Sistema nervoso
O sistema nervoso (SN), juntamente com o sistema endócrino, capacitam o organismo a perceber as variações do meio (interno e externo), a difundir as modificações que essas variações produzem e a executar as respostas adequadas para que seja mantido o equilíbrio interno do corpo (homeostase). São os sistemas envolvidos na coordenação e regulação das funções corporais.
O sistema nervoso é formado pelo sistema nervoso central (SNC) e pelo sistema nervoso periférico (SNP). O SNC compreende o encéfalo e a medula espinhal (ou medula espinal), enquanto o SNP compreende os nervos cranianos e os espinhais (ou raquidianos). Por isto, o sistema nervoso também é chamado de sistema cefalorraquidiano.
As funções gerais do SNC incluem a detecção sensorial, o processamento das informações e a expressão do comportamento. A detecção sensorial é o processo pelo qual os neurônios transformam a energia ambiental em sinais neuronais. Ela é feita por neurônios especiais, chamados receptores sensoriais. O processamento das informações, incluindo o aprendizado e a memória, depende da comunicação intercelular nos circuitos neuronais. O mecanismo envolve eventos elétricos e químicos. O processamento das informações inclui:
- transmissão da informação pelas redes neuronais;
- transformação da informação por meio da recombinação com outras informações (integração neuronal);
- percepção da informação sensorial;
- armazenamento e recuperação da informação (memória);
- planejamento e implementação de comandos motores;
- processos de pensamento e conscientização;
- aprendizado;
- emoção e motivação.
O sistema nervoso periférico (SNP) representa a interface entre o meio ambiente e o sistema nervoso central (SNC). Ele carrega informações dos órgãos sensoriais para o sistema nervoso central e do sistema nervoso central para os órgãos efetores (músculos e glândulas).
Células e propriedades do sistema nervoso
No sistema nervoso diferenciam-se duas linhagens celulares: os neurônios (células nervosas) e as células da glia (ou da neuróglia). Os neurônios são as células responsáveis pela recepção e transmissão dos estímulos do meio (interno e externo), possibilitando ao organismo a execução de respostas adequadas para a manutenção da homeostase.
Para exercerem tais funções, contam com duas propriedades fundamentais: a irritabilidade (também denominada excitabilidade ou responsividade) e a condutibilidade. Irritabilidade é a capacidade que permite a uma célula responder a estímulos, sejam eles internos ou externos. Portanto, irritabilidade não é uma resposta, mas a propriedade que torna a célula apta a responder. Essa propriedade é inerente aos vários tipos celulares do organismo. No entanto, as respostas emitidas pelos tipos celulares distintos também diferem umas das outras. A resposta emitida pelos neurônios assemelha-se a uma corrente elétrica transmitida ao longo de um fio condutor: uma vez excitados pelos estímulos, os neurônios transmitem essa onda de excitação – chamada de impulso nervoso – por toda a sua extensão em grande velocidade e em um curto espaço de tempo. Esse fenômeno deve-se à propriedade de condutibilidade.
Para compreendermos melhor as funções de coordenação e regulação exercidas pelo sistema nervoso, precisamos primeiro conhecer a estrutura básica de um neurônio e como a mensagem nervosa é transmitida.
Neurônio
Um neurônio é uma célula composta de um corpo celular (também conhecido como soma ou pericário), e de finos prolongamentos celulares denominados neuritos, que podem ser subdivididos em dendritos e axônios.
O corpo celular é a parte do neurônio que contém o núcleo e o citoplasma, sendo o centro metabólico da célula. É principalmente um centro trófico (responsável por metabolizar todos os nutrientes e produzir todas as proteínas e demais metabólitos necessários), mas também tem função receptora e integradora de estímulos, recebendo estímulos excitatórios ou inibitórios gerados em outras células nervosas.
Os corpos celulares dos neurônios são geralmente encontrados em áreas restritas do sistema nervoso, que formam o SNC, ou nos gânglios nervosos, localizados próximo da coluna vertebral. Do sistema nervoso central partem os prolongamentos dos neurônios (axônios), formando feixes chamados nervos, que constituem o SNP.
