Em formação

Relação de conectividade entre sinapses terminais de axônio e dendritos


No que diz respeito às sinapses entre os terminais dos axônios e os dendritos, qual é a relação entre os terminais dos axônios de um determinado neurônio e os dendritos dos seus neurônios vizinhos?

  1. Cada axônio faz sinapse em apenas uma única espinha dendrítica de outro neurônio, em que todas as outras conexões que o axônio faz são com neurônios distintos, ou
  2. Podem vários terminais de axônio de um determinado neurônio acabar se conectando a um único neurônio por meio de várias espinhas dendríticas?

As sinapses são praticamente um-para-um

Aqui estão algumas fotos EM de sinapses, do Wikimedia commons:

Você deve deduzir a partir dessas imagens que são estruturas superorganizadas. Há um agrupamento denso e denso de maquinário celular na sinapse que cria uma região densa de elétron escura mostrada pelas setas. Não há espaço para mais de uma célula estar diretamente envolvida nesta área, é uma membrana intimamente ligada a outra membrana. É como se você colocasse as palmas das duas mãos juntas.

Alguns neuromoduladores (e às vezes neurotransmissores tradicionais) não são liberados sinapticamente, porém, e são apenas despejados no espaço extracelular de onde se difundem para a fenda ou se ligam fora da região sináptica.

Pode haver várias conexões entre duas células fornecidas

Embora uma sinapse seja uma conexão um-para-um, os axônios fazem múltiplos contatos sinápticos, assim como os dendritos. Embora isso possa significar que as células recebem e enviam dados para milhares de células diferentes, também é muito comum que haja várias sinapses individuais entre duas células específicas.

Para alguns exemplos, Tamas et al 1997 analisaram as sinapses feitas de interneurônios inibitórios para células excitatórias no córtex visual:

Todas as células pré-sinápticas estabeleceram múltiplas junções sinápticas em suas células-alvo pós-sinápticas. Uma célula em cesta inervou uma célula piramidal por meio de quinze locais de liberação; o número de sinapses formadas por três células direcionadas a dendritos em células piramidais foi de dezessete e oito, respectivamente, e três em uma célula estrelada espinhosa; a interação entre uma célula de bouquet duplo e uma célula piramidal pós-sináptica foi mediada por dez junções sinápticas.

Observe neste parágrafo que eles estão literalmente falando sobre 5 pares específicos de células, onde rastreiam ambas as células em EM. Este é um processo exaustivo. As células pré-sinápticas eram uma célula cesta, três células direcionadas a dendritos e uma célula bouquet dupla. As células pós-sinápticas eram todas células piramidais, exceto uma célula estrelada espinhosa. Nos cinco pares eles encontraram 15, 17, 8, 3 e 10 conexões. É claro que eles também podem ter perdido alguns.


Tamas, G., Buhl, E. H., & Somogyi, P. (1997). IPSPs rápidos eliciados através de múltiplos locais de liberação sináptica por diferentes tipos de neurônios GABAérgicos no córtex visual do gato. The Journal of physiology, 500 (3), 715-738.


Sinapses, (Um pouco de) Redes Neurais Biológicas - Parte II

As sinapses são os acoplamentos entre neurônios, permitindo que os sinais passem de um neurônio para outro. No entanto, as sinapses são muito mais do que meros relés: elas desempenham um papel importante na computação neural. Os dramas contínuos de excitação e inibição e de potencialização sináptica e depressão dão origem às suas habilidades de tomar decisões, aprender e lembrar. É realmente incrível: coleções dessas junções microscópicas em sua cabeça podem representar todos os tipos de coisas - o nome do seu animal de estimação & # 8217s, o layout do sistema de metrô de Nova York, como andar de bicicleta & # 8230

Neste artigo, apresento uma visão geral das sinapses: o que são, como funcionam e como modelá-las. Especificamente, vou me concentrar na transmissão sináptica, com breves seções sobre plasticidade de curto e longo prazo. Novamente, como antes, nada de novo está sendo dito aqui, mas gosto de pensar que a apresentação é nova.


Introdução

O cérebro é o sistema de controle central do corpo. É o principal componente do sistema nervoso central. Ele controla todas as atividades voluntárias realizadas por uma pessoa. Além disso, também possui sistemas de controle para a regulação de processos involuntários como frequência respiratória, pressão arterial, etc. Também é responsável por funções superiores, como processamento de pensamento, formação de memória, comportamento, pensamento, etc.

Todas essas funções cerebrais são realizadas por neurônios. Os neurônios são as unidades estruturais e funcionais básicas do sistema nervoso. diferentes tipos de neurônios estão presentes no cérebro. Esses neurônios são conectados por meio de links especiais chamados sinapses. Além dos neurônios, células de suporte chamadas células neurogliais também estão presentes no cérebro.

Neste artigo, falaremos sobre os diferentes tipos de neurônios presentes no cérebro, a estrutura e funções desses neurônios, bem como a maneira como eles estão conectados. Também discutiremos o papel das células gliais no cérebro. Além disso, discutiremos diferentes tipos de sinapses e seu papel no cérebro.


O papel
S. Holler et al., "Structure and function of a neocortical synapse", Natureza, doi: 10.1038 / s41586-020-03134-2, 2021.

As células B de chuva usam uma linguagem de neurotransmissores para passar mensagens entre si em junções chamadas sinapses. Um único neurônio pode ter dezenas de milhares de sinapses, permitindo que ele se comunique com milhares de outras células cerebrais. Essas conexões medeiam o fluxo de informações através do cérebro, e acredita-se que a plasticidade da força das sinapses seja a base da memória, do aprendizado e de outras formas de cognição. Os pesquisadores há muito suspeitam que as sinapses com áreas de superfície maiores são mais fortes, mas faltam evidências experimentais para isso, diz Gregor Schuhknecht, um pós-doutorado em neurociência da Universidade de Harvard.

Para responder a esta pergunta, Schuhknecht, então um estudante de graduação no Instituto de Neuroinformática da Universidade de Zurique e ETH Zurique, e seus colegas identificaram sinapses entre pares de neurônios na região do neocórtex de fatias de cérebro de camundongos. Quando um impulso elétrico conhecido como potencial de ação desencadeia a liberação de vesículas cheias de neurotransmissores do terminal do axônio de um neurônio, esses produtos químicos fluem através da sinapse e são reconhecidos por receptores no dendrito do neurônio receptor, que por sua vez pode desencadear um potencial de ação neste célula. A equipe registrou a mudança na voltagem do neurônio receptor com um minúsculo eletrodo para medir a força da sinapse e usou a microscopia eletrônica para calcular o tamanho da sinapse. Com certeza, eles descobriram que as sinapses com uma área de densidade pós-sináptica maior - a parte
do dendrito que abriga receptores de neurotransmissores - produziu maiores mudanças de voltagem.

Stephanie Rudolph, neurocientista da Albert Einstein College of Medicine que não esteve envolvida com o estudo, chama isso de “tour de force técnico” que confirma a relação entre tamanho e força da sinapse, uma questão de longa data na neurociência.

Alguns pesquisadores mediram a conectividade dos neurônios simplesmente contando o número de sinapses entre um par de neurônios. A descoberta de que sinapses maiores são mais fortes permitirá que a força da conexão seja atribuída a uma sinapse com base em seu tamanho, fornecendo "uma imagem muito mais precisa da conexão", diz Schuhknecht. Isso deve informar os mapas do conectoma do cérebro que os cientistas estão desenvolvendo para moscas de fruta e camundongos, com o objetivo de compreender como a informação flui através do cérebro.

A força de uma sinapse também depende do número de locais de liberação de neurotransmissores em um terminal de axônio e da probabilidade de uma vesícula ser liberada. Até agora, a compreensão da maioria dos neurocientistas era que as sinapses no neocórtex poderiam liberar apenas uma única vesícula de neurotransmissor por potencial de ação, diz Schuhknecht. Mas a equipe de pesquisa calculou que o número de locais de liberação excedeu o número de sinapses entre cada par de neurônios nas fatias do cérebro do rato, indicando que cada sinapse pode ser capaz de liberar várias vesículas. Isso significa que a força das sinapses no neocórtex - a maior região do cérebro humano - é mais flexível do que se reconhece.

“[Essa descoberta] altera profundamente a maneira como pensamos sobre o modo predominante de transmissão sináptica”, diz Rudolph. “Podemos hipotetizar que [a liberação multivesicular] aumenta a capacidade do cérebro de se adaptar aos desafios internos e externos e permite uma gama mais ampla de processamento computacional e armazenamento de informações.”


RESULTADOS

Usamos microscopia confocal de lapso de tempo in vivo para imagens de locais sinápticos em árvores dendríticas de neurônios tectais e para examinar os mecanismos envolvidos no estabelecimento de Xenopus conectividade sináptica retinotectal. A expressão de DsRed2 e da proteína de densidade pós-sináptica PSD95 marcada com GFP (PSD95-GFP) foi usada para visualizar a morfologia da árvore dendrítica e especializações pós-sinápticas simultaneamente in vivo (Fig. 1). PSD-95 associa-se a receptores pós-sinápticos e elementos citoesqueléticos, participa da maturação sináptica e tem servido como um marcador para especializações pós-sinápticas de imagem tanto em cultura quanto in vivo (Ebihara et al., 2003 Marrs et al., 2001 Niell et al., 2004 Okabe et al., 2001). No Xenopus tectum óptico, PSD95-GFP tinha uma distribuição pontilhada ao longo de árvores dendríticas de neurônios tectais marcados com DsRed2 individuais (Fig. 1A-C). Para confirmar que PSD95-GFP foi corretamente direcionado para locais pós-sinápticos in vivo, comparamos a distribuição de PSD95-GFP com a de uma proteína pré-sináptica endógena. A imunocoloração para a proteína da membrana plasmática pré-sináptica SNAP-25 mostrou que, no neuropilo tectal, o SNAP-25 endógeno é distribuído em um padrão pontilhado que é complementar ao da marcação pontual PSD95-GFP (Fig. 1D-G) e do PSD endógeno Coloração -95 (Fig. 1H-J). A maioria dos pontos PSD95-GFP co-localizados com coloração de pontos SNAP-25 endógena (81,25 ± 3,12%, 357 pontos analisados ​​de cinco neurônios, um neurônio PSD95-GFP por girino), indicando que o PSD95-GFP tem como alvo os locais sinápticos. A localização específica de PSD95-GFP nas sinapses também foi confirmada ultraestruturalmente. A microscopia imunoeletrônica demonstra que PSD95-GFP predominantemente localizado no lado pós-sináptico de perfis sinápticos maduros no neurópilo tectal de girinos de estágio 45 (Fig. 2). Sinapses morfologicamente maduras com terminais pré-sinápticos contendo numerosas vesículas sinápticas e especializações pós-sinápticas claramente definidas eram imunopositivas para GFP. Na maioria dos perfis imunopositivos (84,8%, ou 28 de 33 perfis analisados ​​de sete cérebros, um neurônio PSD95-GFP por cérebro de girino), a imunorreatividade GFP foi localizada na ou perto da densidade pós-sináptica na sinapse (Fig. 2A-C) . Portanto, esses estudos demonstram diretamente que o PSD95-GFP é recrutado para sinapses e o validam como um marcador para visualizar locais pós-sinápticos in vivo.

