Em formação

No caso de esclerose múltipla (EM), uma pressão osmótica muito alta no nervo pode levar a uma alta concentração intracelular de potássio?


Pode, no caso de esclerose múltipla (EM), uma pressão osmótica muito alta no nervo, levar a uma alta concentração intracelular de potássio e também levar ao "bombeamento" das células nervosas, o que, então, devido ao forte aumento da pressão interna , a bainha isolante de mielina pode ser quebrada por pressão, resultando em uma lesão, ou uma transmissão fortemente reduzida de estímulos?

Se isso acontecesse, pode-se esperar no líquido cefalorraquidiano, citocinas, que normalmente também são componentes do conteúdo das células nervosas, e que erroneamente podem ser interpretadas, como reação inflamatória a uma potencial doença auto-imune.

Existe pesquisa sobre isso?


Em primeiro lugar, a desmielinização não tem nada a ver com a integridade da membrana do neurônio. A desmielinização faz com que a corrente "vazar" através dos canais de íons, causando perda de sinal.

Há um antigo artigo que relata um estudo sobre a integridade da membrana de RBCs de pacientes com esclerose múltipla, mas parece não haver conexão.

Foi comprovado que os neurônios secretam algumas citocinas, como IFNgamma, mas a sinalização é principalmente para / autocrina e não acho que as citocinas se acumulem no LCR.

A EM é identificada pela presença de anticorpos antimielina, que podem ser o biomarcador exato da doença. Uma neuroinflamação geral não é concluída como MS.

Então, para responder à sua pergunta final

Existe pesquisa sobre isso?

Não há nenhum que fale exatamente sobre a dinâmica da membrana neuronal em MS. A suposição mais parcimoniosa é que não há efeito, mas qualquer hipótese deve ser comprovada. Pode ser experimentalmente difícil abordar esta questão e como projetar o experimento para este estudo seria uma questão interessante.


Capítulo 11: Transporte de membrana

- as moléculas têm a tendência de se tornarem desorganizadas porque elas só querem fluir para baixo em seus gradientes de concentração
- & gt transtorno é ENERGÉTICAMENTE FAVORÁVEL
- & gt então as células devem usar alguma energia para manter a estrutura ordenada das moléculas

- em membranas biológicas, a hidrólise de ATP é usada para alimentar muitas das bombas - é um mecanismo de transporte ativo muito comum

sarcoplasma: citoplasma de células, tem baixa concentração de Ca2 + quando o músculo está relaxado e alta concentração quando contraído

(lúmen do) retículo sarcoplasmático: ER especializado em células musculares que armazenam Ca2 + no músculo
- lúmen: interior do retículo sarcoplasmático

@ estado relaxado, temos canais de cálcio que estão fechados, evitando que o cálcio armazenado no RS seja liberado no sarcoplasma

- a contração muscular é mediada pelo cálcio sendo liberado através da bomba acionada por ATP
- contração: a bomba / canal de cálcio acionado pela ATP abre na membrana SR, com o TRANSPORTE PASSIVO permitindo que o cálcio armazenado corra do lúmen do retículo sarcoplasmático para o sarcoplasma e desça seu gradiente de concentração

Site A: domínio ativador (não muito relavente à mudança conformacional)

- Na + / K + é uma importante bomba de tipo p / ATPase encontrada em todas as células animais e resulta no transporte de sódio e potássio entre o citosol e a membrana plasmática
- & gt para cada 3 íons Na + que bombeamos para fora da célula, bombeamos 2 íons K + para dentro da célula
- & gt indo contra o gradiente de concentração
- & gt a concentração de K + é 10-30X maior dentro das células do que fora e o inverso é verdadeiro para Na +
- & gt então precisamos ser capazes de manter essas diferenças dentro e fora da célula
- & gt estamos usando o poder da hidrólise do ATP para mover 3 Na + e 2 K + contra seus gradientes de concentração, tudo para manter as diferenças de concentração / iônicas / eletroquímicas

- as junções estreitas entre as células epiteliais impedem que a glicose se espalhe diretamente do intestino para a corrente sanguínea - ela tem que viajar através das células, em vez de entre as células
- as células são POLARIZADAS, portanto, precisam de domínios de membrana distintos para não atrapalhar o transporte
- no lado do lúmen, o simporte de glicose conduzido por Na + bombeará glicose e Na + dentro do epitélio intestinal (célula) para o fluido extracelular para entrar na corrente sanguínea
- o transportador de glicose no domínio basal medeia o transporte passivo de glicose de dentro - & gt fora da célula descendo o gradiente de concentração para o fluido extracelular
- então precisa da bomba de Na + / K + no lado extracelular (domínio basal) para bombear 3 Na + para cada 2 K + bombeados, permitindo a concentração de Na + necessária para importar glicose para a célula
- a bomba permite que o transportador medeia o transporte passivo de glicose para transportar a glicose para o fluido extracelular (corrente sanguínea)

portanto, a célula é mais negativa dentro da célula do que fora dela, fazendo com que o potencial de membrana em repouso = -70mV que é configurado pela bomba Na + / K +

axônios:
- muitos tamanhos de axônios que podem ter um metro de comprimento
- Bombas de Na + / K + e canais de íons embutidos em nós de ranvier de seu axônio


Introdução

A esclerose múltipla (EM) é uma doença crônica, inflamatória e autoimune do sistema nervoso central (SNC) e é uma das principais causas de incapacidade em adultos jovens [1]. Em indivíduos geneticamente suscetíveis, os fatores ambientais desempenham um papel parcial significativo na patogênese da EM [2]. Numerosos estudos examinaram a influência de fatores ambientais, como infecção de Epstein-Barr [3-5], níveis de vitamina D [6-11], tabagismo [12, 13], obesidade [14], exposição à luz solar [15, 16], e variação geográfica, em MS [17, 18].


Conteúdo

Quase todas as membranas celulares em animais, plantas e fungos mantêm uma diferença de voltagem entre o exterior e o interior da célula, chamada potencial de membrana. Uma voltagem típica na membrana de uma célula animal é -70 mV. Isso significa que o interior da célula tem uma voltagem negativa em relação ao exterior. Na maioria dos tipos de células, o potencial de membrana geralmente permanece razoavelmente constante. Alguns tipos de células, entretanto, são eletricamente ativas no sentido de que suas tensões flutuam com o tempo. Em alguns tipos de células eletricamente ativas, incluindo neurônios e células musculares, as flutuações de voltagem freqüentemente tomam a forma de um aumento rápido seguido por uma queda rápida. Esses ciclos de altos e baixos são conhecidos como potenciais de ação. Em alguns tipos de neurônios, todo o ciclo de sobe e desce ocorre em alguns milésimos de segundo. Nas células musculares, um potencial de ação típico dura cerca de um quinto de segundo. Em alguns outros tipos de células e plantas, um potencial de ação pode durar três segundos ou mais. [3]

As propriedades elétricas de uma célula são determinadas pela estrutura da membrana que a envolve. Uma membrana celular consiste em uma bicamada lipídica de moléculas nas quais moléculas de proteínas maiores estão embutidas. A bicamada lipídica é altamente resistente ao movimento de íons eletricamente carregados, por isso funciona como um isolante. As grandes proteínas embutidas na membrana, em contraste, fornecem canais através dos quais os íons podem passar através da membrana. Os potenciais de ação são impulsionados por proteínas de canal cuja configuração muda entre os estados fechado e aberto em função da diferença de voltagem entre o interior e o exterior da célula. Essas proteínas sensíveis à voltagem são conhecidas como canais iônicos dependentes de voltagem.

Processo em um neurônio típico Editar

Todas as células nos tecidos do corpo animal são eletricamente polarizadas - em outras palavras, elas mantêm uma diferença de voltagem através da membrana plasmática da célula, conhecida como potencial de membrana. Essa polarização elétrica resulta de uma interação complexa entre estruturas de proteínas embutidas na membrana chamadas bombas de íons e canais de íons. Nos neurônios, os tipos de canais iônicos na membrana geralmente variam em diferentes partes da célula, dando aos dendritos, axônios e ao corpo celular propriedades elétricas diferentes. Como resultado, algumas partes da membrana de um neurônio podem ser excitáveis ​​(capazes de gerar potenciais de ação), enquanto outras não. Estudos recentes mostraram que a parte mais excitável de um neurônio é a parte após o outeirinho do axônio (o ponto onde o axônio deixa o corpo celular), que é chamado de segmento inicial, mas o axônio e o corpo celular também são excitáveis ​​na maioria dos casos . [4]

Cada pedaço excitável de membrana tem dois níveis importantes de potencial de membrana: o potencial de repouso, que é o valor que o potencial de membrana mantém enquanto nada perturba a célula, e um valor mais alto denominado potencial de limiar. No outeiro axônio de um neurônio típico, o potencial de repouso está em torno de –70 milivolts (mV) e o potencial limite é em torno de –55 mV. As entradas sinápticas para um neurônio fazem com que a membrana se despolarize ou hiperpolarize, isto é, eles fazem com que o potencial da membrana suba ou desça. Os potenciais de ação são acionados quando uma despolarização suficiente se acumula para trazer o potencial de membrana até o limite. Quando um potencial de ação é disparado, o potencial de membrana dispara abruptamente para cima e, em seguida, dispara de forma igualmente abrupta de volta para baixo, muitas vezes terminando abaixo do nível de repouso, onde permanece por algum período de tempo. A forma do potencial de ação é estereotipada, o que significa que a ascensão e a queda geralmente têm aproximadamente a mesma amplitude e curso de tempo para todos os potenciais de ação em uma determinada célula. (As exceções são discutidas posteriormente neste artigo). Na maioria dos neurônios, todo o processo ocorre em cerca de um milésimo de segundo. Muitos tipos de neurônios emitem potenciais de ação constantemente a taxas de até 10-100 por segundo. No entanto, alguns tipos são muito mais silenciosos e podem durar minutos ou mais sem emitir nenhum potencial de ação.

Os potenciais de ação resultam da presença na membrana de uma célula de tipos especiais de canais iônicos dependentes de voltagem. [5] Um canal iônico controlado por voltagem é uma proteína transmembrana que tem três propriedades principais:

  1. É capaz de assumir mais de uma conformação.
  2. Pelo menos uma das conformações cria um canal através da membrana que é permeável a tipos específicos de íons.
  3. A transição entre as conformações é influenciada pelo potencial da membrana.

Assim, um canal de íon ativado por voltagem tende a ser aberto para alguns valores do potencial de membrana e fechado para outros. Na maioria dos casos, entretanto, a relação entre o potencial de membrana e o estado do canal é probabilística e envolve um atraso de tempo. Canais de íons alternam entre conformações em tempos imprevisíveis: O potencial de membrana determina a taxa de transições e a probabilidade por unidade de tempo de cada tipo de transição.

Os canais iônicos dependentes de voltagem são capazes de produzir potenciais de ação porque podem dar origem a loops de feedback positivo: o potencial da membrana controla o estado dos canais iônicos, mas o estado dos canais iônicos controla o potencial da membrana. Assim, em algumas situações, um aumento no potencial de membrana pode fazer com que os canais iônicos se abram, causando assim um aumento adicional no potencial de membrana. Um potencial de ação ocorre quando este ciclo de feedback positivo (ciclo de Hodgkin) prossegue de forma explosiva. A trajetória de tempo e amplitude do potencial de ação é determinada pelas propriedades biofísicas dos canais iônicos dependentes de voltagem que o produzem. Existem vários tipos de canais capazes de produzir o feedback positivo necessário para gerar um potencial de ação. Os canais de sódio dependentes de voltagem são responsáveis ​​pelos potenciais de ação rápida envolvidos na condução nervosa. Potenciais de ação mais lentos nas células musculares e alguns tipos de neurônios são gerados por canais de cálcio dependentes de voltagem. Cada um desses tipos vem em múltiplas variantes, com diferentes sensibilidades de voltagem e diferentes dinâmicas temporais.

