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Conteúdo principal

Visão geral da estrutura do neurônio e a sua função

Introdução aos neurônios e à glia. Como a estrutura de um neurônio permite que ele receba e transmita informações.

Como você sabe onde está nesse exato momento?

Sua habilidade em perceber seu entorno - ver, ouvir e cheirar o que está ao seu redor – depende do seu sistema nervoso. Assim como a sua habilidade em reconhecer onde está e lembrar se você já esteve lá antes. Na verdade, até a sua capacidade de saber onde você está depende do seu sistema nervoso!
Se as suas percepções indicarem perigo (“Oh, a casa está pegando fogo!”), sua habilidade de agir sobre essa informação também depende do seu sistema nervoso. Além de permitir que você processe a ameaça conscientemente, seu sistema nervoso desencadeia respostas involuntárias, como o aumento da frequência cardíaca e fluxo de sangue para os músculos, com o intuito de lhe ajudar a enfrentar o perigo.
Todos esses processos dependem das células interconectadas que compõem o seu sistema nervoso. Como o coração, pulmões e o estômago, o sistema nervoso é formado por células especializadas. Elas incluem as células nervosas (ou neurônios) e células gliais (ou glia). Os neurônios são as unidades funcionais básicas do sistema nervoso e geram sinais elétricos chamados potenciais de ação, que permitem que elas transmitam rapidamente informações por longas distâncias. As glias também são essenciais para o funcionamento do sistema nervoso, mas elas trabalham principalmente dando suporte aos neurônios.
Nesse artigo, conheceremos os neurônios, as células gliais e o sistema nervoso. Veremos como a estrutura de neurônios viabiliza o funcionamento do sistema nervoso e como ele se organiza em circuitos que processam informações e geram respostas.

O sistema nervoso humano

Nos humanos e outros vertebrados o sistema nervoso pode ser dividido em duas seções: sistema nervoso central e sistema nervoso periférico.
  • O sistema nervoso central (SNC) é formado pelo cérebro e a medula espinhal. É no SNC que toda análise de informações ocorre.
  • O sistema nervoso periférico (SNP), que consiste nos neurônios e partes dos neurônios encontrados fora do SNC, incluem os neurônios sensoriais e neurônios motores. Os neurônios sensoriais trazem sinais para o SNC e os neurônios motores levam os sinais do SNC.
Diagrama do sistema nervoso humano.
Sistema nervoso central: porções do sistema nervoso no cérebro e medula espinhal.
Sistema nervoso periférico: porções do sistema nervoso fora do cérebro e da medula espinhal.
Os gânglios, aglomerados de corpos celulares no SNP, e os nervos, feixes de axônios que viajam na mesma direção, também estão destacados no diagrama. Os gânglios em destaque estão localizados perto da medula espinhal, mas não dentro. Os nervos destacados são nervos espinhais.
_Imagem modificada de "Nervous system diagram," por Medium69 (CC BY-SA 4.0)._
Os corpos celulares de alguns neurônios do SNP, tais como os neurônios motores que controlam os músculos esqueléticos (tipo de músculo encontrado em seu braço ou perna), estão localizados no SNC. Os neurônios motores têm longas extensões (axônios) que se estendem do SNC até os músculos com os quais se conectam (inervam). Os corpos celulares de outros neurônios do SNP, tais como os neurônios sensoriais que fornecem informação sobre o tato, posição, dor e temperatura, estão localizados fora do SNC, e são encontrados em aglomerados conhecidos como gânglios.
Os axônios dos neurônios periféricos que percorrem uma rota em comum se agrupam para formar nervos.

Classes de neurônios

Baseado em suas funções, os neurônios encontrados no sistema nervoso humano podem ser divididos em três classes: neurônios sensoriais, neurônios motores e interneurônios.

Neurônios sensoriais

Os neurônios sensoriais obtém informação sobre o que está acontecendo dentro e fora do corpo e levam essa informação para o SNC para que seja processada. Por exemplo, se você pegar um carvão quente, os neurônios sensoriais com terminações nas pontas dos dedos irão transmitir a informação de que está muito quente para o seu SNC.

Neurônios motores

Os neurônios motores recebem informação de outros neurônios para transmitir comandos aos músculos, órgão e glândulas. Por exemplo, se você pegar um carvão quente, seus neurônios motores que inervam os músculos dos seus dedos farão com que sua mão solte o carvão.