PSD95-GFP localiza-se especificamente em sinapses identificadas ultraestruturalmente em dendritos de neurônios tectais. (A-C) A localização de PSD95-GFP foi determinada examinando a distribuição de imunorreatividade de GFP por microscopia eletrônica. As fotomicrografias eletrônicas mostram a localização específica da imunorreatividade GFP, conforme revelado pelas partículas de ouro realçadas pela prata (setas abertas) nos terminais pós-sinápticos. Sinapses morfologicamente maduras (setas pretas), contendo terminais pré-sinápticos com numerosas vesículas sinápticas (v) e especializações pré e pós-sinápticas claramente definidas são observadas. As partículas de ouro aprimoradas com prata foram localizadas diretamente na membrana pós-sináptica na densidade pós-sináptica (A-C), ou estavam dentro de 200 nm da densidade pós-sináptica (B). Barra de escala: 200 nm.

PSD95-GFP localiza-se especificamente em sinapses identificadas ultraestruturalmente em dendritos de neurônios tectais. (A-C) A localização de PSD95-GFP foi determinada examinando a distribuição de imunorreatividade de GFP por microscopia eletrônica. As fotomicrografias eletrônicas mostram a localização específica da imunorreatividade GFP, conforme revelado pelas partículas de ouro realçadas pela prata (setas abertas) nos terminais pós-sinápticos. Sinapses morfologicamente maduras (setas pretas), contendo terminais pré-sinápticos com numerosas vesículas sinápticas (v) e especializações pré e pós-sinápticas claramente definidas são observadas. As partículas de ouro aprimoradas com prata foram localizadas diretamente na membrana pós-sináptica na densidade pós-sináptica (A-C), ou estavam dentro de 200 nm da densidade pós-sináptica (B). Barra de escala: 200 nm.

Imagem de lapso de tempo de pontos PSD95-GFP em árvores dendríticas de neurônios tectais marcados com DsRed2 individuais foi usada para correlacionar a morfologia da árvore dendrítica com a formação de sinapses e estabilização. Nossos estudos anteriores mostram que o BDNF aumenta significativamente o número de especializações pré-sinápticas e a complexidade dos eixos de axônio RGC no estágio 45 Xenopus girinos dentro de 4 horas de tratamento (Alsina et al., 2001). Neste estágio, os níveis endógenos de BDNF no tectum óptico são altos (Cohen-Cory e Fraser, 1994), e os neurônios tectais aumentam sua complexidade por uma remodelação ativa de seus arbustos dendríticos (Cline, 1998 Cline, 2001 Wu e Cline, 1998) . Portanto, girinos de estágio 45 foram fotografados por microscopia confocal em 0, 4, 24 e 48 horas para determinar os efeitos potenciais do BDNF nos neurônios tectais. A microinjeção de BDNF recombinante no tectum óptico não alterou o crescimento ou morfologia dos arbores dendríticos do neurônio tectal fotografados em qualquer um dos pontos de observação quando comparados com os controles (Fig. 3 e Fig. 4A, B). Da mesma forma, o BDNF não influenciou a complexidade da árvore dendrítica de neurônios em girinos jovens (antes do pico de expressão de BDNF) com imagens de 48 horas após o tratamento (consulte Materiais e métodos) nem a ramificação de neurônios tectais com imagens em um curso de tempo de uma vez a cada 2 horas (dados não mostrados). Em contraste, o tratamento com BDNF aumentou significativamente o número de especializações pós-sinápticas marcadas com PSD95-GFP por mandril individual (Fig. 3 e Fig. 4C, D). A análise quantitativa de árvores individuais demonstra que o número total e a densidade de pontos PSD95-GFP por árvore dendrítica de neurônio tectal aumentaram significativamente 24 horas após o tratamento com BDNF em comparação com os controles (Fig. 4C, D). A diferença no número e densidade de pontos PSD95-GFP tornou-se mais dramática em 48 horas (Fig. 4C, D).

Nossos estudos anteriores demonstram uma função dupla para o BDNF durante a formação e estabilização de sinapses e ramos de axônio em Xenopus Arbors RGC (Alsina et al., 2001 Hu et al., 2005). O aumento do BDNF dentro do tectum óptico do girino induz a formação de novos ramos de axônio e especializações pré-sinápticas, enquanto a diminuição do BDNF endógeno induz a desestabilização de ambos os sítios pré-sinápticos e ramos de axônio. Estas observações sugerem que as quantidades limitantes de BDNF ditam a extensão do crescimento e estabilização do eixo axônio. Assim, para determinar se os efeitos do BDNF recombinante nos dendritos tectais refletem as ações do BDNF endógeno, diminuímos os níveis de BDNF endógeno ao injetar um anticorpo bloqueador de função do BDNF no tectum óptico. Conforme observado para o BDNF recombinante, o tratamento com anti-BDNF não alterou o número do ramo dendrítico em qualquer intervalo de observação (4, 24 ou 48 horas Fig. 3D). O número total de ramificações foi semelhante para neurônios tectais em girinos tratados com BDNF e anti-BDNF (Fig. 4A), indicando que a ramificação dendrítica não foi afetada por alterações na sinalização de BDNF. No entanto, a neutralização do BDNF endógeno limitou a extensão espacial do caramanchão dendrítico. O comprimento total do mandril dendrítico permaneceu constante nos neurônios tectais em girinos tratados com anti-BDNF ao longo do período de observação de 48 horas (105,2 ± 9% do tempo zero, 6 Fig. 4B), enquanto nos controles, o comprimento total do mandril dendrítico aumentou para 153,5 ± 15 % de seu valor inicial em 48 horas (P≤0,05). Neutralizar o BDNF endógeno com anti-BDNF teve efeitos opostos nas especializações pós-sinápticas marcadas com GFP àquelas do BDNF recombinante, diminuindo significativamente o número de pontos PSD95-GFP nos dendritos tectais (Fig. 3D). O número total de pontos PSD95-GFP por neurônio tectal foi significativamente menor do que os controles 24 horas após o tratamento com anti-BDNF, um efeito que se tornou mais pronunciado em 48 horas (Fig. 4C). Como a neutralização do BDNF endógeno influenciou o comprimento do mandril dendrítico e o número de pontos PSD95-GFP, quando normalizado, o número de especializações pós-sinápticas por unidade de comprimento do mandril (densidade de especialização pós-sináptica Fig. 4D) não diferiu significativamente do controle, embora o dois parâmetros foram afetados independentemente. A análise de lapso de tempo revelou, no entanto, que a diminuição no número absoluto de pontos PSD95-GFP nos girinos tratados com anti-BDNF resultou em uma diminuição significativa na densidade de especializações pós-sinápticas em ramos que permaneceram estáveis ​​ao longo do tempo (Fig. 5 ) Assim, como o tratamento com BDNF recombinante, a neutralização do BDNF endógeno dentro do tectum óptico afetou o número de especialização pós-sináptica em árvores dendríticas do neurônio tectal.

A análise detalhada da localização e dos tempos de vida de pontos PSD95-GFP individuais por árvore dendrítica revelou que o efeito do BDNF na densidade de sinapses foi devido à adição seletiva de novas especializações pós-sinápticas em vez da estabilização das existentes (Fig. 6). O aumento induzido pelo BDNF na adição de sinapses ocorreu entre 4 e 24 horas após o tratamento (Fig. 6B). Por outro lado, a diminuição induzida por anti-BDNF no número de sinapses foi o resultado de uma quantidade reduzida de especializações pós-sinápticas recém-adicionadas. Ou seja, significativamente menos pontos PSD95-GFP foram formados em 48 horas após o tratamento com anti-BDNF, uma tendência que foi observada a partir de 4 horas (Fig. 6B). A proporção de pontos PSD95-GFP que permaneceram estáveis ​​em neurônios em BDNF e em girinos tratados com anti-BDNF foi semelhante à dos controles em todos os intervalos de observação (Fig. 6A). Juntos, nossos resultados demonstram que as alterações nos níveis de BDNF tectal não influenciam a morfologia da árvore dendrítica do neurônio tectal, mas influenciam a densidade de sinapses modulando a formação de sinapses.


O funcionamento adequado do sistema nervoso central (SNC) depende da especificidade das conexões sinápticas entre células de vários tipos. Os mecanismos celulares e moleculares responsáveis ​​pelo estabelecimento e refinamento dessas conexões durante o desenvolvimento são objeto de uma área ativa de pesquisa [1, 2, 3, 4, 5, 6]. No entanto, não se sabe se o SNC de mamífero adulto pode formar novas sinapses seletivas de tipo após lesão ou doença neural. Aqui, avaliamos se as conexões sinápticas seletivas podem ser restabelecidas após a interrupção do circuito na retina de mamíferos adultos. O circuito estereotipado na primeira sinapse na retina, bem como as distâncias relativamente curtas que os novos neuritos devem percorrer em comparação com outras áreas do SNC, tornam a retina adequada para sondar a especificidade sináptica durante a remontagem do circuito.Conexões seletivas entre fotorreceptores cones sensíveis a comprimento de onda curto (S-cones) e células bipolares S-cone fornecem a base da visão azul-amarela primordial, comum a todos os mamíferos [7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18]. Aproveitamos a retina do esquilo terrestre, que tem uma conexão S-cone-S-cone-célula bipolar um-para-um, para testar se esta conectividade pode ser restabelecida após a perda local do fotorreceptor [8, 19]. Nós encontramos isso depois na Vivo ablação seletiva de fotorreceptores, células bipolares S-cone desaferentadas expandem suas árvores dendríticas. Os novos dendritos exploram aleatoriamente a camada sináptica adequada, contornam os fotorreceptores cones sensíveis de comprimento de onda médio (M-cones) e fazem sinapses seletivas com os S-cones. No entanto, os dendritos não conectados não são podados para se parecerem com células bipolares S-cone imperturbadas. Mostramos, pela primeira vez, que o reparo do circuito na retina de mamíferos adultos pode recriar a fiação seletiva estereotipada.