O tipo de canal iônico dependente de voltagem mais intensamente estudado compreende os canais de sódio envolvidos na condução nervosa rápida. Às vezes, são conhecidos como canais de sódio de Hodgkin-Huxley porque foram caracterizados pela primeira vez por Alan Hodgkin e Andrew Huxley em seus estudos ganhadores do Prêmio Nobel da biofísica do potencial de ação, mas podem ser mais convenientemente referidos como N / DV canais. (O "V" significa "tensão".) Um N / DV canal tem três estados possíveis, conhecidos como desativado, ativado, e inativado. O canal é permeável apenas a íons de sódio quando está no ativado Estado. Quando o potencial de membrana é baixo, o canal passa a maior parte do tempo no desativado estado (fechado). Se o potencial de membrana é aumentado acima de um certo nível, o canal mostra maior probabilidade de transição para o ativado estado (aberto). Quanto maior o potencial de membrana, maior a probabilidade de ativação. Assim que um canal for ativado, ele acabará por fazer a transição para o inativado estado (fechado). Ele tende então a ficar inativado por algum tempo, mas, se o potencial de membrana ficar baixo novamente, o canal acabará por fazer a transição de volta para o desativado Estado. Durante um potencial de ação, a maioria dos canais desse tipo passam por um ciclo desativadoativadoinativadodesativado. No entanto, este é apenas o comportamento médio da população - um canal individual pode, em princípio, fazer qualquer transição a qualquer momento. No entanto, a probabilidade de transição de um canal do inativado estado diretamente para o ativado estado é muito baixo: um canal no inativado estado é refratário até que tenha feito a transição de volta para o desativado Estado.

O resultado de tudo isso é que a cinética do N / DV os canais são governados por uma matriz de transição cujas taxas dependem da voltagem de uma forma complicada. Uma vez que esses próprios canais desempenham um papel importante na determinação da tensão, a dinâmica global do sistema pode ser bastante difícil de calcular. Hodgkin e Huxley abordaram o problema desenvolvendo um conjunto de equações diferenciais para os parâmetros que governam os estados do canal iônico, conhecidas como equações de Hodgkin-Huxley. Essas equações foram amplamente modificadas por pesquisas posteriores, mas constituem o ponto de partida para a maioria dos estudos teóricos da biofísica do potencial de ação.

À medida que o potencial da membrana é aumentado, os canais de íons de sódio se abrem, permitindo a entrada de íons de sódio na célula. Isso é seguido pela abertura dos canais de íons de potássio que permitem a saída de íons de potássio da célula. O fluxo interno de íons de sódio aumenta a concentração de cátions carregados positivamente na célula e causa despolarização, onde o potencial da célula é maior do que o potencial de repouso da célula. Os canais de sódio se fecham no pico do potencial de ação, enquanto o potássio continua a deixar a célula. O efluxo de íons potássio diminui o potencial de membrana ou hiperpolariza a célula. Para pequenos aumentos de voltagem de repouso, a corrente de potássio excede a corrente de sódio e a voltagem retorna ao seu valor normal de repouso, normalmente -70 mV. [6] [7] [8] No entanto, se a voltagem aumentar além de um limite crítico, normalmente 15 mV acima do valor de repouso, a corrente de sódio domina. Isso resulta em uma condição de descontrole em que o feedback positivo da corrente de sódio ativa ainda mais canais de sódio. Assim, a célula incêndios, produzindo um potencial de ação. [6] [9] [10] [nota 1] A frequência na qual um neurônio elicia potenciais de ação é frequentemente referida como taxa de disparo ou taxa de disparo neural.

As correntes produzidas pela abertura de canais acionados por tensão no curso de um potencial de ação são tipicamente significativamente maiores do que a corrente de estimulação inicial. Assim, a amplitude, a duração e a forma do potencial de ação são determinadas em grande parte pelas propriedades da membrana excitável e não pela amplitude ou duração do estímulo. Essa propriedade tudo ou nada do potencial de ação o diferencia dos potenciais graduados, como potenciais de receptor, potenciais eletrotônicos, oscilações de potencial de membrana subliminar e potenciais sinápticos, que variam com a magnitude do estímulo. Uma variedade de tipos de potencial de ação existe em muitos tipos de células e compartimentos de células, conforme determinado pelos tipos de canais dependentes de voltagem, canais de vazamento, distribuições de canais, concentrações iônicas, capacitância da membrana, temperatura e outros fatores.

Os principais íons envolvidos em um potencial de ação são os cátions sódio e potássio, os íons sódio entram na célula e saem dos íons potássio, restaurando o equilíbrio. Relativamente poucos íons precisam atravessar a membrana para que a voltagem da membrana mude drasticamente. Os íons trocados durante um potencial de ação, portanto, fazem uma mudança desprezível nas concentrações iônicas internas e externas. Os poucos íons que se cruzam são bombeados novamente pela ação contínua da bomba de sódio-potássio, que, com outros transportadores de íons, mantém a proporção normal das concentrações de íons através da membrana. Os cátions de cálcio e os ânions de cloreto estão envolvidos em alguns tipos de potenciais de ação, como o potencial de ação cardíaco e o potencial de ação na alga unicelular Acetabularia, respectivamente.

Embora os potenciais de ação sejam gerados localmente em trechos de membrana excitável, as correntes resultantes podem desencadear potenciais de ação em trechos vizinhos de membrana, precipitando uma propagação semelhante a um dominó. Em contraste com a propagação passiva de potenciais elétricos (potencial eletrotônico), os potenciais de ação são gerados novamente ao longo de extensões excitáveis ​​da membrana e se propagam sem deterioração. [11] Seções mielinizadas de axônios não são excitáveis ​​e não produzem potenciais de ação e o sinal é propagado passivamente como potencial eletrotônico. Patches amielínicos espaçados regularmente, chamados de nódulos de Ranvier, geram potenciais de ação para aumentar o sinal. Conhecido como condução saltatória, esse tipo de propagação de sinal fornece uma compensação favorável de velocidade do sinal e diâmetro do axônio. A despolarização dos terminais dos axônios, em geral, desencadeia a liberação do neurotransmissor na fenda sináptica. Além disso, potenciais de ação retropropagantes foram registrados nos dendritos dos neurônios piramidais, que são onipresentes no neocórtex. [c] Acredita-se que estes tenham um papel na plasticidade dependente do tempo de pico.

No modelo de capacitância da membrana de Hodgkin-Huxley, a velocidade de transmissão de um potencial de ação era indefinida e foi assumido que as áreas adjacentes se tornaram despolarizadas devido à interferência do íon liberado com canais vizinhos. Medições de difusão de íons e raios desde então mostraram que isso não é possível. [ citação necessária Além disso, medições contraditórias de mudanças de entropia e tempo contestaram o modelo de capacitância como atuando sozinho. [ citação necessária ] Alternativamente, a hipótese de adsorção de Gilbert Ling, postula que o potencial de membrana e potencial de ação de uma célula viva é devido à adsorção de íons móveis em locais de adsorção de células. [12]

Maturação das propriedades elétricas do potencial de ação Editar

A capacidade de um neurônio de gerar e propagar um potencial de ação muda durante o desenvolvimento. O quanto o potencial de membrana de um neurônio muda como resultado de um impulso de corrente é uma função da resistência de entrada da membrana. Conforme uma célula cresce, mais canais são adicionados à membrana, causando uma diminuição na resistência de entrada. Um neurônio maduro também sofre mudanças mais curtas no potencial de membrana em resposta às correntes sinápticas. Os neurônios de um núcleo geniculado lateral do furão têm uma constante de tempo mais longa e maior deflexão de voltagem em P0 do que em P30. [13] Uma consequência da diminuição da duração do potencial de ação é que a fidelidade do sinal pode ser preservada em resposta à estimulação de alta frequência. Neurônios imaturos são mais propensos à depressão sináptica do que à potenciação após estimulação de alta frequência. [13]

No desenvolvimento inicial de muitos organismos, o potencial de ação é, na verdade, inicialmente carregado pela corrente de cálcio, em vez da corrente de sódio. A cinética de abertura e fechamento dos canais de cálcio durante o desenvolvimento é mais lenta do que a dos canais de sódio dependentes de voltagem, que carregam o potencial de ação nos neurônios maduros. Os tempos de abertura mais longos dos canais de cálcio podem levar a potenciais de ação consideravelmente mais lentos do que os dos neurônios maduros. [13] Os neurônios do Xenopus inicialmente têm potenciais de ação que levam de 60 a 90 ms. Durante o desenvolvimento, esse tempo diminui para 1 ms. Existem duas razões para essa redução drástica. Primeiro, a corrente de entrada passa a ser carregada principalmente pelos canais de sódio. [14] Em segundo lugar, o retificador retardado, uma corrente do canal de potássio, aumenta 3,5 vezes sua força inicial. [13]

Para que ocorra a transição de um potencial de ação dependente de cálcio para um potencial de ação dependente de sódio, novos canais devem ser adicionados à membrana. Se os neurônios do Xenopus são cultivados em um ambiente com síntese de RNA ou inibidores da síntese de proteínas, essa transição é evitada. [15] Mesmo a atividade elétrica da própria célula pode desempenhar um papel na expressão do canal. Se os potenciais de ação nos miócitos de Xenopus forem bloqueados, o aumento típico da densidade de corrente de sódio e potássio é evitado ou retardado. [16]

Essa maturação das propriedades elétricas é observada em todas as espécies. As correntes de sódio e potássio do Xenopus aumentam drasticamente depois que um neurônio passa por sua fase final de mitose. A densidade de corrente de sódio dos neurônios corticais de ratos aumenta em 600% nas primeiras duas semanas pós-natal. [13]

Anatomia de um neurônio Editar

Vários tipos de células suportam um potencial de ação, como células vegetais, células musculares e as células especializadas do coração (nas quais ocorre o potencial de ação cardíaco). No entanto, a principal célula excitável é o neurônio, que também possui o mecanismo mais simples para o potencial de ação.

Os neurônios são células eletricamente excitáveis ​​compostas, em geral, por um ou mais dendritos, um único soma, um único axônio e um ou mais terminais dos axônios. Os dendritos são projeções celulares cuja função principal é receber sinais sinápticos. Suas saliências, conhecidas como espinhas dendríticas, são projetadas para capturar os neurotransmissores liberados pelo neurônio pré-sináptico. Eles têm uma alta concentração de canais iônicos controlados por ligante. Essas espinhas têm um pescoço fino conectando uma protuberância bulbosa ao dendrito. Isso garante que as mudanças que ocorrem dentro da coluna vertebral têm menos probabilidade de afetar as colunas vizinhas. A coluna dendrítica pode, com raras exceções (ver LTP), atuar como uma unidade independente. Os dendritos se estendem do soma, que abriga o núcleo, e muitas das organelas eucarióticas "normais". Ao contrário das espinhas, a superfície do soma é povoada por canais iônicos ativados por voltagem. Esses canais ajudam a transmitir os sinais gerados pelos dendritos. Emergindo do físico está o outeirinho do axônio. Esta região é caracterizada por ter uma concentração muito alta de canais de sódio ativados por voltagem. Em geral, é considerada a zona de início de pico para potenciais de ação, [17] ou seja, a zona de gatilho. Vários sinais gerados nas espinhas e transmitidos pelo soma convergem todos aqui. Imediatamente após o outeirinho do axônio está o axônio. Esta é uma protusão tubular fina que se afasta do soma. O axônio é isolado por uma bainha de mielina. A mielina é composta por células de Schwann (no sistema nervoso periférico) ou oligodendrócitos (no sistema nervoso central), sendo que ambos são tipos de células gliais. Embora as células gliais não estejam envolvidas na transmissão de sinais elétricos, elas se comunicam e fornecem um importante suporte bioquímico aos neurônios. [18] Para ser específico, a mielina envolve várias vezes ao redor do segmento axonal, formando uma espessa camada de gordura que impede que os íons entrem ou escapem do axônio. Esse isolamento evita a queda significativa do sinal, além de garantir uma velocidade de sinal mais rápida. Esse isolamento, entretanto, tem a restrição de que nenhum canal pode estar presente na superfície do axônio. Existem, portanto, remendos de membrana regularmente espaçados, que não têm isolamento. Esses nós de Ranvier podem ser considerados "pequenos outeiros de axônio", pois sua finalidade é aumentar o sinal para evitar uma queda significativa do sinal. Na extremidade mais distante, o axônio perde seu isolamento e começa a se ramificar em vários terminais de axônio. Esses terminais pré-sinápticos, ou botões sinápticos, são uma área especializada dentro do axônio da célula pré-sináptica que contém neurotransmissores encerrados em pequenas esferas delimitadas por membrana chamadas vesículas sinápticas.

Edição de iniciação

Antes de considerar a propagação dos potenciais de ação ao longo dos axônios e sua terminação nos botões sinápticos, é útil considerar os métodos pelos quais os potenciais de ação podem ser iniciados no outeirinho do axônio. O requisito básico é que a tensão da membrana no outeiro seja elevada acima do limite para o disparo. [6] [7] [19] [20] Existem várias maneiras pelas quais essa despolarização pode ocorrer.