Interneurônios

Os interneurônios, que são encontrados somente no SNC, conectam um neurônio a outro. Eles recebem informação de outros neurônios (neurônios sensoriais ou interneurônios) e transmitem esta informação para outros neurônios (neurônios motores ou interneurônios).
Por exemplo, se você pegasse uma brasa, o sinal dos neurônios sensoriais nas pontas dos dedos viajaria até os interneurônios em sua medula espinhal. Alguns destes interneurônios enviariam sinais para os neurônios motores que controlam os músculos dos dedos (fazendo com que você soltasse a brasa), enquanto outros transmitiriam o sinal da medula espinhal até o cérebro, onde ele seria percebido como dor.
Interneurônios são a mais numerosa classe de neurônios e estão envolvidos no processamento de informação, tanto em simples circuitos reflexos (como aqueles desencadeados por objetos quentes) quanto em circuitos cerebrais mais complexos. São combinações de interneurônios em seu cérebro que permitem a você concluir que coisas que parecem com brasas não são boas para pegar e, esperançosamente, eles retêm essa informação para referência futura.

As funções básicas de um neurônio

Se você pensar sobre os papéis das três classes de neurônios, você pode fazer inferências gerais de que todos os neurônios possuem três funções básicas. São elas:
  1. Receber sinais (ou informação).
  2. Integrar sinais de entrada (para determinar se essa informação deve ser repassada ou não).
  3. Comunicar sinais às células alvo (outros neurônios ou músculos ou glândulas).
Estas funções neuronais são refletidas na anatomia do neurônio.

Anatomia de um neurônio

Neurônios, como outras células, têm um corpo celular (chamado de soma). O núcleo do neurônio encontra-se no soma. Neurônios precisam produzir muitas proteínas e muitas das proteínas neuronais também são sintetizadas no soma.
Vários processos (apêndices ou protrusões) se projetam a partir do corpo celular. Estas projeções incluem muitos processos curtos, ramificados, conhecidos como dendritos e um processo separado que é tipicamente mais longo que os dendritos, conhecido como axônio.

Dendritos

As primeiras duas funções neuronais, receber e processar informação, geralmente acontecem nos dendritos e corpo celular. Sinais recebidos podem ser ou excitatórios - o que significa que eles tendem a fazer o neurônio disparar (gerar um impulso elétrico) - ou inibitórios - o que significa que eles tendem a evitar que o neurônio dispare.
A maioria dos neurônios recebem muitos sinais de entrada através de suas árvores dendríticas. Um único neurônio pode ter mais que um conjunto de dendritos, e podem receber muitos milhares de sinais de entrada. Se o neurônio é ou não excitado e dispara um impulso depende da soma de todos os sinais excitatórios e inibitórios que recebe. Se o neurônio realmente acaba disparando, o impulso nervoso, ou potencial de ação é conduzido pelo axônio.
Estrutura de um neurônio. Em uma das extremidades do corpo celular (e na verdade, em volta da maior parte de sua periferia) estão muitas pequenas protrusões ramificadas chamadas dendritos. Projetando-se da outra extremidade do corpo celular, em um local chamado de elevação do axônio, está o axônio, uma protrusão longa, fina, tubular. O axônio é envolvido por mielina, que constitui uma bainha em volta de algumas secções mas deixa nuas outras seções do axônio, entre aquelas que estão envolvidas.
Na sua extremidade mais distante do corpo celular, o axônio se ramifica em muitos terminais axônicos. Cada um forma uma sinapse com um dendrito ou corpo celular de outro neurônio. A célula da qual o terminal axônico pertence (célula emissora) é chamada de célula pré-sináptica, enquanto a célula à qual o dendrito ou corpo celular pertence (célula receptora) é chamada de célula pós-sináptica. Há um espaço entre as duas células, através do qual elas se comunicam. Quando um potencial de ação chega ao terminal axônico, ele desencadeia a liberação de moléculas de neurotransmissores da célula pré-sináptica. Estes se difundem para o outro lado da sinapse e ligam-se a receptores na membrana da célula pós-sináptica.
_Imagem modificada de "Neurons and glial cells: Figure 2" e "Synapse," por OpenStax College, Biology (CC BY 3.0)._

