O microscópio

 

 

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As células

 

Sabe-se hoje que os organismos vivos são formados por células que constituem a base da sua constituição. Diz-se que foi Hooke o primeiro a observar células com um microscópio. As células pareceram-lhe cavidades e foi por isso e por analogia com os espaços de clausura dos monges nos mosteiros que Hooke deu às “cavidades” o nome de “células”. Verificou-se mais tarde que estas células não eram cavidades e que continham matéria viva.

 

Ainda no século XVII, Antoine van Leeuwenhoek usou também o microscópio para observar o que mais tarde foi identificado por células sanguíneas e como espermatozóides. Observou ainda o que hoje se chamam de organismos unicelulares.

 

A teoria da célula como constituinte básico do ser vivo apenas foi apresentada em 1839 pelos biólogos alemães Theodor Schwann (especializado em tecidos animais) e Matthias Jakob Schleiden (botânico), baseados nas suas observações microscópicas.

 

Em 1858, o professor de anatomia patológica Rudolf Virchow estabeleceu a teoria de que as células resultam sempre de células pré-existentes, contrariamente a outra teorias então existentes.

 

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As experiências de Galvani

 

Em 1786, Luigi Galvani fez experiências com pernas de rãs. Unindo dois metais diferentes de um lado e tocando com as outras extremidades em certos pontos do corpo da rã , as suas pernas agitam-se bruscamente como se o animal estivesse vivo.

 

Galvani pensou que este fenómeno de contração muscular era devido a uma “eletricidade animal”. Opinião contrária teve Alessandro Volta, para quem a fonte de eletricidade era o conjunto das duas peças de metal. Foi esta teoria que lhe permitiu construir a pilha de Volta.

As observações de Galvani conduziram muitos fisiologistas a debruçarem-se sobre as relações entre a eletricidade e a fisiologia (eletrofisiologia), à custa do sacrifício de milhares de rãs ...

 

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As experiências de Nobili, Matteuci e du Bois-Reymond

 

O naturalista italiano, de Florença, Leopoldo Nobili utilizou um galvanómetro [.1] para detetar a corrente elétrica que circula das patas à cabeça da rã. Nobili chamou-lhe “corrente da rã” e o seu significado fisiológico ainda hoje não está esclarecido[.2] .

 

Utilizando o mesmo galvanómetro, Carlo Matteuci, da Universidade de Pisa, na Itália, verificou que a corrente circula num só sentido, do interior para o exterior, quer se trate do corpo inteiro, quer se trate dum  músculo isolado.

Em 1840, Matteuci publicou o estudo “Ensaio sobre os fenómenos elétricos dos animais”, em que descreve um fenómeno que observou e que chamou de “contração induzida”. Este fenómeno consiste no seguinte : ao tocar no nervo de um  músculo de rã com um outro músculo contraído, o primeiro também se contrai. Este ensaio foi premiado pela Academia de Ciências de Paris.

 

O eco deste trabalho chegou à Alemanha, onde Emil du Bois-Reymond foi encarregado por Johannes Muller, diretor do Museu Anatómico da Universidade de Berlim, de repetir, estudar e aprofundar os trabalhos de Matteuci. Emil contava então 20 anos. Du Boys-Reymond fez um trabalho minucioso durante sete anos, ao fim dos quais publicou, em 1849, com grande sucesso, o livro “Pesquisas sobre a eletricidade animal”, com explicações detalhadas sobre os métodos e os aparelhos utilizados. O resultado mais conhecido do seu trabalho é a chamada “variação negativa”. Consiste no fato de a corrente de ação diminuir transitoriamente durante a contração muscular.

Mais tarde, du Bois-Reymond fez experiências com peixes elétricos capazes de produzir tensões de centenas de Volt, resultado dos chamados órgãos elétricos”. As fibras musculares (chamadas “placas elétricas”) destes órgãos, ao contrário das restantes fibras musculares, são incapazes de se contrair. No entanto, por ação da atividade nervosa, produzem uma tensão elétrica. É a associação em série destas placas que origina as grandes tensões elétricas.

 

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Golgi, Cajal e o cérebro

 

O anatomista italiano Camillo Golgi (1843-1926) e o espanhol Santiago Ramon y Cajal (1852-1934) fizeram estudos sobre o cérebro, acompanhados de observações experimentais ao microscópio.

