Sistema nervoso central

Visão geral

Nos vertebrados, o cérebro e a medula espinhal estão ambos fechados nas meninges. As meninges fornecem uma barreira aos produtos químicos dissolvidos no sangue, protegendo o cérebro da maioria das neurotoxinas comumente encontradas nos alimentos. Dentro das meninas, o cérebro e a medula espinhal são banhados em líquido espinhal cerebral, que substitui o fluido corporal encontrado fora das células de todos os animais bilaterais.

Nos vertebrados, o SNC está contido na cavidade corporal dorsal, com o cérebro está alojado na cavidade craniana dentro do crânio. A medula espinhal está alojada no canal espinhal dentro das vértebras. Dentro do SNC, o espaço interneuronal é preenchido com uma grande quantidade de células não nervosas de apoio chamadas Neuroglia ou glia do grego para "cola".

Nos vertebrados, o SNC também inclui a retina e o nervo óptico (nervo craniano II), bem como os nervos olfativos e o epitélio olfativo. Como partes do SNC, eles se conectam diretamente aos neurônios cerebrais sem gânglios intermediários. O epitélio olfativo é o único tecido nervoso central fora das meninges em contato direto com o ambiente, que abre um caminho para agentes terapêuticos que de outra forma não podem atravessar a barreira das meninges.

Estrutura

O SNC consiste nas duas principais estruturas: o cérebro e a medula espinhal. O cérebro está envolto no crânio e protegido pelo crânio. A medula espinhal é contínua com o cérebro e fica caudalmente no cérebro. É protegido pelas vértebras. A medula espinhal atinge a base do crânio, continua através ou começando abaixo do forame magnum e termina aproximadamente nivelada com a primeira ou a segunda vértebra lombar, ocupando as seções superiores do canal vertebral.

Matéria branca e cinzenta

Dissecção de um cérebro humano com rótulos mostrando a clara divisão entre a substância branca e cinza.

Microscopicamente, existem diferenças entre os neurônios e o tecido do SNC e o sistema nervoso periférico (PNS). O CNS é composto de substância branca e cinzenta. Isso também pode ser visto macroscopicamente no tecido cerebral. A substância branca consiste em axônios e oligodendrócitos, enquanto a substância cinzenta consiste em neurônios e fibras não mielinizadas. Ambos os tecidos incluem várias células gliais (embora a substância branca contenha mais), que geralmente são chamadas de células de suporte do SNC. Diferentes formas de células gliais têm funções diferentes, algumas agindo quase tão andaimes para que os neuroblastos escalem durante a neurogênese como a glia de Bergmann, enquanto outros como a microglia são uma forma especializada de macrófagos, envolvidos no sistema imunológico do cérebro e na liberação de vários metabólitos do tecido cerebral. Os astrócitos podem estar envolvidos com a depuração de metabólitos, bem como o transporte de combustível e várias substâncias benéficas para os neurônios dos capilares do cérebro. Após a lesão do SNC, os astrócitos proliferarão, causando gliose, uma forma de tecido cicatricial neuronal, sem neurônios funcionais.

O cérebro (cérebro, bem como o mesencéfalo e o cérebro posterior) consiste em um córtex, composto por corpos de neurônios que constituem substância cinzenta, enquanto internamente há mais substâncias brancas que formam folhetos e comissuras. Além da substância cinzenta cortical, também há a substância cinzenta subcortical que compõe um grande número de núcleos diferentes.

Medula espinhal

Diagrama das colunas e do curso das fibras na medula espinhal. As sinapses sensoriais ocorrem na medula espinhal dorsal (acima nesta imagem), e os nervos motores saem através dos chifres ventrais (assim como laterais) da medula espinhal, como visto abaixo na imagem.

Diferentes maneiras pelas quais o SNC pode ser ativado sem envolver o córtex e nos conscientizar das ações. O exemplo acima mostra o processo em que a pupila se dilata durante a luz fraca, ativando os neurônios na medula espinhal. O segundo exemplo mostra a constrição da pupila como resultado da ativação do núcleo Eddinger-Westphal (um gânglio cerebral).