Axônios

Os axônios diferem dos dendritos em diversas maneiras.
  • Os dendritos tendem a se adelgaçar nas pontas e são geralmente cobertos com pequenas projeções chamadas de espículas dendríticas. Em contraste, o axônio tende a apresentar o mesmo diâmetro na maior parte de seu comprimento e não tem espículas.
  • O axônio surge a partir do corpo celular em uma área especializada chamada o saliência do axônio.
  • Finalmente, muitos axônios são cobertos com uma substância isolante especial chamada mielina, que os auxilia a transmitir o impulso nervoso rapidamente. Mielina nunca é encontrada nos dendritos.
Próximo à sua extremidade terminal, o axônio se divide em vários ramos e desenvolve dilatações bulbosas conhecidas como terminais axônicos (ou terminais nervosos). Estes terminais axônicos fazem conexões em células-alvo.

Sinapses

Conexões neurônio-a-neurônio são feitas com os dendritos e os corpos celulares de outros neurônios. Estas conexões, conhecidas como sinapses são os sítios nos quais a informação é transferida do primeiro neurônio, o neurônio pré-sináptico, para o neurônio-alvo (o neurônio pós-sináptico). As conexões sinápticas entre neurônios e células musculares esqueléticas são geralmente chamadas de junções neuromusculares, e as conexões entre neurônios e células musculares lisas ou glândulas são conhecidas como junções neuroefetoras.
Na maioria das sinapses e junções, a informação é transmitida na forma de mensageiros químicos chamados neurotransmissores. Quando um potencial de ação percorre um axônio, e alcança o terminal do axônio, desencadeia a liberação de neurotransmissores a partir da célula pré-sináptica. Moléculas de neurotransmissores atravessam a sinapse e ligam-se a receptores na membrana da célula pós-sináptica, transmitindo um sinal excitatório ou inibitório.
Portanto, a terceira função neuronal básica - comunicar informação para as células-alvo - é realizada pelo axônio e pelos terminais axônicos. Assim como um único neurônio pode receber inputs de muitos neurônios pré-sinápticos, ele também pode fazer conexões com numerosos neurônios pós-sinápticos via diferentes terminais axônicos.

Variações sobre o tema neuronal

A maioria dos neurônios segue o mesmo plano estrutural geral, mas a estrutura de neurônios individuais varia e se adapta à função específica dada ao neurônio (ou classe de neurônios). Diferentes tipos de neurônios apresentam grande diversidade de tamanho e forma, o que faz sentido, considerando a enorme complexidade do sistema nervoso e o grande número de diferentes tarefas que ele executa.
Desenho de uma célula de Purkinje por Santiago Ramón y Cajal. A célula de Purkinje tem uma "árvore" de dendritos muito complexa, com muitos ramos, a ponto de lembrar uma moita ramificada ou arbusto.
_Imagem modificada de "Purkinje cell," por Santiago Ramón y Cajal (public domain)._
Por exemplo, neurônios especializados chamados células de Purkinje são encontrados em uma região do cérebro conhecida como cerebelo. As células de Purkinje têm uma árvore dendrítica altamente complexa que permite a elas receber - e integrar - um número enorme de inputs sinápticos, como mostrado acima. Outros tipos de neurônios no cerebelo podem também ser reconhecidos por suas formas características.
Da mesma forma, neurônios podem variam muito em comprimento. Enquanto muitos neurônios são minúsculos, os axônios dos neurônios motores que se estendem da medula espinhal para inervar os dedos do pé podem ter um metro de comprimento (ou mais, em jogadores de basquete como Michael Jordan, LeBron James, or Yao Ming)!
Um outro exemplo da diversidade de formas vem dos neurônios sensoriais: em muitos neurônios sensoriais, a distinção morfológica entre axônio e dendritos não é nítida. Um único processo mielinizado parte do corpo celular e se divide em dois, enviando um ramo para a medula espinhal para comunicar informação e o segundo ramo para receptores sensoriais na periferia para receber informação.

Neurônios formam redes

Um único neurônio não pode fazer muito sozinho e o funcionamento do sistema nervoso depende de grupos de neurônios que trabalham juntos. Neurônios individuais se conectam a outros neurônios para estimular ou inibir a sua atividade, formando circuitos que podem processar informações recebidas e fornecer uma resposta. Circuitos neuronais podem ser bem simples e compostos por apenas alguns neurônios ou eles podem envolver redes neuronais mais complexas.

