la , a equação d«-' |
N e r n s t mos t ra q u e o E^ = - 8 0 m V ( Q u a d r o 3.2). '
Distribuição de íons Através da Membrana
j á d e v e estar c la ro q u e o p<.)tencial d e m e m b r a n a d o n e u r ô n i o d e p e n d e das con-
centrações ión icas nos d o i s lados da m e m b r a n a . E s t i m a t i v a s destas concentra-
ções apa recem na F igu ra 3 . 1 5 . 0 ma i s i m p o r t a n t e é q u e o K' está maií concenlraJil
no meio intracelular do que no meio extracelular e o Na' e Ca '' estão mais concentradof i
HO meio extracdular do que no meio intracelular.
As Bases Iónicas (Jo Potencial de Repouso das Membranas 6 3
C o m o surRcm esses gradientes de concentração? Gradientes de concentração
iõn ica sâo estabelecidos pela ação d e bombas iónicas na membrana neurona l
Duas bombas iónicas sâo pa r t i cu la rmen te impor tan tes em neurof is io logia celu-
l y . a b o m b a de sód io e potássio e a b o m b a de cálcio. A b o m b a de sód io e potás-
s io e u m a e n / i m a que h id ro l i sa A T P na presença de sódio intracelular A energia
q u í m i c a l iberada p o r esta reaçáo impe le a bomba, que troca Na in t racelu lar por
K ext race lu lar . A ação desta b o m b a garante que o K* esteja concentrado den t ro
d o n e u r ô n i o e q u e o N a ' esteja concen t rado fora d o neurônio. Observe que a I
b o m b a e m p u r r a estes íons at ravés da membrana contra seus respectivos g r a - |
d ientes de concentração (F igura 3.16). Esse t raba lho exige o gasto de energia me-
taból ica, De fato, est ima-se que a bomba de sód io e potássio gastem até 70% da
q u a n t i d a d e tota l de A T P u t i l i zada pe lo encéfalo.
A b o m b a de cá lc io t ambém é u m a enz ima que t ransporta at ivamente, através
da m e m b r a n a celular , Ca^" para fora d o ci tosol. Ou t ros mecanismos d i m i n u e m a
(Ca "1 in t race lu la r para n íve is m u i t o s baixos (0,0002 m M ) ; estes mecanismos in-
c l u e m prote ínas l igantes de cálcio e organelas, tais c o m o a m i tocôndr ia e a lguns
t i pos d e re t ícu lo endop lasmát i co , que seqüestram os íons cálcio d o citosol.
A s b o m b a s iónicas são as heroínas desconhecidas da neurof is io log ia celular.
Elas t r a b a l h a m na retaguarda para assegurar que os gradientes de concentração
iôn ica se jam estabelecidos e mant idos . Essas proteínas p o d e m não ter o charme
d o s canais ión icos com portões, p o r é m sem as bombas, o potencia l de membra-
na d e repouso não ex is t i r ia e o encéfalo não func ionar ia ,
P e r m e a b í l i d a d e s I ó n i c a s R e l a t i v a s d a M e m b r a n a e m
R e p o u s o
A s b o m b a s estabelecem os grad ien tes de concentração iônica através da mem-
b r a n a n e u r o n a l . Conhecendo-se essas concentrações iónicas, podemos usar a
equação de N e r n s t para ca lcu lar os potenc ia is de equ i l í b r i o para os di ferentes
íons (F igu ra 3.5), Porém, I m b r e - s e de que o potenc ia l de equ i l íb r io para u m íon |
é o po tenc ia l de m e m b r a n h que resultaria se a membrana fosse íeIetitMmeníeper- (
iticável àque le íon i so ladamente . N a rea l idade, con tudo , neurón ios não sâo per-
meáve i s o u m ún i co t i po d e ion. C o m o p o d e m o s inc lu i r este deta lhe em nosso
rac ioc ín io?
C o n s i d e r e m o s a lgumas situações envo l vendo K" e N a ' . Se a membrana de u m
n e u r ô n i o fosse pe rmeáve l somente ao K" * , o potencia l de membrana seria igua l
ao Ej,, que , c o n f o r m e a F igura 3,15, é -8Ü mV. Por o u t r o lado, se a membrana de
u m n e u r ô n i o fosse pe rmeáve l somente ao N a ' , o potencia l de membrana sena
i g u a l ao 62 mV. Ent re tan to , se a membrana fosse igua lmente permeável ao
9
Figura 3.14
Outro exemplo do es labelec lmenlo de equil íbrio em uma membrana selel lvamenle
permeável, (a) Uma membrana impermeável separa duas regiões: uma da alia concen-
tração do sal (lora) a oulra da baixa concentração do sal (deniro)- (b) A inserção na mem-
brana de um canal que é seletivamente permeável ao Na' inicialmente resulta num movi-
mento líquido de íons Na' a lavor de seu gradiente de concentração, da direita para a es-
querda. (c) Um acúmulo líquido de carga positiva no interior e carga negativa no exterior
retarda o movimento de íons Na' carregados positivamente do exterior ao inlenor. O aqui-
líbrio é estabelecido do íorma qua não ocorre movimenio liquido de lons através da mem-
brana, permanecendo uma dilerença de carga entre os dois lados; neste caso, o interior
da célula Ilea carregado positivamente em relaçào ao exterior.
Dentro Fora da
da célula célula
N 3+
\
K
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a > . . r ü i m , . UmWm 1 " ' I " " " " ' ' " " " " ' » " • " " l ' * " «".il«!.» '«'•
64 Capílulo 3 / A Membrana Neuronal em Repouso
A
A L I M E N T O P A R A O C É R E B R O
A Equação de Nernst
O potencial de equilíbrio para um ion pode ser calculado apli-
cando-se a equação de Nernst;
onde E ^ é igual ao potencial de equilíbrio, R é a constante dos
gases, T é a temperatura absoluta, z é a carga do íon , F é a
constante de Faraday, log é o logaritmo na base 10, (íonj^, é a
concentração iônica extracelular e (ion), é a concentração iônica
intracelular. A equação de NernsI pode ser derivada dos princí-
pios de físrco-quimtca. Vejamos se conseguimos compreendé-
la.
Lembre-se de que o equilíbrio é o balanço de duas influên-
cias: a difusão, que força o íon a favor do seu gradiente de
con-
centração. e a eletricidade, que faz com que o íon seja atraído
por cargas opostas e repelido por cargas iguais. O aumento na
energia térmica de cada partícula aumenta a difusão, deste mo-
do aumentando a diferença de potencial alcançada no equilíbrio.
Assim, o E ^ é proporcional à T. Por outro lado, o aumento na
carga elétrica de cada partícula diminui a diferença de potencial
necessária para balancear a difusão. Portanto, o é inversa-
mente proporcional à carga do íon (z). Não é necessário preocu-
parmo-nos com R e F na equação, pois são constantes.
Na temperatura corporal ( S r C), a equação de Nernsi para os
principais íons - K ' . Na' , C l ' e C a ' ' - pode ser simplificada para:
£ „ . . 6 1 , 5 4 109
[ N ^
lNa '1
(em mV)
(em mV)
(em mV)
(em mV)
Portanto, para se calcular o potencial de equilíbrio para um
determinado ion à temperatura ambiente, tudo o que é preciso
saber são as concentrações iónicas nos dois lados da membra-
na. Por exemplo, na Figura 3.12. estipulamos que o K ' estava 20
vezes mais concentrado dentro do que fora da célula:
I K l 20
então E k = 61.54 mV X - 1 3
= - 8 0
Observe que não existe, na equação de Nernst, um símbolo
para permeabilidade ou condutância iônica. Assim, o cálculo do
valor do E ^ não requer que se saiba a seletividade ou a per-
meabilidade da membrana àquele Ion. Há um potencial de equi-
líbrio para cada íon dos fluidos intra e extracelulares. O E ^ é o
potencial de membrana que balancearia exatamente o gradien-
te de concentração do íon, de modo que nenfiuma corrente iôni-
ca fluiria se a membrana fosse permeável àquela (on.
K ' e ao N a ' , o p o t e n c i a l d e m e m b r a n a resu l tan te ser ia u m a s o m a d o E ^ , e EK- E
se a m e m b r a n a fosse 40 vezes m a i s p e r m e á v e l ao K ' d o q u e ao N a ' ? O potencia l
de m e m b r a n a n o v a m e n t e estar ia en t re o E ,^.^ e o E^, m a s m u i t o m a i s p r ó x i m o do
Ej. d o q u e d o E^,. Is to se a p r o x i m a d a s i t uação real e m n e u r ô n i o s . O p o t e n c i a l de
m e m b r a n a de repouso d e - 6 5 m V a p r o x i m a - s e , m a s n â o a lcança, o po tenc ia l de
e q u i l í b r i o d o po táss io q u e é d e - 8 0 m V . Esta d i f e rença su rge p o r q u e , apesar d í
m e m b r a n a e m r e p o u s o ser a l t a m e n t e p e r m e á v e l ao K ' , ex is te u m " v a z a m e n t o
cons tan te d e N a ' para d e n t r o da cé lu la .
O po tenc ia l d e m e m b r a n a de r e p o u s o p o d e ser c a l c u l a d o u s a n d o - s e a equa-
ção de G o l d m a n , u m a f ó r m u l a m a t e m á t i c a q u e leva e m c o n s i d e r a ç ã o a permea-
b i l i d a d e re la t i va da m e m b r a n a a d i f e ren tes íons. Se nos p r e o c u p a m o s somente
c o m K ' e N a ' , u s a m o s as concent rações na F i g u r a 3.15 e p r e s u m i m o s q u e a p«-''"'
m e a b i l i d a d e da m e m b r a n a e m r e p o u s o é 40 vezes m a i o r ao K ' d o q u e ao Na -
As Bases Iónicas do Poiencial de Repouso das Membranas 6 5
Figura 3.15
Concentrações Iónicas aproximadas
nos dois lados de uma membrana neu-
ronal. O E ^ ó o potencial de membrana
que seria alcançado, à temperatura corpo-
ral, se a membrana fosse seletivamente
permeável àquele íon.
Exterior Interior
Razão
exteriorinterior (a 37^C)
mo = 5mM (Kli = 100 mM 1:20 - 8 0 mV
INalo = 150 mM [Na'], = 15 mM 10:1 62 mV
(Ca^'lo = 2 m M [Ca«'). = 0.0002 mM 10.000:1 123 mV
[Cl-Jo = 150 mM icn = 13 mM 11.5:1 - 6 5 mV
en tào .1 equaçáo d e G o l d m a n p r e d i z q u e o potenc ia l de membrana é - 6 5 mV, o
v a l o r o b s e r v a d o ( Q u a d r o 3.3).
O V a s t o M u n d o d o s C a n a i s d e P o t á s s i o . C o m o v imos , a permeab i l idade
se let iva d o s cana is d e potáss io é de te rm inan te para o potencia l de membrana de
r e p o u s o e, p o r t a n t o , para a f unçáo neurona l . Q u a l é a base molecu lar para essa
s e l e t i v i d a d e iôn ica? A se le t i v i dade para íons K" p r o v é m da organizaçi io dos re-
s íduos d e a m i n o á c i d o s q u e reves tem as regiões d o poro d o canal. Foi uma gran-
de descober ta q u a n d o , e m 1987, L i l y e Yuh N u n g Jan e seus estudantes na Un i -
ve r s i dade d a C a l i f ó r n i a , e m Sáo Francisco, consegu i ram determinar as se^]üèn-
cias de a m i n o á c i d o s de u m a famí l ia de canais de potássio (Quadro 3.4). A busca
ío i feita l ia mosca -da - f r u ta Drosophila iiiclatW!^o$h'r. [ -mbora esses insetos per tur -
b e m na coz inha , eles têm m u i t o v a l o r n o laboratór io porque seus genes podem
ser es tudados e m a n i p u l a d o s de u m a f o r m a que é impossível em mamíferos.
Moscas, ass im c o m o h u m a n o s , f i cam inconscientes sob vapoa^s de éter. Duran-
te expe r imen tos real izados c o m insetos anestesiado.s, investigadores descobr i ram
q u e moscas de u m a l i n h a g e m m u t a n t e a -sponderam ao éter batendo asas e sacu-
d i n d o as pernas e a b d ô m e n . Esta l i n h a g e m de nuwcas fo i denominada Sluiker (do
inglês, " q u e sacode") . Esludi>s ma i s de ta lhados logo mostraram que tsse compor -
t amen to es t ranho era exp l i cado p o r u m de fe i to em u m t ipo específico de canal de
potássio. U s a n d o técnicas d e b io log ia molecu lar . L i l y e Yuh N u n g Jan mapearam
o gene q u e estava m u t a d o na l i n h a g e m Shaker. A seqüência de A D N correspon-
66 Cap/lulo 3 / A Membrana Neuronal em Repouso
Fluido extracelular Bombas de sódio e potássio
Citosol
Figura 3.16
A bomba de sód io e potáss io . Esta bomba íõnica é uma proteína associada à membra-
na que transporta íons através da membrana contra seus gradientes de concentraçào às
custas de energia metabólica. (ADP = adenosina difosfato.)
dente ao que é atualmente chamado de canal de potássio Slmker permi t íu aos pes-
quisadores encontrar os genes para outros canais de potássio com base na simila>
r idade das seqüências. Essa análise revelou a existência de u m n ú m e r o muito
grande de canais de potássio diferentes, incluindo aqueles responsáveis pela ma-
nutenção do potencial de membrana de repouso em neurônios.
A
A L I M E N T O P A R A O C E R E B R O
A Equação de Goldman
Se a membrana de um neurônio fosse permeável apenas ao K*.
o potencial de membrana de repouso seria igual ao E«, i.e., de
aproximadamente - 8 0 mV. Mas a membrana não é; o potenaal
de membrana de repouso medido para um neurônio típico fica
ao redor de - 6 5 mV. Esta discrepância é explicada porque neu-
rônios em repouso não são permeáveis exclusivamente ao K";
existe também alguma permeabilidade ao Na". Em outras pala-
vras. a permeabilidade relativa da membrana neuronal em re-
pouso é bastante alta para o K' e baixa para o Na*. Se as per-
meabiiidades relativas são conhecidas, é possível calcular o po-
tencial de membrana no equilíbrio usando a Equação de Gold-
man, também conhecida como Equação de Goldman-Hodgkin-
Kat2 (ou Eq. GHK), em tiomenagem aos pesquisadores que a
aplicaram pela primeira vez. Assim, para uma membrana per-
meável apenas ao Na" e ao K" a 37° C:
^ PKlK- l^PH.|Na l
onde é o potencial de membrana. P^ e P ^ são as permeabi-
lidades relativas do K ' e Na", respectivamente, e os outros ter-
mos são os mesmos da equação de Nernst
Se a permeabil idade iõnica do K' na membrana em repouso
for cerca de 40 vezes maior do que a do Na ' , então resolvendo
a equação de Goldman usando-se as concentrações na Figura
3.15. temos
V„ = 61.54 log ^
V„ - - 65 mV
As Bases Iónicas (Jo Potencial de Repouso das Membranas 6 7
A ROTA DA D E S C O B E R T A
As Moscas Shaker e seus Canais de Potássio Defeituosos
L I L Y E Y U H N U N G J A N
Tendo ido para a universidade no Instituto de Tecnologia da Ca-
lifórnia iCallech) com
o objetivo de estudar física teórica de alta
energia, tivemos a sorte de sermos atraídos para a biologia por
um dos grandes pioneiros da genética molecular, Max Delbrück.