De e para a medula espinhal são projeções do sistema nervoso periférico na forma de nervos espinhais (às vezes nervos segmentares). Os nervos conectam a medula espinhal à pele, articulações, músculos etc. e permitem a transmissão do motor eferente, bem como sinais e estímulos sensoriais aferentes. Isso permite movimentos voluntários e involuntários dos músculos, bem como a percepção dos sentidos. Tudo em todos os 31 nervos espinhais projeta do tronco cerebral, alguns formando plex à medida que se ramificam, como o Plex Brachial, Plexa sacral etc. Cada espinhal O nervo transportará sinais sensoriais e motores, mas os nervos sinapse em diferentes regiões da medula espinhal, da periferia para os neurônios do relé sensorial que transmitem as informações para o SNC ou dos neurônios motores do SNC, que retransmitem as informações.

A medula espinhal retransmita informações até o cérebro através do folhetos espinhais através da via comum final para o tálamo e, finalmente, ao córtex.

Imagem esquemática mostrando os locais de alguns setores da medula espinhal.

Os reflexos também podem ocorrer sem envolver mais de um neurônio do SNC, como no exemplo abaixo de um reflexo curto.

Além da medula espinhal, também existem nervos periféricos do PNS que sinapsem através de intermediários ou gânglios diretamente no SNC. Esses 12 nervos existem na região da cabeça e pescoço e são chamados de nervos cranianos. Os nervos cranianos trazem informações para o SNC de e para o rosto, bem como para certos músculos (como o músculo trapézio, que é inervado pelos nervos acessórios, bem como por certos nervos espinhais cervicais).

Dois pares de nervos cranianos; Os nervos olfativos e os nervos ópticos são frequentemente considerados estruturas do SNC. Isso ocorre porque eles não sinapsem primeiro nos gânglios periféricos, mas diretamente nos neurônios do CNS. O epitélio olfativo é significativo, pois consiste no tecido do SNC expresso em contato direto com o meio ambiente, permitindo a administração de certos farmacêuticos e medicamentos.

Um nervo periférico mielinizado pelas células Schwann (esquerda) e um neurônio do CNS mielinizado por um oligodendrócito (direita)

Cérebro

Na extremidade anterior da medula espinhal, encontra -se o cérebro. O cérebro compõe a maior parte do SNC. Muitas vezes, é a principal estrutura referida ao falar do sistema nervoso em geral. O cérebro é a principal unidade funcional do SNC. Enquanto a medula espinhal tem certa capacidade de processamento, como a da locomoção espinhal e pode processar reflexos, o cérebro é a principal unidade de processamento do sistema nervoso. [Citação necessária]

O tronco cerebral consiste na medula, na ponte e no mesencéfalo. A medula pode ser referida como uma extensão da medula espinhal, que possui organização e propriedades funcionais semelhantes. Os folhetos que passam da medula espinhal para o cérebro passam por aqui.

As funções regulatórias dos núcleos da medula incluem o controle da pressão arterial e da respiração. Outros núcleos estão envolvidos no equilíbrio, sabor, audição e controle dos músculos do rosto e do pescoço.

A próxima estrutura rostral da medula é a ponte, que fica no lado anterior ventral do tronco cerebral. Os núcleos nos pons incluem núcleos pontinos que funcionam com o cerebelo e transmitem informações entre o cerebelo e o córtex cerebral. Nos pans posteriores dorsal, estão os núcleos que estão envolvidos nas funções de respiração, sono e sabor.

O mesencéfalo, ou mesencefalon, está situado acima e rostral para os pons. Inclui núcleos que ligam partes distintas do sistema motor, incluindo o cerebelo, os gânglios da base e ambos os hemisférios cerebrais, entre outros. Além disso, partes dos sistemas visuais e auditivas estão localizadas no mesencéfalo, incluindo o controle dos movimentos automáticos dos olhos.

O tronco cerebral em geral fornece entrada e saída ao cérebro para várias vias para o controle motor e autonômico da face e pescoço através dos nervos cranianos, o controle autonômico dos órgãos é mediado pelo décimo nervo craniano. Uma grande parte do tronco cerebral está envolvida em esse controle autonômico do corpo. Tais funções podem envolver o coração, os vasos sanguíneos e os alunos, entre outros.

O tronco cerebral também mantém a formação reticular, um grupo de núcleos envolvidos na excitação e no alerta.