Endereço atual: Section on Light and Circadian Rhythm, National Institute of Mental Health, 35 Convent Drive, Bethesda, MD 20892, EUA


Neurônios

O sistema nervoso da mosca de laboratório comum, Drosophila melanogaster, contém cerca de 100.000 neurônios, o mesmo número de uma lagosta. Esse número se compara a 75 milhões no camundongo e 300 milhões no polvo. Um cérebro humano contém cerca de 86 bilhões de neurônios. Apesar desses números muito diferentes, o sistema nervoso desses animais controla muitos dos mesmos comportamentos - desde os reflexos básicos até comportamentos mais complicados, como encontrar comida e namorar. A capacidade dos neurônios de se comunicarem entre si, bem como com outros tipos de células, é a base de todos esses comportamentos.

A maioria dos neurônios compartilha os mesmos componentes celulares. Mas os neurônios também são altamente especializados - diferentes tipos de neurônios têm diferentes tamanhos e formas que se relacionam com seus papéis funcionais.

Partes de um neurônio

Como outras células, cada neurônio tem um corpo celular (ou soma) que contém um núcleo, retículo endoplasmático liso e rugoso, aparelho de Golgi, mitocôndrias e outros componentes celulares. Os neurônios também contêm estruturas únicas, ilustradas na Figura ( PageIndex <2> ) para receber e enviar os sinais elétricos que tornam a comunicação neuronal possível. Os dendritos são estruturas semelhantes a árvores que se estendem para longe do corpo celular para receber mensagens de outros neurônios em junções especializadas chamadas sinapses. Embora alguns neurônios não tenham dendritos, alguns tipos de neurônios têm vários dendritos. Os dendritos podem ter pequenas saliências chamadas espinhas dendríticas, que aumentam ainda mais a área de superfície para possíveis conexões sinápticas.

Assim que o sinal é recebido pelo dendrito, ele viaja passivamente para o corpo celular. O corpo celular contém uma estrutura especializada, o outeiro axônio que integra sinais de várias sinapses e serve como uma junção entre o corpo celular e um axônio. Um axônio é uma estrutura semelhante a um tubo que propaga o sinal integrado para terminações especializadas chamadas terminais de axônio. Esses terminais, por sua vez, fazem sinapses com outros neurônios, músculos ou órgãos-alvo. Os produtos químicos liberados nos terminais dos axônios permitem que os sinais sejam comunicados a essas outras células. Os neurônios geralmente têm um ou dois axônios, mas alguns neurônios, como as células amácrinas da retina, não contêm nenhum axônio. Alguns axônios são cobertos por mielina, que atua como um isolante para minimizar a dissipação do sinal elétrico conforme ele viaja pelo axônio, aumentando muito a velocidade de condução. Este isolamento é importante porque o axônio de um neurônio motor humano pode ser tão longo quanto um metro & mdash desde a base da coluna até os dedos dos pés. A bainha de mielina não faz parte do neurônio. A mielina é produzida pelas células gliais. Ao longo do axônio, existem lacunas periódicas na bainha de mielina. Essas lacunas são chamadas de nós de Ranvier e são locais onde o sinal é & ldquorecharged & rdquo à medida que viaja ao longo do axônio.

É importante notar que um único neurônio não atua sozinho e a comunicação mdashneuronal depende das conexões que os neurônios fazem uns com os outros (assim como com outras células, como as células musculares). Os dendritos de um único neurônio podem receber contato sináptico de muitos outros neurônios. Por exemplo, acredita-se que os dendritos de uma célula de Purkinje no cerebelo recebam o contato de até 200.000 outros neurônios.

Figura ( PageIndex <1> ): Os neurônios contêm organelas comuns a muitas outras células, como um núcleo e mitocôndrias. Eles também têm estruturas mais especializadas, incluindo dendritos e axônios.

Qual das seguintes afirmações é falsa?

  1. O soma é o corpo celular de uma célula nervosa.
  2. A bainha de mielina fornece uma camada isolante para os dendritos.
  3. Os axônios carregam o sinal do soma até o alvo.
  4. Os dendritos carregam o sinal para o físico.

Tipos de neurônios

Existem diferentes tipos de neurônios, e o papel funcional de um determinado neurônio depende intimamente de sua estrutura. Há uma incrível diversidade de formatos e tamanhos de neurônios encontrados em diferentes partes do sistema nervoso (e entre as espécies), conforme ilustrado pelos neurônios mostrados na Figura ( PageIndex <3> ).

Figura ( PageIndex <3> ): Há uma grande diversidade no tamanho e na forma dos neurônios em todo o sistema nervoso. Os exemplos incluem (a) uma célula piramidal do córtex cerebral, (b) uma célula de Purkinje do córtex cerebelar e (c) células olfatórias do epitélio olfatório e bulbo olfatório.

Embora existam muitos subtipos de células neuronais definidos, os neurônios são amplamente divididos em quatro tipos básicos: unipolar, bipolar, multipolar e pseudounipolar. A Figura ( PageIndex <4> ) ilustra esses quatro tipos básicos de neurônios. Os neurônios unipolares têm apenas uma estrutura que se estende além do soma. Esses neurônios não são encontrados em vertebrados, mas em insetos, onde estimulam músculos ou glândulas. Um neurônio bipolar tem um axônio e um dendrito que se estende do soma. Um exemplo de neurônio bipolar é uma célula bipolar da retina, que recebe sinais de células fotorreceptoras sensíveis à luz e transmite esses sinais às células ganglionares que transportam o sinal para o cérebro. Os neurônios multipolares são o tipo mais comum de neurônio. Cada neurônio multipolar contém um axônio e vários dendritos. Os neurônios multipolares podem ser encontrados no sistema nervoso central (cérebro e medula espinhal). Um exemplo de neurônio multipolar é uma célula de Purkinje no cerebelo, que possui muitos dendritos ramificados, mas apenas um axônio. As células pseudounipolares compartilham características com as células unipolares e bipolares. Uma célula pseudounipolar tem um único processo que se estende do soma, como uma célula unipolar, mas esse processo posteriormente se ramifica em duas estruturas distintas, como uma célula bipolar. A maioria dos neurônios sensoriais é pseudounipolar e tem um axônio que se ramifica em duas extensões: uma conectada a dendritos que recebem informações sensoriais e outra que as transmite para a medula espinhal.

Figura ( PageIndex <4> ): Os neurônios são amplamente divididos em quatro tipos principais com base no número e localização dos axônios: (1) unipolar, (2) bipolar, (3) multipolar e (4) pseudounipolar.

Conexão do dia a dia: Neurogênese

Houve um tempo em que os cientistas acreditavam que as pessoas nasciam com todos os neurônios que teriam. Pesquisas realizadas nas últimas décadas indicam que a neurogênese, o nascimento de novos neurônios, continua na idade adulta. A neurogênese foi descoberta pela primeira vez em pássaros canoros que produzem novos neurônios enquanto aprendem canções. Para os mamíferos, novos neurônios também desempenham um papel importante na aprendizagem: cerca de 1000 novos neurônios se desenvolvem no hipocampo (uma estrutura do cérebro envolvida no aprendizado e na memória) a cada dia. Enquanto a maioria dos novos neurônios morrerá, os pesquisadores descobriram que um aumento no número de novos neurônios sobreviventes no hipocampo está correlacionado com o quão bem os ratos aprenderam uma nova tarefa. Curiosamente, tanto os exercícios quanto alguns medicamentos antidepressivos também promovem a neurogênese no hipocampo. O estresse tem o efeito oposto. Embora a neurogênese seja bastante limitada em comparação com a regeneração em outros tecidos, a pesquisa nesta área pode levar a novos tratamentos para doenças como Alzheimer e rsquos, acidente vascular cerebral e epilepsia.

Como os cientistas identificam novos neurônios? Um pesquisador pode injetar um composto chamado bromodeoxiuridina (BrdU) no cérebro de um animal. Enquanto todas as células serão expostas a BrdU, BrdU só será incorporada ao DNA de células recém-geradas que estão em fase S. Uma técnica chamada imunohistoquímica pode ser usada para anexar um rótulo fluorescente ao BrdU incorporado, e um pesquisador pode usar a microscopia fluorescente para visualizar a presença de BrdU e, portanto, de novos neurônios no tecido cerebral. A Figura ( PageIndex <5> ) é uma micrografia que mostra neurônios marcados com fluorescência no hipocampo de um rato.

Figura ( PageIndex <5> ): esta micrografia mostra novos neurônios marcados com fluorescência em um hipocampo de rato. As células que estão se dividindo ativamente têm bromodoxyuridine (BrdU) incorporada em seu DNA e são marcadas em vermelho. As células que expressam a proteína glial fibrilar ácida (GFAP) são marcadas em verde. Astrócitos, mas não neurônios, expressam GFAP. Assim, as células marcadas com vermelho e verde são astrócitos que se dividem ativamente, enquanto as células marcadas apenas com vermelho são neurônios que se dividem ativamente. (crédito: modificação do trabalho da Dra. Maryam Faiz, et. al., dados da barra de escala da Universidade de Barcelona de Matt Russell)

Este site contém mais informações sobre neurogênese, incluindo uma simulação de laboratório interativa e um vídeo que explica como o BrdU rotula novas células.


183 Como os neurônios se comunicam

Ao final desta seção, você será capaz de fazer o seguinte:

  • Descreva a base do potencial de membrana em repouso
  • Explique os estágios de um potencial de ação e como os potenciais de ação são propagados
  • Explique as semelhanças e diferenças entre sinapses químicas e elétricas
  • Descreva a potencialização de longo prazo e a depressão de longo prazo

Todas as funções desempenhadas pelo sistema nervoso - de um simples reflexo motor a funções mais avançadas, como tomar uma memória ou tomar uma decisão - requerem que os neurônios se comuniquem uns com os outros. Enquanto os humanos usam palavras e linguagem corporal para se comunicar, os neurônios usam sinais elétricos e químicos. Assim como uma pessoa em um comitê, um neurônio geralmente recebe e sintetiza mensagens de vários outros neurônios antes de “tomar a decisão” de enviar a mensagem para outros neurônios.