Permanecemos no Caltech para nosso pós-doutoramento, atraí-
dos pela Idéia de Seymour Benzer de usar genética, tão bem
desenvolvida na mosca Drosophila melanogaster. para estudar
a função do sistema nervoso. Foi quase um acaso que nos levou
a descobrir uma associação entre canais de potássio e muta-
ç õ e s no gene chamado Shaker.
Em 1974, enquanto nos preparávamos para o pós-doutora-
mento. fomos ao Laboratório de Cold Spring Harbor assistir a
cursos de veráo em neurobiologie. Em um inten/alo, tomos à
Universidade de Yale visitar Doug Kankel, que havia trabalhado
como pós-doutor com Seymour, e pegamos uma garrafa com
moscas-da-(ruta. Esta garrafa mostrou-se útil quando retorna-
mos ao cursos no laboratório. Acompar>hados de professores
maravilhosos, como J a c S u e Kehoe. Philippe Ascher e Enrico
Slefaní, fizemos medições eletrofisiológicas em músculos da lar-
vas de Drosophila e repetimos alguns dos experimentos que
aprendêramos, havia pouco, em sapos e em outras prepara-
ções . Após regressarmos para Caltech. pensamos que talvez
medições em músculos de larva pudessem ser usados em um
sistema de ensaio para mutações que afetassem a transmissão
sinâptica. Antes de usar mutantes, no entanto, passamos vários
m e s e s caracterizando a transmissão neuromuscular em larvas
de Drosophila normal {cepa selvagem), para termos certeza de
que funcionava da mesma maneira que em sapos.
Medições eletrofisiológicas eram pouco práticas para uma pri-
meira iriagem de milhares de moscas diferentes nas quais mu-
tações pudessem ter sido produzidas. Imaginando que muta-
ç õ e s que afetam a transmissão smâplica provavelmente resul-
tam em defeitos de comportamento, quando estas mutações
nôo matavam a s moscas, iniciamos medições em mutantes da
coleção de Seymour que mostravam comportamentos peculia-
res. Logo após termos iniciado essa tnagem de mutantes, em 28
de abri) de 1975, encontramos KS133, um mutante Shaker\so-
lado pelo grupo de Seymour (assim denominado devido à sua
propriedade de s e sacudir quando anestesiado com éter). Ob-
servamos propriedades elelrofisiolõgicas incomuns, mas custa-
mos para entender exatamente o que estava errado. Logo nos
demos conta de que precisávamos de um método mais sofisti-
cado para estudar estas moscas Tivemos a sorte de colaborar-
mos com Mike Dennis, que nos havia ensinado no curso de ve-
rão de Cold Spring Harbor. Mike convidou-nos a ir ao seu labo-
ratório na Universidade da Califórnia em S ã o Francisco (UCSF)
e ensinou-nos a como usar um microscópio composto para
guiar nossas medições no músculo. Essas visitas de uma sema-
na ao Mike permanecem vívidas em nossa memória.
üly e Yuh Nung Jan
Nossos estudos togo indicaram a existência de um defeito nos
canais de potássio dos mutantes Shaker. Este defeito poderia
surgir tanto porque o gene Shaíter codifica para um canal de po-
tássio quanto porque o gene Shaker, de alguma outra maneira,
controla a expressão ou a função do canal de potássio. Esta
questão foi resolvida 10 anos mais tarde, depois que estabele-
cemos nosso prõpno laboratório na UCSF. Em 1987. juntamen-
te com nossos estudantes Diane Papziam. Tom Schwarz. Brude
Tempel e Leslie Tímpe, conseguimos determinar a seqüência de
ADN completa do gene Shaker. Este trabalho revelou finalmen-
te que a proteína codificada pelo gene S/ia^er forma um canal
de potássio (Figura A).
Figura A
Canal de potássio Shakgr na membrana celular da mosca-da-
Iruta Drosophila, vista de cima com um microscópio eletrônico.
(Fonte: Li et al., 1994, Fig.2,)
68 Cap/lulo 3 / A Membrana Neuronal em Repouso
A m a i o r i a dos canais de potáss io possu i q u a t r o s u b u n i d a d e s a r ran jadas corno
as adue las do u m ba r r i l , f o r m a n d o u m p o r o (F igu ra 3.17). A p e s a r da sua divcrsi-
dade , as s u b u n i d a d e s de d i fe ren tes canais d e po táss io t ê m caracter ís t icas estru-
tu ra i s c o m u n s q u e c o n f e r e m s e l e t i v i d a d e para i ons K* . R s p e c i a l m e n t e i n te r« -
sante é u m a reg ião c h a m a d a alça do poro, q u e c o n t r i b u i pa ra o filtro tie sek'tivida^
q u e to rna o cana l p e r m e á v e l p r i n c i p a l m e n t e a íons K ' ( F i g u r a 3.18). Mutações
e n v o l v e n d o apenas u m a m i n o á c i d o nesta reg ião p o d e a l te ra r g r a v e m e n t e a fun-
ção neu rona l .
U m e x e m p l o d i s t o é v i s t o e m u m a cepa d e c a m u n d o n g o c h a m a d a Weaver. Es-
tes a n i m a i s t ê m d i f i c u l d a d e e m m a n t e r a p o s t u r a e se m o v i m e n t a r no rma lmen-
te. O de fe i t o f o i l o c a l i z a d o na m u t a ç ã o de u m ú n i c o a m i n o á c i d o na alça d o poro
d o canal d e po táss io e n c o n t r a d o e m n e u r ó n i o s especí f icos d o cerebc lo , unm re-
g i ão d o encéfa lo i m p o r t a n t e para a coo rdenação m o t o r a . E m conseqüênc ia des-
ta mu tação , t an to íons N a ' c o m o K ' p o d e m passar pe lo canal . A pe rmeab i l i dade
a u m e n t a d a ao s ó d i o faz c o m q u e o p o t e n c i a l d e m e m b r a n a d o s n e u r ô n i o s fique
menos nega t i vo , deste m o d o p e r t u r b a n d o a f u n ç ã o n e u r o n a l . ( D e fato, acredita-
se q u e a ausência d o po tenc ia l d e m e m b r a n a n e g a t i v o n o r m a l nessas célu las cau-
se a m o r t e precoce desses mu tan tes . ) N o s ú l t i m o s anos, t e m se t o r n a d o ma is ób-
v i o q u e m u i t a s doenças n e u r o l ó g i c a s h e r e d i t á r i a s e m h u m a n o s , c o m o algumas
f o r m a s d e ep i leps ia , p o d e m ser exp l i cadas p o r m u t a ç õ e s e m cana is d e potássio
específ icos.
Figura 3.17
Estrutura de um canal de potáss io . O
canal de potássio Shaícer possui quatro su-
bunidades arranjadas como aduelas de
uma barril, formando um poro. Aunnento: a
estrutura terciária da subunidade protéica
contém uma alça do poro, uma parte da
cadeia polipeptídica que íorma uma curva
de um grampo dentro do plano da mem-
brana. A alça do poro é a parte crítica do
filtro que torna o canal seletivamente per-
meável a Ions K'.
Canal de
potássio
Shaker
As Bases Iónicas (Jo Potencial de Repouso das Membranas 94
Figura 3.18
Vista do poro de um canal de potássio. A estrutura atômica do canal iônico seletivo ao
potássio foi elucidada recentemente. Aqui temos uma vista do poro a partir do exterior. A
esfera vermelha no centro é um íon K'. (Fonte: Doyle et al., 1998.)
A I m p o r t â n c i a d a R e g u l a ç ã o d a C o n c e n t r a ç ã o
E x t e r n a d e P o t á s s i o
U m . i v t í / q u e . ) membrc in . i nouron . i l em repoi is i ) é Uirj^omcnte permeável ao K ' ,
o po tenc ia l J e m e m b r a n a é p r ó x i m o d o Ou t ra conse<.iüência da alta permea-
b i l i d a d e ao K ' è q u e o po tenc ia l de m e m b r a n a é par t i cu la rmente sensível a alte-
ra(;(Vs na concen t raç . lo ex t race lu l a r d e potássio. Esta re laç io está most rada na
F igu ra 3.19. U m a a l te ração d e 10 vezes na concent rarão de potássio fora da célu-
la. de 5 a 50 m M . levar ia o po tenc ia l de membrana d e - 6 5 a - 1 7 mV. U m a
a i teraçáo n o po tenc ia l de m e m b r a n a d o va lo r de oípouso no rma l (-65 m V ) para
u m v a l o r menos n e g a t i v o é c h a m a d o despo la r i zação da membrana. Portanto,
»MJ auwetito na coticaitração e.xlnheltilar Jc ;h»/<}ssiíi l i fSjH'/ i i r i i i os neiirAnio>.
A sens ib i l i dade d o po tenc ia l de m e m b r a n a à [K')., fe / com que surgissem me-
can ismos que regu lassem í i r m e i n e n t e (de f o r m a justai as conceiitragôes extrace-
lu lares de po táss io n o encéfalo, U m desses ê
a bar re i ra hematoencefá l ica. uma
especia l izaç.Vi das paredes dos cap i la res nervosos que l imi ta o m o v i m e n t o de
po l . l ss iü (e outra.s substânc ias d o sangue) ao f l u i d o extracelular d o encéfalo.
A g l i a . e, em pa r t i cu la r , os ast rcVi tos, t a m b é m possui mecanismos eficientes
para cap ta r K ' f v í r a c e l u l a r sempri> q u e as ci>ncentrai,ôes sobem, como no rma l -
men te acontece d u r a n t e per íodos de a t i v i d a d e neuronal , l.embre-se de que os as-
t roci tos p reenchem a m a i o r pa r l e dos espa(,-txs enta* os neurônios no encéfalo. Os
7 0 Capítulo 3 / A ^ a Neuronal em Repouso
O
- 2 0
- 8 0
-100
10
[K*lo (mM)
Figura 3.19
Dependência d o po tenc ia i de membrana à concen t ração ex t race iu ia r de potássio.
Por que a membrana neuronal em repouso é principalmente permeávei ao potássio, uma
alteração de 10 vezes na (K'1, de 5 a 50 mM causa um despolarização de 48 mV na mem-
brana. Esta (unção foi calculada usando a equação de Goldman (Quadro 3.3).
Figura 3.20
Tamponamento espacia l de potáss io pelos ast róc i tos. Quando a [K']^ do encéfaio au-
menta em conseqüência de atividade neuronal local. K" entra nos astrócitos via canais«í®
membrana. A extensa rede de processos astrocíticos auxilia na dissipação do K' P '^^ I
uma grande área.
Comenténos Finais 71
D E E S P E C I A L I N T E R E S S E
Morte por Injeção Letal
Em 4 de junho de 1990, Or, Jack Kevorkian chocou a comunida-
de médica por dar assistência ao suicídio de Janel Adkins, uma
senhora bem-casada de 54 anos e mãe de três filhos, que ha-
via sido diagnosticada como portadora da doença de Alzhei-
mer, um distúrbio neurológico progressivo que invariavelmente
acaba em demência senil e morte. A Sra. Adkins era membro
da Sociedade Hemlock, que advoga eutanásia como morte al-
ternativa para doenças terminais. O Dr. Kevorkian concordou
em ajudar a Sra. Adkins a se suicidar, No banco de trás de uma
camioneta Volkswagen 1968, num camping no Condado de Oa-
kland, Michigan, ela recebeu a punção intravenosa de uma
agulha conectada a um sistema de iniusâo com solução salina
(inócua), Para escolher a morte, a Sra. Adkins trocou (volunta-
riamente) o fluxo de salina por uma solução anestésica, segui-
da automaticamente por cloreto de potássio, O anestésico fez
com que a Sra, Adkins ficasse inconsciente, ao suprimir a ati-
vidade de neurônios na região do encófalo chamada de forma-
ção reticular. A paralisia cardíaca e a morte, contudo, foram
causada s pela injeção de KCl, As bases iónicas do potenciai
de membrana em repouso explicam por que o coração parou
de bater.
Lembre-se de que o íuncionamento apropriado de células ex-
citáveis (incluindo as do músculo cardíaco) requer que suas
membranas sejam mantidas no potencial de membrana sempre
que não estejam gerando impulsos. O potencial de repouso ne-
gativo é resultado da permeabilidade iônica seletiva ao K' e das
bombas metabólicas que concentram potássio dentro da célula,
No entanto, como mostra a Figura 3.19. o potencial de membra-
na é muito sensível a alterações na concentração extracelular
de potássio. Um aumento de 10 vezes no K' extracelular elimi-
naria o potencial de repouso, Embora os neurónios do encéfalo
sejam parcialmente protegidos de grandes alterações na
outras células excitáveis do corpo, como. por exempk). a s célu-
las musculares, não o sào. Sem os potenciais de repouso nega-
tivos, as células musculares cardíacas não podem mais gerar os
impulsos que causam contração, e o coração imediatamente
deixa de bater. Cloreto de potássio intravenoso é. portanto, uma
injeção letal.
«i.strócilos p o s s u e m bombas de potássio nd membrana que concentram K" no ci-
tosol ; t o m b e m possuem canais de potássio. Q u a n d o a aumenta, ions K ' en-
t r . ím n o as t róc i lo pe los canais de potássio, despo lar izando a membrana d o astró-
c i to . A en t rada de lons K ' .umienta a concentração int racelu lar de potássio, [K ' | , ,
a qua l , acredi ta-se, seja d iss ipada n u m a amp la área pela rede extensa de proces-
sos aslrocí t icos, Este mecan i smo de regulação da.[K"|. , pelos astrócitos é chama-
d o d e tampotuwwiítü fspacinl de ^>olás$io (F igura 3,20).