Como o nome sugere, os dendritos (dendron = árvore) são prolongamentos geralmente muito ramificados e que atuam como receptores de estímulos, funcionando portanto, como "antenas" para o neurônio. Eles, assim como toda a superfície do corpo celular, são o aparelho receptor da célula nervosa, projetados para receber informações provenientes de várias fontes ao mesmo tempo.
Os dendritos de um único neurônio são coletivamente chamados de árvore dendrítica, ou arborização dendrítica, e cada ramo da árvore é chamado de ramo dendrítico. As grandes variedades de formas e tamanhos das árvores dendríticas são utilizadas para classificar os diferentes tipos de neurônios.
Os axônios são prolongamentos longos que atuam como condutores dos impulsos nervosos. O axônio único (axon = eixo), frequentemente uma longa fibra, tem um diâmetro relativamente uniforme e, tipicamente, transporta os sinais do corpo celular para longe. Assim, as fibras longas, os axônios, são as principais linhas de condução no organismo.
Os axônios podem se ramificar e essas ramificações são chamadas de colaterais. Todos os axônios têm um início (cone de implantação), um meio (o axônio propriamente dito) e um fim (terminal axonal ou botão terminal). O terminal axonal é o local onde o axônio entra em contato com outros neurônios e/ou outras células e passa a informação (impulso nervoso) para eles. A região de passagem do impulso nervoso de um neurônio para a célula adjacente chama-se sinapse. Às vezes os axônios têm muitas ramificações em suas regiões terminais e cada ramificação forma uma sinapse com outros dendritos ou corpos celulares. Estas ramificações são chamadas coletivamente de arborização terminal.
O axônio está envolvido por um dos tipos celulares seguintes: célula de Schwann (encontrada apenas no SNP) ou oligodendrócito (encontrado apenas no SNC) Em muitos axônios, esses tipos celulares determinam a formação da bainha de mielina – invólucro principalmente lipídico (também possui como constituinte a chamada proteína básica da mielina) que atua como isolante térmico e facilita a transmissão do impulso nervoso.
Em axônios mielinizados existem regiões de descontinuidade da bainha de mielina, que acarretam a existência de uma constrição (estrangulamento) denominada nódulo (ou nó) de Ranvier. No caso dos axônios mielinizados envolvidos pelas células de Schwann, a parte celular da bainha de mielina, onde estão o citoplasma e o núcleo desta célula, constitui o chamado neurilema.
O impulso nervoso
O conteúdo interno do neurônio é separado do meio externo por uma membrana limitante, a membrana neuronal (membrana celular ou membrana plasmática do neurônio), que reveste o neurônio e é sustentada por uma intrincada rede interna (citoesqueleto).
A membrana neuronal contém proteínas especializadas – canais iônicos e receptores – que facilitam o fluxo de íons inorgânicos específicos. Também transporta alguns íons ativamente do líquido extracelular para o interior da fibra, e outros, do interior, de volta ao líquido extracelular, desse modo redistribuindo a carga e criando correntes elétricas que alteram a voltagem através da membrana. Assim funciona a bomba de sódio e potássio, que bombeia ativamente o sódio para fora, enquanto o potássio é bombeado ativamente para dentro. Porém esse bombeamento não é equitativo: para cada três íons sódio bombeados para o líquido extracelular, apenas dois íons potássio são bombeados para o líquido intracelular.
Somando-se a esse fato, em repouso a membrana da célula nervosa é praticamente impermeável ao sódio, impedindo que esse íon se mova a favor de seu gradiente de concentração (de fora para dentro); porém, é muito permeável ao potássio, que, favorecido pelo gradiente de concentração e pela permeabilidade da membrana, se difunde livremente para o meio extracelular.
Em repouso: canais de sódio fechados. Membrana é praticamente impermeável ao sódio, impedindo sua difusão a favor do gradiente de concentração. Sódio é bombeado ativamente para fora pela bomba de sódio e potássio. Como a saída de sódio não é acompanhada pela entrada de potássio na mesma proporção, estabelece-se uma diferença de cargas elétricas entre os meios intra e extracelular: há déficit de cargas positivas dentro da célula e as faces da membrana mantêm-se eletricamente carregadas.