Dynamics Edit

Os potenciais de ação são mais comumente iniciados por potenciais pós-sinápticos excitatórios de um neurônio pré-sináptico. [21] Normalmente, as moléculas de neurotransmissores são liberadas pelo neurônio pré-sináptico. Esses neurotransmissores então se ligam a receptores na célula pós-sináptica. Essa ligação abre vários tipos de canais iônicos. Esta abertura tem ainda o efeito de alterar a permeabilidade local da membrana celular e, portanto, o potencial de membrana. Se a ligação aumenta a voltagem (despolariza a membrana), a sinapse é excitatória. Se, entretanto, a ligação diminui a voltagem (hiperpolariza a membrana), é inibitória. Quer a tensão seja aumentada ou diminuída, a mudança se propaga passivamente para as regiões próximas da membrana (conforme descrito pela equação do cabo e seus refinamentos). Normalmente, o estímulo de voltagem decai exponencialmente com a distância da sinapse e com o tempo desde a ligação do neurotransmissor. Alguma fração de uma voltagem excitatória pode atingir o outeirinho do axônio e (em casos raros) despolarizar a membrana o suficiente para provocar um novo potencial de ação. Mais tipicamente, os potenciais excitatórios de várias sinapses devem trabalhar juntos quase ao mesmo tempo para provocar um novo potencial de ação. Seus esforços conjuntos podem ser frustrados, entretanto, pela neutralização dos potenciais pós-sinápticos inibitórios.

A neurotransmissão também pode ocorrer por meio de sinapses elétricas. [22] Devido à conexão direta entre as células excitáveis ​​na forma de junções comunicantes, um potencial de ação pode ser transmitido diretamente de uma célula para a próxima em qualquer direção. O fluxo livre de íons entre as células permite uma rápida transmissão não mediada por produtos químicos. Os canais retificadores garantem que os potenciais de ação se movam apenas em uma direção por meio de uma sinapse elétrica. [ citação necessária ] Sinapses elétricas são encontradas em todos os sistemas nervosos, incluindo o cérebro humano, embora sejam uma minoria distinta. [23]

Princípio de "tudo ou nada" Editar

A amplitude de um potencial de ação é independente da quantidade de corrente que o produziu. Em outras palavras, correntes maiores não criam potenciais de ação maiores. Portanto, os potenciais de ação são considerados sinais do tipo tudo ou nada, uma vez que ocorrem totalmente ou não ocorrem de forma alguma. [d] [e] [f] Isso está em contraste com os potenciais do receptor, cujas amplitudes são dependentes da intensidade de um estímulo. [24] Em ambos os casos, a frequência dos potenciais de ação está correlacionada com a intensidade de um estímulo.

Neurônios sensoriais Editar

Nos neurônios sensoriais, um sinal externo, como pressão, temperatura, luz ou som, é acoplado à abertura e ao fechamento dos canais iônicos, que por sua vez alteram as permeabilidades iônicas da membrana e sua voltagem. [25] Essas mudanças de voltagem podem ser excitatórias (despolarizantes) ou inibitórias (hiperpolarizantes) e, em alguns neurônios sensoriais, seus efeitos combinados podem despolarizar o outeirinho do axônio o suficiente para provocar potenciais de ação. Alguns exemplos em humanos incluem o neurônio receptor olfatório e o corpúsculo de Meissner, que são essenciais para o olfato e o tato, respectivamente. No entanto, nem todos os neurônios sensoriais convertem seus sinais externos em potenciais de ação, alguns nem mesmo possuem um axônio. [26] Em vez disso, eles podem converter o sinal na liberação de um neurotransmissor, ou em potenciais graduados contínuos, qualquer um dos quais pode estimular neurônio (s) subsequente (s) a disparar um potencial de ação. Para ilustração, no ouvido humano, as células ciliadas convertem o som que entra na abertura e fechamento de canais iônicos mecanicamente bloqueados, o que pode causar a liberação de moléculas de neurotransmissores. De maneira semelhante, na retina humana, as células fotorreceptoras iniciais e a próxima camada de células (compreendendo células bipolares e células horizontais) não produzem potenciais de ação apenas algumas células amácrinas e a terceira camada, as células ganglionares, produzem potenciais de ação, que em seguida, viaje pelo nervo óptico.

Potenciais do marcapasso Editar

Nos neurônios sensoriais, os potenciais de ação resultam de um estímulo externo. No entanto, algumas células excitáveis ​​não requerem tal estímulo para disparar: elas espontaneamente despolarizam seu outeirinho do axônio e disparam os potenciais de ação em uma taxa regular, como um relógio interno. [27] Os traços de voltagem dessas células são conhecidos como potenciais de marca-passo. [28] As células marcadoras cardíacas do nodo sinoatrial no coração são um bom exemplo. [g] Embora esses potenciais de marcapasso tenham um ritmo natural, ele pode ser ajustado por estímulos externos, por exemplo, a frequência cardíaca pode ser alterada por produtos farmacêuticos, bem como por sinais dos nervos simpático e parassimpático. [29] Os estímulos externos não causam disparos repetitivos da célula, mas apenas alteram seu tempo. [28] Em alguns casos, a regulação da frequência pode ser mais complexa, levando a padrões de potenciais de ação, como o estouro.

O curso do potencial de ação pode ser dividido em cinco partes: a fase ascendente, a fase de pico, a fase descendente, a fase inferior e o período refratário. Durante a fase ascendente, o potencial de membrana despolariza (torna-se mais positivo). O ponto em que a despolarização pára é chamado de fase de pico. Nesta fase, o potencial da membrana atinge o máximo. Posteriormente a isso, há uma fase de queda. Durante esta fase, o potencial de membrana torna-se mais negativo, voltando ao potencial de repouso. A fase de undershoot, ou pós-hiperpolarização, é o período durante o qual o potencial de membrana fica temporariamente mais carregado negativamente do que quando em repouso (hiperpolarizado). Finalmente, o tempo durante o qual um potencial de ação subsequente é impossível ou difícil de disparar é chamado de período refratário, que pode se sobrepor às demais fases. [30]

O curso do potencial de ação é determinado por dois efeitos acoplados. [31] Em primeiro lugar, os canais de íons sensíveis à voltagem abrem e fecham em resposta a mudanças na voltagem da membrana Vm. Isso muda a permeabilidade da membrana a esses íons. [32] Em segundo lugar, de acordo com a equação de Goldman, esta mudança na permeabilidade altera o potencial de equilíbrio Em, e, assim, a voltagem da membrana Vm. [h] Assim, o potencial de membrana afeta a permeabilidade, que então afeta ainda mais o potencial de membrana. Isso cria a possibilidade de feedback positivo, que é uma parte fundamental da fase ascendente do potencial de ação. [6] [9] Um fator complicador é que um único canal de íons pode ter várias "portas" internas que respondem às mudanças na Vm de maneiras opostas ou em taxas diferentes. [33] [i] Por exemplo, embora aumentando Vm abre a maioria das portas no canal de sódio sensível à voltagem, também fecha a "porta de inativação" do canal, embora mais lentamente. [34] Portanto, quando Vm é elevado repentinamente, os canais de sódio se abrem inicialmente, mas depois se fecham devido à inativação mais lenta.

As tensões e correntes do potencial de ação em todas as suas fases foram modeladas com precisão por Alan Lloyd Hodgkin e Andrew Huxley em 1952, [i] pelo qual receberam o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina em 1963. [grego inferior 2] No entanto, seu modelo considera apenas dois tipos de canais iônicos sensíveis à voltagem e faz várias suposições sobre eles, por exemplo, que suas portas internas abrem e fecham independentemente umas das outras. Na realidade, existem muitos tipos de canais iônicos, [35] e eles nem sempre abrem e fecham independentemente. [j]

Estimulação e edição de fase ascendente

Um potencial de ação típico começa no outeirinho do axônio [36] com uma despolarização suficientemente forte, por exemplo, um estímulo que aumenta Vm. Essa despolarização é frequentemente causada pela injeção de cátions de sódio extras na célula. Esses cátions podem vir de uma ampla variedade de fontes, como sinapses químicas, neurônios sensoriais ou potenciais de marca-passo.

Para um neurônio em repouso, há uma alta concentração de íons sódio e cloreto no fluido extracelular em comparação com o fluido intracelular, enquanto há uma alta concentração de íons potássio no fluido intracelular em comparação com o fluido extracelular. A diferença nas concentrações, que faz com que os íons se movam de uma concentração alta para uma baixa, e os efeitos eletrostáticos (atração de cargas opostas) são responsáveis ​​pelo movimento dos íons para dentro e para fora do neurônio. O interior de um neurônio tem uma carga negativa, em relação ao exterior da célula, devido ao movimento do K + para fora da célula. A membrana do neurônio é mais permeável ao K + do que a outros íons, permitindo que esse íon se mova seletivamente para fora da célula, descendo seu gradiente de concentração. Este gradiente de concentração junto com os canais de vazamento de potássio presentes na membrana do neurônio causa um efluxo de íons de potássio tornando o potencial de repouso próximo a EK ≈ –75 mV. [37] Como os íons Na + estão em concentrações mais altas fora da célula, as diferenças de concentração e voltagem os levam para dentro da célula quando os canais de Na + se abrem. A despolarização abre os canais de sódio e potássio na membrana, permitindo que os íons fluam para dentro e para fora do axônio, respectivamente. Se a despolarização for pequena (digamos, aumentando Vm de -70 mV a -60 mV), a corrente de potássio para fora supera a corrente de sódio para dentro e a membrana se repolariza de volta ao seu potencial normal de repouso em torno de -70 mV. [6] [7] [8] No entanto, se a despolarização for grande o suficiente, a corrente interna de sódio aumenta mais do que a corrente externa de potássio e resulta em uma condição de fuga (feedback positivo): quanto mais corrente interna houver, mais Vm aumenta, o que, por sua vez, aumenta ainda mais a corrente de entrada. [6] [9] Uma despolarização suficientemente forte (aumento em Vm) faz com que os canais de sódio sensíveis à voltagem abram a permeabilidade crescente às unidades de sódio Vm mais perto da voltagem de equilíbrio de sódio EN / D≈ +55 mV. O aumento da voltagem, por sua vez, faz com que ainda mais canais de sódio se abram, o que empurra Vm ainda mais em direção EN / D. Este feedback positivo continua até que os canais de sódio estejam totalmente abertos e Vm é perto de EN / D. [6] [7] [38] [39] O aumento acentuado em Vm e a permeabilidade ao sódio corresponde ao fase ascendente do potencial de ação. [6] [7] [38] [39]

O limite crítico de tensão para esta condição de fuga é geralmente em torno de −45 mV, mas depende da atividade recente do axônio. Uma célula que acabou de disparar um potencial de ação não pode disparar outro imediatamente, uma vez que os canais de Na + não se recuperaram do estado inativado. O período durante o qual nenhum novo potencial de ação pode ser disparado é chamado de Período refractário absoluto. [40] [41] [42] Em tempos mais longos, após alguns, mas não todos os canais iônicos terem se recuperado, o axônio pode ser estimulado para produzir outro potencial de ação, mas com um limiar mais alto, exigindo uma despolarização muito mais forte, por exemplo, a −30 mV. O período durante o qual os potenciais de ação são extraordinariamente difíceis de evocar é chamado de período refratário relativo. [40] [41] [42]

Edição de fase de pico

O feedback positivo da fase ascendente fica mais lento e para quando os canais de íons de sódio se abrem ao máximo. No pico do potencial de ação, a permeabilidade ao sódio é maximizada e a voltagem da membrana Vm é quase igual à voltagem de equilíbrio de sódio EN / D. No entanto, a mesma voltagem elevada que abriu os canais de sódio inicialmente também os desliga lentamente, fechando seus poros, os canais de sódio tornam-se inativado. [34] Isso diminui a permeabilidade da membrana ao sódio em relação ao potássio, levando a voltagem da membrana de volta ao valor de repouso. Ao mesmo tempo, a voltagem elevada abre canais de potássio sensíveis à voltagem, o aumento na permeabilidade ao potássio da membrana impulsiona Vm para EK. [34] Combinadas, essas mudanças na permeabilidade de sódio e potássio causam Vm cair rapidamente, repolarizando a membrana e produzindo a "fase de queda" do potencial de ação. [40] [43] [39] [44]

Edição de pós-hiperpolarização

A voltagem despolarizada abre canais de potássio dependentes de voltagem adicionais, e alguns deles não fecham imediatamente quando a membrana retorna à sua voltagem normal de repouso. Além disso, outros canais de potássio se abrem em resposta ao influxo de íons de cálcio durante o potencial de ação. A concentração intracelular de íons de potássio é transitoriamente anormalmente baixa, tornando a voltagem da membrana Vm ainda mais perto da voltagem de equilíbrio de potássio EK. O potencial de membrana fica abaixo do potencial de membrana em repouso.Conseqüentemente, há um underhoot ou hiperpolarização, denominado pós-hiperpolarização, que persiste até que a permeabilidade ao potássio da membrana retorne ao seu valor normal, restaurando o potencial de membrana ao estado de repouso. [45] [43]

Edição do período refratário

Cada potencial de ação é seguido por um período refratário, que pode ser dividido em um Período refractário absoluto, durante o qual é impossível evocar outro potencial de ação, e então um período refratário relativo, durante o qual um estímulo mais forte do que o normal é necessário. [40] [41] [42] Esses dois períodos refratários são causados ​​por alterações no estado das moléculas dos canais de sódio e potássio. Ao se fecharem após um potencial de ação, os canais de sódio entram em um estado "inativado", no qual não podem ser abertos independentemente do potencial de membrana - isso dá origem ao período refratário absoluto. Mesmo depois de um número suficiente de canais de sódio ter feito a transição de volta ao seu estado de repouso, freqüentemente acontece que uma fração dos canais de potássio permanece aberta, dificultando a despolarização do potencial de membrana e, assim, dando origem ao período refratário relativo. Como a densidade e os subtipos de canais de potássio podem diferir muito entre os diferentes tipos de neurônios, a duração do período refratário relativo é altamente variável.