N e m todas as célu las exc i táveis , ent re tanto , são protegidas de aumentos na
concent ração d e potáss io . Cé lu las musculares, por exemplo , não possuem uma
bar re i ra hematoenceíá l ica ou mecan ismos gl ia is de tamponamento . Conseqüen-
temente , e m b o r a o encéfa lo seja re la t i vamente pn^teg ido, elevações na [ K ' ] san-
güínea p o d e m ter sérias conseqüências para a fisiologia d o corpo (Quadro 3.5),
COMENTÁRIOS FINAIS
l Ap lo r . i i i u ' s o potenc ia l de m e m b r a n a e m repouso. A a t i v idade da bomba de só-
d i o e potássio p r o d u z e m a n t é m u m a l to g rad ien te de concentração de potássio
a t ravés da m e m b r a n a . A m e m b r a n a neurona l em repouso é a l tamente permeá-
ve l a K" p o r causa dos canais de potáss io que a atravessam, O m o v i m e n t o de
íons K* at ravés da membrana , a favor de seus gradientes de concentração, de ixa
o i n te r i o r d o n e u r ô n i o car regado negat ivamente,
A d i fe rença de potenc ia l e lé t r ico através da m e m b r a n a pode ser imag inada
c o m o u m a bater ia cuja carga é m a n t i d a pelo trabal lu) de bombas iónicas. N o pró-
x i m o cap i t u l o , ve remos c o m o essa bater ia comanda nosso encéfalo.
72 Cap/lulo 3 / A Membrana Neuronal em Repouso
P A L A V R A S - C H A V E
introdução
potencial de ação (p. 51)
membrana excitãvel (p. 52)
poiencial de repouso da membrana (p. 52)
A Escolha dos Com
Ion (p. 53)
câtion (p. 53)
ânion (p. 53)
bicamada tosfolípidica (p. 54)
ligaçáo peptidica (p. 56)
potipeplídio (p. 56)
canal iõnico (p. 57)
seletividade íômca (p. 57)
canal com portão (p. 57)
bomba íòntoa (p. 58)
s Químicos
s de Ions Movi
difusão (p. 56)
gradiente de concentração (p 58)
corrente elãtrica (p. 58)
potencial elétrico (p. 59)
voltagem (p. 59)
condutância elótnca (p. 59)
resistência elétrica (p. 59)
lei de Ohm (p, 59)
As B a s e s tônicas do Potencial de
Repouso das Membranas
potencial de membrana (p. 60)
microeletrodo {p. 60)
potencial de equilíbrio idnico (p. 61)
potencial de equilíbrio (p. 61)
força de impulsão lônica (p. 62)
equação de Nernst (p. 62)
bomba de sódio e potássio (p. 63)
bomba de cálcio (p. 63)
equação de Goldman (p. 64)
despolarização (p. 69)
barreira hematoencefálica (p. 69)
1. Quais as duas funções que proteínas da membrana neurona l desempe-
nham para estabelecer e manter o potencia l de membrana de repouso?
2. De qual lado da membrana neuronal os íons N a ' são mais abundantes?
3. Quando a membrana está no potencial de equil íbrio do potássio, em qua l di-
reção (para dentro ou para fora) há um movimento l íquido de íons potáss io?
4. Existe uma concent ração de K ' mui to maior dent ro do que lora da célu la.
Por que. então, o potencial de repouso é negat ivo?
5. Quando o encéfalo é privado de oxigénio, as mitocôndrias dos neurônios
deixam de produzir ATP. Que efeito isto teria no potencial de membrana?
Porquê?
I N T R O D U Ç Ã O
P R O P R I E D A D E S DO POTENCIAL DE AÇÃO
Altos e baixos de um potencial de açào
Quadro 4.1 Alimento para o Cérebro: Métodos para registro
dos potenciais de ação
A geração de um potencial de ação
A geração de múltiplos potenciais de ação
O P O T E N C I A L DE A Ç Ã O NA TEORIA
Correntes e condutâncias de membrana
O entra-e-sai de um potencial de ação
O P O T E N C I A L DE AÇÃO NA PRÁTICA
O canal de sódio dependente de voltagem
Estrutura do canal de sódio
Propriedades funcionais do canal de sódio
Quadro 4.2 Alimento para o Cérebro: O método de
fixação
da membrana (patch-clamp)
Quadro 4.3 A Rota da Descoberta: O desafio de decifrar os
canais dependentes de voltagem - Erwin Neher
Os eleitos de toxinas sobre os canais de sódio
Os canais de potássio dependentes de voltagem
Juntando as peças do quebra-cabeça
A C O N D U Ç Ã O DO P O T E N C I A L DE AÇÃO
Fatores que influenciam a velocidade de condução
Quadro 4.4 De Especial Interesse: Anestesia local
Mielina e condução saltatória
Quadro 4.5 D e Especial Interesse: Esclerose múltipla, uma
doença desmielinizante
P O T E N C I A I S DE AÇÃO, A X Ô N I O S E DENDRITOS
Quadro 4 .6 De Especial Interesse: O eclético
comportamento elétrico dos neurónios
C O M E N T Á R I O S F INAIS
7 4 Capítulo 4 / O Potenctal de Ação
INTRODUÇÃO
Encon t ramos , agora , o s ina l q u e l«?va a i n f o r m a ç ã o ao l o n g o d o s is tema nen oso-
o po tenc ia l do açüo, t a m b é m f reqüen temen te c h a m a d o d e pico d e potenc ia l , po-
tencial e m ;w"ír t o u e m espiga ( d o inglês impulso nenvso o u descarga. Confor-
me fo i m o s t r a d o n o C a p í t u l o 3, o c i toso l d o n e u r ô n i o e m r e p o u s o está carregado
nega t i vamen te c o m relação ao f l u i d o ext race lu lar . O po tenc ia l d e ação é uma in-
versão ráp ida dessa s i tuação, d e f o r m a que, p o r u m ins tan te , o l a d o c i tosól ico da
m e m b r a n a fica ca r regado p o s i t i v a m e n t e e m relação ao l a d o ex te rno .
Os po tenc ia i s d e ação ge rados p o r u m a cé lu la asseme lham-se e m tamanho e
d u r a ç ã o e não d i m i n u e m à m e d i d a q u e são c o n d u z i d o s ao l o n g o d o axòn io . De-
ve-se ter e m m e n t e q u e a sua freqüência e o seu padrão c o n s t i t u e m o c ó d i g o uti l i-
z a d o pe los n e u r ô n i o s pa ra t r ans fe r i r i n f o r m a ç ã o d e u m loca l pa ra o u t r o . Neste
cap í tu lo , d i s c u t i r e m o s os m e c a n i s m o s responsáve is p e l o p o t e n c i a l d e ação e co-
m o este se p r o p a g a ao l o n g o d a m e m b r a n a d o a x ô n i o .
P R O P R I E D A D E S DO P O T E N C I A L DE AÇÃO
O s po tenc ia is d e ação t ê m propr i i ' dad i - - ; un i ve rsa i s , caracter ís t icas q u e são com-
p a r t i l h a d a s pe los axôn ios d o s is tema ner \ -oso d e q u a l q u e r a n i m a l , seja u m a lula,
seja u m es tudan te u n i v e r s i t á r i o . V a m o s c o m e ç a r a e x p l o r a r a l g u m a s dessas pro-
p r iedades . C o m o q u e se parece o p o t e n c i a l d e ação? C o m o se in ic ia? Q u ã o rapi-
d a m e n t e u m n e u r ô n i o p o d e gera r po tenc ia i s d e ação?
Altos e Baixos de um Potencia l de Ação
N o C a p í t u l o 3 v i m o s q u e o p o t e n c i a l d e m e m b r a n a , V „ , p o d e ser de te rm inado
i n s e r i n d í v s e u m m i c r o e l e t r o d o na cé lu la . U m v o l t í m e t r o é u t i l i z a d o para medir
a d i fe rença de po tenc ia l e lé t r i co en t re a p o n t a d o m i c r o e l e t r o d o i n t r a c e l u l a r e ou-
t r o p o n t o l o c a l i z a d o fo ra da cé lu la . Q u a n d o a m e m b r a n a n e u r o n a l está em re-
p o u s o , o v o l t í m e t r o reg is t ra u m a d i f e rença d e p o t e n c i a l es táve l d e cerca de -65
m V . D u r a n t e o po tenc ia l de açáo, en t re tan to , o p o t e n c i a l d e m e m b r a n a torna-se
p o s i t i v o p o r u m b reve m o m e n t o . C o m o is to oco r re m u i t o r a p i d a m e n t e - l()0 ve-
zes ma i s r á p i d o q u e u m p iscar de o l h o s - , u m t i p o especia l d e v o l t í m e t r o , chaníã-
d o osciloscópio, ó u t i l i z a d o para es tudar os po tenc ia i s d e ação. O osc i loscóp io re-
g is t ra a v o l t a g e m c o n f o r m e ela se a l tera c o m o t e m p o ( Q u a d r o 4.1).
U m p o t e n c i a l d e ação, c o n f o r m e ele aparecer ia na tela d e u m osc i loscópio, é
m o s t r a d o na F i g u r a 4.1, a q u a l representa u m g r á f i c o d o p o t e n c i a l de membrana
versus t e m p o . N o t e q u e o p o t e n c i a l d e ação t e m certas pa r tes iden t i f i cáve is . A
p r i m e i r a de las, c h a m a d a de fase a s c e n d e n t e , é c a r a c t e r i z a d a p o r u m a rápida
despo la r i zação da m e m b r a n a . Esta m u d a n ç a n o p o t e n c i a l d e ação c o n t i n u a até
q u e o V „ a lcance u m p i c o d e cerca d e 40 m V . A p a r t e d o p o t e n c i a l de ação em
que o l ado d e d e n t r o d o n e u r ô n i o está ca r regado p o s i t i v a m e n t e e m relação ao la-
d o ex te rno é d e n o m i n a d o p i c o de u l t r a p a s s a g e m . A fase d e s c e n d e n t e d o polen-
c ia i d e ação é u m a repo la r i zação até a m e m b r a n a f icar d o f a to m a i s nega t i va
o po tenc ia l de repouso . A ú l t i m a pa r te da fase descenden te é c h a m a d a de pós-hi-
pe rpo la r i zação . H á , f i n a l m e n t e , u m a res tauração g r a d u a l d o po tenc ia l d e repou-
so, D o i n í c io ao f i m , o po tenc ia l de ação d u r a cerca do 2 m i l i s s e g u n d o s (m.s)-
A Geração de um Potencia l de Ação
A f i r m a m o s , n o C a p í t u l o 3, q u e a pene t ração da pe le p o r u m perceve jo era sufi-
c iente para ge ra r po tenc ia i s de ação e m u m n e r v o sensor ia l . U t i l i z e m o - n o s dos-
te e x e m p l o para m o s t r a r c o m o o p o t e n c i a l de ação se in ic ia .
A percepção d e u m a d o r a g u d a , a e x e m p l o d o perceve jo q u a n d o pene i ra ein
seu pé, é causada pe la geração de po tenc ia is dc ação e m certas f ib ras nervosas i l f
pe le ( a p r e n d e r e m o s m a i s sobre a d o r n o C a p í t u l o 12). A c r e d i t a - s e q u e a mein*
b rana dessas f ib ras possua u m t i p o de cana l d e s ó d i o a t i v a d o pe la d is tensão do
t e r m i n a l ne rvoso . A cade ia i n i c i a l de even tos é, en tão , (1 ) o pe rceve jo penetra nf
pe le , (2) a m e m b r a n a das f ib ras ne rvosas na pele é d i s t e n d i d a e (3) canais
As Propriedades do Potencial de Açáo 7 5
A
A L I M E N T O P A R A O C É R E B R O
Métodos para Registro dos Potenciais de Ação
Figura A
Métodos para estudar impulsos nervosos
podem ser divididos, de modo geral, em
dois tipos: intracelulares e extracelulares
(Figura A). O registro zn/race/u/arrequer a
colocação de um microeletrodo no interior
de um neurônio ou axõnio. O pequeno ta-
manho da maior parte dos neurônios tor-
na esle método um desalio. além de expli-
car por que muitos dos estudos pioneiros
a respeito de potenciais de ação foram
realizados em neurônios de invertebra-
dos, que chegam a ser 50 a lOO vezes
maiores que neurônios de mamíferos. Fe-
lizmente, avanços técnicos recentes tor-
naram, mesmo os neurônios menores dos
vertebrados, acessíveis aos métodos in-
tracelulares de registro, tendo esses estu-
dos confirmado que muito do que apren-
demos em invertebrados é diretamente
aplicável a humanos,
O objetivo do registro intracelular é sim-
ples: medir a diferença de potencial entre a ponta do eletrodo in-
tracelular e outro eletrodo colocado na solução que banha o
neurônto (o ' terra') . O eletrodo intracelular e preenchido com
uma solução salina concentrada (freqüentemente KCl) que tem
uma alta condutividade elétrica. O eletrodo é conectado a um
amplificador que compara a diferença de potencial entre este
eletrock) e o terra. Tal diferença de potencial pode ser obsen/ada
utilizando-se um osciloscópio, que faz uma varredura de um fei-
xe de elétrons da esquerda para a direita em uma (ela fluores-
cente As deflexões verticais deste feixe podem ser lidas como
mudanças na voltagem. O osciloscópio e. na verdade, apenas
um voltímetro sofisticado que pode registrar alterações rapidas
na vollagem, tais como as de um potencial de açào.
Como vimos neste capítulo, o potencial
de ação é caracteri-
zado por uma seqüência de movimentos iónicos através da
membrana neuronal Tais correntes elétricas podem ser detec-
tadas sem que o eletrodo penetre no neurônto. apenas coíocan-
do-se o eletrodo próximo da membrana Este é o pnncipio a
respeito do registro extracelular. Novamente, medimos a dife-
rença de potencial entre a ponta do eletrodo de registro e o ter-
Tela do osciloscópio
ra. O eletrodo pode ser um fino capilar de vidro preenchido com
uma solução salina, mas. com freqüência, é simplesmente um
fino fio de metal isolado (revestido). Normalmente, na ausénaa
de atividade neural, a diferença de potencial entre o eletrodo de
registro extracelular e o terra é zero Quando o potencial de
ação aproxima-se da posição onde se esta procedendo ao re-
gistro, cargas positivas fluem para fora do eletrodo de registro,
rumo ao neurônio. Então, quando o potencial de açáo passa,
cargas positivas fluem para fora, através da membrana, em di-
reção ao eletrodo de registro. Assim, o registro do potencial de
açáo extracelular é caracterizado por un^a breve alternância da
diferença de voltagem entre o eletrodo de registro e o terra.
