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2.2 Divisão Funcional do Sistema Nervoso Humano. 2.3 Macroanatomia: principais divisões anatômicas. 2.3.1 Sistema Nervoso Periférico. 2.3.2 Sistema Nervoso ...
Tipologia: Provas
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Hamilton Haddad Junior, Maria Aparecida Visconti
2.1 Evolução do Sistema Nervoso 2.2 Divisão Funcional do Sistema Nervoso Humano 2.3 Macroanatomia: principais divisões anatômicas 2.3.1 Sistema Nervoso Periférico 2.3.2 Sistema Nervoso Central
Integração e Controle SER HUMANO E MEIO AMBIENTE
Olá Aluno(a), Esta aula apresenta um panorama geral da organização do sistema nervoso humano. Serão inicialmente discutidas suas origens evolutivas, para posteriormente serem apre- sentadas suas principais divisões funcionais e anatômicas. Essas divisões serão analisadas com enfoque nos principais níveis de controle exercido pelo sistema nervoso: fisiológico, comportamental e cognitivo.
- compreenda como o sistema nervoso evoluiu; - identifique as principais divisões anatômicas e funcionais do sistema nervoso humano; e - relacione essas divisões anatomofuncionais com os diferentes níveis de controle do sistema nervoso.
Utilizando as modernas ferramentas da biologia molecular, os cientistas especulam que células parecidas com os atuais neurônios tenham surgido muito cedo ao longo do processo evolutivo, provavelmente há mais de 600 milhos de anos. Contudo, a maioria dos pesquisadores admite que as primeiras redes neurais tenham se desenvolvido muito depois disso. Os primeiros animais a apresentar um sistema nervoso, formado por uma rede difusa de neurônios interco- nectados foram provavelmente os cnidários ( Figura 2.1 ). Figura 2.1: Prováveis origens das primeiras redes neurais (círculos em verde) e dos primeiros sistemas nervosos centralizados (círculos em laranja). / Fonte: modificado de Miller, 2009.
Integração e Controle SER HUMANO E MEIO AMBIENTE Figura 2.4: Sistemas nervosos de alguns vertebrados (da esquerda para a direita: peixe, ave e homem). Podemos observar o grande aumento no tamanho do prosencéfalo. / Fonte: modificado de silverthorn, 2010.
Nesse item iremos explorar as principais divisões funcionais do sistema nervoso humano, sem nos preocuparmos com aspectos morfológicos por enquanto. O sistema nervoso é basica- mente um sistema de controle, ou seja, ele controla os demais sistemas do organismo. Podemos dividir esse controle em três níveis:
- Comportamental/motor. - Homeostático/fisiológico. - Cognitivo/emocional. O controle comportamental é exercido por meio da musculatura esquelética. Para que qualquer comportamento seja gerado, é necessário um comando do sistema nervoso para que ocorra contração muscular. Isto é, o sistema nervoso controla todos os músculos esqueléticos que produzem movimento. Estamos aqui utilizando o termo comportamento como qualquer manifestação motora observável de organismo. Andar, correr, mastigar, fugir de um predador, perseguir uma presa, procurar alimento ou abrigo são comportamentos, e dependem obrigato- riamente de contração muscular para ocorrer. O mesmo vale para comportamentos tipicamente humanos, como falar, escrever, dirigir, manipular ferramentas, tocar um instrumento musical ou praticar esportes. Mesmo o comportamento de ficar imóvel depende também do controle motor exercido pelo sistema nervoso. O nível homeostático , ou fisiológico, relaciona-se ao papel que o sistema nervoso exerce no controle dos demais sistemas fisiológicos, como, por exemplo, o cardiovascular, o respiratório
TópIcO 2 Organização geral do sistema nervoso e o endócrino. Este controle permite que esses diversos sistemas trabalhem em conjunto e de maneira orquestrada na manutenção da homeostase, como vimos na aula anterior. Dessa manei- ra, o sistema nervoso contribui para a manutenção dos níveis fisiológicos de diversas variáveis essenciais do meio interno, como a temperatura, a pressão arterial, a osmolaridade, as pressões parciais de O 2 e CO 2 , o pH e a glicemia, entre várias outras. Como já estudamos, a manutenção desses parâmetros dentro de estreitas faixas são fundamentais para a manutenção da vida celular. Como veremos, o controle dessas variáveis fisiológicas é exercido principalmente pela ação do