O período refratário absoluto é amplamente responsável pela propagação unidirecional dos potenciais de ação ao longo dos axônios. [46] Em qualquer momento, o patch de axônio atrás da parte ativamente spiking é refratário, mas o patch na frente, não tendo sido ativado recentemente, é capaz de ser estimulado pela despolarização do potencial de ação.

O potencial de ação gerado no outeirinho do axônio se propaga como uma onda ao longo do axônio. [47] As correntes fluindo para dentro em um ponto no axônio durante um potencial de ação se espalham ao longo do axônio e despolarizam as seções adjacentes de sua membrana. Se suficientemente forte, essa despolarização provoca um potencial de ação semelhante nas manchas de membrana vizinhas. Esse mecanismo básico foi demonstrado por Alan Lloyd Hodgkin em 1937. Depois de esmagar ou resfriar segmentos nervosos e, assim, bloquear os potenciais de ação, ele mostrou que um potencial de ação chegando em um lado do bloco poderia provocar outro potencial de ação no outro, desde que o o segmento bloqueado era suficientemente curto. [k]

Uma vez que um potencial de ação ocorreu em um pedaço de membrana, o remendo de membrana precisa de tempo para se recuperar antes que possa disparar novamente. No nível molecular, este Período refractário absoluto corresponde ao tempo necessário para que os canais de sódio ativados por voltagem se recuperem da inativação, ou seja, retornem ao seu estado fechado. [41] Existem muitos tipos de canais de potássio ativados por voltagem nos neurônios. Alguns deles inativam rapidamente (correntes do tipo A) e alguns deles inativam lentamente ou não inativam em toda esta variabilidade garante que sempre haverá uma fonte de corrente disponível para repolarização, mesmo se alguns dos canais de potássio forem inativados por causa de despolarização. Por outro lado, todos os canais de sódio ativados por voltagem neuronais inativam dentro de vários milissegundos durante a despolarização forte, tornando impossível a despolarização seguinte até que uma fração substancial dos canais de sódio tenha retornado ao seu estado fechado. Embora limite a frequência de disparo, [48] o período refratário absoluto garante que o potencial de ação se mova em apenas uma direção ao longo de um axônio. [46] As correntes fluindo devido a um potencial de ação espalhado em ambas as direções ao longo do axônio. [49] No entanto, apenas a parte não ativada do axônio pode responder com um potencial de ação - a parte que acabou de disparar não responde até que o potencial de ação esteja fora do alcance com segurança e não consiga reestimular essa parte. Na condução ortodrômica usual, o potencial de ação se propaga a partir do outeirinho do axônio em direção aos botões sinápticos (os terminais axonais). A propagação na direção oposta - conhecida como condução antidrômica - é muito rara. [50] No entanto, se um axônio de laboratório é estimulado em seu meio, ambas as metades do axônio são "frescas", ou seja, não ativadas, então dois potenciais de ação serão gerados, um viajando em direção ao outeiro do axônio e o outro viajando em direção aos botões sinápticos .

Mielina e condução saltatória Editar

Para permitir a transdução rápida e eficiente de sinais elétricos no sistema nervoso, certos axônios neuronais são cobertos por bainhas de mielina. A mielina é uma membrana multilamelar que envolve o axônio em segmentos separados por intervalos conhecidos como nós de Ranvier. É produzido por células especializadas: células de Schwann exclusivamente no sistema nervoso periférico e oligodendrócitos exclusivamente no sistema nervoso central. A bainha de mielina reduz a capacitância da membrana e aumenta a resistência da membrana nos intervalos entre os nós, permitindo assim um movimento rápido e saltatório dos potenciais de ação de um nó a outro. [l] [m] [n] A mielinização é encontrada principalmente em vertebrados, mas um sistema análogo foi descoberto em alguns invertebrados, como algumas espécies de camarão. [o] Nem todos os neurônios em vertebrados são mielinizados, por exemplo, os axônios dos neurônios que compõem o sistema nervoso autônomo não são, em geral, mielinizados.

A mielina impede que os íons entrem ou saiam do axônio ao longo dos segmentos mielinizados. Como regra geral, a mielinização aumenta a velocidade de condução dos potenciais de ação e os torna mais eficientes em termos de energia. Seja saltatória ou não, a velocidade média de condução de um potencial de ação varia de 1 metro por segundo (m / s) a mais de 100 m / s e, em geral, aumenta com o diâmetro axonal. [p]

Os potenciais de ação não podem se propagar através da membrana em segmentos mielinizados do axônio. No entanto, a corrente é transportada pelo citoplasma, o que é suficiente para despolarizar o primeiro ou o segundo nó subsequente de Ranvier. Em vez disso, a corrente iônica de um potencial de ação em um nó de Ranvier provoca outro potencial de ação no próximo nó - esse aparente "salto" do potencial de ação de um nó a outro é conhecido como condução saltatória. Embora o mecanismo de condução saltatória tenha sido sugerido em 1925 por Ralph Lillie, [q] a primeira evidência experimental de condução saltatória veio de Ichiji Tasaki [r] e Taiji Takeuchi [s] [51] e de Andrew Huxley e Robert Stämpfli. Em contraste, em axônios amielínicos, o potencial de ação provoca outro na membrana imediatamente adjacente e se move continuamente para baixo no axônio como uma onda.

A mielina tem duas vantagens importantes: alta velocidade de condução e eficiência energética. Para axônios maiores do que um diâmetro mínimo (cerca de 1 micrômetro), a mielinização aumenta a velocidade de condução de um potencial de ação, normalmente dez vezes. [v] Por outro lado, para uma determinada velocidade de condução, as fibras mielinizadas são menores do que suas contrapartes não mielinizadas. Por exemplo, os potenciais de ação se movem aproximadamente à mesma velocidade (25 m / s) em um axônio de sapo mielinizado e um axônio de lula gigante não mielinizado, mas o axônio de sapo tem um diâmetro aproximadamente 30 vezes menor e uma área transversal 1000 vezes menor . Além disso, como as correntes iônicas estão confinadas aos nós de Ranvier, muito menos íons "vazam" pela membrana, economizando energia metabólica. Essa economia é uma vantagem seletiva significativa, uma vez que o sistema nervoso humano usa aproximadamente 20% da energia metabólica do corpo. [v]

O comprimento dos segmentos mielinizados dos axônios é importante para o sucesso da condução saltatória. Eles devem ser tão longos quanto possível para maximizar a velocidade de condução, mas não tanto que o sinal de chegada seja muito fraco para provocar um potencial de ação no próximo nó de Ranvier. Na natureza, os segmentos mielinizados são geralmente longos o suficiente para que o sinal propagado passivamente viaje por pelo menos dois nós, enquanto retém amplitude suficiente para disparar um potencial de ação no segundo ou terceiro nó. Assim, o fator de segurança da condução saltatória é alto, permitindo a transmissão para contornar os nódulos em caso de lesão. No entanto, os potenciais de ação podem terminar prematuramente em certos locais onde o fator de segurança é baixo, mesmo em neurônios amielínicos, um exemplo comum é o ponto de ramificação de um axônio, onde ele se divide em dois axônios. [53]

Algumas doenças degradam a mielina e prejudicam a condução saltatória, reduzindo a velocidade de condução dos potenciais de ação. [w] A mais conhecida delas é a esclerose múltipla, na qual a degradação da mielina prejudica o movimento coordenado. [54]

Teoria do cabo Editar

O fluxo de correntes dentro de um axônio pode ser descrito quantitativamente pela teoria do cabo [55] e suas elaborações, como o modelo compartimental. [56] A teoria do cabo foi desenvolvida em 1855 por Lord Kelvin para modelar o cabo telegráfico transatlântico [x] e mostrou-se relevante para os neurônios por Hodgkin e Rushton em 1946. [y] Na teoria do cabo simples, o neurônio é tratado como um eletricamente passivo, cabo de transmissão perfeitamente cilíndrico, que pode ser descrito por uma equação diferencial parcial [55]

Onde V(x, t) é a voltagem através da membrana de cada vez t e uma posição x ao longo do comprimento do neurônio, e onde λ e τ são as escalas de tempo e comprimento características nas quais essas tensões decaem em resposta a um estímulo. Consultando o diagrama de circuito à direita, essas escalas podem ser determinadas a partir das resistências e capacitâncias por unidade de comprimento. [57]

Essas escalas de tempo e comprimento podem ser usadas para entender a dependência da velocidade de condução do diâmetro do neurônio nas fibras amielínicas. Por exemplo, a escala de tempo τ aumenta tanto com a resistência da membrana rm e capacitância cm. À medida que a capacitância aumenta, mais carga deve ser transferida para produzir uma dada tensão transmembrana (pela equação Q = cv) conforme a resistência aumenta, menos carga é transferida por unidade de tempo, tornando o equilíbrio mais lento. De maneira semelhante, se a resistência interna por unidade de comprimento reu é menor em um axônio do que em outro (por exemplo, porque o raio do primeiro é maior), o comprimento de decaimento espacial λ torna-se maior e a velocidade de condução de um potencial de ação deve aumentar. Se a resistência transmembrana rm é aumentado, o que reduz a corrente de "vazamento" média através da membrana, causando também λ para ficar mais longo, aumentando a velocidade de condução.

Editar sinapses químicas

Em geral, os potenciais de ação que alcançam os botões sinápticos fazem com que um neurotransmissor seja liberado na fenda sináptica. [z] Neurotransmissores são pequenas moléculas que podem abrir canais iônicos na célula pós-sináptica. A maioria dos axônios tem o mesmo neurotransmissor em todos os seus terminais. A chegada do potencial de ação abre canais de cálcio sensíveis à voltagem na membrana pré-sináptica. O influxo de cálcio faz com que vesículas cheias de neurotransmissor migrem para a superfície da célula e liberem seu conteúdo na fenda sináptica. [aa] Esse processo complexo é inibido pelas neurotoxinas tetanospasmina e toxina botulínica, responsáveis ​​pelo tétano e botulismo, respectivamente. [ab]

Editar sinapses elétricas

Algumas sinapses dispensam o "intermediário" do neurotransmissor e conectam as células pré-sinápticas e pós-sinápticas. [ac] Quando um potencial de ação atinge tal sinapse, as correntes iônicas que fluem para a célula pré-sináptica podem cruzar a barreira das duas membranas celulares e entrar na célula pós-sináptica através de poros conhecidos como conexões. [ad] Assim, as correntes iônicas do potencial de ação pré-sináptica podem estimular diretamente a célula pós-sináptica. As sinapses elétricas permitem uma transmissão mais rápida porque não requerem a difusão lenta de neurotransmissores através da fenda sináptica. Conseqüentemente, as sinapses elétricas são usadas sempre que a resposta rápida e a coordenação do tempo são cruciais, como nos reflexos de escape, na retina dos vertebrados e no coração.