(Obsen^ as diferentes mudanças de voltagem produzidas pelo
potencial de ação com registros intracelulares e extracelulares.)
Tais mudanças na voltagem podem ser observadas usando-se
um osciloscópio, mas elas também podem ser ouvidas, caso
conectarmos sua saída a um amplificador com alto-falante. Ca-
da impulso faz um som distmguivel como um estalido Assim, o
registro de um nervo sensonal ativo soa exatamente como o es-
poucar da pipoca.
«Ufdveis .10 N . i • abrem-». Dcm i d o ao «rcinde }>radit'nto do concentração e à cùr-
«a ne^ .n i vú d o c i toso l , ions Na" e n t r a m na f ibra através des.ses canais, d y n l ^ d a
de N a ' despo la r i za a m e m b r a n a , isto é. a superf íc ie ci toplasmática ( interna) da
nu-mbran. i torna-se menos negat iva. Si' esta despolariza(,'.ío, chamada de / v / n i -
^ ' i i i laer i i ihr, a lcançar i i m n íve l cr í t ico, a membrana j>erará um potencial de ai,-ao.
<-) n íve l c r í t i co d e despo la r i /a ( ,ão . q u e deve sor alcançado para disparar u m po-
tencial de a(;ão, é d e n o m i n a d o l imiar . Poteiiciuis i/c </iiIc.»sí»' caiiMiios fiehi iles^KfUi-
fiziiçâo ihi nifitihraiui tiUhn ilo limiiir.
76 Capíluk>.l/OP019r>cialdíAçâi!
t
(b)
Figura 4.1
Potencia l de ação. (a) Potencial de ação mostrado por um osciloscópio, (b) Partes de
um poterwial de açáo.
A despo la r i zação q u o causa po tenc ia i s d e ação é a l cançada d c f o r m a s diferen-
tes e m d i s t i n t o s n e u r ô n i o s . E m nosso e x e m p l o , a d e s p o l a r i z a ç ã o era causada pe-
la en t rada d e Na " a t ravés d e cana is i ón i cos espec ia l i zados sensíve is à distensão
d a m e m b r a n a . E m i n t e m e u r ô n i o s , a despt> lar izaçào é n o r m a l m e n t e causada pe-
la e n t r a d a de N a ' a t ravés d e canai.s a t i v a d o s p o r n e u r o t r a n s m i s s o r e s liberados
p o r o u t r o s n e u r ó n i o s . A l é m desses m e c a n i s m o s n a t u r a i s , os neurón i i>s também
p o d e m ser d e s p o l a r i z a d o s pe la in jeção d e u m a c o r r e n t e e lé t r i ca a t ravés de um
m i c r o e l e t r o d o , u m m é t o d o c o m u m e n t e u t i l i z a d o pe los n e u r i K i e n t i s t a s para es-
t u d a r po tenc ia i s de ação e m d i fe ren tes cé lu las.
P r o d u z i r u m po tenc ia l d e ação pela despo la r i zação d e u m n e u r ô n i o é a lgo co-
m o o a to d e f o t o g r a f a r p ress i onando -se o b o t ã o d e d i s p a r o d e u m a camera. A
ap l i cação d e u m a pressão crescente sobre o bo tão n ã o t e m n e n h u m e fe i to até que
se c ruze u m ce r to v a l o r l i m i a r e, en tão , o d i a f r a g m a s e a b n - e u m a p a r t e d o filme
é exposta . Da m e s m a f o r m a , a ap l i cação d e u m a d e s p o l a r i z a ç ã o crescente a utn
n e u r ô n i o n ã o t e m q u a l q u e r e fe i t o até q u e se c r u z e o l i m i a r e, en tão , su r j a u m po-
tenc ia l d e ação. Por esta razão , d iz -se q u e os po tenc ia i s d e ação são " tudo-ou-na-
d a " .
A Geração de Múl t ip los Potencia is de Ação
N o i x c m p l o .ipn'--« i i t . i i . l i i , f o i c o m p a r a d a a geração d e u m p o t e n c i a l deaçãop"?"
la despo la r i zação ao a to d e se t i r a r u m fo tog ra f i a p ress ionando-se o bo tão do d i ^
p a r a d o r d e u m a camera . M a s e se a camera fosse d a q u e l e s m o d e l o s sofisticados
c o m o os usados p o r fo lógraf i>s p ro f i ss i ona i s? Nes te caso, a pressão cont inuada
n o b o t ã o d e dispan") a l é m d o l i m i a r causar ia o d i s p a r o d e v á r i a s fo tos. O mesmo
txTorre c o m u m n e u r ô n i o . Se, p o r e x e m p l o , i n j e t a r m o s c o n t i n u a m e n t e corrente
d e s p o l a r i z a n t e e m u m n e u r ô n i o a t ravés d e u m m i c r c x ' l e t n x l o , p r o d u z i r e m »
n ã o s o m e n t e u m , m a s m u i t o s po tenc ia i s d e ação e m sucessão ( T i g u r a 4.2).
A taxa d e ge ração d e p o t e n c i a i s d e ação d e p e n d e da m a g n i t u d e d a corrente
c o n t í n u a d e s p o l a r i z a n t e . Se i n j e t a r m o s , a t ravés d e u m m i c r o e l e t r o d o , corrente
su f i c i en te apenas pa ra d e s p o l a r i z a r a té o l i m i a r , m a s n ã o a l é m de le , c n c o n t r a r f
o Potencial de Açáo ne Teona 7 7
Figura 4.2
Efeito da in jeção de uma carga posit iva em um neurônio, (a) Cone de implantação
axonal penetrado por dois eletrodos, um para registrar o potericiai de membrana com re-
lação é terra e outro para a estimulação do neurônio com corrente elétrica, (b) Quando
uma corrente elétrica é injetada no neurônio (traço superior), a membrana é suficiente-
mente despolarizada como para disparar potenciais de açáo (traço interior).
m o s ciuo a cé lu la gera po tenc ia i s de açáo a u m a taxa ap rox imada de l por se-
{ j u n d o , o u 1 h e r t z ( H z ) . Se a u m e n t a r m o s u m pouco mais a corrente, con tudo ,
e n c o n t r a r e m o s q u e a laxa d e geração de potenciais de açào aumenta , d igamos ,
para 5Ü i m p u l s o s f>or s e g u n d o (SO Hz ) . Ass im , a fmjüénda Je disparo de poten-
Qâis do açSo ref le te a m a g n i t u d e da corrente despoiar izante. E s t ^ uma das for-
mas pe las q u a i s a i n t e n s i d a d e d o es t ímu lo é c tx l i f icada no sistema nervoso (Fi-
gu ra 4.3).
E rnU í ra a f reqüênc ia d e d i s p a r o aumen te com a quant idade de corrente des-
po ia r i zan te , ex iste u m l i m i t e para a taxa em que u m neurôn io pi>de gerar poten-
ciais d e açào. A f reqüênc ia m á x i m a d e d ispan>é aprox imadamente de 1.000 H z ;
u m a vez i n i c i ado u m po tenc ia l de ação, é impossível in ic iar ou t ro durante cerca
de 1 ms. Este p e r í o d o d e t e m p o é chamado de per íodo ref ratár io absoluto. A l é m
d i s to , piKle ser r e l a t i v a m e n t a d i f í c i l i n i c ia r ou t ro potencia l de açáo du ran te d i -
versos m i l i s s e g u n d o s a p ó s o f i m d o perit>do ref ratár io abst>luto. Dgran te o pe-
r í odo r e f r a t á r i o r e l a t i v o , a q u a n t i d a d e de corrente necessária para despolar izar
o n e u r ô n i o até o l i m i a r d o po tenc ia l de açáo é bem maior que a normal .
^ i m o s agora es tuda r c o m o o m o v i m e n t o de íons através da membrana, cru-
z a n d o canais p ro te i cos espec ia l izados, p n n i u z u m sinal neura l com estas p n v
pr iedades.
O POTENCIAL DE AÇÁO NA TEORIA
O potenc ia l de açào é u m a d r a m á t i c a red is t r ibu ição de carga elétrica através da
m e m b r a n a . A lic^fnylarizaçãü Ja célulii JimwW o }KUendiil Jc (ii«Ii' épnnwnJti fieh in-
fluxo Je ions giidio olnm'i J,i
iiifinlmwa e a n-fMitiriziUUlo é fnumtJa prío eßuxo Je ions
l ^ d ^ i o . V a m o s ap l i ca r a l g u n s dos concei tos i n t r i x l uz idos no C a p i t u l o 3 para
c o m p r i v n d e r c o m o os ions sáo i m p e l i d o s através da membrana e c o m o esses
m o v i m e n t o s ión icos a f e t a m o po tenc ia l de membrana.
78 Capitulo 4 / O Potencial de Ação
II
Se a corrente injetada
não despolariza a
membrana até o limiar,
nào haverá geração do
potencial de ação.
W U - ^ U / v W W V V l A / l /
Tempo
Se a corrente injetada
despolariza a membrana
além do limiar, potenciais
de ação serão gerados.
A freqüência de disparo
do potencial de ação
aumenta à medida que
a corrente despolari-
zante aumenta.
Figura 4.3
Freqüênc ia de d isparo do po tenc ia l de ação e sua dependênc ia do nível de despolariza-
ção.
C o r r e n t e s e C o n d u t â n c i a s d e M e m b r a n a
C o n s i d e r e c o m o n e u r ô n i o i dea l aque le i l u s t r a d o na F i g u r a 4.4. A m e m b r a n a des-
sa cé lu la t em três t i pos d e m o l é c u l a s pro te icas : b o m b a s sód io -po táss io , canais de
po táss io e cana is d e sód io . A s b o m b a s t r a b a l h a m c o n t i n u a m e n t e para estabele-
cer e m a n t e r g rad ien tes d e concen t ração . C o m o e m tcxJos os e x e m p l o s prévios,
v a m o s s u p o r q u e o K ' está 20 vezes ma i s c o n c e n t r a d o d e n t r o d a cé lu la e que o
N a ' está 10 vezes m a i s c o n c e n t r a d o fo ra de la . D e a c o r d o c o m a equação de
N e m s t , a 37" C , E^ = - 8 0 m V e E»;^ = 62 m V . V a m o s usar este m o d e l o para inves-
t i ga r os fatores q u e g o v e r n a m o m o v i m e n t o d e íons a t ravés d a m e m b r a n a ,
I n i c i a remos s u p o n d o q u e a m b o s , os cana is d e po táss io e os d e s ó d i o , estão fe-
chados e q u e o po tenc ia l d e m e m b r a n a , V ^ é i g u a l a O m V ( F i g u r a 4.4a). V.imos
abr i r , agora , s o m e n t e os cana is d e po táss io ( F i g u r a 4.4b). C o m o v i m o s n o Capí-
t u l o 3, íons K" fluirão para f o ra da cé lu la , ao l o n g o d e seu g r a d i e n t e d e concen-
t ração, até q u e o i n t e r i o r f i q u e n e g a t i v a m e n t e c a r r e g a d o e V „ = E^ (F igu ra 4.4c).
A t e n ç ã o d e v e ser d a d a ao m o v i m e n t o d o s K ' , q u e l e v a m o p o t e n c i a l d e membra-
na de O m V a - 8 0 m V . C o n s i d e r e estes três aspectos:
1. O m o v i m e n t o l í q u i d o d e íons K ' a t ravés da m e m b r a n a é u m a co r ren te elétri-
ca, a q u a l p o d e ser representada c o m o s í m b o l o I^.
2. O n ú m e r o d e cana is d o po táss io aber tos é p r o p o r c i o n a l a u m a condutânc ia
e lé t r ica, representada c o m o s í m b o l o gj^.
3. A co r ren te de potáss io a t ravés da m e m b r a n a f l u i rá somen te q u a n d o V ^ / Ef
A força i m p u l s o r a d o K " é d e f i n i d a c o m o sendo a d i fe rença en t re o potencia l de
m e m b r a n a real e o po tenc ia l de equ i l í b r i o , p o d e n d o ser escr i ta c o m o V „ - E .^
Existe u m a relação s i m p l e s en t re a força i m p u l s o r a iôn ica, a condu tânc ia iôr*''
c a e a q u a n t i d a d e de co r ren te iôn ica q u e fluirá. Para íons K" , esta p o d e ser escrita:
o Potencial de Açáo na Teona 7 9
Figura 4.4
Correntes e corfdutAnclas de membra-
na. Aqui está um neurônio ideal com bom-
bas sódio-potássio. canais de potássio e
canais de sódio. As bombas estabelecem
gradientes de concentração iónicos de tal
torma que K" é concentrado dentro da cé-
lula e Na" é concentrado fora da célula, (a)
Inicialmente, imaginemos que todos os ca-
nais estào fechados e o potencial de mem-
brana é igual a O mV. (b) Agora, abrimos os
canais de potássio e K" flui para tora da cé-
lula. Este movimento de K" é uma corrente
elétrica. I, e fluirá enquanto a corKJutânaa
da membrana aos ions K' . g .^ for maior
que zero e o potencial de membrana não
se igualar ao potencial de equilíbrio do po-
tássio. (c) No equilíbrio, nâo há corrente lí-
quida de potássio, porque, embora g, seja
maior que zero. o potencial de membrana
em equilíbrio é igual ao E„. sendo que um
igual número de íons K' entra-e-sai da cé-
lula.
modo mais geral, escrevemos:
Se isso ihe M»a í.imiii£ir. é porque se trnta simplesmente de uma expressão da lei
de O h m . I - gV, vista no Capí tu lo 3.
Agora vejamos nov«imente nosso exemplo. Inicinlmente, cometamos com
« O mV e nenhuma permeabi l idade iònica na membrana (Figura 4.4n). Existe
uma grande for»,M impulsora nos íons K \ pois V , * E^; de falo. ( V , - EJ = 80 mV.
tn t re lan lo , uma vez que a membrana é impermeável ao K', a condutância do
potássio, g^, é igual a zen>. Consetiüenlemente. I i = 0. Acorrente de potássio ape-
nas f lu i quando est ipulamos que a membrana tem canais de potássio abertos, e
en t t log i >0 , Neste cast>, íons K ' fluem para fora da célula, pelo menos enquanto
o potencial de membrana d i fer i r do pt)tencial de equilíbrio do potássio (Figura
4.4b). Note que o f l uxo da corrente aponta no sentido que leva de V , a E^. Quan-
do V „ = E^, a membrana estará em equi l íbr io e náo haverá fluxo líquido de cor-
rente. Nesta condição, embora haja uma grande condutância de potássio, g^, já
náo existe quak|uer força impulsora sobre os íons K ' (Figura 4.4c).