Transmissão do impulso nervoso dentro de um neurônio

Para que o sistema nervoso funcione, os neurônios devem ser capazes de enviar e receber sinais. Esses sinais são possíveis porque cada neurônio tem uma membrana celular carregada (uma diferença de voltagem entre o interior e o exterior), e a carga dessa membrana pode mudar em resposta a moléculas de neurotransmissores liberadas de outros neurônios e estímulos ambientais. Para entender como os neurônios se comunicam, deve-se primeiro entender a base da linha de base ou carga da membrana em "repouso".

Membranas Neuronais Carregadas

A membrana de bicamada lipídica que envolve um neurônio é impermeável a moléculas carregadas ou íons. Para entrar ou sair do neurônio, os íons devem passar por proteínas especiais chamadas canais iônicos que se estendem pela membrana. Os canais de íons têm configurações diferentes: aberto, fechado e inativo, conforme ilustrado na (Figura). Alguns canais iônicos precisam ser ativados para abrir e permitir que os íons entrem ou saiam da célula. Esses canais de íons são sensíveis ao ambiente e podem mudar de forma de acordo. Os canais de íons que mudam sua estrutura em resposta às mudanças de voltagem são chamados de canais de íons acionados por voltagem. Os canais iônicos dependentes de voltagem regulam as concentrações relativas de diferentes íons dentro e fora da célula. A diferença na carga total entre o interior e o exterior da célula é chamada de potencial de membrana.


Este vídeo discute a base do potencial de membrana em repouso.

Potencial de membrana em repouso

Um neurônio em repouso é carregado negativamente: o interior de uma célula é aproximadamente 70 milivolts mais negativo do que o exterior (-70 mV, observe que esse número varia por tipo de neurônio e por espécie). Essa voltagem é chamada de potencial de membrana em repouso e é causada por diferenças nas concentrações de íons dentro e fora da célula. Se a membrana fosse igualmente permeável a todos os íons, cada tipo de íon fluiria através da membrana e o sistema alcançaria o equilíbrio. Como os íons não podem simplesmente atravessar a membrana à vontade, existem diferentes concentrações de vários íons dentro e fora da célula, como mostrado na (Figura). A diferença no número de íons de potássio carregados positivamente (K +) dentro e fora da célula domina o potencial de membrana em repouso ((Figura)). Quando a membrana está em repouso, os íons K + se acumulam dentro da célula devido a um movimento líquido com o gradiente de concentração. O potencial negativo de membrana em repouso é criado e mantido aumentando a concentração de cátions fora da célula (no fluido extracelular) em relação ao interior da célula (no citoplasma). A carga negativa dentro da célula é criada pela membrana celular sendo mais permeável ao movimento do íon potássio do que ao movimento do íon sódio. Nos neurônios, os íons de potássio são mantidos em altas concentrações dentro da célula, enquanto os íons de sódio são mantidos em altas concentrações fora da célula. A célula possui canais de vazamento de potássio e sódio que permitem que os dois cátions se difundam em seu gradiente de concentração. No entanto, os neurônios têm muito mais canais de vazamento de potássio do que canais de vazamento de sódio. Portanto, o potássio se difunde para fora da célula a uma taxa muito mais rápida do que o sódio vaza. Como há mais cátions deixando a célula do que entrando, isso faz com que o interior da célula seja carregado negativamente em relação ao seu exterior. As ações da bomba sódio-potássio ajudam a manter o potencial de repouso, uma vez estabelecido. Lembre-se de que as bombas de sódio e potássio trazem dois íons K + para a célula enquanto remove três íons Na + por ATP consumido. À medida que mais cátions são expelidos da célula do que absorvidos, o interior da célula permanece carregado negativamente em relação ao fluido extracelular. Deve-se notar que os íons cloreto (Cl -) tendem a se acumular fora da célula porque são repelidos por proteínas carregadas negativamente dentro do citoplasma.

O potencial de membrana em repouso é o resultado de diferentes concentrações dentro e fora da célula.
Concentração de íons dentro e fora dos neurônios
Íon Concentração extracelular (mM) Concentração intracelular (mM) Proporção externa / interna
Na + 145 12 12
K + 4 155 0.026
Cl - 120 4 30
Ânions orgânicos (A−) 100


Potencial de acção

Um neurônio pode receber entrada de outros neurônios e, se essa entrada for forte o suficiente, enviar o sinal para os neurônios a jusante. A transmissão de um sinal entre os neurônios geralmente é realizada por uma substância química chamada neurotransmissor. A transmissão de um sinal dentro de um neurônio (do dendrito para o terminal do axônio) é realizada por uma breve reversão do potencial de membrana em repouso, denominado potencial de ação. Quando as moléculas de neurotransmissores se ligam a receptores localizados nos dendritos de um neurônio, os canais iônicos se abrem. Nas sinapses excitatórias, essa abertura permite que íons positivos entrem no neurônio e resulta na despolarização da membrana - uma diminuição na diferença de voltagem entre o interior e o exterior do neurônio. Um estímulo de uma célula sensorial ou outro neurônio despolariza o neurônio alvo até seu potencial limite (-55 mV). Os canais de Na + no outeirinho do axônio se abrem, permitindo que íons positivos entrem na célula ((Figura) e (Figura)). Uma vez que os canais de sódio se abram, o neurônio despolariza completamente para um potencial de membrana de cerca de +40 mV. Os potenciais de ação são considerados um evento & # 8220tudo ou nada & # 8221, em que, uma vez que o potencial limite é atingido, o neurônio sempre se despolariza completamente. Assim que a despolarização estiver completa, a célula deve agora & # 8220 redefinir & # 8221 sua tensão de membrana de volta ao potencial de repouso. Para isso, os canais de Na + fecham e não podem ser abertos. Isso inicia o período refratário do neurônio, no qual ele não pode produzir outro potencial de ação porque seus canais de sódio não se abrem. Ao mesmo tempo, os canais de K + dependentes de voltagem se abrem, permitindo que o K + saia da célula. Conforme os íons K + deixam a célula, o potencial de membrana mais uma vez se torna negativo. A difusão do K + para fora da célula realmente hiperpolariza a célula, no sentido de que o potencial de membrana se torna mais negativo do que o potencial de repouso normal da célula. Neste ponto, os canais de sódio retornarão ao seu estado de repouso, o que significa que eles estão prontos para abrir novamente se o potencial de membrana novamente exceder o potencial limite. Eventualmente, os íons K + extras se difundem para fora da célula através dos canais de vazamento de potássio, trazendo a célula de seu estado hiperpolarizado de volta ao seu potencial de membrana em repouso.


Os bloqueadores dos canais de potássio, como a amiodarona e a procainamida, usados ​​para tratar a atividade elétrica anormal do coração, chamados de disritmia cardíaca, impedem o movimento do K + através dos canais de K + dependentes de voltagem. Que parte do potencial de ação você espera que os canais de potássio afetem?


Este vídeo apresenta uma visão geral do potencial de ação.

Mielina e a propagação do potencial de ação

Para que um potencial de ação comunique informações a outro neurônio, ele deve viajar ao longo do axônio e atingir os terminais do axônio, onde pode iniciar a liberação do neurotransmissor. A velocidade de condução de um potencial de ação ao longo de um axônio é influenciada tanto pelo diâmetro do axônio quanto pela resistência do axônio ao vazamento de corrente. A mielina atua como um isolante que evita que a corrente saia do axônio, o que aumenta a velocidade de condução do potencial de ação. Em doenças desmielinizantes como a esclerose múltipla, a condução do potencial de ação diminui porque a corrente vaza de áreas de axônio previamente isoladas. Os nós de Ranvier, ilustrados na (Figura), são lacunas na bainha de mielina ao longo do axônio. Esses espaços não mielinizados têm cerca de um micrômetro de comprimento e contêm canais de Na + e K + dependentes de voltagem. O fluxo de íons através desses canais, particularmente os canais de Na +, regenera o potencial de ação continuamente ao longo do axônio. Este 'salto' do potencial de ação de um nó para o próximo é chamado de condução saltatória. Se os nós de Ranvier não estivessem presentes ao longo de um axônio, o potencial de ação se propagaria muito lentamente, uma vez que os canais de Na + e K + teriam que regenerar continuamente os potenciais de ação em cada ponto ao longo do axônio, em vez de em pontos específicos. Os nós de Ranvier também economizam energia para o neurônio, uma vez que os canais só precisam estar presentes nos nós e não ao longo de todo o axônio.


Transmissão sináptica

A sinapse ou “lacuna” é o lugar onde a informação é transmitida de um neurônio para outro. As sinapses geralmente se formam entre os terminais dos axônios e as espinhas dendríticas, mas isso não é universalmente verdadeiro. Existem também sinapses axônio para axônio, dendrito para dendrito e axônio para corpo celular. O neurônio que transmite o sinal é chamado de neurônio pré-sináptico, e o neurônio que recebe o sinal é chamado de neurônio pós-sináptico.Observe que essas designações são relativas a uma sinapse particular - a maioria dos neurônios é pré-sináptica e pós-sináptica. Existem dois tipos de sinapses: químicas e elétricas.

Sinapse Química

Quando um potencial de ação atinge o terminal do axônio, ele despolariza a membrana e abre os canais de Na + dependentes de voltagem. Os íons Na + entram na célula, despolarizando ainda mais a membrana pré-sináptica. Essa despolarização faz com que os canais de Ca 2+ dependentes de voltagem se abram. Os íons de cálcio que entram na célula iniciam uma cascata de sinalização que causa pequenas vesículas ligadas à membrana, chamadas vesículas sinápticas, contendo moléculas de neurotransmissores para se fundir com a membrana pré-sináptica. As vesículas sinápticas são mostradas na (Figura), que é uma imagem de um microscópio eletrônico de varredura.


A fusão de uma vesícula com a membrana pré-sináptica faz com que o neurotransmissor seja liberado na fenda sináptica, o espaço extracelular entre as membranas pré-sináptica e pós-sináptica, conforme ilustrado na (Figura). O neurotransmissor se difunde através da fenda sináptica e se liga a proteínas receptoras na membrana pós-sináptica.