Junções neuromusculares Editar

Um caso especial de sinapse química é a junção neuromuscular, na qual o axônio de um neurônio motor termina em uma fibra muscular. [ae] Nesses casos, o neurotransmissor liberado é a acetilcolina, que se liga ao receptor de acetilcolina, uma proteína de membrana integral na membrana (o sarcolema) da fibra muscular. [af] No entanto, a acetilcolina não permanece ligada, em vez disso, ela se dissocia e é hidrolisada pela enzima acetilcolinesterase, localizada na sinapse. Esta enzima reduz rapidamente o estímulo ao músculo, o que permite que o grau e o tempo da contração muscular sejam regulados delicadamente. Alguns venenos inativam a acetilcolinesterase para prevenir esse controle, como os agentes nervosos sarin e tabun, [ag] e os inseticidas diazinon e malathion. [ah]

Potenciais de ação cardíaca Editar

O potencial de ação cardíaco difere do potencial de ação neuronal por ter um platô estendido, no qual a membrana é mantida em alta voltagem por algumas centenas de milissegundos antes de ser repolarizada pela corrente de potássio, como de costume. [ai] Este platô é devido à ação dos canais de cálcio mais lentos abrindo e mantendo a voltagem da membrana perto de seu potencial de equilíbrio, mesmo depois que os canais de sódio foram inativados.

O potencial de ação cardíaco desempenha um papel importante na coordenação da contração do coração. [ai] As células cardíacas do nodo sinoatrial fornecem o potencial de marca-passo que sincroniza o coração. Os potenciais de ação dessas células se propagam para e através do nó atrioventricular (nó AV), que normalmente é a única via de condução entre os átrios e os ventrículos. Os potenciais de ação do nó AV viajam através do feixe de His e daí para as fibras de Purkinje. [nota 2] Por outro lado, anomalias no potencial de ação cardíaca - sejam devido a uma mutação congênita ou lesão - podem levar a patologias humanas, especialmente arritmias. [ai] Vários medicamentos antiarritmia atuam no potencial de ação cardíaco, como quinidina, lidocaína, betabloqueadores e verapamil. [aj]

Potenciais de ação muscular Editar

O potencial de ação em uma célula muscular esquelética normal é semelhante ao potencial de ação nos neurônios. [58] Os potenciais de ação resultam da despolarização da membrana celular (o sarcolema), que abre canais de sódio sensíveis à voltagem, eles se tornam inativados e a membrana é repolarizada por meio da corrente de saída de íons de potássio. O potencial de repouso antes do potencial de ação é normalmente −90mV, um pouco mais negativo do que os neurônios típicos. O potencial de ação muscular dura aproximadamente 2–4 ms, o período refratário absoluto é aproximadamente 1–3 ms e a velocidade de condução ao longo do músculo é aproximadamente 5 m / s. O potencial de ação libera íons de cálcio que liberam a tropomiosina e permitem que o músculo se contraia. Os potenciais de ação muscular são provocados pela chegada de um potencial de ação neuronal pré-sináptica na junção neuromuscular, que é um alvo comum para as neurotoxinas. [ag]

Potenciais de ação da planta Editar

As células vegetais e fúngicas [ak] também são eletricamente excitáveis. A diferença fundamental dos potenciais de ação animal é que a despolarização nas células vegetais não é realizada por uma captação de íons de sódio positivos, mas pela liberação de íons negativos. cloreto íons. [al] [am] [an] Em 1906, J. C. Bose publicou as primeiras medições de potenciais de ação em plantas, que haviam sido descobertas anteriormente por Burdon-Sanderson e Darwin. [59] Um aumento nos íons de cálcio citoplasmático pode ser a causa da liberação de ânions na célula. Isso torna o cálcio um precursor dos movimentos de íons, como o influxo de íons cloreto negativos e efluxo de íons potássio positivos, como visto nas folhas de cevada. [60]

O influxo inicial de íons de cálcio também apresenta uma pequena despolarização celular, fazendo com que os canais iônicos dependentes de voltagem se abram e permitindo que a despolarização completa seja propagada pelos íons cloreto.

Algumas plantas (por exemplo Dionaea muscipula) usam canais controlados por sódio para operar movimentos e, essencialmente, "contar". Dionaea muscipula, também conhecida como armadilha da Vênus, é encontrada em áreas úmidas subtropicais na Carolina do Norte e do Sul. [61] Quando há nutrientes pobres no solo, a flytrap depende de uma dieta de insetos e animais. [62] Apesar da pesquisa sobre a planta, falta um entendimento por trás da base molecular das armadilhas de Vênus e das plantas carnívoras em geral. [63]

No entanto, muitas pesquisas foram feitas sobre os potenciais de ação e como eles afetam o movimento e o funcionamento do relógio dentro da armadilha de Vênus. Para começar, o potencial de membrana em repouso da armadilha de Vênus (-120mV) é menor do que as células animais (geralmente -90mV a -40mV). [63] [64] O potencial de repouso inferior torna mais fácil ativar um potencial de ação. Assim, quando um inseto pousa na armadilha da planta, ele aciona um mecanorreceptor semelhante a um cabelo. [63] Esse receptor então ativa um potencial de ação que dura cerca de 1,5 ms. Em última análise, isso causa um aumento de íons de cálcio positivos na célula, despolarizando-a levemente.

No entanto, a flytrap não fecha após um gatilho. Em vez disso, requer a ativação de 2 ou mais fios de cabelo. [62] [63] Se apenas um fio de cabelo for acionado, ele gerará a ativação como um falso positivo. Além disso, o segundo cabelo deve ser ativado dentro de um certo intervalo de tempo (0,75 s - 40 s) para que seja registrado com a primeira ativação. [63] Assim, um acúmulo de cálcio começa e diminui lentamente desde o primeiro gatilho. Quando o segundo potencial de ação é disparado dentro do intervalo de tempo, ele atinge o limite de cálcio para despolarizar a célula, fechando a armadilha para a presa em uma fração de segundo. [63]

Junto com a liberação subsequente de íons de potássio positivos, o potencial de ação nas plantas envolve uma perda osmótica de sal (KCl). Ao passo que o potencial de ação animal é osmoticamente neutro porque quantidades iguais de entrada e saída de potássio se cancelam osmoticamente. A interação das relações elétricas e osmóticas nas células vegetais [ao] parece ter surgido de uma função osmótica de excitabilidade elétrica em ancestrais unicelulares comuns de plantas e animais sob condições variáveis ​​de salinidade. Além disso, a presente função de transmissão rápida de sinal é vista como uma realização mais recente de células de metazoário em um ambiente osmótico mais estável. [66] É provável que a função de sinalização familiar de potenciais de ação em algumas plantas vasculares (por exemplo, Mimosa pudica) surgiu independentemente das células excitáveis ​​de metazoário.

Ao contrário da fase ascendente e do pico, a fase descendente e a pós-hiperpolarização parecem depender principalmente de cátions que não são cálcio. Para iniciar a repolarização, a célula requer movimento de potássio para fora da célula por meio de transporte passivo na membrana.Isso difere dos neurônios porque o movimento do potássio não domina a diminuição do potencial de membrana. Na verdade, para repolarizar totalmente, uma célula vegetal requer energia na forma de ATP para auxiliar na liberação de hidrogênio da célula - utilizando um transportador comumente conhecido como H + -ATPase. [67] [63]

Os potenciais de ação são encontrados em todos os organismos multicelulares, incluindo plantas, invertebrados, como insetos, e vertebrados, como répteis e mamíferos. [ap] Esponjas parecem ser o filo principal de eucariotos multicelulares que não transmitem potenciais de ação, embora alguns estudos tenham sugerido que esses organismos também têm uma forma de sinalização elétrica. [aq] O potencial de repouso, bem como o tamanho e a duração do potencial de ação, não variaram muito com a evolução, embora a velocidade de condução varie dramaticamente com o diâmetro axonal e a mielinização.

Comparação de potenciais de ação (APs) de uma seção transversal representativa de animais [68]
Animal Tipo de célula Potencial de repouso (mV) Aumento AP (mV) Duração AP (ms) Velocidade de condução (m / s)
Lula (Loligo) Axônio gigante −60 120 0.75 35
Minhoca (Lumbricus) Fibra gigante mediana −70 100 1.0 30
Barata (Periplaneta) Fibra gigante −70 80–104 0.4 10
Sapo (Rana) Axônio do nervo ciático -60 a -80 110–130 1.0 7–30
Gato (Felis) Neurônio motor espinhal -55 a -80 80–110 1–1.5 30–120

Dada a sua conservação ao longo da evolução, o potencial de ação parece conferir vantagens evolutivas. Uma função dos potenciais de ação é a sinalização rápida e de longo alcance dentro do organismo de que a velocidade de condução pode exceder 110 m / s, que é um terço da velocidade do som. Para efeito de comparação, uma molécula de hormônio carregada na corrente sanguínea se move a cerca de 8 m / s em grandes artérias. Parte dessa função é a coordenação rígida de eventos mecânicos, como a contração do coração. Uma segunda função é o cálculo associado à sua geração. Por ser um sinal tudo ou nada que não decai com a distância de transmissão, o potencial de ação tem vantagens semelhantes à eletrônica digital. A integração de vários sinais dendríticos no outeirinho do axônio e seu limiar para formar uma cadeia complexa de potenciais de ação é outra forma de computação, que foi explorada biologicamente para formar geradores de padrão central e imitada em redes neurais artificiais.

Acredita-se que o ancestral procariótico / eucariótico comum, que viveu há cerca de quatro bilhões de anos, tinha canais dependentes de voltagem. Esta funcionalidade foi provavelmente, em algum ponto posterior, com objetivos cruzados para fornecer um mecanismo de comunicação. Mesmo as bactérias unicelulares modernas podem utilizar potenciais de ação para se comunicar com outras bactérias no mesmo biofilme. [69]

O estudo dos potenciais de ação exigiu o desenvolvimento de novos métodos experimentais. O trabalho inicial, antes de 1955, foi realizado principalmente por Alan Lloyd Hodgkin e Andrew Fielding Huxley, que foram, junto com John Carew Eccles, agraciado com o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina de 1963 por sua contribuição para a descrição da base iônica do nervo condução. Ele se concentrava em três objetivos: isolar sinais de neurônios ou axônios individuais, desenvolver componentes eletrônicos rápidos e sensíveis e reduzir eletrodos o suficiente para que a voltagem dentro de uma única célula pudesse ser registrada.

O primeiro problema foi resolvido estudando os axônios gigantes encontrados nos neurônios da lula (Loligo forbesii e Doryteuthis pealeii, na época classificado como Loligo Pealeii) [ar] Esses axônios são tão grandes em diâmetro (cerca de 1 mm, ou 100 vezes maior que um neurônio típico) que podem ser vistos a olho nu, tornando-os fáceis de extrair e manipular. [i] [as] No entanto, eles não são representativos de todas as células excitáveis, e vários outros sistemas com potenciais de ação foram estudados.

O segundo problema foi abordado com o desenvolvimento crucial do grampo de voltagem, [at] que permitiu aos experimentadores estudar as correntes iônicas subjacentes a um potencial de ação de forma isolada, e eliminou uma fonte chave de ruído eletrônico, a corrente euC associado com a capacitância C da membrana. [71] Uma vez que o atual é igual C vezes a taxa de mudança da tensão transmembrana Vm, a solução foi projetar um circuito que mantivesse Vm fixa (taxa de variação zero), independentemente das correntes que fluem através da membrana. Assim, a corrente necessária para manter Vm em um valor fixo é um reflexo direto da corrente fluindo através da membrana. Outros avanços eletrônicos incluíram o uso de gaiolas de Faraday e eletrônicos com alta impedância de entrada, de modo que a medição em si não afetou a tensão sendo medida. [72]

O terceiro problema, o de obter eletrodos pequenos o suficiente para registrar tensões dentro de um único axônio sem perturbá-lo, foi resolvido em 1949 com a invenção do eletrodo de micropipeta de vidro, [au] que foi rapidamente adotado por outros pesquisadores. [av] [aw] Refinamentos desse método são capazes de produzir pontas de eletrodos tão finas quanto 100 Å (10 nm), o que também confere alta impedância de entrada. [73] Os potenciais de ação também podem ser registrados com pequenos eletrodos de metal colocados ao lado de um neurônio, com neurochips contendo EOSFETs ou opticamente com corantes que são sensíveis ao Ca 2+ ou à voltagem. [machado]

Enquanto eletrodos de micropipeta de vidro medem a soma das correntes que passam por muitos canais iônicos, estudar as propriedades elétricas de um único canal iônico tornou-se possível na década de 1970 com o desenvolvimento do patch clamp por Erwin Neher e Bert Sakmann. Por essa descoberta, eles receberam o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina em 1991. [grego inferior 3] O patch clamping verificou que os canais iônicos têm estados discretos de condutância, como aberto, fechado e inativado.