O cerebelo fica atrás dos pontes. O cerebelo é composto por várias fissuras e lóbulos divididos. Sua função inclui o controle da postura e a coordenação de movimentos de partes do corpo, incluindo os olhos e a cabeça, bem como os membros. Além disso, está envolvido em movimento que foi aprendido e aperfeiçoado através da prática, e se adaptará a novos movimentos aprendidos. Apesar de sua classificação anterior como estrutura motora, o cerebelo também exibe conexões com áreas do córtex cerebral envolvido na linguagem e na cognição. Essas conexões foram demonstradas pelo uso de técnicas de imagem médica, como ressonância magnética funcional e tomografia por emissão de pósitrons.

O corpo do cerebelo detém mais neurônios do que qualquer outra estrutura do cérebro, incluindo a do cerebro maior, mas também é mais extensivamente compreendida do que outras estruturas do cérebro, pois inclui menos tipos de neurônios diferentes. Ele lida e processa estímulos sensoriais, informações motoras e equilibrar informações do órgão vestibular.

As duas estruturas do Diencephalon que digam notas são o tálamo e o hipotálamo. O tálamo atua como uma ligação entre as vias de entrada do sistema nervoso periférico e o nervo óptico (embora não receba informações do nervo olfativo) para os hemisférios cerebrais. Anteriormente, era considerado apenas uma "estação de revezamento", mas está envolvida na classificação de informações que atingirão os hemisférios cerebrais (neocórtex).

Além de sua função de classificar as informações da periferia, o tálamo também conecta o cerebelo e os gânglios da base ao cérebro. Em comum com o sistema reticular acima mencionado, o tálamo está envolvido na vigília e na consciência, como se o SCN.

O hipotálamo se envolve em funções de várias emoções ou sentimentos primitivos, como fome, sede e vínculo materno. Isso é regulado em parte através do controle da secreção de hormônios da glândula pituitária. Além disso, o hipotálamo desempenha um papel na motivação e muitos outros comportamentos do indivíduo.

O cérebro dos hemisférios cerebrais compõe a maior parte visual do cérebro humano. Várias estruturas se combinam para formar os hemisférios cerebrais, entre outros: o córtex, os gânglios da base, a amígdala e o hipocampo. Os hemisférios juntos controlam uma grande parte das funções do cérebro humano, como emoção, memória, percepção e funções motoras. Além disso, os hemisférios cerebrais representam as capacidades cognitivas do cérebro.

Conectar cada um dos hemisférios é o corpus caloso, bem como várias comissuras adicionais. Uma das partes mais importantes dos hemisférios cerebrais é o córtex, composto de substância cinzenta que cobre a superfície do cérebro. Funcionalmente, o córtex cerebral está envolvido no planejamento e na execução das tarefas diárias.

O hipocampo está envolvido no armazenamento de memórias, a amígdala desempenha um papel na percepção e comunicação da emoção, enquanto os gânglios da base desempenham um papel importante na coordenação do movimento voluntário.

Diferença do sistema nervoso periférico

Um mapa sobre as diferentes estruturas dos sistemas nervosos no corpo, mostrando o SNC, o PNS, o sistema nervoso autonômico e o sistema nervoso entérico.

Isso diferencia o SNC do PNS, que consiste em neurônios, axônios e células de Schwann. Os oligodendrócitos e as células de Schwann têm funções semelhantes no SNC e no PNS, respectivamente. Ambos agem para adicionar bainhas de mielina aos axônios, que atuam como uma forma de isolamento, permitindo uma proliferação melhor e mais rápida de sinais elétricos ao longo dos nervos. Os axônios no SNC geralmente são muito curtos, apenas alguns milímetros e não precisam do mesmo grau de isolamento que os nervos periféricos. Alguns nervos periféricos podem ter mais de 1 metro de comprimento, como os nervos no dedão do pé. Para garantir que os sinais se movam em velocidade suficiente, é necessária mielinização.

A maneira pela qual as células de Schwann e os oligodendrócitos mielinam os nervos diferem. Uma célula de Schwann geralmente mielina um único axônio, ao redor completamente. Às vezes, eles podem mieline muitos axônios, especialmente quando em áreas de axônios curtos. Os oligodendrócitos geralmente mielinam vários axônios. Eles fazem isso enviando projeções finas de sua membrana celular, que envolvem e envolvem o axônio.

Desenvolvimento

Imagem superior: CNS como visto em uma seção mediana de um embrião de 5 semanas de idade. Imagem inferior: SNC visto em uma seção mediana de um embrião de 3 meses de idade.