sistema nervoso autônomo sobre a musculatura lisa e as glândulas. O último nível de controle é o cognitivo. Muitas vezes, não somos capazes de observar diretamente esse nível de controle, embora sejamos capazes de medi-lo com a ajuda de ins- trumentos científicos. É graças ao sistema nervoso que somos capazes de pensar, raciocinar, memorizar, planejar, calcular, prever, tomar decisões, e assim por diante. Graças a ele, somos também capazes de experimentar emoções como o medo, a raiva, o prazer e o vínculo afetivo. A ciência que estuda esse nível de controle denomina-se ciência cognitiva, ou neurocognitiva. É importante salientar que esses três níveis de controle muitas vezes se inter-relacionam. Quando sentimos frio, por exemplo, algumas respostas fisiológicas são desencadeadas; ao mesmo tempo, respostas comportamentais – como procurar abrigo, ou uma roupa mais quente – também acontecem. Embora, por motivos didáticos, iremos analisar separadamente as partes do sistema responsáveis por cada um desses níveis de controle, o sistema nervoso funciona quase sempre de maneira integrada. Para exercer controle, o sistema nervoso tem que ser capaz de detectar as variáveis a serem controladas, monitorando continuamente o ambiente externo e interno por meio de recep- tores especializados. As informações recolhida por essas receptores são transformadas em sinais neurais e enviadas para centros de integração, onde elas serão processadas. A partir desse pro- cessamento respostas adequadas poderão ser elaboradas e executadas ( Figura 2.5 ). Figura 2.5: O sistema nervoso é capaz de continuamente detectar estímulos do ambiente (externo e interno), processar esses estímulos, e executar respostas de controle.
TópIcO 2 Organização geral do sistema nervoso percebemos como odor, dentre muitos outros estímulos. Os receptores são a interface do sistema nervoso com o mundo, e transformam esses diversos tipos de energia do ambiente em impulsos nervosos: os potenciais de ação. Embora classicamente os sistemas sensoriais sejam vistos com responsáveis pela detecção de estímulos do ambiente externo, não devemos esquecer que muitos dos estímulos processados pelo sistema nervoso são gerados dentro do próprio organismo. Esses estímulos podem ser, por exemplo, o grau de distensão da parede de uma artéria (relacionado à pressão do sangue naquele vaso) ou a concentração de CO 2 no plasma sanguíneo. Esses estímulos advindos do interior do organismo também são detectados por receptores sensoriais. Os sistemas sensoriais são, portanto, a porta de entrada do sistema nervoso. O sistema nervoso possui três portas de saída: o sistema motor, o sistema nervoso autônomo e o sistema neuroendócrino. O sistema motor , também chamado de sistema motor esquelético, ou sistema motor somático, é a parte do sistema nervoso que inerva a musculatura que produz os movimentos do corpo. Ele está representado em vermelho na Figura 2.6. Essa musculatura é formada pelos músculos estriados esqueléticos, que recebem esse nome porque estão ligados aos ossos do es- queleto (e quando vistos através do microscópio, as fibras desse tipo de músculo possuem estrias, daí o termo estriado). Por estarem ligados ao esqueleto, quando contraem os músculos produ- zem alavancas com os ossos, o que resulta em movimento. No entanto, só haverá contração se houver comando a partir do sistema nervoso. Portanto, só haverá movimento se essa parte do sistema nervoso estiver funcionando. Por isso, pacientes com lesões medulares que rompem essa via de saída do sistema nervoso são incapazes contrair a musculatura abaixo do nível da lesão. Podemos notar que o sistema motor é responsável pela expressão dos nossos comportamentos, estando dessa maneira relacionado ao nível comportamental de controle. A segunda porta de saída é o sistema nervoso autônomo , também chamado de sistema neurovegetativo, ou ainda sistema motor visceral. Ele está representado em verde na Figura 2.. Essa porção do sistema nervoso inerva a musculatura lisa que forma a maioria dos nossos órgãos. Inerva também a musculatura cardíaca e algumas glândulas. O sistema nervoso autônomo está en- volvido na modulação do funcionamento de outros sistemas fisiológicos, como o cardiovascular, o respiratório e o digestório. Por exemplo, por inervar o coração, o sistema nervoso autônomo é capaz de acelerar ou diminuir a frequência de batimentos cardíacos, bem como sua força de con- tração. Também é capaz, graças a sua inervação do trato gastrointestinal, de acelerar ou diminuir os movimentos peristálticos relacionados ao processo de digestão. Dessa forma, o sistema nervoso autônomo está envolvido, sobretudo no nível homeostático de controle. Ele atua modulando a