Tecnologias de imagem óptica foram desenvolvidas nos últimos anos para medir potenciais de ação, seja por meio de gravações multisite simultâneas ou com resolução ultra-espacial. Usando corantes sensíveis à voltagem, os potenciais de ação foram opticamente registrados a partir de um minúsculo pedaço de membrana de cardiomiócito. [ay]

Várias neurotoxinas, naturais e sintéticas, são projetadas para bloquear o potencial de ação. Tetrodotoxina do baiacu e saxitoxina do Gonyaulax (o gênero dinoflagelado responsável pelas "marés vermelhas") bloqueia os potenciais de ação ao inibir o canal de sódio sensível à voltagem [az] da mesma forma, a dendrotoxina da cobra mamba negra inibe o canal de potássio sensível à voltagem. Esses inibidores de canais iônicos servem a um propósito de pesquisa importante, ao permitir que os cientistas "desliguem" canais específicos à vontade, isolando assim as contribuições dos outros canais, eles também podem ser úteis na purificação dos canais iônicos por cromatografia de afinidade ou no ensaio de sua concentração. No entanto, esses inibidores também produzem neurotoxinas eficazes e têm sido considerados para uso como armas químicas. As neurotoxinas direcionadas aos canais iônicos de insetos têm sido inseticidas eficazes, um exemplo é a permetrina sintética, que prolonga a ativação dos canais de sódio envolvidos nos potenciais de ação. Os canais iônicos dos insetos são suficientemente diferentes de seus equivalentes humanos, de modo que existem poucos efeitos colaterais em humanos.

O papel da eletricidade no sistema nervoso dos animais foi observado pela primeira vez em sapos dissecados por Luigi Galvani, que a estudou de 1791 a 1797. [ba] Os resultados de Galvani estimularam Alessandro Volta a desenvolver a pilha voltaica - a bateria elétrica mais antiga conhecida - com onde estudou a eletricidade animal (como enguias elétricas) e as respostas fisiológicas às tensões de corrente contínua aplicadas. [bb]

Cientistas do século 19 estudaram a propagação de sinais elétricos em nervos inteiros (ou seja, feixes de neurônios) e demonstraram que o tecido nervoso era feito de células, em vez de uma rede interconectada de tubos (um retículo) [74] Carlo Matteucci acompanhou os estudos de Galvani e demonstrou que as membranas celulares tinham uma voltagem através delas e podiam produzir corrente contínua. O trabalho de Matteucci inspirou o fisiologista alemão Emil du Bois-Reymond, que descobriu o potencial de ação em 1843. [75] A velocidade de condução dos potenciais de ação foi medida pela primeira vez em 1850 pelo amigo de du Bois-Reymond, Hermann von Helmholtz. [76] Para estabelecer que o tecido nervoso é composto de células discretas, o médico espanhol Santiago Ramón y Cajal e seus alunos usaram uma coloração desenvolvida por Camillo Golgi para revelar a miríade de formas de neurônios, que eles renderizaram meticulosamente. Por suas descobertas, Golgi e Ramón y Cajal receberam o Prêmio Nobel de Fisiologia de 1906. [grego inferior 4] O trabalho deles resolveu uma controvérsia de longa data na neuroanatomia do século 19, o próprio Golgi defendia o modelo de rede do sistema nervoso.

O século 20 foi uma era significativa para a eletrofisiologia. Em 1902 e novamente em 1912, Julius Bernstein avançou com a hipótese de que o potencial de ação resultava de uma mudança na permeabilidade da membrana axonal aos íons. A hipótese de Bernstein foi confirmada por Ken Cole e Howard Curtis, que mostraram que a condutância da membrana aumenta durante um potencial de ação. [bd] Em 1907, Louis Lapicque sugeriu que o potencial de ação foi gerado quando um limiar foi cruzado, [seja] o que mais tarde seria mostrado como um produto dos sistemas dinâmicos de condutâncias iônicas. Em 1949, Alan Hodgkin e Bernard Katz refinaram a hipótese de Bernstein considerando que a membrana axonal pode ter diferentes permeabilidades para diferentes íons em particular, eles demonstraram o papel crucial da permeabilidade ao sódio para o potencial de ação. [bf] Eles fizeram o primeiro registro real das mudanças elétricas através da membrana neuronal que medeiam o potencial de ação. [grego inferior 5] Esta linha de pesquisa culminou nos cinco artigos de 1952 de Hodgkin, Katz e Andrew Huxley, nos quais eles aplicaram a técnica de fixação de voltagem para determinar a dependência das permeabilidades da membrana axonal aos íons de sódio e potássio na voltagem e no tempo , a partir do qual eles foram capazes de reconstruir o potencial de ação quantitativamente. [i] Hodgkin e Huxley correlacionaram as propriedades de seu modelo matemático com canais de íons discretos que poderiam existir em vários estados diferentes, incluindo "aberto", "fechado" e "inativado". Suas hipóteses foram confirmadas em meados dos anos 1970 e 1980 por Erwin Neher e Bert Sakmann, que desenvolveram a técnica de patch clamping para examinar os estados de condutância de canais iônicos individuais. [bg] No século 21, os pesquisadores estão começando a entender a base estrutural para esses estados de condutância e para a seletividade dos canais para suas espécies de íons, [bh] por meio de estruturas cristalinas de resolução atômica, [bi] medições de distâncias de fluorescência [ bj] e estudos de microscopia crioeletrônica. [bk]

Julius Bernstein também foi o primeiro a introduzir a equação de Nernst para potencial de repouso através da membrana, que foi generalizada por David E. Goldman para a equação de Goldman homônima em 1943. [h] A bomba de sódio-potássio foi identificada em 1957 [bl] [inferior -Greek 6] e suas propriedades gradualmente elucidadas, [bm] [bn] [bo] culminando na determinação de sua estrutura de resolução atômica por cristalografia de raios-X. [bp] As estruturas cristalinas das bombas iônicas relacionadas também foram resolvidas, dando uma visão mais ampla de como essas máquinas moleculares funcionam. [bq]

Modelos matemáticos e computacionais são essenciais para a compreensão do potencial de ação e oferecem previsões que podem ser testadas contra dados experimentais, fornecendo um teste rigoroso de uma teoria. O mais importante e preciso dos primeiros modelos neurais é o modelo de Hodgkin-Huxley, que descreve o potencial de ação por um conjunto acoplado de quatro equações diferenciais ordinárias (EDOs). [i] Embora o modelo de Hodgkin-Huxley possa ser uma simplificação com poucas limitações [78] em comparação com a membrana nervosa realista como ela existe na natureza, sua complexidade inspirou vários modelos ainda mais simplificados, [79] [br] como como o modelo Morris – Lecar [bs] e o modelo FitzHugh – Nagumo, [bt], ambos com apenas dois ODEs acoplados. As propriedades dos modelos Hodgkin-Huxley e FitzHugh-Nagumo e seus parentes, como o modelo Bonhoeffer-Van der Pol, [bu] foram bem estudados em matemática, [80] [bv] computação [81] e eletrônica. [bw] No entanto, os modelos simples de potencial gerador e potencial de ação falham em reproduzir com precisão a taxa de pico neural próximo ao limiar e a forma de pico, especificamente para os mecanorreceptores como o corpúsculo de Paciniano. [82] Pesquisas mais modernas têm se concentrado em sistemas maiores e mais integrados, juntando modelos de potencial de ação com modelos de outras partes do sistema nervoso (como dendritos e sinapses), pesquisadores podem estudar computação neural [83] e reflexos simples, como como reflexos de escape e outros controlados por geradores de padrões centrais. [84] [bx]


Esclerose Múltipla: Situação Atual e Estratégias para o Futuro (2001)

Os sinais e sintomas da esclerose múltipla (EM) geralmente estão relacionados às partes mais mielinizadas do sistema nervoso central (SNC), mas são notoriamente variáveis. Alguns sintomas, como tontura, sensação de formigamento na pele ou distúrbios do rastreamento visual, são facilmente esquecidos e costumam ser difíceis de descrever pelos pacientes. A maioria das anormalidades cerebrais passageiras observadas na ressonância magnética (MRI) não pode ser correlacionada com quaisquer sintomas, mesmo as áreas cronicamente desmielinizadas do nervo óptico e da medula espinhal podem não apresentar sintomas. 107

Em geral, os pacientes com esclerose múltipla relatam que a saúde mental é mais importante do que a deficiência física e a dor corporal na determinação de sua qualidade de vida. Isso é diferente das crenças dos neurologistas sobre os determinantes mais importantes da qualidade de vida relacionada à saúde para pacientes com EM ou das crenças do público em geral sobre sua própria qualidade de vida. 146 Nove dos sintomas mais proeminentes são descritos neste capítulo. Eles são apresentados aproximadamente na ordem da importância que os pacientes com EM atribuem a eles como determinantes da qualidade de vida geral, embora deva ser observado que esta classificação é baseada em uma pequena pesquisa e que a variabilidade individual é uma característica proeminente de todos os aspectos da EM . 146

IMPARIDADE COGNITIVA

O medo da mudança mental é uma das maiores preocupações dos pacientes com esclerose múltipla quando descobrem que têm a doença. A disfunção cognitiva é uma das características mais incapacitantes da EM e, mesmo quando sutil, pode começar a limitar a capacidade de uma pessoa

para enfrentar, permanecer empregado, cumprir as responsabilidades familiares e aproveitar a vida. 140

Os primeiros escritores sobre a esclerose múltipla costumavam comentar as mudanças cognitivas e emocionais, mas, em meados do século XX, um padrão de negação dessas características se desenvolveu na literatura médica. 143 Assim como os médicos consideraram os sintomas frequentes de dor e fadiga características da doença, eles também ignoraram as mudanças emocionais e cognitivas frequentemente observadas (Jock Murray, comunicação pessoal). Donald Paty (comunicação pessoal) observou que houve uma reação negativa às suas sugestões na década de 1970 de que a disfunção cognitiva deveria ser um foco de estudo da Sociedade Nacional de Esclerose Múltipla. Na época, estimou-se que apenas 5 por cento dos pacientes com esclerose múltipla poderiam incorrer em alterações cognitivas, e argumentou-se que a alteração cognitiva era relativamente sem importância na esclerose múltipla. 143 Na década de 1990, essas opiniões mudaram e, em 1992, a Sociedade de MS e a Federação Internacional de Sociedades de Esclerose Múltipla realizaram um simpósio sobre "Distúrbios neurocomportamentais em EM: Diagnóstico, Patologia Subjacente, História Natural e Terapêutica." estimada para ocorrer em cerca de 43 por cento dos casos de esclerose múltipla. 54

A convicção de que as mudanças cognitivas devem ser analisadas seletivamente e diferenciadas de outros fenômenos, como depressão e fadiga, surgiu apenas nas últimas décadas. Os testes psicológicos padrão, no entanto, não são muito eficazes na identificação do tipo de alterações que ocorrem na EM. Rao, LaRocca, Fischer, Peyser e muitos outros fizeram recentemente um progresso considerável na adaptação de testes que podem detectar as alterações específicas vistas nesta doença, 54, 57, 130 ainda muito mais a ser feito. Paradoxalmente, à medida que estamos aprendendo a separar e medir com mais eficácia as mudanças cognitivas e as mudanças afetivas, essa separação tornou possível aprender como elas estão tantas vezes ligadas (Jock Murray, comunicação pessoal).

As alterações cognitivas na EM geralmente não são globais, mas na maioria das vezes são circunscritas a processos específicos. Aprendizagem, recuperação de novas informações e velocidade de processamento de informações são afetados com mais frequência. Déficits nas habilidades visuoespaciais e funções executivas, como raciocínio, resolução de problemas e planejamento, também são comuns. 54 A precisão do desempenho é menos afetada, mas parece afetada se testes cronometrados forem usados. 41 Uma vez que o comprometimento cognitivo está presente, ele geralmente não remite (revisado em 1999 por Fischer 54).

