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Plasticidade do sistema nervoso

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  1. Plasticidade do sistema nervoso José Salomão Schwartzman Universidade Presbiteriana Mackenzie

  2. hidrocefalia - menina 11 anos de idade

  3. hidrocefalia - menina 11 anos de idade

  4. Arthur, (97) (trabalhou até há 4 anos) e Isabel, (95) casados há 73 anos moram sozinhos

  5. Elvira (86) pega dois ônibus para ensaiar em um coral

  6. Kasinski (82) aposentou-se há dois anos e abriu, recentemente, uma fábrica de motocicletas

  7. Yolanda (82) faz ioga, nada, anda de jet ski no rio Guaíba, voou de paraglider há 3 anos e dirige seu próprio carro

  8. George Burns viveu 100 anos

  9. vovó Moses (1860-1961) começou a pintar aos 78 anos de idade

  10. restauração de funções no sistema nervoso

  11. sistema sistema OBJETIVO OBJETIVO OBJETIVO funcional funcional sistema OBJETIVO funcional OBJETIVO sistema funcional X restauração de funções no sistema nervoso

  12. sistema OBJETIVO funcional sistema OBJETIVO funcional sistema OBJETIVO funcional OBJETIVO sistema funcional restauração de funções no sistema nervoso

  13. Plasticidade do sistema nervoso • a plasticidade neural contribui para o aprendizado e memória e participa do processo de restauração funcional que se segue à um insulto cerebral • plasticidade pode ser definida como qualquer mudança duradoura nas propriedades morfológicas ou funcionais do córtex cerebral em resposta a mudanças ambientais ou lesões

  14. Plasticidade do sistema nervoso • admitia-se que era uma capacidade do cérebro em desenvolvimento mas hoje sabemos que ocorre também no adulto • as alterações plásticas ocorrem ao nível das sinapses • o córtex cerebral com sua extensa rede de sinapses reúne as condições para a ocorrência dos processos plásticos

  15. Plasticidade do sistema nervoso • a prática desenvolve a plasticidade em tarefas motoras • a tarefa motora pode ser facilitada pela administração de anfetaminas e pode ser modificada por várias outras drogas (prazosina <, escopolamina <, propranolol <, levodopa >)

  16. fatores neurotróficos • são polipeptídicos que através de receptores específicos agem no: • desenvolvimento • sobrevivência • manutenção de neurônios • são essenciais para a sobrevivência do sistema nervoso central e do periférico em desenvolvimento

  17. fatores neurotróficos • substâncias com propriedades neurotrópicas e neurotróficas: • induzem a diferenciação de células precursoras em neurônios • definem o fenótipo morfológico e químico dos neurônios • especificam o papel funcional dos neurônios • definem a localização espacial dos neurônios • guiam o axônio dos neurônios até o alvo apropriado • mantêm a conectividade e organização funcional dos neurônios durante toda a vida do indivíduo

  18. grupos de fatores neurotróficos • neurotrofinas • neuropoietinas (neuroquinas) • fatores transformadores de crescimento • fatores de crescimento dos fibroblastos • neurogulinas • fatores de crescimento insulina-like • fator de crescimento derivados das plaquetas • fator de crescimento do hepatócito • neurotransmissores e neuroreguladores • outros fatores

  19. fatores neurotróficos • a classe de fatores neurotróficos mais conhecida é a das neurotrofinas • quatro principais neurotrofinas foram isoladas de mamíferos: • o NGF (nerve growth factor) • o BDNF (brain-derived neurotrophic factor) • a neurotrofina 3 (NT-3) • a neurotrofina 4/5 (N 4,5) Copray et al., 2000

  20. NGF controle glutamato aspartato glutamato + NGF aspartato + NGF efeito de substâncias excitatórias e fatores neurotróficos sobre a maturação de células de Purkinje

  21. fatores neurotróficos

  22. fatores neurotróficos

  23. neurônios se aproximam do alvo fonte de fator neurotrófico quantidade reduzida de fator neurotrófico neurônio degenerando