A ligação de um neurotransmissor específico faz com que canais iônicos específicos, neste caso canais dependentes de ligante, na membrana pós-sináptica se abram. Os neurotransmissores podem ter efeitos excitatórios ou inibitórios na membrana pós-sináptica, conforme detalhado na (Figura). Por exemplo, quando a acetilcolina é liberada na sinapse entre um nervo e um músculo (chamada de junção neuromuscular) por um neurônio pré-sináptico, faz com que os canais pós-sinápticos de Na + se abram. O Na + entra na célula pós-sináptica e causa a despolarização da membrana pós-sináptica. Essa despolarização é chamada de potencial pós-sináptico excitatório (EPSP) e torna o neurônio pós-sináptico mais provável de disparar um potencial de ação. A liberação de neurotransmissor nas sinapses inibitórias causa potenciais pós-sinápticos inibitórios (IPSPs), uma hiperpolarização da membrana pré-sináptica. Por exemplo, quando o neurotransmissor GABA (ácido gama-aminobutírico) é liberado de um neurônio pré-sináptico, ele se liga e abre os canais Cl & # 8211. Os íons Cl & # 8211 entram na célula e hiperpolarizam a membrana, tornando o neurônio menos propenso a disparar um potencial de ação.

Uma vez ocorrida a neurotransmissão, o neurotransmissor deve ser removido da fenda sináptica para que a membrana pós-sináptica possa “reiniciar” e estar pronta para receber outro sinal. Isso pode ser realizado de três maneiras: o neurotransmissor pode se difundir para longe da fenda sináptica, pode ser degradado por enzimas na fenda sináptica ou pode ser reciclado (às vezes chamado de recaptação) pelo neurônio pré-sináptico. Vários medicamentos atuam nessa etapa da neurotransmissão. Por exemplo, alguns medicamentos administrados a pacientes com Alzheimer funcionam inibindo a acetilcolinesterase, a enzima que degrada a acetilcolina. Essa inibição da enzima aumenta essencialmente a neurotransmissão nas sinapses que liberam acetilcolina. Uma vez liberada, a acetilcolina permanece na fenda e pode ligar-se e desassociar-se continuamente aos receptores pós-sinápticos.

Função e localização do neurotransmissor
Neurotransmissor Exemplo Localização
Acetilcolina CNS e / ou PNS
Amina biogênica Dopamina, serotonina, norepinefrina CNS e / ou PNS
Aminoácido Glicina, glutamato, aspartato, ácido gama aminobutírico CNS
Neuropeptídeo Substância P, endorfinas CNS e / ou PNS

Sinapse Elétrica

Embora as sinapses elétricas sejam menos numerosas do que as sinapses químicas, elas são encontradas em todos os sistemas nervosos e desempenham papéis importantes e únicos. O modo de neurotransmissão nas sinapses elétricas é bastante diferente daquele nas sinapses químicas. Em uma sinapse elétrica, as membranas pré-sináptica e pós-sináptica estão muito próximas e, na verdade, estão fisicamente conectadas por proteínas de canal formando junções comunicantes. As junções de intervalo permitem que a corrente passe diretamente de uma célula para a próxima. Além dos íons que carregam essa corrente, outras moléculas, como o ATP, podem se difundir através dos grandes poros da junção de hiato.

Existem diferenças importantes entre sinapses químicas e elétricas. Como as sinapses químicas dependem da liberação de moléculas de neurotransmissores das vesículas sinápticas para passar seu sinal, há um atraso de aproximadamente um milissegundo entre o momento em que o potencial do axônio atinge o terminal pré-sináptico e quando o neurotransmissor leva à abertura dos canais de íons pós-sinápticos. Além disso, essa sinalização é unidirecional. A sinalização em sinapses elétricas, em contraste, é virtualmente instantânea (o que é importante para sinapses envolvidas em reflexos-chave), e algumas sinapses elétricas são bidirecionais. As sinapses elétricas também são mais confiáveis, pois têm menos probabilidade de serem bloqueadas e são importantes para sincronizar a atividade elétrica de um grupo de neurônios. Por exemplo, acredita-se que as sinapses elétricas no tálamo regulem o sono de ondas lentas, e a interrupção dessas sinapses pode causar convulsões.

Soma de Sinal

Às vezes, um único EPSP é forte o suficiente para induzir um potencial de ação no neurônio pós-sináptico, mas muitas vezes várias entradas pré-sinápticas devem criar EPSPs ao mesmo tempo para que o neurônio pós-sináptico seja suficientemente despolarizado para disparar um potencial de ação. Esse processo é chamado de soma e ocorre no outeirinho do axônio, conforme ilustrado na (Figura). Além disso, um neurônio frequentemente recebe entradas de muitos neurônios pré-sinápticos - alguns excitatórios e outros inibitórios - de modo que os IPSPs podem cancelar EPSPs e vice-versa. É a mudança líquida na voltagem da membrana pós-sináptica que determina se a célula pós-sináptica atingiu seu limite de excitação necessário para disparar um potencial de ação. Juntos, a soma sináptica e o limite de excitação atuam como um filtro para que “ruídos” aleatórios no sistema não sejam transmitidos como informações importantes.


Interface cérebro-computador
A esclerose lateral amiotrófica (ALS, também chamada de doença de Lou Gehrig) é uma doença neurológica caracterizada pela degeneração dos neurônios motores que controlam os movimentos voluntários. A doença começa com enfraquecimento muscular e falta de coordenação e, eventualmente, destrói os neurônios que controlam a fala, a respiração e a deglutição, no final, a doença pode levar à paralisia. Nesse ponto, os pacientes precisam da ajuda de máquinas para respirar e se comunicar. Diversas tecnologias especiais foram desenvolvidas para permitir que pacientes “presos” se comuniquem com o resto do mundo. Uma tecnologia, por exemplo, permite que os pacientes digitem frases contraindo as bochechas. Essas frases podem ser lidas em voz alta por um computador.

Uma linha relativamente nova de pesquisa para ajudar pacientes paralisados, incluindo aqueles com ELA, a se comunicar e manter um grau de autossuficiência é chamada de tecnologia de interface cérebro-computador (BCI) e é ilustrada na (Figura). Essa tecnologia parece algo saído da ficção científica: ela permite que pacientes paralisados ​​controlem um computador usando apenas seus pensamentos. Existem várias formas de BCI. Algumas formas usam registros de EEG de eletrodos colados no crânio. Essas gravações contêm informações de grandes populações de neurônios que podem ser decodificadas por um computador. Outras formas de BCI requerem a implantação de um conjunto de eletrodos menor do que um selo postal na área do braço e da mão do córtex motor. Esta forma de BCI, embora mais invasiva, é muito poderosa, pois cada eletrodo pode registrar potenciais de ação reais de um ou mais neurônios. Esses sinais são então enviados para um computador, que foi treinado para decodificar o sinal e alimentá-lo para uma ferramenta - como um cursor na tela do computador. Isso significa que um paciente com ELA pode usar e-mail, ler a Internet e se comunicar com outras pessoas pensando em mover sua mão ou braço (mesmo que o paciente paralisado não possa fazer esse movimento corporal). Avanços recentes permitiram que uma paciente paralisada que sofreu um derrame 15 anos atrás controlasse um braço robótico e até mesmo se alimentasse de café usando a tecnologia BCI.

Apesar dos avanços surpreendentes na tecnologia BCI, ela também tem limitações. A tecnologia pode exigir muitas horas de treinamento e longos períodos de intensa concentração para o paciente, mas também pode exigir uma cirurgia no cérebro para implantar os dispositivos.


Assista a este vídeo em que uma mulher paralisada usa um braço robótico controlado pelo cérebro para levar uma bebida à boca, entre outras imagens da tecnologia de interface cérebro-computador em ação.

Plasticidade sináptica

As sinapses não são estruturas estáticas. Eles podem ser enfraquecidos ou fortalecidos. Eles podem ser quebrados e novas sinapses podem ser feitas. A plasticidade sináptica permite essas mudanças, todas necessárias para o funcionamento do sistema nervoso. Na verdade, a plasticidade sináptica é a base do aprendizado e da memória. Dois processos em particular, potenciação de longo prazo (LTP) e depressão de longo prazo (LTD) são formas importantes de plasticidade sináptica que ocorrem nas sinapses no hipocampo, uma região do cérebro que está envolvida no armazenamento de memórias.

Potenciação de longo prazo (LTP)

A potenciação de longo prazo (LTP) é um fortalecimento persistente de uma conexão sináptica. O LTP é baseado no princípio Hebbian: células que disparam juntas se conectam. Existem vários mecanismos, nenhum totalmente compreendido, por trás do fortalecimento sináptico visto com LTP. Um mecanismo conhecido envolve um tipo de receptor de glutamato pós-sináptico, denominado receptores NMDA (N-Metil-D-aspartato), mostrado na (Figura). Esses receptores são normalmente bloqueados por íons de magnésio, no entanto, quando o neurônio pós-sináptico é despolarizado por várias entradas pré-sinápticas em rápida sucessão (de um neurônio ou de vários neurônios), os íons de magnésio são forçados para fora, permitindo que os íons de Ca passem para a célula pós-sináptica. Em seguida, os íons Ca 2+ que entram na célula iniciam uma cascata de sinalização que faz com que um tipo diferente de receptor de glutamato, chamado de receptores AMPA (ácido α-amino-3-hidroxi-5-metil-4-isoxazolpropiônico), seja inserido no pós-sináptico membrana, uma vez que os receptores AMPA ativados permitem que íons positivos entrem na célula. Portanto, da próxima vez que o glutamato for liberado da membrana pré-sináptica, ele terá um efeito excitatório maior (EPSP) na célula pós-sináptica porque a ligação do glutamato a esses receptores AMPA permitirá que mais íons positivos entrem na célula. A inserção de receptores AMPA adicionais fortalece a sinapse e significa que o neurônio pós-sináptico tem maior probabilidade de disparar em resposta à liberação do neurotransmissor pré-sináptico. Algumas drogas de abuso cooptam a via LTP, e esse fortalecimento sináptico pode levar ao vício.

Depressão de longo prazo (LTD)

A depressão de longo prazo (LTD) é essencialmente o reverso da LTP: é um enfraquecimento de longo prazo de uma conexão sináptica. Um mecanismo conhecido por causar LTD também envolve os receptores AMPA. Nessa situação, o cálcio que entra pelos receptores NMDA inicia uma cascata de sinalização diferente, que resulta na remoção dos receptores AMPA da membrana pós-sináptica, conforme ilustrado na (Figura). A diminuição dos receptores AMPA na membrana torna o neurônio pós-sináptico menos responsivo ao glutamato liberado pelo neurônio pré-sináptico. Embora possa parecer contra-intuitivo, o LTD pode ser tão importante para o aprendizado e a memória quanto o LTP. O enfraquecimento e poda de sinapses não utilizadas permite que conexões sem importância sejam perdidas e torna as sinapses que passaram por LTP muito mais fortes em comparação.