Integração e Controle SER HUMANO E MEIO AMBIENTE atividade de outros órgãos e sistemas para que as demandas fisiológicas sejam atendidas de acordo com a tarefa na qual organismo está envolvido. A terceira porta de saída é o sistema neuroendócrino , representado em laranja na Figura 2.6. Na verdade, quando falemos desse sistema, como o nome indica, estamos nos referindo a dois sistemas diferentes – o nervoso e o endócrino – trabalhando conjuntamente. A principal interface entre esses dois sistemas é o chamado eixo hipotálamo-hipófise. Como veremos futuramente, o hipotálamo é uma estrutura do sistema nervoso central que produz diversos hormônios e fatores que irão atuar sobre a glândula hipófise. A hipófise – ou pituitária – é muitas vezes denominada “glândula mestra” do organismo, pois, respondendo aos estímulos hipotalâmicos, secreta hormônios que irão agir sobre diversas outras glândulas do organismo, como as gônadas, a tiroide e as suprarrenais. Assim, podemos perceber como é intima a relação entre os dois grandes sistemas de controle do organismo: o sistema nervoso e o sistema endócrino.
Vamos examinar as principais divisões anatômicas do sistema nervoso humano. Podemos divi- di-lo em sistema nervoso central e periférico. O sistema nervoso central (SNC) é constituído do encéfalo e da medula espinhal. Fazem parte do sistema nervoso periférico (SNP) os nervos e os gânglios ( Figura 2.7 ). A maior parte das células nervosas está localizada no sistema nervoso central, que é onde estão os importantes centros de integração e processamento de informação. O sistema nervoso periférico é constituído principalmente de prolongamentos dos neurônios (axônios) cujos corpos celulares localizam-se no sistema nervoso central. Esses prolongamentos são chamados de fibras, sendo que o conjunto de várias dessas fibras forma um nervo. 2.3.1 Sistema Nervoso Periférico Os nervos que compõem o sistema nervoso periférico constituem as entradas e saídas do sistema nervoso central. Eles percorrem praticamente todas as partes do corpo, e são, portanto, a comunicação do SNC com os tecidos corporais. Podemos classificá-los quanto ao tipo de informação que carregam, de acordo o que vimos na Figura 2.6. Dessa forma, um nervo pode ser sensorial , motor , autonômico. Muitas vezes um nervo carrega mais de um tipo dessas
Integração e Controle SER HUMANO E MEIO AMBIENTE 2.3.2 Sistema Nervoso Central Vimos que o sistema nervoso central é constituído pelo encéfalo e pela medula espinhal. Começaremos nossa descrição por esta última. A medula espinhal possui a forma de um tubo que percorre um canal dentro da coluna vertebral, formado por orifícios das vértebras – deno- minados forames vertebrais ( Figura 2.8 ). Ela se divide em quatro partes, a partir do encéfalo: cervical, torácica, lombar e sacral. Figura 2.8: Coluna vertebral e medula espinhal. A figura mostra também a inserção de um nervo misto, constituído de fibras sensoriais (em vermelho) e motoras (em azul). Note que, enquanto as fibras sensórias entram na medula pelas raízes dorsais, as fibras motoras o fazem pelas raízes ventrais. / Fonte: modificado de Bear; Connors; paradiso, 2002. A medula espinhal possui uma substância cinzenta, onde estão localizados os corpos celulares dos neurônios, envolvida por uma substância branca, que é constituída de fibras (axônios) ( Figura 2.9 ).As fibras que formam os nervos espinhais chegam ou partem da substância cinzenta através das raízes dorsais e ventrais ( Figuras 2.8 e 2.9 ). As dorsais carregam informações sensoriais, enquanto que pelas raízes dorsais trafegam informações motoras ou autonômicas. As informações sensoriais