  24. morte neuronal programada • durante o desenvolvimento há eliminação (programada) de grande número de neurônios • a função desta morte programada seria a de suprimir neurônios extra-numerários • esta destruição seria necessária para se adequar o número de neurônios ao número de células alvo inervadas • deste modo, o adequado crescimento axonal e formação de sinapses seria essencial na determinação de quais neurônios sobreviverão

  25. morte neuronal programada • desta forma, há uma estreita relação entre conexões apropriadas dos neurônios e sua sobrevivência • a presença de fatores neurotróficos, produzidos pelas células alvo, é fator determinante da sobrevivência dos neurônios • neurônios que não atingem os territórios alvo, chegam muito tarde ou não estabelecem sinapses estáveis, morrem

  26. sinapses / mm3 sinapses total sinapses / mm3 (x 108) sinapses total (x 1011) densidade sináptica e número de sinapses na área 17 em função da idade

  27. podemos modificar nossos cérebros? histórico (Diamond, 1988) • no início da década de 50, vários estudos demonstraram que ratos que haviam sido expostos a “ambientes enriquecidos” no início de suas vidas aprendiam melhor tarefas em labirintos do que ratos que haviam crescido em “ambientes não enriquecidos” • a questão que se colocou, então, é se estes ratos que haviam sido criados em “ambientes enriquecidos” diferiam dos outros não apenas no que se refere ao comportamento, mas também à química cerebral • encontraram, nestes animais, uma maior concentração cerebral de acetilcolinesterase

  28. condições experimentais básicas (Diamond, 1988)

  29. Diamond (1988)efeitos do “enriquecimento ambiental” • os estudos iniciais demonstraram claramente que havia diferenças estruturais entre os cérebros de animais criados em “ambientes enriquecidos” por 80 dias (do dia 25 ao 105) e de animais-controle • os “ratos enriquecidos” apresentavam córtices mais espessos, com um distanciamento maior entre as células, principalmente nas camadas externas • a contagem dos neurônios e células gliais por campo microscópico não revelou diferenças entre os 2 grupos

  30. Diamond (1988)efeitos do “enriquecimento ambiental” • as células nervosas dos animais “enriquecidos” apresentavam um aumento significativo no tamanho do corpo celular e do núcleo, principalmente nas camadas mais externas do córtex • novas técnicas demonstraram, nos animais “enriquecidos”, um aumento absoluto no número de células gliais (oligodendrócitos e astrócitos) • o aumento nos oligodendrócitos pode ser constatado, enquanto que o aumento dos astrócitos, embora presente, não chegou a ser significativo

  31. Diamond (1988)efeitos do “enriquecimento ambiental” • animais “enriquecidos” têm maior arborização dendrítica nas células estreladas da camada II do córtex occipital (área 18) • animais “enriquecidos” têm mais ramos dendríticos em células piramidais • em células cerebelares de macacos “enriquecidos” foi observada quantidade maior de pequenos ramos dendríticos do que em macacos “não enriquecidos” célulapiramidal

  32. Diamond (1988)efeitos do “enriquecimento ambiental” no período pré-natal • a autora observou uma tendência, embora não significativa, em ratos recém-natos produtos de mães “enriquecidas”, de apresentarem córtices mais espessos do que ratos nascidos de mães “não enriquecidas” • os pesos de nascimento destas 2 populações diferiam de forma significativa no sentido de que os filhos de mães “enriquecidas” pesavam 6% mais

  33. Diamond (1988)efeitos do “enriquecimento ambiental” na meia idade e velhice • os ratos Long-Evans chegam a viver, no laboratório da autora, 904 dias • foram estudados grupos de ratos ( “enriquecidos x não enriquecidos”) com 444 e 630 dias de idade • nos 2 grupos, os córtices mostraram-se mais espessos nos grupos “enriquecidos”

  34. plasticidade do sistema nervosomecanismos • vários processos estão envolvidos na restauração de funções do sistema nervoso: • brotamento regenerativo • brotamento colateral • hipersensibilidade pós-denervação

  35. plasticidade do sistema nervosomecanismos: brotamento regenerativo • em casos de lesão axonal: • degeneração anterógrada • degeneração retrógrada (?) • pode haver brotamento • este fenômeno já foi observado no cérebro; porém, não se sabe se estas conexões são funcionais • este processo é dificultado pela presença de tecido cicatricial • este processo é facilitado pela injeção de uma proteína promotora de crescimento nervoso nas áreas vizinhas