Resumo da Seção

Os neurônios têm membranas carregadas porque existem diferentes concentrações de íons dentro e fora da célula. Os canais iônicos dependentes de voltagem controlam o movimento dos íons para dentro e para fora de um neurônio. Quando uma membrana neuronal é despolarizada até pelo menos o limiar de excitação, um potencial de ação é disparado. O potencial de ação é então propagado ao longo de um axônio mielinizado até os terminais do axônio. Em uma sinapse química, o potencial de ação causa a liberação de moléculas de neurotransmissores na fenda sináptica. Através da ligação aos receptores pós-sinápticos, o neurotransmissor pode causar potenciais pós-sinápticos excitatórios ou inibitórios despolarizando ou hiperpolarizando, respectivamente, a membrana pós-sináptica. Nas sinapses elétricas, o potencial de ação é comunicado diretamente à célula pós-sináptica por meio de junções comunicantes - proteínas de grande canal que conectam as membranas pré e pós-sináptica. As sinapses não são estruturas estáticas e podem ser fortalecidas e enfraquecidas. Dois mecanismos de plasticidade sináptica são potenciação de longo prazo e depressão de longo prazo.

Perguntas de conexão visual

(Figura) Os bloqueadores dos canais de potássio, como a amiodarona e a procainamida, usados ​​para tratar a atividade elétrica anormal do coração, chamados de arritmia cardíaca, impedem a movimentação do K + através dos canais de K + dependentes de voltagem. Que parte do potencial de ação você espera que os canais de potássio afetem?

(Figura) Os bloqueadores dos canais de potássio retardam a fase de repolarização, mas não têm efeito na despolarização.

Perguntas de revisão

Para um neurônio disparar um potencial de ação, sua membrana deve atingir ________.

  1. hiperpolarização
  2. o limiar de excitação
  3. o período refratário
  4. potencial pós-sináptico inibitório

Após um potencial de ação, a abertura de canais adicionais dependentes de voltagem ________ e a inativação dos canais de sódio, fazem com que a membrana retorne ao seu potencial de membrana em repouso.

Qual é o termo para canais de proteínas que conectam dois neurônios em uma sinapse elétrica?

  1. vesículas sinápticas
  2. canais iônicos dependentes de voltagem
  3. proteína de junção de lacuna
  4. bombas de troca sódio-potássio

Qual das seguintes moléculas é não envolvidos na manutenção do potencial de membrana em repouso?

Questões de pensamento crítico

Como a mielina auxilia na propagação de um potencial de ação ao longo de um axônio? Como os nós de Ranvier auxiliam neste processo?

A mielina evita o vazamento de corrente do axônio. Os nós de Ranvier permitem que o potencial de ação seja regenerado em pontos específicos ao longo do axônio. Eles também economizam energia para a célula, uma vez que os canais iônicos dependentes de voltagem e os transportadores de sódio-potássio não são necessários ao longo das porções mielinizadas do axônio.

Quais são as principais etapas da neurotransmissão química?

Um potencial de ação viaja ao longo de um axônio até despolarizar a membrana em um terminal de axônio. A despolarização da membrana faz com que os canais de Ca 2+ dependentes de voltagem se abram e o Ca 2+ entre na célula. O influxo de cálcio intracelular faz com que vesículas sinápticas contendo neurotransmissor se fundam com a membrana pré-sináptica. O neurotransmissor se difunde pela fenda sináptica e se liga a receptores na membrana pós-sináptica. Dependendo do neurotransmissor específico e do receptor pós-sináptico, essa ação pode causar íons positivos (potencial pós-sináptico excitatório) ou negativos (potencial pós-sináptico inibitório) para entrar na célula.

Descreva como a potenciação de longo prazo pode levar ao vício da nicotina.

A potenciação de longo prazo descreve o processo pelo qual a exposição a um estímulo aumenta a probabilidade de um neurônio se despolarizar em resposta a esse estímulo no futuro. A exposição à nicotina causa potencialização de longo prazo dos neurônios na amígdala e ativa os centros de recompensa do cérebro. À medida que a exposição à nicotina continua, a potenciação de longo prazo reforça a ativação das vias de recompensa em resposta ao consumo de nicotina.

Glossário


Dendrites

Os dendritos são extensões semelhantes a árvores no início de um neurônio que ajudam a aumentar a área de superfície do corpo celular. Essas minúsculas protuberâncias recebem informações de outros neurônios e transmitem estimulação elétrica ao soma. Os dendritos também são cobertos por sinapses.

Características

  • Tem muitos dendritos ou apenas um dendrito
  • São curtos e altamente ramificados
  • Transmitir informações ao corpo celular

A maioria dos neurônios possui essas extensões semelhantes a ramos que se estendem para fora do corpo celular. Esses dendritos então recebem sinais químicos de outros neurônios, que são então convertidos em impulsos elétricos que são transmitidos para o corpo celular.

Alguns neurônios têm dendritos muito pequenos e curtos, enquanto outras células possuem dendritos muito longos. Os neurônios do sistema nervoso central têm dendritos muito longos e complexos que recebem sinais de até mil outros neurônios.

Se os impulsos elétricos transmitidos para dentro em direção ao corpo celular forem grandes o suficiente, eles irão gerar um potencial de ação. Isso resulta na transmissão do sinal pelo axônio.

O soma, ou corpo celular, é onde os sinais dos dendritos são unidos e transmitidos. O soma e o núcleo não desempenham um papel ativo na transmissão do sinal neural. Em vez disso, essas duas estruturas servem para manter a célula e manter o neurônio funcional.

Características

  • Contém numerosas organelas envolvidas em uma variedade de funções celulares
  • Contém um núcleo celular que produz RNA que direciona a síntese de proteínas
  • Suporta e mantém o funcionamento do neurônio

Pense no corpo celular como uma pequena fábrica que abastece o neurônio.

O soma produz as proteínas de que as outras partes do neurônio, incluindo os dendritos, axônios e sinapses, precisam para funcionar adequadamente.

As estruturas de suporte da célula incluem mitocôndrias, que fornecem energia para a célula, e o aparelho de Golgi, que embala produtos criados pela célula e os envia para vários locais dentro e fora da célula.


Resumo

Antecedentes e Objetivo - Como o processo de recuperação dos terminais dos axônios, sinapses e dendritos da coluna na penumbra isquêmica do córtex cerebral é obscuro, estudamos o perfil temporal dessas estruturas até 12 semanas após o insulto isquêmico, usando um modelo de gerbil.

Métodos- Os animais positivos para AVC foram selecionados de acordo com a pontuação do índice de AVC durante os primeiros 10 minutos de oclusão da carótida esquerda feita duas vezes com intervalo de 5 horas. Os animais foram sacrificados em vários momentos após o segundo insulto isquêmico. Cortes ultrafinos incluindo a 2ª a 4ª camadas corticais foram obtidos do neocórtex seccionado coronalmente no nível infundibular, no qual apareceu a penumbra. Contamos o número de sinapses, espinhas e vários botões de sinapses, medimos a espessura da neurite e determinamos o volume percentual dos terminais e espinhas dos axônios pelo método de contagem de pontos de Weibel.

Resultados- O número de sinapses, vesículas sinápticas e espinhas e o volume percentual total dos terminais e espinhas dos axônios diminuíram até o 4º dia. De 1 a 12 semanas após o insulto isquêmico, esses valores aumentaram ou ultrapassaram os de controle, ocorrendo espessamento neurítico e aumento do número de ciclos de sinapses múltiplas.

Conclusões- Na penumbra isquêmica, as estruturas acima se degeneraram, com redução em seu número e tamanho, até 4 dias e se recuperaram de 1 a 12 semanas após o insulto isquêmico.

O infarto cerebral se desenvolve rapidamente após um grande insulto isquêmico. Anteriormente, desenvolvemos um modelo de isquemia temporária em que um infarto focal cercado por uma grande penumbra foi produzido no córtex cerebral de gerbilos da Mongólia, dando uma quantidade limite de insulto isquêmico para induzir o infarto focal. 1,2

No que diz respeito à recuperação neuronal, descobertas recentes revelaram que as sinapses e suas redes expressam um alto grau de plasticidade funcional e estrutural. 3 Alterações ultraestruturais na densidade pós-sináptica em CA-1 hipocampal foram investigadas após isquemia temporária. 4-6 Botões degenerados e botões de múltiplas sinapses (MSBs) nesta região foram investigados por microscopia eletrônica (EM) após isquemia temporária, 7-9, bem como após hipóxia / hipoglicemia temporária em fatias de hipocampo. 10 Mudanças nas espinhas e dendritos foram estudadas por microscopia de lapso de tempo após anóxia / hipoglicemia temporária em cultura de células, 11,12 por microscopia de luz (LMS) de seções impregnadas de mancha de Golgi da 3ª a 5ª camadas corticais do córtex cerebral após isquemia, 13 e por EM após hipóxia / glicemia temporária em fatia do hipocampo. 10 Mudanças nos dendritos CA-1 após isquemia temporária foram investigadas por microscopia de luz de espécimes injetados com peroxidase de rábano, 14 por EM após isquemia temporária em CA-1, 15,16 e por EM de córtex cerebral impregnado com coloração de Golgi após isquemia temporária por 20 minutos. 17

Quase todos os estudos acima foram realizados em conexão com lesão induzida por isquemia retardada em neurônios CA-1, e as observações foram feitas durante um curto período após a isquemia. No entanto, clinicamente, a maioria dos pacientes apresenta recuperação gradual das disfunções comportamentais após um acidente vascular cerebral. O perfil integrado de longo prazo dos terminais dos axônios, sinapses, espinhas e dendritos durante o estágio de recuperação após um insulto isquêmico permaneceu obscuro, especialmente na penumbra isquêmica do córtex cerebral.

Como nenhuma recuperação funcional é esperada no próprio infarto, 18–20 nosso objetivo foi elucidar o processo de remodelação neuronal na penumbra isquêmica em que a morte neuronal progride de forma disseminada, 2,18,20 focando nos perfis temporais dos terminais dos axônios, sinapses, espinhas e neurites.

Materiais e métodos

Sob anestesia com 2% de halotano, 70% de óxido nitroso e 30% de oxigênio, a artéria carótida esquerda de gerbilos da Mongólia machos adultos (60 a 80 g) foi ocluída duas vezes com um clipe aneurismático Heifetz por 10 minutos cada vez, com um intervalo de uma hora entre as 2 oclusões, a anestesia foi interrompida imediatamente após cada cirurgia cervical, os animais logo acordaram e moveram-se espontaneamente.

