Plasticidade do sistema nervoso

Plasticidade do
sistema nervoso
José Salomão Schwartzman
Universidade Presbiteriana Mackenzie
hidrocefalia - menina 11 anos de idade
hidrocefalia - menina 11 anos de idade
Arthur, (97) (trabalhou até há 4 anos) e Isabel, (95)
casados há 73 anos moram sozinhos
Elvira (86) pega dois ônibus para ensaiar em um coral
Kasinski (82) aposentou-se há dois anos e abriu,
recentemente, uma fábrica de motocicletas
Yolanda (82) faz ioga, nada, anda de jet ski no rio Guaíba,
voou de paraglider há 3 anos e dirige seu próprio carro
George Burns viveu 100 anos
vovó Moses (1860-1961) começou
a pintar aos 78 anos de idade
sistema
funcional
OBJETIVO
restauração de funções no sistema nervoso
sistema
sistema
funcional
funcional
sistema
funcional
X
OBJETIVO
OBJETIVO
OBJETIVO
OBJETIVO
OBJETIVO
sistema
funcional
restauração de funções no sistema nervoso
sistema
funcional
sistema
funcional
sistema
funcional
sistema
funcional
OBJETIVO
OBJETIVO
OBJETIVO
OBJETIVO
restauração de funções no sistema nervoso
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
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
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 >)
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
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
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
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
controle
glutamato
glutamato + NGF
NGF
aspartato
aspartato + NGF
efeito de substâncias excitatórias e fatores neurotróficos
sobre a maturação de células de Purkinje
fatores neurotróficos
fatores neurotróficos
neurônios se aproximam do alvo
fonte de fator
neurotrófico
quantidade reduzida
neurônio degenerando de fator neurotrófico
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
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
sinapses / mm3
sinapses total
densidade sináptica e número de sinapses na área 17 em função da idade
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
condições experimentais básicas (Diamond, 1988)
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
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
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”
célula piramidal
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
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”
plasticidade do sistema nervoso
mecanismos
 vários processos estão envolvidos na restauração
de funções do sistema nervoso:
 brotamento regenerativo
 brotamento colateral
 hipersensibilidade pós-denervação
plasticidade do sistema nervoso
mecanismos: 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
plasticidade do sistema nervoso
mecanismos: 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
plasticidade do sistema nervoso
mecanismos:
 equipotencialidade e liberação da inibição
 função vicariante
 reorganização funcional (Luria, 1978, 1980)
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
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
controles
exercício
f. executivas
controle
f. espaciais
rapidez
tipo de tarefa
Condicionamento físico e funções cognitivas em idosos
(Colcombe e Kramer, 2003)
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
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
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
plasticidade do sistema nervoso
neurogênese/

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)
plasticidade do sistema nervoso
neurogênese
 o número de neurônios gerados no giro denteado
(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
plasticidade do sistema nervoso
neurogênese (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
plasticidade do sistema nervoso
neurogênese (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
plasticidade do sistema nervoso
neurogênese (Mezey et al., 2003)

foram estudadas amostras do neo-cortex, striatum,
hipocampo,estruturas temporais mesiais e cerebelo

nas quatro pacientes foram observadas células contendo
cromossomos Y em várias regiões

a maior parte destas células não eram neurais: células
endoteliais e células da substância branca

neurônios marcados foram identificados, especialmente no
córtex cerebral e no hipocampo

a paciente mais nova e que sobreviveu por mais tempo ao
transplante apresentava o maior número de neurônios
marcados
Plasticidade do sistema nervoso
transplante de tecido cortical fetal
(Bhattacharya et al.,
2002)
 estudados 12 pacientes com moléstia de
Parkinson com idade variando de 45 a 75 anos
 transplante de um grama de tecido cerebral (área
frontal) extraído de feto com menos de 20
semanas de idade gestacional e retirado dentro
de um minuto após a histerectomia para a região
axilar
 não houve nenhum tratamento imunossupressor
plasticidade do sistema nervoso
transplante de tecido cortical fetal
(Bhattacharya et al.,
2002)

uma parte do tecido transplantado foi removido após 1-2 meses: não
foram observados sinais de rejeição nem de processos inflamatórios

estavam presentes sinais de crescimento do tecido: neurogênese,
gliogênese, neo-vascularizaçao e angiogênese

avaliação dos pacientes após um mês:



discreta melhora (até 33%) em 41,6% dos casos
melhora moderada (até 66,6%) em outros 41,6% dos casos
em 16,8% dos casos, nos quais não houve melhoras objetivas,
os pacientes referiram melhoras gerais sendo que foi possível
uma redução das doses de L-Dopa em 75% dos casos
Drives of brain plasticity
(Hummel e Cohen, 2005)
 treino promove plasticidade usodependente
 pode ser facilitado pelo uso de anfetamina
 estimulação magnética craniana
 estimulação elétrica craniana por corrente
contínua
Neurônios
Espelho
Neurônios espelho
 descritos por Giaccamo Rizzolatti (1988)
 “mirror neurons” na área pré-motora ventral de
macacos
 células que disparam quando o animal realiza uma ação
específica com suas mãos: empurrar, puxar, agarrar e
colocar um amendoim na boca
 as mesmas células disparam quando o animal observa
alguém (o experimentador ou outro macaco) realizar a
mesma ação
vista lateral do cérebro de macaco
Rizzolatti e Craighero, 2004
o córtex temporal superior codifica
uma descrição visual da ação
encaminha esta informação ao córtex parietal posterior
que codifica o aspecto sinestésico do movimento
encaminha esta informação aos neurônios espelho da região frontal
inferior que codifica o objetivo da ação
este mecanismo de parear a descrição visual da ação observada e as
conseqüências sensitivas previstas permite o planejamento da imitação
da ação observada que agora pode ocorrer
cópias eferentes do plano motor são enviados das áreas
parietais e frontais de volta para o córtex temporal superior
conexões entre um setor do lobo da insula (campo disgranular)
com o sistema límbico, córtex parietal posterior, frontal inferior
e córtex temporal superior possibilitam passar à áreas límbicas
a representação da ação que processam seu conteúdo emocional
E
simulação
E
execução
ativação cerebral durante movimentos da mão direita
Neurônios espelho
Daniel Glaser, Córtex 2004
 bailarinos e praticantes de capoeira
 estudado o padrão de ativação observado
(ressonância magnética funcional) quando:
 bailarinos observavam ballet
 bailarinos observavam capoeira
 capoeiristas observavam capoeira
 capoeiristas observavam ballet
Glaser, 2004
Ressonância magnética funcional
bailarinos vendo ballet
sulco intraparietal
córtex pré-motor dorsal
bailarinos vendo capoeira
capoeiristas vendo ballet
capoeiristas vendo capoeira
controles vendo ballet
controles vendo capoeira
Glaser, 2004
Resiliência
Resiliência
 propriedade pela qual a energia
armazenada em um corpo deformado é
devolvida quando cessa a tensão
causadora de uma deformação elástica
 termo que se origina nas ciências exatas,
particularmente na mecânica e engenharia
Resiliência
Rutter (1981, 1985, 1987 e 1993)
 este autor enfatizou a importância de se considerar
múltiplos aspectos nas pesquisas sobre os fatores de
risco e de proteção:
 1) as respostas frente ao evento estressor são
influenciadas pela avaliação que a pessoa faz da
situação, pela capacidade de processar a experiência,
pela atribuição de significado e pela possibilidade de
incorporá-la ao sistema de crenças; a idade, nesse
caso, é um fator de diferenciação importante, pois a
capacidade de elaboração de um bebê é diferente
daquela de uma criança mais velha
Resiliência
Rutter (1981, 1985, 1987 e 1993)
 2) outro mecanismo diz respeito à forma como as
pessoas lidam com as adversidades e eventos
estressores, se elas agem ou simplesmente
reagem à situação estressante
 3) a habilidade das pessoas para agir é uma
função de sua auto-estima e sentimentos de autoeficácia tanto quanto de sua capacidade para
resolver problemas
Resiliência
Rutter (1981, 1985, 1987 e 1993)
 4) o conhecimento cognitivo está apoiado em
relacionamentos estáveis, sucessos, experiências
positivas e atributos de temperamento
 5) tais qualidades pessoais tornam-se
operacionalizadas nas interações e respostas
frente a outras pessoas e em seu papel de
regulação das respostas individuais às situações
de estresse
Resiliência
Rutter (1981, 1985, 1987 e 1993)
 6) enfrentamento bem sucedido é exercitado
durante toda a vida, pois as situações de
dificuldade e de mudanças fazem parte do
incremento da competência e da responsabilidade
 7) os fatores de proteção devem operar durante
todo o tempo e não apenas num dado momento
ou circunstância de maior estresse
risco de comprometimento da memória
e declínio cognitivo com a idade
1/2
2x
4x
risco de comprometimento da memória
e declínio cognitivo com a idade
hipertensão arterial não tratada
1/2
2x
4x
risco de comprometimento da memória
e declínio cognitivo com a idade
níveis elevados de colesterol
1/2
2x
4x
risco de comprometimento da memória
e declínio cognitivo com a idade
múltiplos traumatismos cranianos
associados ao coma
1/2
2x
4x
risco de comprometimento da memória
e declínio cognitivo com a idade
níveis elevados de estresse e depressão
1/2
2x
4x
risco de comprometimento da memória
e declínio cognitivo com a idade
programa regular de exercícios
1/2
2x
4x
risco de comprometimento da memória
e declínio cognitivo com a idade
hábito de ler e de aprender
1/2
2x
4x
risco de comprometimento da memória
e declínio cognitivo com a idade
atividades de lazer e sociais
1/2
2x
4x