TópIcO 2 Organização geral do sistema nervoso ascendem em direção ao encéfalo através de tratos (vias) localizados na substância branca, por onde também passam tratos motores que descendem do encéfalo. A interrupção dessas vias – por um trauma, por exemplo – pode levar a perda de sensibilidade ou de movimentação, dependendo da via lesada. Contudo, não devemos pensar na medula apenas como um local de tráfego de infor- mação entre periferia do corpo e o encéfalo. Como veremos futuramente, a substância cinzenta da medula é capaz de organizar diversos tipos de respostas. Isso acontece independentemente da participação do encéfalo, como observamos nos reflexos medulares, por exemplo. Figura 2.9: Medula espinhal isolada da coluna vertebral. A figura evidencia as substâncias branca e cinzenta, bem como as raízes dorsais (aferências) e ventrais (eferências). / Fonte: modificado de Martin, 1998. O encéfalo compreende todas as estruturas localizadas no interior da caixa óssea craniana ( Figura 2.10 ). A medula espinhal termina numa estrutura denominada tronco encefálico , também conhecida como tronco cerebral. O tronco é subdividido em três partes principais: o bulbo , a ponte e o mesencéfalo ( Figura 2.11 ). Diversas funções fisiológicas, compor- tamentais e cognitivas são integradas no tronco, que desempenha assim um papel essencial na manutenção da vida. No controle fisiológico, destacam-se núcleos que controlam o sistema cardiovascular, respiratório e digestório. Um trauma em determinados locais do tronco – como o bulbo, onde estão localizados vários desses núcleos – pode causar uma parada cardiorrespira- tória, podendo ser fatal.
TópIcO 2 Organização geral do sistema nervoso motores descendentes, responsáveis pela manutenção do equilíbrio e pela realização de movi- mentos de ajuste postural. Esses movimentos são, na maior parte das vezes, realizados de maneira inconsciente, e são a base para que outros movimentos mais complexos e voluntários possam ser organizamos pelo córtex cerebral. Finalmente, o tronco tem uma participação fundamental no controle cognitivo e emocional, pois neurônios localizados no bulbo, ponte e mesencéfalo projetam seus axônios para diversas regiões corticais e subcorticais, liberando substâncias químicas neurotransmissoras que modulam a atividade neural dessas áreas ( Figura 2.12 ). Esses neurotransmissores podem agir difusamente no encéfalo, alterando estados de vigília, alerta, humor e prazer, entre outros. Podemos perceber, dessa maneira, o papel crucial que o tronco encefálico exerce nos diferentes níveis controle do sistema nervoso central. Figura 2.12: Sistemas modulatórios difusos que partem de neurônios localizados em núcleos do tronco para diversas regiões do encéfalo. / Fonte: modificado de silverthorn, 2010. A C D B
Integração e Controle SER HUMANO E MEIO AMBIENTE O cerebelo possui a mesma origem embrionária (rombencéfalo) do bulbo e da ponte, e possui uma grande importância no controle e correção do movimento humano, como veremos futu- ramente. O cerebelo também se comunica com o aparelho vestibular, de modo que ele também possui importante função na manutenção do equilíbrio. O papel do cerebelo na cognição ainda não é totalmente conhecido, sendo foco de intensa pesquisa ( Figura 2.13 ). Curiosamente, o cere- belo apresenta mais neurônios que o próprio cérebro – estimativas recentes indicam que, embora represente apenas 10% da massa encefálica, ele abriga 80% dos neurônios do encéfalo! Figura 2.13: Visão dorsal do cerebelo humano. A ponte está encoberta por ele. / Fonte: modificado de Martin, 1998. Acima do tronco localiza-se o diencéfalo ( Figura 2.11 ), formado pelo tálamo e por uma estrutura localizada logo abaixo dele, por isso chamada de hipotálamo. O tálamo é constituído por uma reunião de vários núcleos que se comunicam com o córtex cerebral. Muitos desses núcleos recebem informação sensorial vinda da periferia do corpo, como informação visual, tátil, proprioceptiva, auditiva e gustativa, e as envia para o córtex cerebral. Por isso, o tálamo é muitas vezes considerado a “porta de entrada” para o córtex. De fato, as vias responsáveis pelo processamento consciente das informações sensoriais passam pelo tálamo. O olfato é uma exceção. Todavia, a ideia de que o tálamo é apenas um relé, ou uma estação de retransmissão, não é correta. Na realidade, uma parte importante do processamento sensorial acontece já em nível talâmico.
