PARTE I
Neurociência Celular
Capítulo 5
Os Neurônios se
Transformam
Bases Biológicas da
Neuroplasticidade
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Quando um axônio do SNP é cortado (A), pode ocorrer regeneração. Neste caso, o coto distal e a mielina
degeneram, mas o coto proximal sobrevive, embora ocorram sinais de sofrimento do corpo celular (B). Células do
sangue invadem o tecido e provocam a proliferação de novas células de Schwann (C). Com a produção de matriz
extracelular favorável ao crescimento axônico, forma-se um cone de crescimento na ponta do coto proximal, que
se move em direção ao alvo, restabelecendo a conexão (D). O novo axônio é então remielinizado pelas novas
células de Schwann.
O experimento do grupo de Aguayo
consistiu no implante de um
segmento de nervo periférico (B)
no coto proximal do nervo óptico
seccionado (A). A seguir os
pesquisadores conseguiram
registrar potenciais de ação em
neurônios do colículo superior
reinervado, em resposta à
estimulação luminosa através do
olho (C).
As duas fotos de cima são imagens em microscopia eletrônica de cortes transversais de nervos ciáticos em
regeneração, 6 semanas após a lesão. A representa o grupo que recebeu um enxerto de células-tronco da
medula óssea, e B ilustra o grupo que recebeu apenas uma solução sem células. Pode-se observar que as
células-tronco proporcionaram maior mielinização. Os gráficos em C mostram a contagem do número de
fibras mielinizadas em cada um desses grupos (à esquerda), e uma medida de recuperação funcional da
motricidade nos animais com células-tronco (em azul) e sem elas (em vermelho).
Quando um axônio do SNC é cortado (A), o neurônio pode morrer (C). No entanto, mesmo se
sobreviver após um período de cromatólise (B), a regeneração axônica não é bem-sucedida
porque os cones de crescimento encontram detritos celulares e de mielina, bem como diferentes
células reativas e uma matriz extracelular não favorável que, em conjunto, criam um ambiente
impróprio para o movimento do cone em direção ao neurônio-alvo.
A imagem em A mostra vários fascículos de fibras do corpo caloso em um indivíduo normal,
revelados por uma modalidade de ressonância magnética que reconstrói por computação gráfica
os circuitos neurais (fascigrafia). As imagens em B e C apresentam os feixes aberrantes que se
formam em indivíduos acalosos congênitos (respectivamente em violeta e em verde). O feixe
longitudinal representado em amarelo, em B, é o feixe do cíngulo, que se apresenta
morfologicamente normal nesses pacientes.
O sistema visual (A)
apresenta um modo
muito específico de
organização (B), tal
que um ponto no setor
binocular do campo
visual é projetado
sobre ambas as
retinas, mas sua
representação
cerebral permanece
separada nas lâminas
do núcleo geniculado
lateral do tálamo
(contorno pontilhado),
e nas bandas ou
colunas de
dominância ocular do
córtex visual primário
(V1A).
C = contralateral;
I = ipsolateral.
Em cada coluna
cortical (detalhe à
direita) terminam
apenas as fibras
talâmicas que
representam o mesmo
hemicampo visual.
Experimentos como este (descrito no
texto) permitiram revelar as colunas
de dominância ocular em gatos e
macacos, através do transporte
axoplasmático transináptico de
proteínas radioativas (pontilhado)
desde a retina até o córtex visual
primário.
Com a injeção de moléculas radioativas no olho de gatos de diferentes idades, é possível
acompanhar o desenvolvimento das colunas de dominância ocular no córtex visual. Nos
animais jovens, as colunas de dominância ocular podem ser identificadas, mas são
menos nítidas do que nos animais adultos. As fotos representam cortes parassagitais através
do córtex cerebral, e os pontos radioativos, representados em contraste negativo (branco), são
tão numerosos que confluem.
As colunas de dominância ocular são na verdade bandas, melhor reveladas em cortes
tangenciais (A). O padrão de um animal adulto normal é apresentado em B. Quando um olho
é suturado na infância, o adulto apresenta um padrão diferente: as bandas do olho que
permaneceu aberto tornam-se maiores (C) que as do olho suturado (D).
A plasticidade axônica ontogenética pode ser revelada quando se reconstrói a forma das
arborizações terminais dos axônios que projetam ao córtex visual. O recém-nascido apresenta
árvores terminais largas, que depois se tornam mais restritas no adulto. No adulto submetido a
sutura monocular precoce (privação visual), os terminais correspondentes ao olho que
permaneceu aberto são mais largos e densos que os do olho suturado.
A estimulação com um cotonete de certas regiões do corpo de indivíduos amputados provoca neles
a sensação “fantasma” de que o membro ausente é que foi estimulado: um notável exemplo de
plasticidade em adultos. A mostra os locais da face de um indivíduo amputado, que provocam
sensações referidas aos dedos da mão ausente. B mostra um outro caso, em que as sensações
“fantasmas” são provocadas estimulando o coto do membro amputado. C representa uma imagem
de ressonância magnética funcional do cérebro de um amputado, na qual se percebe a
desorganização da topografia corporal no hemisfério contrário ao lado amputado (dentro do círculo).
As fotos B e C mostram imagens obtidas em um microscópio confocal do campo delimitado em
A, em dois momentos separados por 2 horas. Os dendritos estão em vermelho e os receptores
glutamatérgicos em amarelo. As setas mostram o aparecimento de novas espinhas dendríticas,
pelo menos uma delas expressando novos receptores glutamatérgicos.