O Entra-e-Sai de um Potencial de Ação
A membrana de IUÍSSO neurônio ideal ó permeável somente a K" e V„, » E^ = -80
mV. O que está acontecendo com os íons Na ' concentrados fora da célula? Have-
105 Capítulo 4 / O Potenctal de Ação
rá um«i força i m p u l s o r o m u i t o g r a n d e sobre Na " = | - 8 0 m V - 6 2 mV]
= - 142 m V ) , u m a vez q u e o po tenc ia l d e m e m b r a n a é tão n e g a t i v o c o m relação
ao po tenc ia l d o e q u i l í b r i o d o sód io . En t re tan to , n ã o p o d e have r co r ren te líquida
d o N a ' e n q u a n t o a m e m b r a n a f o r i m p e r m e á v e l a ele. A g o r a v a m o s ab r i r os ca-
nais d e s ó d i o c v e r o q u e acontece c o m o po tenc ia l d o m e m b r a n a .
N o i ns tan te e m q u e m u d a m o s a p e r m e a b i l i d a d e i ôn i ca d a m e m b r a n a , a g ^
ostá a lu i e há u m a g r a n d e fo rça i m p u l s o r a pa ra o N a ' . P o r t a n t o , temos tudo o
q u e p rec i samos pa ra ge ra r u m a g r a n d e co r ren te d e s ó d i o , a t ravés da mem-
brana. íons Na " passam pe los cana is d e s ó d i o na m e m b r a n a n o s e n t i d o que leva
d e V „ a E..,; nesse caso, a co r ren te d e sód io , é d e e n t r a d a {iimvrd), cruzando
a m e m b r a n a . S u p o n d o q u e a p e r m e a b i l i d a d e d a m e m b r a n a seja agora bem
m a i o r para o s ó d i o d o q u e pa ra o po táss io , ta l i n f l u x o d e s ó d i o despolar iza o
n e u r ô n i o ate q u e V m a p r o x i m e - s e d e E.^ , 62 m V .
Obse r \ ' e q u e a l g o e x t r a o r d i n á r i o acon teceu a q u i . S i m p l e s m e n t e t rocando a
p e r m e a b i l i d a d e d o m i n a n t e na m e m b r a n a d e K ' pa ra N a " , o p o t e n c i a l de mem-
brana é r a p i d a m e n t e i n v e r t i d o . E m teor ia , en tão , a fase ascenden te d o potencial
do açáo p o d e ser exp l i cada se, e m resposta à d e s p o l a r i z a ç ã o d a m e m b r a n a além
d o l im ia r , os cana is d e s ó d i o d a m e m b r a n a se a b r i r e m , p e m i t i n d o ao N a ' entrar
n o n e u r ô n i o e p r o v o c a n d o u m a d e s p o l a r i z a ç ã o mac i ça até q u e o po tenc ia l de
m e m b r a n a a t in ja o
C o m o p o d e m o s e x p l i c a r a fase descenden te d o p o t e n c i a l d e ação? Considere
q u e os canais d e s ó d i o fecham-se r a p i d a m e n t e e os cana is d e po táss io permane-
cem abor tos ,
d e ta l f o r m a q u e a p e r m e a b i l i d a d e i ôn i ca p r e d o m i n a n t e na mem-
brana vo l ta -se n o v a m e n t e de N a ' para K " . En tão , K ' fluirá para fo ra da célula até
q u e o po tenc ia l d e m e m b r a n a n o v a m e n t e se i g u a l e a o E^. O b s e r v e q u e se g i au-
m e n t o u d u r a n t e a fase descenden te , o p o t e n c i a l d e ação será a i n d a ma is breve.
Nosso m o d e l o para estes a l tos e ba i xos e en t ra -e -sa i d o p o t e n c i a l d e açào em
u m n e u r ô n i o i dea l é m o s t r a d o na F i g u r a 4.5. A fase ascenden te d o potenc ia l de
açáo é exp l i cada p o r u m a co r ren te de e n t r a d a d e sód io , e n q u a n t o a fase descen-
den te é ens inada p o r u m a co r ren te de saída (outward) d e potáss io . O potencia l de
ação, p o r t a n t o , p o d e ser e x p l i c a d o s i m p l e s m e n t e p e l o m o v i m e n t o d e íons atra-
vés d e cana is q u e são a c i o n a d o s p o r m u d a n ç a s n o p o t e n c i a l d e m e m b r a n a . Sc
você e n t e n d e r este conce i to , terá u m a a m p l a c o m p r e e n s á o sobre as bases iónicas
d o po tenc ia l d e ação.
O P O T E N C I A L DE AÇÃO NA PRÁTICA
V a m o s rev isa r s i n t e t i c a m e n t e nossa teor ia sob re o p o t e n c i a l d o açào: quando a
m e m b r a n a é d e s p o l a r i z a d a até o l im ia r , há u m a u m e n t o t e m p o r á r i o na O au-
m e n t o na g^.j p e r m i t e a e n t r a d a d o íons N a ' , o q u e d e s p o l a r i z a o n e u r ô n i o . Este
a u m e n t o na g , j , d e v e ser b r e v e pa ra e x p l i c a r a c u r t a d u r a ç ã o d o potenc ia l de
ação. A res tauração d o p o t e n c i a l n e g a t i v o d e m e m b r a n a será a i n d a aux i l i ada pe-
l o a u m e n t o t e m p o r á r i o na g^ d u r a n t e a fase descenden te , p e r m i t i n d o q u e os íons
K" d e i x e m o n e u r ô n i o d e s p o l a r i z a d o m a i s r a p i d a m e n t e .
Tostar esta teor ia é bas tante s imp les , e m p r i n c í p i o . T u d o o q u e se l e m a fazeré
m e d i r as condu tânc i a» d o s ó d i o e d o po táss io na m e m b r a n a d u r a n t e o potencial
d e ação. N a p rá t i ca , en t re tan to , tal m e d i ç ã o m o s t r o u - s e bas tante d i f í c i l e m neurô-
n ios roais. O a v a n ç o t é c r v i c c x h a v e f o i a i n t r o d u ç ã o d e u m d i s p o s i t i v o chamado
d e f i x a d o r d e v o l t a g e m (wítage clamp), i n v e n t a d o p e l o f i s i o l og i s ta .imericano
K e n n e t h C . Co le . O s e x p e r i m e n t o s dec i s i vos u s a n d o este m é t o d o f o r a m realiza-
d o s pe los f is io log is tas A l a n H o d g k i n e A n d r e w H u x l e y da U n i v e r s i d a d e de Cam-
b r i d g e p o r vo l t a d e 1950. A f i xação d e v o l t a g e m p e r m i t i u a H o d g k i n o a Huxley
" f i x a r " o po tenc ia l d e m e m b r a n a d e u m a x ô n i o e m q u a l q u e r v a l o r q u e oscolhO"
sem. A s s i m , eles p o d i a m ca lcu la r as m u d a n ç a s q u e o c o r r i a m na condu tânc ia
d i fe ren tes po tenc ia is d e m e m b r a n a , m e d i n d o as co r ren tes q u e fluíam através df*
la. Em u m a sér ie d e e x p e r i m e n t o s , H o d g k i n e H u x l e y d e m o n s t r a r a m que n f j s '
ascendente d o po tenc ia l d e ação era, d o fa to, p r o v o c a d a p o r u m a u m e n t o transi-
t ó r i o na g»,^, c o m u m i n f l u x o d e íons N a ' e q u e a fase descenden te estava associa-
o Potencial de Açáo na Prálica 81
^ ^ , . , . „ „ 5 „ ri. n . rmeabl l ldadei6nlca relativa da membrana, (a) Neuränio ideal, introduzido na
O potencial de membrana muda pela al.eraçao da permeabilida k ' e V . = E,, |b) Estipulamos que os canais de sódio na
Rgura 4,4. Comecemos imaginando que a o,> °
ro da Célula, levando o V „ para valor próximo do E„ (c) A g o r a ^ ^^^^ ^^ ^ ^ ^^
lenciai de membrana é positivo, existe uma grande força impulsora souie uo
(d) O potencial de repouso é restaurado: V „ = E^.
8 2 Capítulo 4/OPolBfícialdeAçio
d.i <1 um aumento n.) com um efluxo de íons K E s s i i s descobcrtns lhes vnleuo
Prémio Nobi'l de WM. •
Para explicar as alterações tempor.irias na 1 kxlRkin e Huxley propuseram
a existência de "portòes" para o scVíío na membrana axonal. A hipótese levanta-
da era que esjies p t i r t t ^ eram "at ivados" - abertos •- por uma despolarização
acima do limiar e "inativados" - fechados e trancados - quanifo a membrana ad-
quiria um potencial de membrana ptwitivo. Esses porttVs eram "at-ngatilhados"
(i.e.,"desinativados") - destrancados de forma que pudessem ser novamentf
acionados - apenas quando o piitencial de membrana rvtomasse a o seu valor nt-
gativo.
É um tributo a Hodgkin e Huxley que suas hipóteses sobre os portées de
membrana tenham se antecipado em mais de 20 anos ,1 demonstrai; , lo direta dt
ptxiteinas que hincionam como canais dependentes de voltagem na membrana
neuronal. Temos uma nova compreensão de canai.s de m e m b r a n a dependentes
de voltagem graças a dois avanços científicos recentes. Primeiro, novas técnicas
da biologia molecular permitiram aos neurocientistas determinar a estrutura de-
talhada dessas proteínas. Segundo, novas técnicas neurofisiológicas permitiram
aos neunxientistas mediras correntes iónicas que passam por canais únicos iso-
lados ("unitários"). Assim, seguiremos estudando o potencial de açüo a partir do
ponto de vista desses canais iónicos de membrana.
O C a n a l de S ó d i o D e p e n d e n t e d e V o l t a g e m
A denomm.K.l,. canal de sódio dependente de voltagem é bastante
adequada, pois a proteína forma um porxi na membrana al tamente seletivo a icms
Na , o qual é abi-rto e fechado por alterações no potencial elétrico da membrana.
Estrutura d o Canal d e S ó d i o . O canal de sódio dependente de voltagem é cria-
do a partir de um único e longo polipeptidio. A molcvula possui quatro domínios
distintos, numerados I - IV; cada domínio consiste de seis s e g m e n t e i de alfa-héli-
ce transmembrana, numerados SI - S6 (Figura 4.6). Acredita-se que os quatro dcv
mimos esteiam agrupados, formando um poro entre eles. O poro está fcvhado
quando a membrana c^tá em seu potencial de n..pouso negativo. Kntretanto, quan-
Î T , ° a molécula sofrx. uma alteração con-
forma lonal de forma tal que .x-rmita a passagem de Na ' pc-lo poro (l-iguía 4.7).
cas '^ iu^ " " " junto ao poro, ai-
5 ^ m a i s 3 T T " >»rna o canal 12 ve-
d l a m í T r r f ° ' ' r * P " " " ' " - Ap.m.ntemente, os íons Na'
d da que passam pelo canal. A água retida, que serve c o m o uma espécie de sé
quito de acompanhantes" ( c a r è n e ) moleculares para o ion, é neces í i r ia n a l
que ele pas«, pelo filtro de seletividade. O complexo íon-ágCá p o l se7utili 1
do para selecionar Na' e excluir K' (Figura 4.8) '
dos 1 carregados posit ivamente estáo posiciona-
dos regularmente ao longo das voltas das alfa-hélices. Assim o seemenio intei-
P r o p r i e d a d e s F u n c i o n a i s d o C a n a l d e S ó d i o l i i t u d o s r . . > i i , i i ,
de , . « 0 , no laboratório de Erwin Neher, noTn^i u t ^ M ^ f anc 1 n ! i l i ü ^ i g ^
OPoíenc«lôeAçâonaPrâtca 83
Fillro de seleitvidade
Sensor de voltagem
Ponão
Figura 4.6
Estrulura do canal de sódio dependente de voltagem, (a) Acredita-se que a cadeia polipeptidica do canal
de sódio esteja colocada desta maneira na membrana. A molécula consiste de quatro domínios. I-IV. Cada do-
mínio consiste de seis segmentos de ai(a-hélice (representados pelos cilindros azuis) que vôo e vêm através
da membrana.) (b) Vista aumentada de um domínio, mostrando o sensor de voltagem da alfa-hélice S4 e a
alça do poro (em vermelho), que contribui para o filtro de seletividade. (c) Vista da molécula, mostrando como
os domínios podem se organizar
para lormar um poro entre eles. (Fonte; Adaptada de Armstrong e Hille,
1998. Fig-1,)
109 Capítulo 4 / O Potenctal de Ação
Figura 4.7
Modelo hipotét ico para a mudança de
conf iguração do canal de sód io pela
despolar ização da membrana.
da m e m b m n a neu rona l , c o m o q u e ã secc ionando. Esla p o r ç ã o d e membrana po-
de, ent . io , ser r e m o v i d a d o n e u r ô n i o , e as co r ren tes ión icas p o d e m ser medidas
at ravés de la e n q u a n t o o p o t e n c i a l é fixado e m q u a l q u e r v a l o r q u e o pesquisador
selecione. C o m sorte, aque la p e q u e n a p o r ç ã o d e m e m b r a n a con te rá apenas um
ün i co canal , e o c o m p o r t a m e n t o desse cana l p o d e r á ser e s t u d a d o . O m é t o d o de fi-
xação d e m e m b r a n a p e r m i t i u q u e N e h e r e co labo rado res es tudassem as proprie-
dades func iona is d o canal d e s ó d i o d e p e n d e n t e de v o l t a g e m ( Q u a d r o 4.3).
A m u d a n ç a d o p o t e n c i a l d e m e m b r a n a d e u m a p o r ç ã o d e m e m b r a n a axonal
de - 8 0 para - 6 5 m V t e m p o u c o e fe i t o sobre os cana is d e s ó d i o dependen tes de
v o l t a g e m . Eles p e r m a n e c e m fechados p o r q u e a d e s p o l a r i z a ç ã o da membrana
a i nda n ã o a t i n g i u o l im ia r . A m u d a n ç a d o p o t e n c i a l d e m e m b r a n a d e - 65 para
- 40 m V , e n t r e t a n t o , p r o v o c a a a b e r t u r a desses cana is . C o n f o r m e m o s t r a d o na
F igu ra 4.9, cana is de í ^ i o d e p e n d e n t e s d e v o l t a g e m a p r e s e n t a m u m padrão de
c o m p o r t a m e n t o caracter ís t ico :
1. Eles a b r e m c o m p o u c o a t raso (a t i vação r á p i d a ) ;
2. Eles f>ermanecem abertos p o r cerca d e 1 m s e en tão se f e c h a m (são inativados);
3. Eles n ã o p o d e m ser aber tos n o v a m e n t e m e d i a n t e despo la r i zação até que o po-
tenc ia l de m e m b r a n a r e t o m e a u m v a l o r n e g a t i v o p r ó x i m o d o l im ia r .