  36. plasticidade do sistema nervosomecanismos: brotamento colateral • brotamento colateral de axônios íntegros para áreas comprometidas já foi observado em várias regiões do cérebro • invade locais lesados e forma novos terminais • estas novas conexões parecem ser funcionais

  37. plasticidade do sistema nervosomecanismos: • equipotencialidade e liberação da inibição • função vicariante • reorganização funcional (Luria, 1978, 1980)

  38. Condicionamento físico e funções cognitivas em idosos (Colcombe e Kramer, 2003) • metanálise • estudos envolvendo indivíduos entre 55 e 80 anos • trabalhos publicados de 1996 a 2001

  39. Condicionamento físico e funções cognitivas em idosos (Colcombe e Kramer, 2003) • grupo controle • grupo experimental: • treino de condicionamento • treino de condicionamento e musculação • curtos: 15 – 30 minutos • moderados: 31 – 45 minutos • longos: 46 – 60 minutos • 1 – 3 meses • 4 – 6 meses • mais de 6 meses

  40. controles exercício controle f. espaciais f. executivas rapidez tipo de tarefa Condicionamento físico e funções cognitivas em idosos (Colcombe e Kramer, 2003)

  41. Condicionamento físico e funções cognitivas em idosos (Colcombe e Kramer, 2003) • os estudos demonstram, de forma inequívoca, efeito positivo do condicionamento físico sobre várias atividades cognitivas • condicionamento promoveu aumento da performance 0,5 DP em média, independentemente do tipo de tarefa cognitiva, do método de treinamento e das características dos participantes

  42. Condicionamento físico e funções cognitivas em idosos (Colcombe e Kramer, 2003) • os benefícios foram mais evidentes nas mulheres • uma possível explicação para estes efeitos seria a dediferenciação, ou seja, menos especificidade daquelas regiões do encéfalo que são recrutadas para várias tarefas cognitivas; nos indivíduos mais velhos haveria maior recrutamento destas áreas para compensar a perda de função neural

  43. plasticidade do sistema nervoso • a velocidade e o grau de reaquisição de uma função parecem depender de uma série de fatores: • localização da lesão • extensão da lesão • desenvolvimento da lesão • estimulação ambiental • idade do paciente • sexo do paciente

  44. plasticidade do sistema nervosoneurogênese/ • evidências recentes demonstram que certas áreas cerebrais retém a possibilidade de gerar novos neurônios (em roedores, primatas não humanos e humanos adultos) • a proliferação celular no giro denteado do hipocampo de ratos adultos é mais significativa nos animais que são criados em ambientes enriquecidos • no camundongo adulto, atividade física (corrida) aumenta esta proliferação celular (van Praag, Kempermann e Gage, 1999)

  45. plasticidade do sistema nervosoneurogênese • o número de neurônios gerados no girodenteado (hipocampo) de ratos adultos duplica em resposta a treinos em tarefas de aprendizagem associativa (que requerem a participação do hipocampo) • estes resultados indicam que estes neurônios recém gerados são afetados e potencialmente envolvidos na formação de memórias associativas

  46. plasticidade do sistema nervosoneurogênese (Eriksson et al., 1998) • foi demonstrada neurogênese no hipocampo de homens com idade média de 64,4 +- 2,9 • estes indivíduos haviam recebido injeção de bromodeoxiuridina, com finalidades diagnósticas • neurônios com o DNA marcado por esta substância foram identificados em espécimens cerebrais destes pacientes

  47. plasticidade do sistema nervosoneurogênese (Mezey et al., 2003) • estudadas quatro pacientes do sexo feminino que receberam transplante de medula óssea de doadores do sexo masculino: • paciente 1: transplantada aos nove meses de idade, faleceu dez meses depois • paciente 2: transplantada aos 34 anos de idade, faleceu nos dois meses subseqüentes • paciente 3: transplantada aos dez anos de idade, faleceu nos dois meses subseqüentes • paciente 4: transplantada aos 20 anos de idade, faleceu nos dois meses subseqüentes