Animais com isquemia-positiva registrando & gt13 pontos foram selecionados com base na pontuação do índice de acidente vascular cerebral determinada durante a primeira oclusão. 21 Os gerbils foram sacrificados em vários momentos, ou seja, 5, 12, 24, 48 horas, 4 dias e 1, 5, 8 e 12 semanas após o insulto isquêmico. A anestesia foi seguida por perfusão intracardíaca com fixador diluído (1% paraformaldeído, 1,25% glutaraldeído em 0,1 mol / L tampão cacodilato) por 5 minutos, seguido por perfusão com fixador concentrado (4% paraformaldeído, 5% glutaraldeído em 0,1 mol / L tampão cacodilato) ) por 20 minutos para EM (3 animais em cada grupo de tempo), ou com fixador de formaldeído tamponado com fosfato a 10% por 30 minutos para LMS (5 animais em cada grupo de tempo).

Neste modelo, após a restauração do fluxo sanguíneo, apenas penumbra isquêmica com necrose neuronal seletiva disseminada progressiva (DSNN) apareceu na face coronal seccionada no nível infundibular (Face B) e infarto focal evoluiu entre os DSNN na face coronal seccionada em o quiasma (Face A). Seções ultrafinas incluindo a 2ª à 4ª camadas corticais foram preparadas a partir do córtex cerebral esquerdo no ponto médio entre as fissuras inter-hemisféricas e rinais na Face B, penumbra & gt1 mm caudal à borda do infarto. Os cortes foram duplamente corados com acetato de uranila e solução de chumbo e observados em microscópio eletrônico (H9000, Hitachi). Cortes de parafina de ambas as faces foram corados separadamente com hematoxilina-eosina (HE) ou fucsina ácida periódica de Schiff (PAS) ou por impregnação com prata Bodian ou usados ​​para detecção imunohistoquímica de proteína glial fibrilar ácida.

Colocando redes quadráticas de 1,0 cm × 1,0 cm de pontos em fotografias EM ampliadas de 5000 × 2,67 vezes, medimos o número de sinapses (sinapses: consistem nas densidades pré e pós-sinápticas associadas às suas faces citoplasmáticas e a fenda sináptica entre elas) e espinhos (espinhos: um bulbo ovoide que é preenchido com um material fofo e conectado ao dendrito diretamente ou por um pedúnculo) no neurópilo em uma área de 100 cm 2 (56 μm 2, por tamanho real) examinando 1800 ± 364 cm 2 no neurópilo de 3 animais em cada grupo de tempo. Determinamos o volume percentual dos terminais do axônio (terminais do axônio: expansão pré-sináptica do axônio que contém vesículas sinápticas e mitocôndrias) e espinhas usando o método de contagem de pontos 22 em que o número de pontos de intersecção tocados pelos terminais do axônio e / ou espinhas foram contados entre 1000 a 15 000 pontos (o número de contagem variou de acordo com a equação do erro relativo para diferentes proporções volumétricas) da rede quadrática em cada grupo de tempo. Medimos a espessura de 194 ± 38 neuritos (neuritos: axônios e dendritos que contêm microtúbulos, neurofilamentos e mitocôndrias, a diferenciação entre eles na secção transversal é muitas vezes difícil, especialmente nos pequenos) em cada grupo de tempo, pois o diâmetro máximo perpendicular aos seus neurofilamentos e / ou microtúbulos. Também medimos a porcentagem de MSBs contando 327 ± 38 sinapses em cada grupo de tempo, todas nas mesmas imagens EM. As diferenças estatísticas entre cada um dos grupos de tempo foram analisadas por ANOVA, seguido do teste de Bonferroni-Dunn. Todos os dados na Tabela e na Figura 6 foram apresentados como média ± SEM e uma diferença estatística foi aceita em P& lt 0,05 nível.

Porcentagem de MSBs entre sinapses

Resultados

Na penumbra isquêmica do córtex cerebral na Face B, neurônios isquêmicos eosinofílicos (coloração HE) apareceram de forma disseminada entre os neurônios de aparência normal na 2ª a 6ª camadas corticais por LMS, cerca de 5 horas após o insulto isquêmico. Alguns desses corpos celulares eosinofílicos tornaram-se notavelmente encolhidos e morreram durante o período de 12 a 48 horas, o que indica DSNN (Figura 1A). Os neurônios isquêmicos eosinofílicos foram encontrados pelo EM como sendo neurônios escuros elétron-densos disseminados que aumentaram em número durante o período de 12 a 48 horas após o insulto isquêmico.

Figura 1. Microscopia de luz da 2ª à 4ª camadas corticais do córtex cerebral na Face B. A, Vinte e quatro horas após o insulto isquêmico, alguns dos neurônios isquêmicos eosinofílicos mostram encolhimento acentuado em comparação com os neurônios de aparência mais normal, indicando neurônios seletivos disseminados necrose. Esses neurônios anormais aumentaram em número até o dia 2 a 3 pós-isquemia (HE, Barra 31,3 μm). B, Oito semanas após o insulto isquêmico. As células fantasmas eosinofílicas de corpos celulares fracamente formados são reduzidas em tamanho e são encontradas na 3ª camada cortical (PAS, Barra 12,5 μm).

De 4 dias até 8 semanas, esses neurônios escuros densos de elétrons condensados ​​se fragmentaram em um acúmulo de fragmentos granulares densos de elétrons, que foram observados por LMS como células fantasmas eosinofílicas de corpos celulares fracamente formados por coloração de HE e PAS (Figura 1B). Durante 2 a 12 semanas, essas células fantasmas eosinofílicas acumularam-se na 3ª e, ocasionalmente, na 5ª camada cortical, diminuindo de tamanho devido à perda de sua periferia (Figura 1B). Na Face A, o infarto focal evoluiu e se desenvolveu entre os DSNN de 12 horas a 4 dias.

De 4 dias a 12 semanas após o insulto isquêmico, os terminais dos axônios dos neurônios sobreviventes foram encontrados sendo anexados aos fragmentos granulares elétron-densos localizados perifericamente e porções dendríticas dos neurônios escuros encolhidos. Alguns desses terminais pareciam ter arrancado pedaços dos neurônios mortos e continham uma crosta de fragmentos granulares densos de elétrons dos neurônios mortos (Figura 2A). Outros terminais de axônio foram encontrados ligados aos neuritos densos de elétrons de neurônios mortos (Figura 2B). Alguns dos terminais de axônio incrustados de fragmentos foram ocasionalmente observados em sinapses com as espinhas e neuritos dos neurônios sobreviventes (Figura 3A). Alguns axônios conectados aos neurônios moribundos mostraram distensões globulares e anormais de seus terminais, conforme visto pela impregnação de prata (Figura 4A). Essas estruturas apareceram como axônios degenerados por EM. O axônio degenerado amplificado continha mitocôndrias degeneradas, corpos densos laminados e neurofilamentos e microtúbulos irregularmente localizados. O axônio degenerado ocasionalmente fazia sinapses em estruturas adjacentes (inserção da Figura 4A).

Figura 2. Microscopia eletrônica da 3ª camada do córtex cerebral na Face B, 1 semana após o insulto isquêmico. A, Os terminais dos axônios dos neurônios sobreviventes fazem contato com a periferia dos fragmentos acumulados de grânulos densos de elétrons de neurônios mortos (DN). Alguns deles pareciam ter arrancado pedaços dos neurônios mortos e estão incrustados pelos fragmentos granulares densos de elétrons dos neurônios mortos (setas). Bar 2,3 μm. B, Alguns terminais de axônio são encontrados ligados aos neuritos densos de elétrons de neurônios mortos (setas). Bar 2,6 μm.

Figura 3. A, Microscopia eletrônica da 3ª camada cortical da Face B, 1 semana após o insulto isquêmico. Observa-se ocasionalmente que alguns terminais de axônio incrustados pelos fragmentos granulares densos de elétrons dos neurônios mortos fizeram sinapses com as espinhas e neuritos dos neurônios sobreviventes (seta). Bar 3,1 μm. B, Microscopia eletrônica da 3ª camada cortical do córtex cerebral na Face B, 12 semanas após o insulto isquêmico. MSBs com & gt2 espinhas em sinapses (setas) para 1 terminal de axônio (a). Uma espinha (s) alargada (s) com várias sinapses no terminal do axônio (a) é vista. Bar 3,2 μm.

Figura 4. A, Microscopia de luz. Quatro dias após o insulto isquêmico, alguns axônios anexados a neurônios moribundos mostram distensão globular e anormal de seus terminais (pontas de seta). Bar 8,9 μm. A impregnação de prata de Bodian. Detalhe: observação EM do axônio degenerado distendido 3 semanas após o insulto isquêmico. Ele contém mitocôndrias degeneradas, corpos densos laminados e neurofilamentos e microtúbulos localizados irregularmente e tem sinapses ao longo de sua parede (setas). Bar 1,3 μm. B, Microscopia eletrônica da 3ª camada do córtex cerebral na Face B, 2 semanas após o insulto isquêmico. Esses axônios degenerados amplificados (setas) são observados em torno dos acúmulos dos fragmentos granulares densos de elétrons fragmentados dos neurônios mortos (DN). Bar 0,6 μm.

Esses axônios foram frequentemente observados em torno dos acúmulos dos fragmentos granulares elétron-densos dos neurônios mortos (Figura 4B).

Por 12 semanas após o insulto isquêmico, os eixos neuríticos e seus ramos estavam notavelmente espessados ​​(Figura 5B) em comparação com aqueles no dia 4 (Figura 5A), e eles fizeram sinapses com terminais de axônios poligonais volumosamente aumentados e ocasionalmente brotando preenchidos com vesículas sinápticas (Figura 5B). Os MSBs 23 dos terminais dos axônios (Figura 3B) aumentaram em frequência em comparação com os dos animais de controle (Tabela).

Figura 5. Microscopia eletrônica da 3ª camada do córtex cerebral na Face B. A, Quatro dias após o insulto isquêmico. O volume dos terminais dos axônios e espinhas diminuiu com uma diminuição na frequência das vesículas sinápticas, especialmente aquelas próximas à sinapse (setas). A espessura das neurites degeneradas diminuiu ligeiramente em comparação com a do controle (pontas de seta). Bar 1,5 μm. B, Doze semanas após o insulto isquêmico. As hastes neuríticas e seus ramos são notavelmente espessados ​​(pontas de flechas) e fazem sinapses com terminais de axônios poligonais volumosamente aumentados e ocasionalmente brotando cheios de vesículas sinápticas (setas). Bar 1,5 μm.