Memória fraca é uma queixa comum entre os pacientes com esclerose múltipla. 3 Dependendo dos métodos de seleção da amostra e dos critérios usados ​​para definir deficiência, aproximadamente 20 a 42 por cento dos pacientes com esclerose múltipla têm algum déficit em sua memória livre de material verbal e visual recentemente aprendido (revisado em 1994 por Fischer et al. 56). Embora os déficits de memória sejam comuns, certos processos permanecem intactos. Por exemplo, a taxa de aprendizagem, a probabilidade de lembrar um item específico com base em quando ele foi apresentado e a capacidade de detectar características semânticas do material a ser aprendido são preservadas em todos, exceto nos pacientes com EM mais prejudicados. A memória implícita, ou a capacidade de aprender novas informações ou habilidades sem dar atenção explícita a elas, também é preservada. Reconhecimento de informação recentemente aprendida

é geralmente prejudicado em muito menos extensão do que a memória livre. O comprometimento da fluência verbal (capacidade de gerar rapidamente palavras que atendem a critérios fonológicos ou semânticos específicos) e, em menor grau, a nomeação por confronto (capacidade de recuperar nomes de objetos) estão frequentemente associados ao comprometimento da memória. Diminuições na fluência das palavras são comuns, enquanto diminuições na compreensão verbal são menos comuns. 4

Um estudo com 44 pacientes com esclerose múltipla descobriu que em testes de desempenho cognitivo projetados para medir os testes de habilidades de planejamento, o grupo de esclerose múltipla teve desempenho em média significativamente pior do que os controles. 8 No entanto, isso se deveu principalmente a déficits entre pacientes crônicos progressivos, em oposição a pacientes remitentes-recorrentes. Outra ressalva é que se tratava de um teste cronometrado, de modo que, além das habilidades de planejamento, a velocidade de processamento da informação teria influenciado o desempenho, o que provavelmente distorceria os resultados, uma vez que isso costuma ser afetado em pacientes com esclerose múltipla.

Período

O curso de tempo das alterações cognitivas na EM é altamente variável, embora pareçam ocorrer muito no início da doença, muitas vezes antes do início de outros sintomas.Diferentes tipos de mudança cognitiva podem aparecer em diferentes sequências em diferentes pacientes, e poucos estudos documentaram mudanças ao longo do tempo em pacientes individuais. Em um estudo, 50 pacientes foram testados no início da doença (em média, 19 meses após o início clínico) e novamente 4,5 anos depois. 4 Os testes iniciais revelaram déficits estatisticamente significativos na memória verbal e raciocínio abstrato em relação aos controles, com resultados semelhantes nos testes de acompanhamento. A diferença nas pontuações médias entre pacientes e controles foi de cerca de 10 por cento. No entanto, a diferença na variabilidade foi muito mais notável. A variabilidade nas pontuações para o grupo de MS foi consistentemente maior do que para os controles, e em 7 de 15 casos a variância do grupo de MS foi mais do que o dobro dos controles. Isso sugere que o desempenho cognitivo de muitos dos pacientes com esclerose múltipla não foi afetado de forma mensurável, enquanto outros foram substancialmente afetados. Uma simples análise das diferenças dos grupos não é suficiente para responder a esta pergunta. Este estudo também ilustra o valor de usar pacientes individuais como seus próprios controles.

Associação com outros sintomas

Os déficits cognitivos e neurológicos não parecem se desenvolver em paralelo, pelo menos não em pacientes cuja doença ainda está em sua fase inicial. 4 A duração da doença não é um bom preditor da função cognitiva na EM, mas o curso da doença influencia a probabilidade de comprometimento cognitivo. Pacientes crônicos progressivos tendem a se sair mais mal em testes neuropsicológicos do que pacientes remitentes-recorrentes (revisado em 2001 por Fischer 55). Os escores da Escala Expandida do Status de Incapacidade (EDSS) e os sintomas neurológicos específicos não estão correlacionados com déficits cognitivos. 8, 53, 134 O EDSS é mostrado no Apêndice D. Apesar disso, os médicos consistem


Diagnóstico baseado em aquaporina

Diagnóstico baseado em anticorpos

Há um exemplo proeminente de um teste de diagnóstico baseado em anticorpos AQP. AQP4 foi implicada como um marcador da doença desmielinizante inflamatória central neuromielite óptica (NMO), ou doença de Devic (Wingerchuk et al., 2007). NMO é uma forma única de esclerose múltipla (EM) em que as lesões inflamatórias são restritas ao nervo óptico e medula espinhal, causando dor ocular aguda com perda de visão e mielite com paraplegia simétrica, perda sensorial e disfunção da bexiga. Uma imunoglobulina sérica foi descoberta em indivíduos com NMO, mas não em indivíduos com EM ou normais, que foram encontrados para alvejar epítopo (s) externo (s) em AQP4 (Lennon et al., 2005). A soropositividade para NMO-IgG é razoavelmente sensível (74%) e específica (& gt90%) para NMO (Jarius et al., 2008), permitindo a distinção diagnóstica precoce de NMO de MS. A deposição vasculocêntrica característica de imunoglobulinas e produtos de ativação do complemento em NMO sugeriu a possibilidade de que o autoanticorpo AQP4 esteja envolvido na patogênese da doença NMO. No entanto, várias observações desafiaram o papel proposto do anticorpo AQP4 na patogênese da doença, como a falta de correlação do título de anticorpo NMO-IgG com a gravidade da doença e os locais restritos de lesões NMO em comparação com a ampla distribuição de AQP4. Apesar da compreensão incompleta da origem e importância dos anticorpos NMO na patogênese da doença, a detecção de NMO-IgG abriu uma nova área no diagnóstico de uma doença neurológica onde testes alternativos não estavam disponíveis. Existem vários outros estados de doença nos quais os anticorpos AQP podem ser úteis para o diagnóstico e possivelmente envolvidos na patogênese da doença. Possibilidades ainda não testadas incluem autoanticorpos AQP3 em doenças de pele autoimunes e autoanticorpos AQP5 na síndrome de Sjogren.

Diagnóstico baseado em proteínas

A análise do conteúdo de proteína AQP em fluidos corporais e amostras de tecido pode ter valor diagnóstico. O único exemplo estabelecido é o ensaio da proteína imunorreativa AQP2 na urina para distinguir entre várias etiologias de diabetes insípido nefrogênico (NDI) (Rai et al., 1997 Ishikawa, 2000). A justificativa para o ensaio de AQP2 urinário é a liberação, por um mecanismo exossômico, de uma pequena quantidade da proteína AQP2 quando presente na membrana luminal do ducto coletor renal. Com ressalvas adequadas, a proteína AQP2 urinária é um marcador da expressão de AQP2 da membrana apical, estando ausente no NDI causado por deficiência de AQP2 ou processamento celular defeituoso. No entanto, o ensaio de diagnóstico de AQP2 urinário não tem sido amplamente utilizado porque métodos alternativos e confiáveis ​​estão disponíveis para avaliar o NDI. A possibilidade de "derramamento" de outros AQPs na urina ou em outros fluidos corporais, como humor aquoso ou LCR, não foi explorada. Outro papel potencial para o diagnóstico baseado em proteína AQP é avaliar a expressão de AQP em amostras de tecido. Vários estudos tentaram correlacionar a expressão de AQP em células tumorais com o grau do tumor (revisado por Verkman et al., 2008a) e a expressão de AQP com epilepsia humana (Lee et al., 2004) e ocular (revisado por Verkman et al., 2008b) e doenças de pele (Olsson et al., 2006). Se informações úteis para o diagnóstico ou informações exclusivas podem ser obtidas por meio de tais medições, resta ver.


Sobre o autor

Sou pai de uma filha adolescente que foi diagnosticada com Síndrome de Ehlers-Danlos, tipo de hipermobilidade, Síndrome de Taquicardia Postural Ortostática, Síndrome de Ativação de Mastócitos e Fadiga Crônica.

Eu preparei esta postagem para estimular novas pesquisas, e não para fornecer conselhos médicos. Não sou um profissional médico e não tenho formação médica.

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A PESQUISA DE EFEITOS SECUNDÁRIOS DE VACINAÇÃO DE ME / CFS e FM CORONAVIRUS

Conte-nos como foi sua vacinação contra o coronavírus e descubra como outras pessoas com EM / CFS e / ou FM se saíram com a vacinação contra o coronavírus na pesquisa Health Rising & # 8217s Coronavirus Vaccine Side Effects.


Hormônio antidiurético insuficiente (ou perdeu seu efeito)

  • Diabetes insipidus:
    • Não deve ser confundido com diabetes mellitus, que é muito mais comum. é devido ao cérebro não ser mais capaz de produzir o hormônio antidiurético (ADH) (diabetes insípido craniano) ou aos rins perderem sua capacidade de reagir a ele (diabetes insípido nefrogênico).
    • Pode causar grave falta de fluidos no corpo (desidratação).

    Perda de fluido corporal

    • Alguns medicamentos, como diuréticos - por exemplo, diuréticos tiazídicos ou diuréticos de alça - podem prejudicar a capacidade dos rins de reter a água.
    • Diarréia severa.
    • Enjôo grave (vômito).
    • Suor excessivo.
    • Queimaduras.

    Controle e Inteligência Física

    Marko B. Popovic,. Matthew P. Bowers, em Biomecatrônica, 2019

    5.11.1 Neurônio

    O SNC é composto inteiramente de dois tipos de células especializadas: neurônios (Fig. 5.12) e glia. As únicas diferenças notáveis ​​entre neurônios e células gliais são a posse de axônios e dendritos pelos neurônios e a capacidade de gerar potenciais de ação.

    Existem dois tipos diferentes de processos ou extensões que se estendem do soma, ou seja, do corpo principal do neurônio que contém o núcleo da célula. Os numerosos processos ou extensões relativamente curtos são chamados de dendritos e o único processo ou extensão relativamente longo é o axônio.

    A palavra "dendrito" vem da antiga palavra grega dendron, significado árvore.

    A palavra "axônio" está relacionada com a palavra grega eixo.

    Em essência, os dendritos coletam informações que são processadas pelo soma e encaminhadas ao longo do axônio. Os terminais do axônio são os segmentos curtos que se ramificam do axônio. Bem no final de cada terminal de axônio, há um pequeno aumento chamado botão terminal.

    Nos vertebrados, os axônios de muitos neurônios são revestidos de mielina, que é formada por um dos dois tipos de células gliais: Células de Schwann embainhando neurônios periféricos e oligodendrócitos isolando aqueles do SNC. Ao longo das fibras nervosas mielinizadas, lacunas na bainha conhecidas como Nódulos de Ranvier ocorrem em intervalos uniformemente espaçados. A mielinização permite um modo especialmente rápido de propagação do impulso elétrico denominado saltação. A desmielinização dos axônios é o que causa a multiplicidade de sintomas neurológicos encontrados na esclerose múltipla da doença.

    Neurotransmissão (ou transmissão sináptica) é a comunicação entre neurônios realizada pelo movimento de produtos químicos ou sinais elétricos através de uma sinapse.

    Um potencial de ação é um sinal elétrico muito parecido com os sinais elétricos em dispositivos eletrônicos. Mas enquanto um sinal elétrico em um dispositivo eletrônico ocorre porque os elétrons se movem ao longo de um fio, um sinal elétrico em um neurônio ocorre porque os íons (sódio, principalmente fora, e potássio, principalmente dentro) se movem através da membrana neuronal.

    A membrana protéica de um neurônio atua como uma barreira aos íons. Os íons se movem através da membrana através de canais iônicos que se abrem e fecham devido à presença de neurotransmissores.

    Quando a concentração de íons no interior do neurônio muda, a propriedade elétrica da própria membrana muda. Normalmente, o potencial de membrana de um neurônio permanece como - 70 mV (e diz-se que a membrana está polarizada). O influxo e o fluxo de saída de íons (através dos canais iônicos durante a neurotransmissão) tornarão o interior do neurônio-alvo mais positivo (portanto, despolarizado). Quando esta despolarização atinge um ponto sem retorno denominado limiar, um grande sinal elétrico é gerado. Uma intensidade de estímulo mais alta é refletida no aumento da frequência de impulsos, não em tensões mais altas.

    A velocidade de propagação para neurônios motores de mamíferos é de 10-120 m / s, enquanto para neurônios sensoriais não mielinizados é de cerca de 5-25 m / s (neurônios não mielinizados disparam de forma contínua, sem os saltos, o vazamento de íons permite circuitos efetivamente completos, mas diminui a taxa de propagação). Normalmente, a conexão linear entre velocidade e diâmetro para axônios mielinizados é de 6–9 m / s por mícron de diâmetro.

    Pode haver até 10.000 tipos diferentes de neurônios!

    Existem três tipos de neurônios: neurônios motores (para transmitir informações motoras), neurônios sensoriais (para transmitir informações sensoriais) e interneurônios (para transmitir informações entre diferentes tipos de neurônios).