O potencial eletronegativo criado no interior da fibra nervosa devido à bomba de sódio e potássio é chamado potencial de repouso da membrana, ficando o exterior da membrana positivo e o interior negativo. Dizemos, então, que a membrana está polarizada.
Ao ser estimulada, uma pequena região da membrana torna-se permeável ao sódio (abertura dos canais de sódio). Como a concentração desse íon é maior fora do que dentro da célula, o sódio atravessa a membrana no sentido do interior da célula. A entrada de sódio é acompanhada pela pequena saída de potássio. Esta inversão vai sendo transmitida ao longo do axônio, e todo esse processo é denominado onda de despolarização.
Os impulsos nervosos (I.N.) ou potenciais de ação são causados pela despolarização da membrana além de um limiar (nível crítico de despolarização que deve ser alcançado para disparar o potencial de ação). Os potenciais de ação assemelham-se em tamanho e duração e não diminuem à medida em que são conduzidos ao longo do axônio, ou seja, são de tamanho e duração fixos. A aplicação de uma despolarização crescente a um neurônio não tem qualquer efeito até que se cruze o limiar e, então, surja o potencial de ação. Por esta razão, diz-se que os potenciais de ação obedecem à "lei do tudo ou nada".
Imediatamente após a onda de despolarização ter-se propagado ao longo da fibra nervosa, o interior da fibra torna-se carregado positivamente, porque um grande número de íons sódio se difundiu para o interior. Essa positividade determina a parada do fluxo de íons sódio para o interior da fibra, fazendo com que a membrana se torne novamente impermeável a esses íons. Por outro lado, a membrana torna-se ainda mais permeável ao potássio, que migra para o meio interno. Devido à alta concentração desse íon no interior, muitos íons se difundem, então, para o lado de fora. Isso cria novamente eletronegatividade no interior da membrana e positividade no exterior – processo chamado repolarização, pelo qual se reestabelece a polaridade normal da membrana. A repolarização normalmente se inicia no mesmo ponto onde se originou a despolarização, propagando-se ao longo da fibra. Após a repolarização, a bomba de sódio bombeia novamente os íons sódio para o exterior da membrana, criando um déficit extra de cargas positivas no interior da membrana, que se torna temporariamente mais negativo do que o normal. A eletronegatividade excessiva no interior atrai íons potássio de volta para o interior (por difusão e por transporte ativo). Assim, o processo traz as diferenças iônicas de volta aos seus níveis originais.
Para transferir informação de um ponto para outro no sistema nervoso, é necessário que o potencial de ação, uma vez gerado, seja conduzido ao longo do axônio. Um potencial de ação iniciado em uma extremidade de um axônio apenas se propaga em uma direção, não retornando pelo caminho já percorrido. Consequentemente, os potenciais de ação são unidirecionais - ao que chamamos condução ortodrômica. Uma vez que a membrana axonal é excitável ao longo de toda sua extensão, o potencial de ação se propagará sem decaimento. A velocidade com a qual o potencial de ação se propaga ao longo do axônio depende de quão longe a despolarização é projetada à frente do potencial de ação, o que, por sua vez, depende de certas características físicas do axônio: a velocidade de condução do potencial de ação aumenta com o diâmetro axonal. Axônios com menor diâmetro necessitam de uma maior despolarização para alcançar o limiar do potencial de ação. Nesses de axônios, presença de bainha de mielina acelera a velocidade da condução do impulso nervoso. Nas regiões dos nódulos de Ranvier, a onda de despolarização "salta" diretamente de um nódulo para outro, não acontecendo em toda a extensão da região mielinizada (a mielina é isolante). Fala-se em condução saltatória e com isso há um considerável aumento da velocidade do impulso nervoso.
O percurso do impulso nervoso no neurônio é sempre no sentido dendrito corpo celular axônio.