Movimentos reflexos
defensivos da aplísia
(A): à estimulação suave
(B), o animal retrai o
sifão e a brânquia; à
estimulação mais forte
(C), encolhe a cabeça e
a cauda, e emite uma
“tinta” escura.
O neurônio sensitivo da aplísia acusa um estímulo aplicado no sifão através de um potencial de ação (PA) que
pode ser captado por um microeletródio. Nas primeiras vezes em que o estímulo é aplicado (A), o PA do
neurônio sensitivo é capaz de provocar a ativação do neurônio motor, que exibe um potencial pós-sináptico
excitatório (PPSE) captado por outro microeletródio. O sifão e a brânquia se retraem. Mas, quando o estímulo
se repete (B), o neurônio sensitivo continua a acusar o estímulo com PAs, porém a informação não passa mais
para o neurônio motor. A resposta comportamental deixa de ocorrer.
Na sensibilização entra em cena um interneurônio facilitador. Inicialmente (A) a aplísia
responde com a retração do sifão e da brânquia a um estímulo suave com o pincel.
Entretanto, um choque elétrico aplicado na cauda (B) provoca forte resposta
comportamental, e a mesma resposta aparece a seguir (C), mesmo que a estimulação volte
a ser suave como antes. O interneurônio facilitador exerce sua ação principalmente através
de uma sinapse axoaxônica com o terminal do neurônio sensitivo.
Os mecanismos
moleculares da
sensibilização
baseiam-se nas
sinapses axoaxônicas
entre o interneurônio
facilitador e o terminal
do neurônio sensitivo.
Essas sinapses são
serotoninérgicas, e o
receptor pós-sináptico
é metabotrópico. A
cadeia de sinais
intracelulares que é
disparada pela
serotonina no terminal
sensitivo resulta no
prolongamento da
liberação de
glutamato que atua
sobre o neurônio
motor. ATP = trifosfato
de adenosina;
DAG = diacilglicerol;
PKA = fosfocinase A;
PKC = fosfocinase C;
PLC = fosfolipase C.
A potenciação de longa duração
(LTP) pode ser detectada em
diversas regiões do SNC,
especialmente no hipocampo
(detalhe à direita, acima). Em A
estão representados os circuitos
básicos do hipocampo. Os
neurobiólogos tomam uma fatia
mantida em cultura e aplicam um
forte estímulo tetânico em aferentes
de células piramidais de CA1,
registrando simultaneamente o
PPSE produzido em seus dendritos
apicais após estímulos comuns. B
mostra que o PPSE é maior após a
estimulação tetânica do que antes
dela. Medindo o aumento do PPSE
várias vezes na mesma preparação
(pontos azuis em D), verificou-se
que o efeito se mantém durante
horas. Quando os dendritos são
cortados e separados do corpo
celular, a LTP decai em algumas
horas (pontos verdes em D), e o
mesmo acontece quando inibidores
de RNA são adicionados ao meio
(barra amarela), e quando são
adicionados inibidores de síntese
proteica (barra verde
A. O mecanismo molecular da LTP envolve três receptores glutamatérgicos (de cima para baixo, na figura). O
primeiro a ser ativado é o receptor não-NMDA, que se abre aos cátions e despolariza a membrana. A despolarização
remove o Mg++ do receptor NMDA, e mais cátions atravessam a membrana, acentuando a despolarização. O
terceiro receptor, metabotrópico, ativa uma cadeia de reações intracelulares que acabam por liberar íons Ca++ para
o citosol. O efeito despolarizante prolonga-se ainda mais com a entrada em ação da NO-sintase, que produz óxido
nítrico, um gás que atravessa livremente as membranas e acaba fazendo com que mais glutamato seja liberado pelo
terminal pré-sináptico. Abreviaturas como na Figura 5.15. B. Tudo indica que a transmissão sináptica na espinha
dendrítica (1) produza potenciais pós-sinápticos dendríticos (2) que aumentam o influxo de Ca++ (3) e acabam
ativando a expressão gênica (4) do neurônio pós-sináptico, originando uma mensagem retrógrada (proteínas?)
endereçada às sinapses que tinham sido ativadas originalmente (5).
Alguns neurocientistas consideram a sinapse perfurada (A) como possível resultante da LTP.
Sua formação seria produzida pelo receptor glutamatérgico metabotrópico, cuja sinalização
intracelular provocaria a reorganização da membrana pós-sináptica e a redistribuição dos
demais receptores (B-E).
A LTD é um fenômeno associativo inverso à LTP, no qual duas vias aferentes do cerebelo
(A) produzem a ativação pós-sináptica de enzimas desfosforilantes (fosfatases), removendo
receptores AMPA da membrana (B), e assim reduzindo a amplitude do potencial póssináptico resultante. A figura mostra apenas a sinapse glutamatérgica de uma fibra paralela
sobre uma espinha dendrítica de Purkinje.
Neurogênese adulta na zona
subventricular (A) e no
hipocampo (B). As célulastronco situadas na zona
subventricular proliferam e
migram em sentido rostral
até atingirem o bulbo
olfatório, onde se
estabelecem. No caso da
camada subgranular do giro
denteado, os neurônios
recém-nascidos integram-se
à circuitaria da região.
Magnetoencefalograma realizado nos dois lados do cérebro de indivíduos
distônicos revelou alterações no mapa somatotópico do hemisfério
esquerdo, que recebe informações da mão direita.
Nos cegos, a imagem de ressonância magnética funcional mostra ativação do córtex visual
(V) quando o indivíduo realiza uma leitura Braille, ao contrário do vidente, que praticamente
só apresenta ativação das regiões somestésicas do córtex cerebral.