 

Em 1873, Golgi apresentou um método de coloração de células, adequado para a visualização microscópica de células nervosas, denominado de “reação negra”. O cérebro era cortado em fatias de 2 centímetros de espessura endurecidas de seguida com bicromato de potássio e tratadas com uma solução de nitrato de prata. Este método permitia ver as células nervosas como desenhadas a negro de tinta da China num fundo muito transparente, com muita precisão, permitindo inclusivamente observar as ramificações mais finas.

As células nervosas são constituídas por um cilindro axial (axônio) e por numerosos prolongamentos protoplasmáticos (dendritos).

Golgi observou que também os axônios possuem prolongamentos colaterais e classificou os neurônios em dois tipos : de tipo I, os que têm um axônio comprido e de tipo II (hoje chamados unipolares) aqueles em que o axônio se desdobra.

Golgi observou ainda que as dendritos não formam uma rede contínua, já que a sua extremidade flutua livremente no tecido intersticial.

Umam questão que se punha nesta época era saber de que forma uma excitação se transmite no cérebro. Golgi, como outros, era de opinião que existia uma continuidade entre os axônios das células, que assegurava a transmissão.

 

Baseado em observações efetuadas em 1888 utilizando o método de coloração de Golgi, Cajal opinou que a ligação entre células nervosas se estabelece por contato e não por continuidade. Hoje em dia a hipótese de Golgi está abandonada.

 

Em 1906, Golgi e Cajal repartem o prémio Nobel da Medicina pelos seus trabalhos.

 

A principal obra de Cajal foi a “Histologia [.3] do sistema nervoso do Homem e dos Vertebrados”,  foi publicada em França em 1909 e 1911.

 

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Sistema nervoso

 

O sistema nervoso é extremamente complexo pois governa todo o funcionamento do organismo. O seu funcionamento tem sido estudado ao longo dos anos com muitas dificuldades, devido às suas caraterísticas específicas e os cientistas têm aprendido muito sobre a sua constituição e funcionamento, mas também têm muito a aprender. Um aparelho que muito os tem auxiliado é o microscópio eletrônico que permite ampliações enormes de muitas dezenas de milhar de vezes, antes impossíveis de alcançar e, desta forma, têm penetrado mais no interior das células nervosas.

 

O sistema nervoso é constituído por células nervosas ou neurônios que conduzem os impulsos nervosos das periferias para o cérebro, do cérebro para as periferias e também dentro do próprio cérebro.

Aquilo que se chama normalmente cérebro é o encéfalo, alojado na caixa craniana e que está ligado à medula espinhal, alojada na coluna vertebral. A espinal medula comunica com as diversas partes do corpo através de ramificações chamadas nervos. Estes, por sua vez, são formados por feixes de fibras nervosas. Uma fibra nervosa resulta do axónio [.4] emergente do corpo celular do neurônio.

As ordens enviadas pelo sistema nervoso seguem pelas vias centrífugas, eferentes ou motoras para os tecidos musculares (por exemplo, para deslocar um dedo) e para as glândulas (por exemplo, para produzir saliva).

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Neurônios, sinapses e placas motoras

Um neurônio é formado por um corpo celular. Neste existe uma zona chamada núcleo, encarregada de administrar o funcionamento do neurônio e o citoplasma que é uma massa gelatinosa.

No citoplasma existem as mitocôndrias, com dimensões da ordem dos milésimos de milímetro e que produzem energia obtida dos alimentos por reações químicas. Esta energia é armazenada na molécula ATP (adenosinatrifosfato). É esta energia que é utilizada no funcionamento da célula.

O citoplasma estende-se em ramos curtos denominados dendritos (do grego dendron, árvore) e num prolongamento muito maior chamado axônio, que pode atingir, nalguns casos, um metro de comprimento. Outras terminações da célula nervosa são os botões sinápticos. Estas estruturas estão próximas de outras células vizinhas, distando delas 200 Å[.5] . Este espaço de separação chama-se sinapse ou fissura sináptica.

Dentro dos botões sinápticos há muitas vesículas com acetilcolina.

Algumas fibras nervosas destinam-se a transmitir impulsos nervosos a fibras musculares com finalidades motoras. Esta transmissão é feita através de uma zona, com cerca de 200 Å, chamada placa motora, entre a terminação nervosa e a fibra muscular.

O neurônio pode ser estimulado por fibras inibidoras ou excitadoras. Um impulso recebido de uma fibra inibidora inibe uma ação de se concretizar, por exemplo, a excitação dum músculo (ele relaxará). Um impulso nervoso recebido de uma fibra excitadora provocará uma ação, por exemplo, a contração de um músculo.