A F igu ra 4.9c apresenta u m m o d e l o h i p o t é t i c o para a f o r m a pela q u a l altera-
ções co r \ f o rmac iona i s n o cana l d e s ó d i o dep>endente d e v o l t a g e m p o d e m expli-
car essas p r o p r i e d a d e s .
U m ú n i c o cana l n ã o d e t e r m i n a u m p o t e n c i a l d e ação. A m e m b r a n a dc um
a x ó n i o p o d e con te r m i l h a r e s d e canais d e s ó d i o p o r m i c r ó m e t r o q u a d r a d o (um'),
sendo necessária u m a ação o r q u e s t r a d a desses cana is pa ra ge ra r o q u e medimos
c o m o u m p o t e n c i a l d e ação. A p e s a r d i sso , é i n te ressante o b s e r v a r quan tas pro-
p r i edades d o po tenc ia l d e ação p o d e m ser exp l i cadas pe las p r o p r i e d a d e s do ca-
na l d e s ó d i o d e p e n d e n t e d e %'oltagem. Por e x e m p l o , o f a to d e q u e canais unitá-
r ios n ã o a b r e m a té q u e u m n í v e l c r í t i co d e d e s p o l a r i z a ç ã o d a membr. in< i seja
a t i n g i d o exp l i ca o l i m i a r d o p o t e n c i a l d e ação. A a b e r t u r a r á p i d a d i w canais em
resposta à despo la r i zação exp l i ca p o r q u e a fase ascenden te d o po tenc ia l de ação
oco r re tão r a p i d a m e n t e . E o c u r t o p e r í o d o d u r a n t e o q u a l os cana is permanecem
Figura 4.8
D imensões do f i l t ro de selet iv idade do
canal de sód io . Água acompanha QS íons
à medida que passam pelo canal. Na' hi-
dratado ajusta-se ao tamanho do canal; K"
hidratado nâo se ajusta, (Fonte: Adaptada
A
o Potencial de Açáo na Práticâ 85
A L I M E N T O P A R A O C É R E B R O
O Método de Fixação da Membrana {Patch-Clanip)
A própria existência de canais dependentes de voltagem na mem-
brana neuronal ta uma mera suposição até serem desenvolvidos
méiodos para estudar as proteínas individuais que constituem os
canais. Um novo e revolucionário método, o método de fixação da
membrana ipatch-clamp). foi desenvolvido pelos neurocteniistas
alemães Bert Sakmann e Enwin Neher na metade da década de
1970. Em reconhecimento à sua contnbutçáo. Sakmann e Neher
receberam o Prêmio Nobel de 1991
A tixaçào da membrana permite que sejam registradas cor-
rentes iónicas atravessando um único canal (Figura A). O primei-
ro passo é o de se tomar um eletrodo de vidro para registro, o
qual possui uma ponta finamente polida, com 1 a S M^ diâ-
metro. baixar suavemente esta ponta sobre a membrana de um
neurônio (parte a) e então aplicar uma suave sucçáo airavés da
ponta do eletrodo (parte b). A borda entre as paredes do eletro-
do e a porção de membrana adjacente (ica selada. Esta sela-
gem, dita 'g igâohm' (ass im chamada devido à alta resistência
elétrica que apresenta, > 10 * i i ) , faz com que os íons no eletro-
do tenham apenas um caminho a tomar, ou seja. através dos ca-
nais na membrana adjacente. Se o eletrodo é retirado da célula,
aquela porção de membrana adjacente pode ser arrancada
(parte c) e correntes iónicas podem ser medidas quando volta-
gens constantes são aplicadas pela membrana (parte d).
É possível se efetivar o registro de correntes fluindo airavés
de um único canal. Se aquela porção de membrana contiver
um canal de sódio dependente de voltagem, por exemplo, ao
mudarmos o potencial de membrana de - 6 5 para - 4 0 mV pro-
vocaremos a abertura do canal e a corrente (I) fluirá através
dele (parte e). A amplitude da corrente medida em uma volta-
gem constante na membrana reflete a condutância do canal e
a duração da corrente reflete o tempo em que o canal eslá
aberto.
Registros usando fixação de membrana revelam que a maior
parte dos canais oscilam entre dois estados de condutância, os
quais podem ser interpretados como abertos ou fechados. O
tempo em que eles permanecem abertos pode variar, mas o va-
lor de condutância de um único canal permanece o mesmo, diz-
se então que ele é unitário. Os íons podem passar através de
um único canal a uma laxa surpreendente - bem acima de um
milhão de ior\s por segundo.
^ Mudança na voltagem através
de uma porção da membrana
Canal aberto Canal lechado
PiQura A
86 Capítulo 4 / O Potenctal de Ação
A R O T A D A D E S C O B E R T A
O Desafio de Decifrar os
Canais Dependentes de Voltagem
E R W I N N E H E R
Logo após Bert Sakmann e eu termos obtido sucesso na resolu-
ção das correntes de canais unitários que podem ser ativados
em células musculares pelo neurotransmissor acetilcolina. sur-
giu a questão seguinte: poderiam os canais dependentes de vol-
tagem ser submetidos ao mesmo enfoque experimental? Por al-
gum tempo, ficamos em uma situação delicada. Os canais ativa-
dos por acetilcolina que havíamos estudado tinham, de fato. pro-
priedades favoráveis: as correntes tinham grande amplitude e os
canais permaneciam abertos por um bom tempo. Mesmo assim,
nossas técnicas eram tào pouco aperfeiçoadas no início dos
Figura A
Micrografia eletrônica de varredura da ponta de uma pipeta pa-
ra fixação de membrana dos "velhos tempos'. O onficio desta pi-
peta era de 0.5 ^ m de diâmetro.
Erwin Neher
anos 70 (Rgura A) que mal podía-
mos separar as correntes de ca-
nais individuais. Canais depen-
dentes de voltagem pareciam es-
tar além do alcance de nosso mé-
todo devido à rapidez com que
mudam de um estado a outro e à
pequena amplitude (de seus po-
tenciais).
Apesar disso, em um simpósio
na Universidade de Yale. Franco
Conti convenceu-me de tentar o
registro utilizando o axônio gigan-
te da lula. Assim, fui até a Estaçáo
de Biologia Mannha em Camogli .
na Itália, para algumas visitas.
Franco e eu tomamos pipetas de medição com formato em "L" e
as inserimos longitudinalmente em axõnios gigantes de lula. ten-
tando pressionar a membrana para tora a partir de lado de den-
tro, visando a uma medida
com fixação de membrana. Aprendi a
admirar a arte de Franco em dissecar e manipular o frágil axô-
nio. Mesmo assim, expenmentamos grande frustração pelas di-
ficuklades da tarefa, exceto por alguns registros realmente esti-
mulantes, que, de fato. mostravam flutuações regulares no abrir
e fechar dos canais dependentes de voltagem, compatíveis com
as propriedades de canais de potássio dependentes de volta-
gem. Os registros desses experimentos acabaram na Nature.
mas o enfoque experimental era extremamente difícil para que
continuássemos com ele.
As coisas mudaram quando Fred Sigworth veio para o labora-
tório. Ele havia concluído sua tese de doutorado, na qual descre-
via um método de análise para determinar flutuações em corren-
tes através de canais, mesmo se elas nâo pudessem ser com-
pletamente separadas ou "resolvidas'. Começou a registrar tais
flutuações em células musculares. Enquanto ele executava seus
expenmentos. eu consegui obter o que agora é conhecido como
a selagem •gigaohm'{'gígaohm'seaff ou "gigaselagem". Com
esta 'gigaselagem". todos aqueles proWemas de análise melho-
raram em uma ordem de magnitude. Fred, com experiência em
engenharia eletrônica, rapidamente melhorou a eletrônica para
alcançar as melhorias nas condições de registro. Em poucas se-
manas, ele havia registrado toda uma fita com correntes bem
separadas de canais de sódio dependentes de voltagem.
o Potencial de Açáo na Prálica 8 7
f
Corrente
de entrada
Correnie
de enirada
T
Corrente
de entrada
u ™ —
Canal aberto
hX^'é)''
dbertos antes d e se rem i n a t i v a d o s (menos de 1 ms) expl ica, em parle, a razào pe-
la qual o po tenc ia l d e açAo é tão breve. Adema is , . \ inat ivação dos canais p tx ie ex-
plicar o p e r í o d o refratário abso lu to : o u t r o potencia l de açào não pode ser gerado
até que os canais se jam reenga l i l hados .
Os Efe i tos d e T o x i n a s s o b r e o s C a n a i s de Sód io . As correntes que pasv im
pelo canal de s í k l i o , ass im c o m o os potenc ia is de ação. podem ser completamen-
te b loqueados c o m l e l r o d o l u x i n a ( T T X ) . Esta potente toxina obstru i o poro per-
meável ao N a " , l i gando -se f i r m e m e n t e a u m s i t io específico no lado externo d o
canal. O r i g i n a r i a m e n t e i so lada d o s o v á r i o s d o peixe chamado de Iviucu, a TTX
«eralmente é fa ta l q u a n d o i nge r i da . Apesa r d isso, o baiacu é considerado uma
iguaria no Japão. Chefs d e c o z i n h a especia l izados no preparo d o susiü t re inam
durante omw e p o d e m ob te r pe rm issão d o gove rno para preparar o peixe de tal
forma que. q u a n d o i n g e r i d o , cause d o r m ê n c i a ao retior da b i va . Isso ê que é
üventurar-se pela K K M !
A TTX é u m a en t re vár ias tox inas na tu ra is que inter ferem com a função d o ca-
nal de sódio d e p e n d e n t e d e vo l t agem. O u t r a tox ina bUx]ueadora do canal a sa-
xilMina, p r o d u z i d a p o r d i n o f l a g e l a d o s d o género Coiiiiiiulax. A saxitoxi i ia en-
contrada e m ma i s a l ta concen t ração e m mar iscos, mex i lh iVs e outros moluscos
q u f se a l i m e n t a m destes p r i ) t o / o á r i o s mar inhos . CXasionalmente, os d ino f lage-
l-idos r e p r o d u z e m - s e d e f o r m a m u i t o exuberante , caus.mdo o que ê conhec ido
Figura 4.9
Abertura e fechamento dos canais de
sódio com despolarização da mem-
brana. (a) Este traçado mosira o po-
tenciai elétrico através de uma porção
da membrana. Quando o potencial de
membrana muda de - S5 para - 40 mV.
os canais de sódio abrem-se. (b) Traça-
ctos mostram como três canais diferen-
tes respondem ã alteração de voftagem.
Cada linha é o registro da corrente elé-
trica que tlui através de um único canal.
(1 ) A -65 mV. 08 canais estão fechados,
de forma que nâo há corrente. (2) Quan-
do a membrana é despolarizada até
-40 mV. os canais abrem-s© brevemen-
te e a corrente flui para dentro, repre-
sentada pela deflexão para baixo no tra-
çado da corrente. Embora exista alguma
variação de um canal para outro, todos
se abrem (»m pequeno retardo, perma-
necendo assim por cerca de 1 ms. Após
abrirem uma vez, eles se fecham e per-
manecem desse modo, enquanto a
membrana for mantida despolarizada.
(3) O fechamento do canal de sódio pe-
la despolarização estável e continuada
é chamado de inatn/ação. (4) Para reen-
gatilhar os canais, a membrana deve re-
tornar a - 6 5 mV (c) Modelo pelo qual
mudanças na conformação da proteína
do canal de sódio poderiam permitir
suas propriedades funcionais. (1) O ca-
nal fechado (2) abre-se com a despola-
rização da membrana. (3). Ocorre inati-
vação quando uma porção globular da
proteína gira para ctma. oduindo o poro.
(4) Reengatilhamento ocorre quando a
porção globular afasta-se e o poro fe-
cha-se pelo movimento dos domínios
transmembrana.
8 8 Capítulo 4 / O Potenctal de Ação
c o m o " m a r ó v e r m e l h a " . A ingestão d c m o l u s c o s nesses p e r í o d o s p o d e ser fatal •
e m decor rênc ia da a l ta concent ração da tox ina .
A l é m das tox inas q u e b l o q u e i a m canais de sód io , cer tos c o m p o s t o s interferem
c o m o f u n c i o n a m e n t o d o s is tema ner\-oso, po i s c a u s a m a a b e r t u r a d o s canais dc
mane i ra i n a p r o p r i a d a . Nesta ca tegor ia está a tHitmivtoxiiirt, e n c o n t r a d a da pele
d e u m a v a r i e d a d e d e rã c o l o m b i a n a . A b a t r a c o t o x i n a faz c o m q u e os canais
abram-se e m po tenc ia i s ma i s nega t i vos e ass im p e r m a n e ç a m p o r u m per íodo de '
t e m p o m u i t o m a i s l o n g o q u e o n o r m a l , d e f o r m a q u e p r e j u d i c a m a codificação
da i n f o r m a ç ã o pekís po tenc ia is d e ação. Tox inas p r o d u z i d a s p o r l í r i os (veratridi-
na) e r a n ü n c u l o s (acon i t i na ) ap resen tam u m m e c a n i s m o d e ação semelhante, A
Ina t i vação d o cana l d e s ó d i o é t a m b é m p e r t u r b a d a p o r t o x i n a s d e escorpiões e ,
anémonas mar i nhas .