O reflexo patelar

Os mais simples circuitos neuronais são aqueles que sustentam as respostas de estiramento muscular, tais como o reflexo patelar que ocorre quando alguém bate no tendão abaixo de seu joelho (o tendão patelar) com um martelo. Bater nesse tendão estica o músculo quadríceps da coxa, estimulando os neurônios sensoriais que o enervam a disparar.
Axônios destes neurônios sensoriais estendem-se até a medula espinhal, onde conectam-se a neurônios motores que estabelecem conexões (inervam) com o quadríceps. Os neurônios sensoriais enviam um sinal excitatório para os neurônios motores, fazendo-os disparar também. Os neurônios motores, por sua vez, estimulam o quadríceps a se contrair, estirando o joelho. No reflexo patelar, os neurônios sensoriais de um músculo particular conectam-se diretamente aos neurônios motores que inervam o mesmo músculo, fazendo-o contrair após ter sido estirado.
Diagrama simplificado dos circuitos neurais envolvidos no reflexo patelar. Quando o tendão patelar é estimulado, o músculo quadríceps na parte anterior da coxa é estirado, ativando um neurônio sensorial que envolve a célula muscular. O axônio do neurônio sensorial se estende até a medula espinhal, onde faz sinapses em dois pontos:
  1. Neurônio motor que inerva o músculo quadríceps. O neurônio sensorial ativa o neurônio motor, fazendo o quadríceps contrair.
  2. Interneurônio. O neurônio sensorial ativa o interneurônio. Contudo, este interneurônio está, ele mesmo, inibido, e o alvo que ele inibe é um neurônio motor que vai até o músculo isquiotibial na parte posterior da coxa. Portanto, a ativação do neurônio sensorial serve para inibir a contração do músculo isquiotibial. O músculo isquiotibial portanto relaxa, facilitando a contração do quadríceps (que é antagonizado pelo isquiotibial)
_Imagem modifcada de "Patellar tendon reflex arc," by Amiya Sarkar (CC BY-SA 4.0). Essa imagem modificada é licenciada pela licença CC BY-SA 4.0._
Os neurônios sensoriais do quadríceps também fazem parte de um circuito que causa o relaxamento do músculo isquiotibial, que antagoniza o quadríceps (oposição). Não faria sentido para os neurônios sensoriais do quadríceps ativar os neurônios motores do isquiotibial, porque isso provocaria a contração do isquiotibial, tornando mais difícil a contração do quadríceps. Em vez disso, os neurônios sensoriais do quadríceps conectam indiretamente com os neurônios motores do isquiotibial através de um interneurônio inibitório. A ativação do interneurônio causa a inibição dos neurônios motores que inervam o isquiotibial, fazendo o músculo isquiotibial relaxar.
Os neurônios sensoriais do quadríceps não participam só deste arco reflexo. Além disso, eles também enviam mensagens ao cérebro possibilitando que você saiba que alguém bateu no seu tendão com um martelo e poderá haver uma resposta. ("Por que você chutou?") Embora o circuito da medula espinhal possa mediar comportamentos muito simples como o reflexo patelar, a capacidade de perceber os estímulos sensoriais conscientemente – juntamente com todas as funções superiores do sistema nervoso – depende das redes neuronais mais complexas presentes no cérebro.

Células gliais

No início deste artigo, dissemos que o sistema nervoso é constituído por dois tipos de células, os neurônios e as glias, os neurônios atuando como unidade funcional básica do sistema nervoso e as glias num papel secundário. Assim como os coadjuvantes são essenciais para o sucesso de um filme, as células gliais são essenciais para o funcionamento do sistema nervoso. Na verdade, existem muito mais glias no cérebro do que neurônios.
Existem quatro tipos principais de células gliais no sistema nervoso dos vertebrados adultos. Três destes, os astrócitos, oligodendrócitos e microglia, são encontrados apenas no sistema nervoso central (SNC). O quarto tipo, as células de Schwann, são encontradas apenas no sistema nervoso periférico (SNP).