O volume percentual dos terminais do axônio total (Figura 6A) e espinhas (Figura 6B) no neurópilo diminuiu drasticamente para 30,9% e 24,8%, respectivamente, do valor de controle naquele momento após o insulto isquêmico, com uma diminuição na frequência de vesículas sinápticas, especialmente aquelas próximas às sinapses (Figura 5A). O número de sinapses também diminuiu para 73,5% do valor de controle em 4 dias, após um aumento temporário de até 135% em 5 horas após o insulto isquêmico (Figura 6A). O número de espinhos também diminuiu para 35,8% do valor de controle (Figura 6B), em 4 dias. De 1 a 12 semanas após o insulto isquêmico, o volume percentual dos terminais do axônio total (Figura 6A) e o volume percentual das espinhas totais (Figura 6B) aumentaram, sendo 162,8% e 86,7%, respectivamente, do valor de controle em 12 semanas. O número de sinapses (Figura 6A) e espinhos (Figura 6B) também aumentou, passando a ser 113,2% e 91,9%, respectivamente, naquele momento.

Figura 6. A, Curso de tempo do volume percentual dos terminais dos axônios e número de sinapses no neurópilo em vários momentos após o insulto isquêmico. B, Curso temporal do volume percentual e número de espinhos no neurópilo em vários momentos após a isquemia. C, Curso de tempo por gráfico de dispersão (superior) e espessura média (inferior) de neuritos no neurópilo após o insulto isquêmico. a Comparado com o controle b comparado com 4 dias *P& lt0.001, †P& lt0.05.

A espessura média dos neuritos no neurópilo dos animais controle foi de 0,607 µm. Este valor permaneceu inalterado em 0,587 μm no dia 4, 0,604 μm em 1 semana e 0,665 μm em 8 semanas e aumentou para 0,934 μm em 12 semanas após o insulto isquêmico (Figura 6C).

Discussão

Nos neurópilos da penumbra isquêmica no córtex cerebral, encontramos uma diminuição acentuada no número de sinapses e no volume dos terminais dos axônios de 5 horas a 4 dias após o insulto isquêmico, juntamente com uma diminuição no número de vesículas sinápticas . Essas mudanças podem ser atribuídas a uma neurotransmissão sináptica demolida atribuível à hiperexcitação neuronal dependente de cálcio 4-6 e podem ser reduzidas por NMDA (Nantagonistas do receptor -metil-d-asparato), conforme relatado em um estudo morfológico que registrou o potencial pós-sináptico excitatório de culturas de fatias de hipocampo submetidas a uma breve anóxia-hipoglicemia. 10

Quase de acordo com nosso presente estudo, o estudo LMS da coluna e dos dendritos impregnados de prata de Golgi mostrou que o número de espinhos e a espessura dos dendritos diminuíram no máximo em 4 a 7 dias após a isquemia temporária e se recuperaram em torno de 5 semanas no 2º ao 3º cortical camadas do córtex cerebral do rato. 13 Estudos anteriores em neurônios em cultura mostraram uma diminuição do número da coluna vertebral e beading dendrítico segmentar após hipóxia / hipoglicemia temporária seguida de recuperação, 11,12 e um estudo LMS usando injeção de proteína de raiz forte mostrou beading de dendritos no CA-1 do hipocampo após isquemia temporária . 14 Também um estudo EM no CA-1 mostrou degeneração e encolhimento do dendrito em torno de 3 a 4 dias após a isquemia temporária. 15–17 No presente estudo, constatamos que os neuritos degeneraram em torno de 4 dias e que sua espessura aumentou, em associação com a recuperação ao normal do número e do volume percentual das espinhas, 12 semanas após o insulto.

De 1 a 12 semanas após o insulto isquêmico, descobrimos que o número sináptico aumentou gradualmente em associação com um aumento no volume dos terminais dos axônios mostrando brotamento. O presente estudo também mostrou um aumento no número de MSBs de 8 para 12 semanas após o insulto isquêmico, cujo aumento foi associado a um no número e volume de terminais e espinhas dos axônios. Os MSBs representam 2 espinhas dendríticas independentes em contato com o mesmo terminal de axônio. 23 Uma espinha ramificada para fazer sinapses em porções & gt2 de um terminal de axônio é considerada como facilitadora da neurotransmissão. 10 Em outro estudo, houve um aumento no número de MSBs em CA-1, paralelamente ao aumento acentuado no número de vesículas sinápticas após isquemia temporária 7 e após hipóxia / hipoglicemia temporária em fatias de hipocampo. 10

De 4 dias a 12 semanas após o insulto isquêmico, alguns axônios anexados aos neurônios moribundos mostraram uma distensão anormal de seus terminais, que continham mitocôndrias degeneradas, corpos densos laminados e neurofilamentos e microtúbulos irregularmente localizados (axônio degenerado). 8,9 Eles foram freqüentemente observados em torno de acúmulos de fragmentos granulares densos de elétrons dos neurônios mortos.

Alguns terminais de axônio incrustados com os fragmentos granulares densos de elétrons dos neurônios mortos tornaram-se conectados às espinhas e neuritos dos neurônios sobreviventes. Esses terminais de axônio, previamente ligados aos neurônios moribundos e / ou mortos, pareciam se tornar novamente conectados às espinhas e aos dendritos espessados ​​dos neurônios sobreviventes associados à sinaptogênese no neurópilo. 24 No entanto, também pode ser que alguns desses terminais dos axônios estivessem originalmente em contato com mais de um dendrito ou espinha.

Clinicamente, a maioria dos sobreviventes de AVC mostra recuperação de disfunções comportamentais. A recuperação em curto prazo pode ser atribuída à resolução do edema cerebral. Uma recuperação mais gradual, promovida pelo exercício para reabilitação, pode ser atribuída à recuperação anatômica e funcional da penumbra. Stroemer 24 relatou recuperação comportamental após infarto neocortical em ratos, cuja recuperação foi associada ao brotamento neuronal seguido de sinaptogênese, conforme demonstrado pela coloração imunohistoquímica para GAP-43, uma proteína associada ao crescimento expressa em cones de crescimento axonal, e para sinaptofisina. A remodelação funcional do córtex cerebral distante do infarto foi detectada por mapeamento de microestimulação intracortical da mão do macaco-esquilo. 25,26

A ativação do sistema complemento mostrou promover a sobrevivência neuronal e a remodelação do tecido. 27 O tratamento pós-isquêmico com fator neurotrófico derivado do cérebro e animais fisicamente exercitados tiveram melhor recuperação motora funcional, atribuível à indução de remodelação neuronal generalizada, conforme demonstrado por MAP1B e expressão de sinaptofisina. 19 A introdução clínica de novos agentes e métodos funcionais para promover a sinaptogênese e as redes neuronais na penumbra iscehmica é altamente esperada.

Resumo

Na penumbra em torno de um infarto focal do córtex cerebral, sinapses, vesículas sinápticas, terminais axônicos, espinhas degeneraram, com redução em seu número e tamanho, até 4 dias e então se recuperaram de 1 a 12 semanas após o insulto isquêmico.


Neurociência para crianças

Os neurônios têm projeções especializadas chamadas dendritos e axônios. Os dendritos trazem informações para o corpo celular e os axônios tiram informações do corpo celular.

A informação de um neurônio flui para outro neurônio através de um sinapse. A sinapse contém uma pequena lacuna que separa os neurônios. A sinapse consiste em:

  1. uma terminação pré-sináptica que contém neurotransmissores, mitocôndrias e outras organelas celulares
  2. uma terminação pós-sináptica que contém locais receptores para neurotransmissores
  3. uma fenda sináptica ou espaço entre as terminações pré-sinápticas e pós-sinápticas.

Gatilho elétrico para neurotransmissão

Para que a comunicação entre os neurônios ocorra, um impulso elétrico deve viajar por um axônio até o terminal sináptico.

Mobilização e liberação de neurotransmissores

No terminal sináptico (a finalização pré-sináptica), um impulso elétrico irá desencadear a migração de vesículas (os pontos vermelhos na figura à esquerda) contendo neurotransmissores em direção à membrana pré-sináptica. A membrana da vesícula se fundirá com a membrana pré-sináptica, liberando os neurotransmissores na fenda sináptica. Até recentemente, pensava-se que um neurônio produzia e liberava apenas um tipo de neurotransmissor. Isso foi chamado de "Lei de Dale". No entanto, agora há evidências de que os neurônios podem conter e liberar mais de um tipo de neurotransmissor.

Difusão de neurotransmissores através da fenda sináptica

As moléculas do neurotransmissor então se difundem através da fenda sináptica, onde podem se ligar a locais receptores na terminação pós-sináptica para influenciar a resposta elétrica no neurônio pós-sináptico. Na figura à direita, a terminação pós-sináptica é um dendrito (sinapse axodendrítica), mas as sinapses podem ocorrer em axônios (sinapse axoaxônica) e corpos celulares (sinapse axossomática).

Quando um neurotransmissor se liga a um receptor no lado pós-sináptico da sinapse, ele muda a excitabilidade da célula pós-sináptica: torna a célula pós-sináptica mais ou menos provável de disparar um potencial de ação. Se o número de eventos pós-sinápticos excitatórios for grande o suficiente, eles se somarão para causar um potencial de ação na célula pós-sináptica e uma continuação da "mensagem".

Muitas drogas psicoativas e neurotoxinas podem alterar as propriedades de liberação de neurotransmissores, recaptação de neurotransmissores e disponibilidade de locais de ligação ao receptor.

Tipos de sinapses

Feliz 123º aniversário para a palavra "SYNAPSE". Em 2020, a palavra "sinapse" completou 123 anos. A palavra sinapse foi usada pela primeira vez em um livro chamado A Textbook of Physiology, part three: The Central Nervous System, por Michael Foster e assistido por Charles S. Sherrington, em 1897. Foi provavelmente Charles S. Sherrington quem cunhou o termo sinapse. A palavra "sinapse" é derivada das palavras gregas "syn" e "haptein" que significam "junto" e "prender", respectivamente.

"Vocês são suas sinapses. Eles são quem você é."
--- Joseph LeDoux, 2002 (em Self Sináptico)

Jogue o jogo interativo de busca de palavras no neurônio e nos neurotransmissores. Faça um Jogo Externo para reforçar o que você aprendeu sobre a sinapse. Pinte a sinapse online: Figura 1 | Figura 2


Assista o vídeo: Sistema Nervoso 66: Sinapses Químicas e Elétricas. Anatomia e etc (Janeiro 2022).