Integração e Controle SER HUMANO E MEIO AMBIENTE Finalmente, chegamos ao telencéfalo , que compreende o córtex cerebral e os núcleos da base. Assim como a medula, o córtex possui uma substância branca, formada por fibras mielinizadas, e uma substância cinzenta, onde estão os corpos celulares dos neurônios que o constituem. A palavra córtex significa casca em latim. E o córtex é exatamente isso: uma casca de neurônios que envolve uma grande massa de substância branca. Imersos na substância branca estão os núcleos da base ( Figura 2.15 ). Figura 2.15: Substâncias cinzenta (externa) e branca (interna) do telencéfalo. Em verde estão representados os núcleos da base. / Fonte: modificado de Bear; Connors; paradiso, 2002. O córtex cerebral pode ser dividido em quatro lobos: occipital , parietal , temporal e fron- tal ( Figura 2.16 ). Esses lobos possuem um considerável grau de especialização, desempenhado funções diferentes no processamento neural. A informação visual é processada no lobo occipital. Já o controle e planejamento motor o ocorrem no lobo frontal. Os lobos parietal e temporal são responsáveis, respectivamente, pelo processamento da informação somestésica e auditiva, além de serem duas áreas importantes de associação sensorial. Didaticamente, podemos também dividir o córtex cerebral em três tipos de áreas: sensoriais , motoras e associativas ( Figura 2.17 ). As áreas sensoriais são regiões corticais que recebem informações – via tálamo – vindas da periferia do corpo. Elas estão representadas em verde na Figura 2.17. Em vermelho estão representadas as áreas responsáveis pelo controle motor, de onde partem a maioria das fibras descendentes em
TópIcO 2 Organização geral do sistema nervoso direção à medula espinhal. Em roxo estão representadas as áreas associativas. Essas regiões, como o nome indica, são locais em que as informações de diversas modalidades sensoriais são integradas, bem como informações sensoriais e motoras. Também são áreas importantes para as chamadas funções executivas, que envolvem a capacidade de concentração, raciocínio e planejamento – que se localizam principalmente no córtex pré-frontal ( Figura 2.17 ). O grau de especialização funcio- nal das diversas áreas corticais ainda é foco de intenso debate nas neurociências. Enquanto alguns defendem a ideia de que as funções cognitivas estejam distribuídas de maneira mais ou menos uniforme pelo córtex cerebral, outros adotam uma visão mais localizacionista, defendendo uma intensa especialização das áreas diferentes regiões corticais. De fato, algumas funções cognitivas – como a linguagem, por exemplo – dependem de regiões altamente especializadas, como as áreas de Wernick e Broca, localizadas no hemisfério cere- bral esquerdo. Outras funções, entretanto, como a memória, aparentemente estão mais distribuídas entre diversas regiões corticais. Figura 2.17: Visão lateral de algumas das principais áreas sensoriais (em verde), motoras (em vermelho) e associativas (em roxo). / Fonte: modificado de Bear; Connors; paradiso, 2002. Figura 2.16: Visão lateral dos lobos corticais. / Fonte: modificado de Bear; Connors; paradiso, 2002.
TópIcO 2 Organização geral do sistema nervoso
Bear, M. F., et al. Neurociências: Desvendando o Sistema Nervoso. 3. ed. Porto Alegre: Artmed, 2008. Kandel, E. R., et al. Princípios da Neurociência. 4. ed. Barueri: Manole, 2002. lent, R. Cem Bilhões de Neurônios? Conceitos Fundamentais de Neurociência. 2. ed. São José: Atheneu, 2010. Silverthorn, D. U. Fisiologia Humana: Uma Abordagem Integrada. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2010.