Tipos de glia e suas funções

Os astrócitos são o tipo mais numeroso de célula glial. Na verdade, são as células mais numerosas do cérebro! Existem vários tipos de astrócitos, com uma variedade de funções. Eles ajudam a regular o fluxo de sangue no cérebro, manter a composição do fluido que envolve os neurônios e regular a comunicação entre os neurônios em sinapse. Durante o desenvolvimento, os astrócitos ajudam os neurônios a encontrar o caminho aos seus destinos e contribuir para a formação de uma barreira entre o sangue e cérebro, que ajuda a isolar o cérebro das substâncias potencialmente tóxicas no sangue.
A Microglia está relacionada com os macrófagos do sistema imune e atua como limpadora para remover células mortas e outros detritos.
Os oligodendrócitos do SNC e as células de Schwann do SNP compartilham uma função similar. Ambos os tipos de células da glia produzem mielina, uma substância isolante que forma uma bainha em torno dos axônios de vários neurônios. A mielina aumenta drasticamente a velocidade com a qual um potencial de ação percorre o axônio, e desempenha uma papel crucial no funcionamento do sistema nervoso.
Painel esquerdo: Glia do sistema nervoso central. Astrócitos projetam seus "pés" (projeções) em direção aos corpos celulares dos neurônios, enquanto oligodendrócitos formam as bainhas de mielina em volta dos axônios dos neurônios. Células microgliais localizam-se nos interstícios, eliminando células mortas e resíduos. Células ependimárias recobrem os ventrículos do cérebro e têm projeções (no lado não ventricular da camada ependimária) que se ligam aos "pés" dos astrócitos.
Painel direito: Glia do sistema nervoso periférico. O corpo celular de um neurônio sensorial em um gânglio é coberto com uma camada de células gliais satélite. Células de Schwann mielinizam o único processo que se estende do corpo celular, e também os dois processos produzidos pela ramificação desse único processo (um dos quais terá terminais axônicos em sua extremidade, e outro que terá dendritos na extremidade)
_Imagem modificada de "Neurons and glial cells," por OpenStax College, Biology (CC BY 4.0)._
Outros tipos de glia (além dos quatro tipos principais) incluem glias satélites e células ependimárias.
Células gliais satélites cobrem os corpos celulares dos neurônios nos gânglios do SNP. Acredita-se que as células gliais satélites auxiliam no funcionamento dos neurônios e podem agir como uma barreira de proteção, mas o seu papel ainda não é bem conhecido.
Células ependimárias, que recobrem os ventrículos do cérebro e o canal central da medula espinhal, possuem cílios que batem para promover a circulação do fluido cérebro-espinhal encontrado no interior dos ventrículos e do canal da medula espinhal.

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  • Avatar blobby green style do usuário Lucas Da Silva Pereira
    lastimável o fato de eu não ser, nem de longe fluente em ingês
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  • Avatar starky sapling style do usuário Wellington
    Quando há inibição de interneuronio, pode se dizer que não há potencial para o neuronio motor. Ou é produzido uma resposta inibitoria até a celula alvo?
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  • Avatar starky sapling style do usuário cg.guarido
    Sabe-se que com o tempo os neurônios vão morrendo, gostaria de saber se isto é verdade. Porém minha dúvida central é sobre a criação de novos neurônios.
    Vou deixar uns links do YouTube e do Scienciablogs, mostrando todas as referencias que embasam tal pergunta.

    Link do vídeo: https://www.youtube.com/watch?v=ZdLBblubYKU&t=9s

    Link das referências:
    Shors, T. J. (2014). The adult brain makes new neurons, and effortful learning keeps them alive. Current Directions in Psychological Science, 23(5), 311–318. doi:10.1177/0963721414540167

    Opendak, M. & Gould, E. (2015). Adult neurogenesis: A substrate for experience-dependent change. Trends in Cognitive Sciences, 19, 3, 151–161 doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.tics.2015.01.001

    Esses dois artigos recentes fazem uma revisão e um resumo das principais pesquisas sobre neurogênese e os fatores que influenciam tanto na geração quanto na sobrevivência dos neurônios.
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  • Avatar starky tree style do usuário Jheni Gomes
    Onde eu posso achar um artigo ou vídeo que mostra como são produzidos (as transformações químicas ou algo do tipo) os neurotransmissores?
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