    Neurônios motores alfa (α-MNs) são grandes neurônios motores inferiores do tronco cerebral e da medula espinhal. Eles inervam as fibras musculares extrafusais do músculo esquelético e são diretamente responsáveis ​​por iniciar sua contração, ver Capítulo 3. Os α-MNs são distintos dos neurônios motores gama, que inervam as fibras musculares intrafusais dos fusos musculares.

    Embora seus corpos celulares sejam encontrados no SNC, os α-MNs também são considerados parte do sistema nervoso somático - um ramo do SNP - porque seus axônios se estendem para a periferia para inervar os músculos esqueléticos.

    Um α-MN e as fibras musculares que ele inerva são um unidade motora.

    Motoneurônios gama (γ-motoneurônios), também chamado neurônios motores gama, são o componente eferente do sistema fusimotor, o sistema pelo qual o SNC controla e modifica a sensibilidade do fuso muscular. O sistema fusimotor refere-se à combinação de fusos musculares e γ-motoneurônios. A função do fuso muscular é fornecer feedback proprioceptivo para o movimento, posição e extensão dos músculos.

    Os motoneurônios γ estão localizados no tronco cerebral e na medula espinhal e são menores do que os motoneurônios α, responsáveis ​​pelo controle do músculo esquelético.


    Hipercalemia (potássio no sangue alto)

    A hipercalemia é um diagnóstico comum. Felizmente, a maioria dos pacientes diagnosticados tem hipercalemia leve (que geralmente é bem tolerada). No entanto, qualquer condição que cause hipercalemia leve deve ser tratada para prevenir a progressão para hipercalemia mais grave. Níveis extremamente elevados de potássio no sangue (hipercalemia grave) podem causar parada cardíaca e morte. Quando não é reconhecida e tratada adequadamente, a hipercalemia grave resulta em uma alta taxa de mortalidade.

    Tecnicamente, hipercalemia significa um nível anormalmente elevado de potássio no sangue. O nível normal de potássio no sangue é 3,5-5,0 miliequivalentes por litro (mEq / L). Níveis de potássio entre 5,1 mEq / L a 6,0 mEq / L refletem hipercalemia leve. Níveis de potássio de 6,1 mEq / L a 7,0 mEq / L são hipercalemia moderada, e níveis acima de 7 mEq / L são hipercalemia grave.

    Como a hipercalemia afeta o corpo?

    O potássio é fundamental para o funcionamento normal dos músculos, coração e nervos. Desempenha um papel importante no controle da atividade do músculo liso (como o músculo encontrado no trato digestivo) e do músculo esquelético (músculos das extremidades e do tronco), bem como os músculos do coração. Também é importante para a transmissão normal de sinais elétricos por todo o sistema nervoso do corpo.

    Os níveis normais de potássio no sangue são essenciais para manter o ritmo elétrico normal do coração. Tanto os níveis baixos de potássio no sangue (hipocalemia) quanto os níveis elevados de potássio no sangue (hipercalemia) podem levar a ritmos cardíacos anormais.

    O efeito clínico mais importante da hipercalemia está relacionado ao ritmo elétrico do coração. Embora a hipercalemia leve provavelmente tenha um efeito limitado no coração, a hipercalemia moderada pode produzir alterações no EKG (EKG é uma leitura da atividade elétrica dos músculos do coração), e a hipercalemia grave pode causar supressão da atividade elétrica do coração e pode causar o coração para parar de bater.

    Outro efeito importante da hipercalemia é a interferência no funcionamento dos músculos esqueléticos. A paralisia periódica hipercalêmica é uma doença hereditária rara em que os pacientes podem desenvolver um início súbito de hipercalemia, que por sua vez causa paralisia muscular. A razão para a paralisia muscular não é claramente compreendida, mas provavelmente se deve à hipercalemia que suprime a atividade elétrica do músculo.

    Eletrólitos

    O que são eletrólitos?

    Eletrólitos comuns que são medidos por médicos com exames de sangue incluem sódio, potássio, cloreto e bicarbonato. As funções e os valores da faixa normal para esses eletrólitos são descritos a seguir.

    • A hipocalemia, ou diminuição do potássio, pode surgir devido a doenças renais, perdas excessivas devido a sudorese intensa, vômitos, diarreia, distúrbios alimentares, certos medicamentos ou outras causas.
    • O aumento de sódio (hipernatremia) no sangue ocorre sempre que há excesso de sódio em relação à água. Existem inúmeras causas de hipernatremia, que podem incluir doença renal, ingestão insuficiente de água e perda de água devido a diarreia e / ou vômitos.

    Quais são os sintomas da hipercalemia?

    A hipercalemia pode ser assintomática, o que significa que não causa sintomas. Às vezes, os pacientes com hipercalemia relatam sintomas vagos, incluindo:

    Os sintomas mais sérios de hipercalemia incluem batimento cardíaco lento e pulso fraco. A hipercalemia grave pode resultar em paralisação cardíaca fatal (parada cardíaca). Geralmente, um aumento lento do nível de potássio (como na insuficiência renal crônica) é mais bem tolerado do que um aumento abrupto dos níveis de potássio. A menos que o aumento do potássio tenha sido muito rápido, os sintomas de hipercalemia geralmente não são aparentes até que os níveis de potássio estejam muito altos (normalmente 7,0 mEq / l ou mais).

    Também podem estar presentes sintomas que refletem as condições médicas subjacentes que estão causando a hipercalemia.

    SLIDESHOW

    O que causa hipercalemia?

    As principais causas da hipercalemia são disfunção renal, doenças da glândula adrenal, saída de potássio das células para a circulação sanguínea e medicamentos.

    Hipercalemia e disfunção renal

    Os rins normalmente excretam potássio, de modo que distúrbios que diminuem a função renal podem resultar em hipercalemia. Esses incluem:

    • insuficiência renal aguda e crônica,
    • glomerulonefrite, nefrite,
    • rejeição de transplante, e
    • doenças obstrutivas do trato urinário, como urolitíase (cálculos no trato urinário).

    Além disso, os pacientes com disfunções renais são especialmente sensíveis a medicamentos que podem aumentar os níveis de potássio no sangue. Por exemplo, pacientes com disfunções renais podem desenvolver piora da hipercalemia quando recebem substitutos do sal que contêm potássio, suplementos de potássio (por via oral ou intravenosa) ou medicamentos que podem aumentar os níveis de potássio no sangue. Exemplos de medicamentos que podem aumentar os níveis de potássio no sangue incluem:

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    Hipercalemia e doenças da glândula adrenal

    As glândulas adrenais são pequenas glândulas localizadas adjacentes aos rins e são importantes na secreção de hormônios como o cortisol e a aldosterona. A aldosterona faz com que os rins retenham sódio e líquidos enquanto excretam potássio na urina. Portanto, doenças da glândula adrenal, como a doença de Addison, que levam à diminuição da secreção de aldosterona, podem diminuir a excreção renal de potássio, resultando em retenção corporal de potássio e, portanto, hipercalemia.

    Mudanças de hipercalemia e potássio

    O potássio pode sair e entrar nas células. Nossas reservas de potássio corporal total são de aproximadamente 50 mEq / kg de peso corporal. A qualquer momento, cerca de 98% do potássio total no corpo está localizado dentro das células (intracelular), com apenas 2% localizado fora das células (na circulação sanguínea e no tecido extracelular). Os exames de sangue para medição dos níveis de potássio medem apenas o potássio que está fora das células. Portanto, as condições que podem fazer com que o potássio saia das células para a circulação sanguínea podem aumentar os níveis de potássio no sangue, embora a quantidade total de potássio no corpo não tenha mudado.

    Um exemplo de deslocamento de potássio que causa hipercalemia é a cetoacidose diabética. A insulina é vital para pacientes com diabetes tipo 1. Sem insulina, os pacientes com diabetes tipo 1 podem desenvolver níveis gravemente elevados de glicose no sangue. A falta de insulina também causa a quebra das células de gordura, com a liberação de cetonas no sangue, tornando o sangue ácido (daí o termo cetoacidose). A acidose e os altos níveis de glicose no sangue trabalham juntos para fazer com que o fluido e o potássio saiam das células para a circulação sanguínea. Pacientes com diabetes frequentemente também apresentam diminuição da capacidade renal de excretar potássio na urina. A combinação do deslocamento do potássio para fora das células e a diminuição da excreção de potássio na urina causa hipercalemia.

    Outra causa da hipercalemia é a destruição do tecido, as células mortas liberam potássio na circulação sanguínea. Exemplos de destruição de tecido causando hipercalemia incluem:

      , ,
  • cirurgia, (desintegração dos glóbulos vermelhos),
  • lise maciça de células tumorais e (uma condição que envolve a destruição de células musculares que às vezes está associada a lesões musculares, alcoolismo ou abuso de drogas).
  • Hipercalemia e medicamentos

    Suplementos de potássio, substitutos do sal que contêm potássio e outros medicamentos podem causar hipercalemia.

    Em indivíduos normais, os rins saudáveis ​​podem se adaptar à ingestão oral excessiva de potássio, aumentando a excreção urinária de potássio, evitando assim o desenvolvimento de hipercalemia.No entanto, ingerir muito potássio (por meio de alimentos, suplementos ou substitutos do sal que contenham potássio) pode causar hipercalemia se houver disfunção renal ou se o paciente estiver tomando medicamentos que diminuem a excreção de potássio na urina, como inibidores da ECA e diuréticos poupadores de potássio.

    Exemplos de medicamentos que diminuem a excreção de potássio na urina incluem:

    • Inibidores da ECA,
    • ARBs,
    • AINEs,
    • diuréticos poupadores de potássio, como:
        (Aldactona), (Dyrenium) e -sulfametoxazol (Bactrim).
    • Embora a hipercalemia leve seja comum com esses medicamentos, a hipercalemia grave geralmente não ocorre, a menos que esses medicamentos sejam administrados a pacientes com disfunção renal.

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      Como a hipercalemia é diagnosticada?

      O sangue é retirado de uma veia (como em outras análises de sangue). A concentração de potássio no sangue é determinada em laboratório. Se houver suspeita de hipercalemia, um eletrocardiograma (ECG ou EKG) é frequentemente realizado, uma vez que o ECG pode mostrar alterações típicas de hipercalemia em casos moderados a graves. O ECG também será capaz de identificar arritmias cardíacas resultantes de hipercalemia.

      Como a hipercalemia é tratada?

      O tratamento da hipercalemia deve ser individualizado com base na causa subjacente da hipercalemia, na gravidade dos sintomas ou no aparecimento de alterações no ECG e no estado geral de saúde do paciente. A hipercalemia leve é ​​geralmente tratada sem hospitalização, especialmente se o paciente for saudável, o ECG estiver normal e não houver outras condições associadas, como acidose e piora da função renal. O tratamento de emergência é necessário se a hipercalemia for grave e tiver causado alterações no ECG. A hipercalemia grave é melhor tratada no hospital, muitas vezes na unidade de terapia intensiva, sob monitoramento contínuo do ritmo cardíaco.

      O tratamento da hipercalemia pode incluir qualquer uma das seguintes medidas, isoladamente ou em combinação:

      • Uma dieta pobre em potássio (para casos leves).
      • Suspenda os medicamentos que aumentam os níveis de potássio no sangue.
      • Administração intravenosa de glicose e insulina, que promove o movimento do potássio do espaço extracelular de volta para as células.
      • Cálcio intravenoso para proteger temporariamente o coração e os músculos dos efeitos da hipercalemia. administração para neutralizar a acidose e promover o movimento do potássio do espaço extracelular de volta para as células.
      • Administração de diuréticos para diminuir os estoques totais de potássio por meio do aumento da excreção de potássio na urina. É importante observar que a maioria dos diuréticos aumenta a excreção renal de potássio. Apenas os diuréticos poupadores de potássio mencionados acima diminuem a excreção renal de potássio.
      • Medicamentos que estimulam os receptores beta-2 adrenérgicos, como o albuterol e a epinefrina, também têm sido usados ​​para levar o potássio de volta às células.
      • Medicamentos conhecidos como resinas de troca catiônica, que se ligam ao potássio e levam à sua excreção pelo trato gastrointestinal. , especialmente se outras medidas falharam ou se houver insuficiência renal.

      O tratamento da hipercalemia também inclui o tratamento de quaisquer causas subjacentes (por exemplo, doença renal, doença adrenal, destruição de tecidos) de hipercalemia.


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