O q u e p o i l e m o s a p r e n d e r dessas tox inas? P r i m e i r o , as d i f e r e n t e s tox inas alte-
r a m a f unção d o canal , u m a vez q u e se l i g a m a d i f e ren tes s í t ios na proteína, in-
fo rmações acerca da l igação d e tox inas e suas conseqüênc ias t ê m a j u d a d o os pes-
qu isadores a d e d u z i r a es t r u tu ra t r i d i m e n s i o n a l d o cana l d e s ó d i o . Segundo, as
tox inas p o d e m ser u t i l i z a d a s c o m o f e r r a m e n t a s e x p e r i m e n t a i s para estudar as
conseqüênc ias ( f a rmaco lóg i cas ) d o b l o q u e i o d o s p o t e n c i a i s d e ação, Por exem-
p lo , c o m o v e r e m o s nos cap í t u l os segu in tes , a T T X e c o m u m e n t e u t i l i z a d a em ex-
p e r i m e n t o s q u e r e q u e r e m o b l o q u e i o d e i m p u l s o s e m u m n e r v o o u músculo. A
terceira e ma i s i m p o r t a n t e l i ção o b t i d a d o e s t u d o d a s tox inas : deve-se ter cuida-
d o c o m a q u i l o q u e se v a i i nge r i r .
Os Canais de Potássio D e p e n d e n t e s de Vol tagem
O s e x p ^ rimi u t o s d e H c x l g k i n e H u x l e y i n d i c a r a m q u e a fase descenden te do po-
tenc ia l de ação só era p a r c i a l m e n t e exp l i cada pe la i n a t i v a ç ã o d e g^^. a lém de um
a u m e n t o t r ans i t ó r i o n o g^, q u e f u n c i o n a v a ace le rando a res tauração d o potencial
d e m e m b r a n a n e g a t i v o após o p i c o o u p o n t a (spike). A l é m d i sso , pos tu la ram a
ex is tência d e p o r t õ e s d e po táss io na m e m b r a n a que , a s s i m c o m o os por tões dc
sód io , se abr issem e m resposta à despo la r i zação da m e m b r a n a . Di ferentemente
d o s por tões de sód io , c o n t u d o , os d e po
táss io n ã o se a b r e m i m e d i a t a m e n t e após
a despo la r i zação ; é necessár io cerca d e 1 m s para q u e e les se a b r a m . Em c o n ^
qüênc ia deste at raso, e u m a vez q u e a c o n d u t â n c i a a o po táss io se rve para recom-
p o r o po tenc ia l de m e m b r a n a , esta c o n d u t â n c i a fo i c h a m a d a d e retificador cow p"- i-
tardo (delayed rectifier).
H o j e sabemos q u e há m u i t o s t i p o s d e cana i s d e p o t á s s i o d e p e n d e n t e s de
v o l t a g e m . A m a i o r i a de les abre-se q u a n d o a m e m b r a n a está despo la r i zad . i c
eles f u n c i o n a m d i m i n u i n d o q u a l q u e r d e s p o l a r i z a ç ã o a d i c i o n a l , d a n d o passa-
g e m aos íons K ' pa ra q u e d e i x e m a cé lu la , c r u z a n d o a m e m b r a n a . O s canais de
potáss io d e p e n d e n t e s de v o l t a g e m c o n h e c i d o s t êm, t odos , u m a es t r u tu ra simi-
lar. A s p ro te ínas desses cana is c o n s i s t e m d e q u a t r o s u b u n i d a d e s p o l i pep tídicas
separadas, q u e se r e ú n e m f o r m a n d o u m p o r o . D e f o r m a s e m e l h a n t e aos canais
d e s ó d i o , essas p ro te ínas sào sensíve is a m u d a n ç a s n o c a m p o e l é t r i co q u e "em-
b e b e " a m e m b r a n a . Q u a n d o a m e m b r a n a está d e s p o l a r i z a d a , acred i ta-se que as
s u b u n i d a d e s m u d e m de f o r m a para p e r m i t i r a passagem d o s íons potáss io atr.v
vés d o p o r o .
Juntando as Peças do Q u e b r a - C a b e ç a
Podemos agora usar o q u e a p r e n d e m o s sobre íons e cana is para e x p l i c a r as pr^ »"
p r i edades -chave d o s po tenc ia i s d e ação.
• Limiar: é o po tenc ia l d e m e m b r a n a n o q u a l u m n ú m e r o su f i c i en te d e canais
s ó d i o dependen tes d e v o l t a g e m abre-se d e f o r m a q u e a p e r m e a b i l i d a d e jóni-
ca re la t iva da m e m b r a n a favorece o s ó d i o sobre o po táss i o ' .
• N. dc T. láw pi rlurb-içA» pn)pjga-sf l u mombraivs j<> long., di' I.KIJ d celulj ci>m.) uma caxMtJ df
ÇI.., REALIMI-NLJRKÍ,VM.- st-mpn.- M4><. à fn-nl.- c. A„ f,m ao cabi,. n t n . t jnd i ) hnios i», M-IIS ciinai» de
iranspürlj, a^»im, a infonnaçAo àv modo nJo di-cn-mi-nMl ao lonfço do axfttiic. oti- suj» l. rmin.KÍW.
A Condução do Potencial de Ação 8 9
. fos«' ascendente (despolar ização) : enquan lo o lado citosólico da membrana es-
tá n e g a t i v o e m relação ao l ado externo, há uma grande força impulsora sobre
os íons Na" . A s s i m , q u a n d o os canais de sódio se abrem, os íons Na ' precipi-
tam-se para d e n t r o da célu la at ravés de seus poros, causando a despolariza-
ção r á p i d a da m e m b r a n a que vemos na Figura 4.10.
• U/frnfJíissfl^t-m; u m a vez que a permeab i l idade relativa da membrana favorece
e n o r m e m e n t e o s ó d i o , o potenc ia l de membrana atinge u m valor p róx imo do
EN.,' "-li-ie é m a i o r d o que O mV.
• Fíisf descatdeitk' (repiMarizaçâo): os compor tamentos de dois tipos de canais co-
laboram para a fase descendente de repolarização; pr imeiro, os canais de sódio
dependen tes d e v o l t a g e m sáo rap idamente inativa dos; segundo, os canais de
potássio dependen tes de vo l tagem f inalmente terminam de se abrir (o mecanis-
m o para ta l é d i s p a r a d o 1 ms antes, pela mesma despolarização); existe uma
g rande força i m p u l s o r a sobre os íons K" quando a membrana está fortemente
despo la r izada, de m o d o que estes se prec ip i tam para fora da célula através dos
canais ad i c iona is abertos*, fazendo com que o potencial de membrana v o l t e -
agora nào tão r a p i d a m e n t e (fase pó»-despol(iri:uiçâo) - a ser negat ivo" .
• l>ik-hipcrpolnrizaçno: os canais de potássio dependentes de vol tagem que estão
aber tos a d i c i o n a m , à m e m b r a n a em repouso, mais permeabi l idade ao potás-
s io; u m a vez q u e há pouca permeab i l idade ao sódio, o potencial de membra-
na m u d a e m d i reção ao E^, causando u m a hiperpolar izaçáo em relação ao po-
tencia l d e m e m b r a n a d e repouso, até que os canais de potássio dependentes
de v o l t a g e m c o m p l e t e m seu fechamento; nesta fase, a bomba já reorganizou
co r re tamen te os g rad ien tes , mas, c o m o fo i d i to , a inda vaza excesso de K" ; o
po tenc ia l d e m e m b r a n a permanece hiperpKílarizado até que os canais de po-
tássio d e p e n d e n t e s d e v o l t a g e m se fechem.
• Período refratário absoluto: os canais de sódio são inat ivados quando a membra-
na t o m a - s e f o r t e m e n t e despo la r i zada ; esses canais não podem ser at ivados
n o v a m e n t e , e o u t r o po tenc ia l de ação não pode ser gerado, até que o potencial
de m e m b r a n a esteja su f i c i en temen te negat ivo para reengati lhar os canais.
• Perioiio refratário relativo: q u a n d o u m a parte dos canais com portão de N a ' já
r eenga t i l hou , é poss íve l , c o m u m a corrente despolar izante maior, levar o po-
tenc ia l de m e m b r a n a até o l i m i a r e d isparar ou t ro potencial de ação antes do
f i na l d o p r ime in> .
V i m o s q u e os cana is e o m o v i m e n t o de íons através deles podem explicar as
p r o p r i e d a d e s d o p o t e n c i a l de ação. N o entanto, é impor tan te lembrar-se que a
b o m b a de sód io -po táss i o t a m b é m está t raba lhando em si lêncio no pano-de-fun-
d o deste cenár io . I m a g i n e q u e a ent rada de N a ' durante cada potencial de ação
seja c o m o u m a o n d a c a i n d o sobre a proa de u m barco que navega em mares tem-
pestuosos. A s s i m c o m o a ação con t ínua da bomba que des.ilaga a embarcação, a
b o m b a de sód io -po táss io t raba lha o t empo todo para transportar o N a ' de vol ta
através da m e m b r a n a . A b o m b a m a n t é m estáveis os gradientes de concentração
iónica q u e i m p u l s i o n a m N a ' e K ' a t ravés de seus rwpec t i vos canais durante o
potenc ia l d e ação.
A C O N D U Ç Ã O DO POTENCIAL PE AÇÃO
Para t rans fe r i r i n f o r m a ç ã o de u m p o n t o a ou t ro no sistema ner\ osti é necessário
que o po tenc ia l de ação, u m a vez gerado, seja conduz ido ao longo do axónio. Es-
• N. dl- T. 1 i-mba-sv qui- no n-|Huiso |.i t-xisloni cjn.iis do \ .i/.imfnli> p.irj o K'. pormanumenii-tíli' abcfics,
por ..nOe si.-mpr<- [Mnlom Mir t• l^l•s íortv qu.indo so ahrern os v.iiiais com pjra K'. eMos w )unlün> .ii»
quy jó L~.i.n-.im .iK'rU>s, .minvtitoiído ainda mdis d }vrine.it»ilKl.uli- <l.i mcmbran.! .Uiiiele km, pois objplivani
a<mpcn.sdr pret-iH,iiii.-nli- o (Rr.imli?) .uimeiilo n.i pcrnxt-ai^ ilidade ao Na': o potcncial de a-piiusiv sv m.in-
ti-in IU«, nm-is em di-w .^•^ tar mtili.intf uma delrmiinada n-la^âo tiva i-nta- as |,>erniMbilid.idL-. ao K"
(mju)r) e jo Na' imi-nor).
•• N. de r. A dvnu.ra ./.sfK-íuriMpJci cm alingtr a \ i-haRciii original do n-pouso a .jut- o trabalho
auMliar djs N.m^>a^ MWi.v-pin.issu. ATl'as»-.. lyvc é o de rwr^ani/ar «s gradientes tònia^ n. deslellos do sWio
«; dl- p»>|j.v,io. é n.-.íli/.ido cunlra o x a/omento i-xa^Mvo di- k" (\ i-r noU anlenor).
9 0 Capítulo 4 / O Polencial de Açáo
Rgura 4.10
Base motecular do potencial de açáo.
(a) Potencial de membrana, conforme mu-
da com o tempo, durante um potenciai de
ação. Fase ascendente do potencial de
ação é causada pelo influxo de íons Na+
por meio de centenas de canais de sódio
dependentes de voltagem. A fase descen-
dente é causada pela inativação dos ca-
nais de sódio e o efluxo de íons K+ via ca-
nais de potássio dependentes de voJtagem
que são abertos, (b) Correntes de entrada
através de très canais de sódio dependen-
tes de voltagem representativos. Cada ca-
nal abre com pequeno retardo quando a
membrana está despolarizada até o limiar.
O canal permanece aberto por não mais
que 1
ms e. então, é inativado, (c) Somató-
rio das correntes de sódio fluindo por todos
os canais de sódio, (d) Correntes de saída
por três canais de potássio dependentes
de voltagem representativos. Canais de
potássio dependentes de voltagem abrem-
se cerca de 1 ms após a membrana estar
despolarizada até o limiar e permanecem
abertos enquanto a membrana estiver des-
polarizada. Alta permeabilidade ao potás-
sio laz com que a membrana se hiperpola-
rize por algum tempo. Quando os canais
de potássio dependentes de voltagem fe-
cham-se, o potencial de membrana relaxa
de volta ao potencial de repouso, cerca de
-65 mV. (e) O somatório das correntes de
K' fluindo através dos canais de potássio,
(f) Corrente líquida transmembrana duran-
te o polencial de ação (soma das partes ç
ee).
Corrente
transmembrana
liquida
tü processo é como a queima de u m pavio. Imag ine seu personagem favorito
H Q segurando uma banana de d inami te , com u m fósforo aceso sob o pavio, q"^
incendeia quando estiver suf ic ientemente quente (ultrapassa a l g u m limiar)- ^
chama aquece o segmento de pav io que se segue até que ele pegue íogo.
forma, a chama faz seu caminho ao longo d o pavio. No te que o pav io que c J«^
A Condução do Potencial de Açáo 9 1
Figura 4.11
Condução do potencial d© açáo . Entra-
da de cargas positivas durante o potervaal
de ação causa despolarização até o Itmiar
da membrana logo à sua frente.
3 ms apá8
so e m u m a e x i r o m i d a d e apenas que im. i em u m sentído; a chama não pode retor-
nar p o r o n d e v e i o p o r q u e o mater ia l in f lamáve l logo atrás já foi queimado.
A p r o p a g a ç ã o d e u m po tenc ia l de ação ao longo do axônio é semelhante à
p ropagação d a c h a m a ao l ongo d o pav io . Q u a n d o o axônio está suf icientemente
d e s p o l a r i z a d o para a t i n g i r o l im ia r , canais de sódio dependentes de vol tagem
abrem-se e o po tenc ia l d e açào é in ic iado. O in f luxo de carga posit iva despolari-
za o s e g m e n t o d e m e m b r a n a imed ia tamente à frente, até que ele alcance o l im ia r
e gere seu p r ó p r i o po tenc ia l de açáo (Figura 4.11). Desta forma, o potencia l de
ação faz seu c a m i n h o ao l o n g o d o axôn io ate alcançar o termina l do axônio, as-
s im i n i c i a n d o a t ransmissão s inápt ica (o assunto do Capí tu lo 5).
U m po tenc ia l d e ação i n i c iado e m uma ext remidade de u m axônio apenas se
p ropaga e m u m a d i reção , ele não vo l ta pe lo caminho já percorr ido. Isto ocorre
p o r q u e a m e m b r a n a p o r o n d e p a s « m está refratária como a-sul lado da inativação
dos canais d e s ó d i o recém-u t i l i zad i» . N o entanto, tal como o pavio, u m potencial
de ação p o d e ser g e r a d o p o r desp»olarização em qualquer extremidade d o axônio
e ass im p o d o se p r o p a g a r e m qua lque r sent ido. (Norma lmente os potenciais de
ação p ropagam-se e m apenas u m sent ido, o que se chama condução \Jrli\lrôniica.