Quando um impulso nervoso motor atinge as terminações nervosas do neurônio é libertada, pelas vesículas, na placa motora, acetilcolina. A ordem de ação motora sobre o músculo é assim transmitida quimicamente ao atingir recetores existentes na placa motora. Quando a alteração elétrica da placa motora é da ordem de 120 milésimos de Volt dá-se a contração muscular. A membrana celular de uma fibra muscular em repouso está polarizada (ou seja, tem carga elétrica num certo sentido). A acetilcolina atua como despolarizante. A ação da acetilcolina é muito rápida (alguns décimos de segundo) e dura pouco tempo, para que a membrana possa ser repolarizada e assim ficar disponível para novo impulso.

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Impulsos nervosos

Os neurônios são envolvidos por uma membrana celular que os protege. Os impulsos nervosos não se transmitem pelo interior das células nervosas, mas através desta membrana periférica.

Quando um composto iónico como o cloreto de sódio (sal das cozinhas) se encontra em solução, decompõe-se nos seus átomos ionizados. No caso do cloreto de sódio (Cl Na), este dá origem a um ião de cloro, Cl ^-- (com uma carga elétrica negativa, eletrão, em excesso) e um ião de sódio, Na⁺, (com uma carga positiva em excesso ou seja, falta de um eletrão). Junto da membrana celular, existe excesso de iões de sódio, Na⁺, no ambiente extracelular exterior ao neurônio e iões de potássio, K⁺, no interior do neurônio.

Os iões de sódio são em maior quantidade que os iões de potássio. Como a membrana celular do neurônio em repouso é impermeável ao movimento de iões através de si, existe um potencial elétrico entre o interior e o exterior da célula, de –70 mV, chamado potencial de repouso da membrana.

Quando o neurônio recebe um impulso nervoso, a sua membrana torna-se permeável aos iões, havendo movimento de iões de sódio, Na⁺, do exterior para o interior do neurônio e de iões de potássio, K⁺, do interior para o exterior da célula. Como consequência, o potencial elétrico entre a célula e o exterior torna-se mais positivo e essa alteração propaga-se aos iões vizinhos. Este movimento de iões atinge um valor máximo e depois inverte-se, deslocando-se os iões de potássio, K⁺, do exterior para o interior e os de sódio, Na⁺, em sentido oposto. O potencial elétrico que, no repouso, era – 70 mV, sobe até 30 mV, voltando depois aos –70 mV. Esta alteração do potencial chama-se potencial de ação e, após amplificação[.6] , pode ser observado num osciloscópio[.7] . Este movimento de iões através da membrana celular e o consequente potencial de ação, vão-se deslocando ao longo da membrana, o que corresponde à deslocação do impulso nervoso ao longo da célula, sendo depois comunicado a outra células, através das sinapses.

Na animação anterior pretende dar-se uma ideia simplificada destes comportamentos. O neurônio está representado pelo citoplasma e pela membrana celular (cores azuladas). Quando se dá a excitação do neurônio, um impulso nervoso percorre a membrana da esquerda para a direita.

Representa-se no canto inferior esquerdo, a título exemplificativo, a variação do potencial numa zona da membrana correspondente à linha vertical. Como atrás de explica, ele varia entre –70 mV e +30 mV.

Na figura seguinte mostra-se a curva que pode ser vista no osciloscópio e que representa a variação do potencial numa zona da membrana ao longo do tempo.

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EEG - Eletroencefalograma

As células nervosas estão em permanente atividade, mesmo durante o sono, produzindo correntes elétricas variáveis. Hoje em dia é possível catar essas correntes elétricas alternadas colocando elétrodos no exterior do crâneo, pois a sua ação faz-se aí sentir, embora seja atenuada pela passagem do interior para o exterior da caixa craneana. Estas correntes são amplificadas e registadas num aparelho chamado eletroencefalógrafo, permitindo analisar o estado de funcionamento do cérebro. Conforme o local da cabeça onde são colocados os elétrodos, assim é o tipo de onda (forma do sinal elétrico) recebido. Estes tipos denominam-se por letras do alfabeto grego, e são as ondas alfa (as predominantes), beta, delta e teta.

 

As formas das ondas são aproximadamente sinusoidais, variando a sua amplitude e frequência de um tipo para outro.

 

 

 

Por exemplo, se com os olhos fechados se obtém o ritmo alfa, com os olhos abertos obtém-se o ritmo beta, com menor amplitude e mais rápido que aquele.

 

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Bibliografia

 

La découverte des neurones (Les Cahiers de Science et Vie)

 

Sistema nervoso (Grandes temas da Medicina) – Nova Cultural