A p ropagação n o sen t ido inverso, a lgumas vezes obt ida experimentalmente, e dt^
n o m i n a d a c o n d u ç ã o lUitüirômica/) U m a vez que a membrana axonal é excitável
(capaz d e gera r po tenc ia is d e açào) ao longo de t«.>da a sua exteitsão, o potencial
se p ropaga rá sem d e c a i m e n t o (condução uäiHiecremetital). O pav io funciona d o
m e s m o m o d o , po is é i n f l a m á v e l ao longo de t ix ia a sua extensão. Diferentemente
d o pav io , c o n t u d o , o a x ô n i o p t ide regenerar sua capacidade de disparo.
A s v e l i K i d a d e s de c o n d u ç ã o d o potencia l de ação var iam, mas 10 m / s é uma
taxa t ípica. Lembre-se d e q u e o pe r íodo d o iníc io até o f inal d o potencial de ação
d u r a cerca de 2 ms. A p a r t i r desses dados, podemos calcular a extensão da mem-
brana q u e está enga jada n o po tenc ia l de açào em u m determinado instante:
1 0 m / s x 2 x l ü ' s = 2 x l 0 - m .
A s s i m , u m po tenc ia l d e ação a n d a n d o a 10 m / s ocorre sobre uma extensão de
2 c m de axôn io .
F a t o r e s q u e I n f l u e n c i a m a V e l o c i d a d e d e C o n d u ç ã o
N ã o se p o d e esquecer q u e a co r ren te de ent rada de N a ' durante o potencia l de
açào di>spolar iza a po rção de m e m b r a n a logo ã frente. Se ess,i porção de m e m -
brana alcançar o l im ia r , haverá o d i spa ro de u m potencial de ação, e. assim, o p t v
tencia l d e açào " q u e i m a r á " ao l ongo da membrana . A velocidade c o m a q u a l o
92 Capítulo 4 / O Potenctal de Ação
po lenc i . l I d e ação se prop . ig . i ao l o n g o d o a x ô n i o d e p e n d e d e q i i â o longe <i des-
poUi r i /açâo projeta-se à f ren ie d o po tenc ia l d e açào, o q u e , p o r sua vez , depende
de certas característ icas físicas d o axõn io . ,
I m a g i n e q u e o i n f l u x o de cargas pos i t i vas para o i n t e r i o r d o a x õ n i o seja como I
nbr i r u m a m a n g u e i r a d e i r r i g a r o j a r d i m . H á d o i s c a m i n h o s q u e a água pode to- ;
mar; u m . d i re to pe lo i n te r i o r da m a n g u e i r a , e o u t r o , pe las abe r tu ras da manguei-
ra. A q u a n t i d a d e d e água q u e irá f l u i r p o r u m c a m i n h o o u p o r o u t r o dependerá
de sua resistência re la t iva ; a m a i o r par te da água pe rco r re rá o c a m i n h o de menor .
resistência. Se a m a n g u e i r a fo r estre i ta e os o r i f í c i o s n u m e r o s o s e grandes, a
m a i o r par te da água f l u i r á a t ravés desses fu ros . Se a m a n g u e i r a f o r larga, com
poucos e pequenos furos, a m a i o r par te d a á g u a f l u i r á p o r d e n t r o dela. Os mes-
mos p r i nc íp i os ap l i cam-se à p ropagação da co r ren te p o s i t i v a ao l o n g o d o axõnio
à f rente d o po tenc ia l de ação. H á d o i s c a m i n h o s q u e as cargas pos i t i vas podem
tomar : u m , pe lo i n t e r i o r d o a x ô h í o e o u t r o a t ravés d a m e m b r a n a axonal . Se o
a x õ n i o fo r es t re i to e h o u v e r m u i t o s p o r o s abe r tos na m e m b r a n a , a m a i o t parte
da co r ren te fluirá a t ravés da m e m b r a n a . Se o a x ò n i o f o r l a r g o e h o u v e r poucos ,
poros aber tos na m e m b r a n a , a m a i o r pa r te d a co r ren te fluirá p o r d e n t r o d o axõ-
n io . Q u a n t o ma is longe a co r ren te p ropaga r - se ao l o n g o d o a x õ n i o , m a i s distan-
te o po tenc ia l d e ação despo la r i zá a sua f rente, e c o m ma i s r a p i d e z o potençia j de
ação se p ropagará . C o m o regra, p o r t a n t o , a v e l o c i d a d e d e c o n d u ç ã o d o potencial .
de ação a u m e n t a c o m o d i â m e t r o axona l . '
C o m o conseqüênc ia dessa relação en t re o d i â m e t r o a x o n a l e a ve l iK idade de
condução, v ias neura is sobremanei ra i m p o r t a n t e s para a sob rev i vênc ia desenvol-
ve ram, n o pnxresso e v o l u t i v o , axõn ios excepc iona lmen te largos. U m exemp loéa
axõn io g igante da lu la , que é par te d e u m a v ia q u e mede ia u m re f lexo dc fuga em
resposta a u m a for te es t imu lação sensor ia l . O a x õ n i o g igan te d a l u l a p o d e chegar
a m e d i r 1 m m de d i âme t ro , tão g r a n d e q u e o r i g i n a r i a m e n t e pensou-se que fosse
par te d o sistema c i rcu la tó r io d o an ima l . A s neunKÍênc ias t ê m u m d é b i t o para com
o zoó logo b r i t ân i co ) . Z . Young , que, em 1939, c h a m o u a atenção para o axõn io gi-
gante da lu la c o m o u m a p rom isso ra p reparação e x p e r i m e n t a l para o es tudo biofí-
sico da m e m b r a n a neurona l . H o d g k i n e H u x l e v u s a r a m esta p reparação para elu-
c idar as bases ión icas d o po tenc ia l d e ação, e o a x õ n i o g i g a n t e c o n t i n u a a ser utili-
zado hoje e m u m a g rande va r i edade d e es tudos neurob io lóg icos
. I
O t a m a n h o a x o n a l e o n ú m e r o d e cana is d e p e n d e n t e s d e v o l t a g e m na mem-
brana t a m b é m a fe tam a exc i t ab i l i dade neurona l . A x õ n i o s m e n o r e s necessitam de |
u m a m a i o r despo la r i zação para a lcançar o l i m i a r d o po tenc ia l d e ação e são mais
sensíveis ao b l o q u e i o p o r anestésicos locais { Q u a d r o 4.4).
M l e l i n a e C o n d u ç ã o S a l t a t ó r i a . O q u e há d e p o s i t i v o c o m re lação aos axõ-
n ios b e m d e s e n v o l v i d o s é q u e eles c o n d u z e m o po tenc ia l d e açào m a i s depressa;
o n e g a t i v o é q u e o c u p a m m u i t o espaço. Se t odos os a x õ n i o s e m seu encéfalo ti-
vessem o d i â m e t r o d o a x õ n i o g i g a n t e da lu la , sua cabeça seria g r a n d e demais pa-
ra passar pe la po r ta de u m cele i ro. Fe l i zmen te , na e v o l u ç ã o , os ve r teb rados che-
g a r a m a o u t r a so lução para a u m e n t a r a v e l o c i d a d e d e c o n d u ç ã o d o potencia l di> ;
açào: e n v o l v e r o a x õ n i o c o m u m ma te r i a l i so lan te c h a m a d o m i e l i n a (veja o Capí- ;
t u l o 2), q u e cons is te d e m u i t a s vo l tas de m e m b r a n a f o rnec idas p o r cé lu las gliais
- células de Schuviim n o s is tema n e r v o s o p e r i f é r i c o ( fo ra d o encé fa lo e da medula
esp inha l ) e oliathiendroglia n o s i s tema n e r v o s o cen t ra l . A s s i m c o m o vedar cotn
u m a f i ta os f u n w d a m a n g u e i r a fac i l i ta o f l u x o d e água p e l o seu in te r io r , a mieli-
na fac i l i ta o fluxo do cor ren te pe lo i n t e r i o r d o a x õ n i o , a u m e n t a n d o , assim, a ve-
l i K i d a d e d e c o n d u ç ã o d o po tenc ia l de ação ( Q u a d r o 4.5).
A ba inha de m i e l i n a n ã o se es tende c o n t i n u a m e n t e ao l o n g o d e t o d o o axõnio-
Ex is tem quebras n o i s o l a m e n t o , o n d e íons p o d e m c r u z a r a m e m b r a n a para.ge-
rar po tenc ia is de ação. C o m o você d e v e se l e m b r a r d o C a p í t u l o 2, essas quebras
na ba inha d e m i e l i n a são os nodos de Raiwier ( F i g u r a 4.12). C a n a i s d e sód io
penden tes de v o l t a g e m estão c o n c e n t r a d o s na m e m b r a n a desses nodos . A dis-
tância ent re os nodos é n o r m a l m e n t e 0,2 a 2,0 m m , d e p e n d e n d o d o tamanho Jf
axõn io (axõn ios ma is la rgos p o s s u e m ma io res d is tânc ias i n l e r n o d a i s ) .
#
A Condução do Potencial de Ação 93
D E E S P E C I A L I N T E R E S S E
Anestesia Local
Embora tenha lentado ser forte, você |á nào aguenta mais reo-
de-se à dor de dente e procura seu dentista. Felizmente a pior
parle de se 1er de fazer uma restauração é a picada na gengiva
Após a injeçáo. sua boca fica dormente e você devaneia en-
quanto seu dentista, com a broca, vai restaurando seu dente O
que foi injetado e como age?
Anestésicos locais sào drogas que bloqueiam temporaria-
mente os potenciais de ação nos axônios. Eles são ditos -locais'
porque sào injetados diretamente no tecido onde a anestesia -
a ausência de sensação - é desejada. Axônios pequenos, dis-
parando um monte de potenciais de açào, sào mais sensíveis ao
bloqueio da condução por anestésicos locais.
O pnmeiro anestésico local introduzido na prática médica foi a
cocaína. Este composto foi originalmente isolado das folhas da
coca em 1860 pelo médico alemão Albert Niemann Conforme o
costume dos farmacologistas de seu tempo, Niemann testou o
novo composto e descobriu que causava dormência em sua lin-
gua. Logo, foi descoberto que a cocaína tinha propriedades tóxi-
cas e que causava dependência química. (As propriedades de
alteração dos estados da consciência pela cocaína foram estu-
dadas por outro médico lamoso - Sigmund Freud. A cocaína al-
tera o humor por um mecanismo diferente daquele responsável
por sua ação de anestésico local, como veremos no Capitulo
15.)
A busca por um substituto sintético adequado para a cocaína
levou ao desenvolvimento da lidocaina, que é agora o anestési-
co local mais largamente utilizado. A lidocaína pode ser dissolvi-
da em gel e aplicada sobre as muscosas da boca (e de outros
•ocais) para adormecer os terminais nervosos (chamada anes-
tesia lõpica). injetada diretamente em um tecido (anestesia por
intiliraçáo) ou em um nervo [btoqueto nervoso) e até mesmo ser
infundida no liquido cefalorraquidiano que banha a medula espi-
nhal (anestesia raquidiana) para anestesiar grandes partes do
corpo.
A lidocaina e outros anestésicos locais previnem a geração de
potenciais de ação por se ligarem a canais de sodio dependen-
tes de voltagem O silio de ligação para a lidocaína loi identifica-
do como sendo o segmento de alfa-hélce S6 do domínio IV da
proteína (Figura A). A lidocaina não tem acesso a este sitio a
partir do lado de fora. O anestésico deve primeiramente cruzar a
membrana axonal e. então, passar peto portão aberto do canal
para encontrar seu sitio de iigaçáo por dentro do poro Isto expli-
ca por que nervos ativos são bloqueados mais rapidamente (os
portões do canal de sódio sào abertos com mais rapidez). A li-
docaína ligada interfere com o fluxo de Na" que normalmente
acontece apos a despolarização do canal.
Axônios menores sáo afetados por anestésicos tocais com
mais rapidez que axônios maiores porque seus potenciais de
ação têm menor margem de segurança; um número maior de
canais de sódio dependentes de voltagem deve funcionar para
assegurar que o potencial de açào não falhe à medida que per-
corre o axônto. Esta maior sensibilidade dos axônios pequenos
Canal
. de sódio
IV depen-
dente de
'Ollagem
Sítios de
bgaçâoda
lidocâina
Figura A
Mecanismo de açào da lidocaina (Fonte Adaptada de Hardman
et al.. 1996, Fig 15-3.)
aos anestésicos locais é uma vantagem na pratica clínica. Como
veremos no Capítulo 12, sào as libras pequenas que transmitem
informação relativa a estímulos dolorosos, lais como uma dor de
dente.
94 Capi tu lo4 /o Potencial de Açáo
D E E S P E C I A L I N T E R E S S E
Esclerose Múltipla, uma Doença Desmielinizante
A importância critica da mielina para a Irarísferéncia de informa-
ção normal no sistema nervoso humano revela-se pela doença
neurológica conhecida como esclerose múltipla (EM). Vitimas de
EM com freqüência queixam-se de fraqueza, falia de coordena-
ção e dificuldades de vtsào ou fala. A doença é caprichosa, mar-
cada normalmente por melhoras e pioras ocasionais que ocorrem
no decurso de muitos anos. Embora a causa exata de EM ainda
não seja bem conhecida, a causa dos distúrbios sensonais e mo-
tores esiá bastante clara. A EM ataca as bainhas de mielina dos
feixes de axõnios do encéfalo, medula espinhal e nervos ópticos.
Seu nome é denvado da palavra grega para "endurecimento", que
descreve as lesões que se desenvolvem ao redor dos feixes de
axõnios, e a esclerose é dita múltipla porque a doença ataca mui-
tos sitios no sistema nervoso ao mesmo tempo.
Lesões no encéfalo podem agora ser visualizadas de forma
nào-invasiva através da utilização de novos métodos, tais como
a ressonância magnética (RM). Os neurologistas, entretanto, fo-
ram por vários anos capazes de diagnosticar EM utilizando o fa-
to de que a mielma é importante para o sistema nervoso por au-
mentar a velocidade de condução axonal. Um teste simples en-
volve a estimulação do olho com um padrão semelhante a um
tabuleiro de xadrez, medindo-se no crânio o tempo decorrido até
que uma resposta elétrica ocorra na parte do encéfalo que é um
alvo para o nervo óptico. Pessoas com EM caracterizam-se por
uma diminuição marcante da velocidade de condução de seus
nervos ópticos.
Outra doença desmielinizante é a síndrome de Guillain-Barré,
que ataca a mielina dos nervos periféricos que inervam o mús-
culo e a pele. Essa doençaMais conteúdos dessa disciplina
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