Durante o desenvolvimento precoce do embrião de vertebrados, uma ranhura longitudinal na placa neural se aprofunda gradualmente e os cumes em ambos os lados da ranhura (as dobras neurais) tornam -se elevadas e, finalmente, encontram -se, transformando o sulco em um tubo fechado chamado tubo neural. A formação do tubo neural é chamada de neurulação. Nesta fase, as paredes do tubo neural contêm células -tronco neurais em proliferação em uma região chamada zona ventricular. As células -tronco neurais, principalmente células gliais radiais, multiplicam e geram neurônios através do processo de neurogênese, formando o rudimento do SNC.

O tubo neural dá origem ao cérebro e na medula espinhal. A porção anterior (ou 'rostral') do tubo neural diferencia inicialmente em três vesículas cerebrais (bolsos): o prosncefalão na frente, o mesencefalão e, entre o mesencefalon e a medula espinhal, a rombefálon. (Por seis semanas no embrião humano), o prosncefalão se divide ainda mais no Telencephalon e Diencephalon; e o Rhombencefalon se divide no Metencephalon e Myelencephalon. A medula espinhal é derivada da porção posterior ou 'caudal' do tubo neural.

À medida que um vertebrado cresce, essas vesículas se diferenciam ainda mais. O Telencéfalo diferencia, entre outras coisas, o estriado, o hipocampo e o neocórtex, e sua cavidade se torna o primeiro e o segundo ventrículo. As elaborações de Diencephalon incluem o subtálamo, hipotálamo, tálamo e epitalâmus, e sua cavidade forma o terceiro ventrículo. O teto, o precetum, o pedúnculo cerebral e outras estruturas se desenvolvem fora do mesencefalão, e sua cavidade cresce no ducto mesencefálico (aqueduto cerebral). O Metencephalon se torna, entre outras coisas, o Pons e o Cerebelo, o mielencefálon forma a medula oblonga, e suas cáries se desenvolvem no quarto ventrículo.

Diagrama que descreve as principais subdivisões do cérebro embrionário dos vertebrados, formando posteriormente o cérebro, o mesencéfalo e o cérebro posterior.

Desenvolvimento do tubo neural

Rhininphalon, Amygdala, hipocampo, neocórtex, gânglios da base, ventrículos laterais

Epithalamus, tálamo, hipotálamo, subtalâmus, glândula pituitária, glândula pineal, terceiro ventrículo

Tecto, pedúnculo cerebral, precetum, ducto mesencefálico

Pons, cerebelo

Evolução

Em cima: O Lancelet, considerava um vertebrado arquetípico, sem um cérebro verdadeiro. Médio: um vertebrado precoce. Inferior: Diagrama do eixo da evolução dos vertebrados.

Os planários, membros do filo platyhelminthes (minhocas), têm o delineamento mais simples e claramente definido de um sistema nervoso em um SNC e um PNS. Seus cérebros primitivos, consistindo em dois gânglios anteriores fundidos, e cordões nervos longitudinais formam o SNC. Como vertebrados, tenha um SNC e PNS distintos. Os nervos projetando lateralmente a partir do SNC formam seus PNs.

Um estudo molecular descobriu que mais de 95% dos 116 genes envolvidos no sistema nervoso dos planejadores, que incluem genes relacionados ao SNC, também existem em humanos.

Nos artrópodes, o cordão nervoso ventral, os gânglios subesofágicos e os gânglios supraesofágicos são geralmente vistos como comprovados do SNC. Arthropoda, diferentemente dos vertebrados, possui neurônios motores inibitórios devido ao seu tamanho pequeno.

O SNC de acordados difere do de outros animais ao ser colocado dorsalmente no corpo, acima do intestino e notocórdio/coluna vertebral. O padrão básico do SNC é altamente conservado em todas as diferentes espécies de vertebrados e durante a evolução. A principal tendência que pode ser observada é em relação a uma telencefalização progressiva: o telencéfalo de répteis é apenas um apêndice da grande lâmpada olfativa, enquanto em mamíferos compõe a maior parte do volume do SNC. No cérebro humano, o Telencéfalo cobre a maior parte do diencephalon e o mesencefalão. De fato, o estudo alométrico do tamanho do cérebro entre diferentes espécies mostra uma continuidade impressionante de ratos para baleias e nos permite concluir o conhecimento sobre a evolução do SNC obtido através de endocastos cranianos.

Os mamíferos - que aparecem no registro fóssil após os primeiros peixes, anfíbios e répteis - são os únicos vertebrados a possuir a parte mais externa evolutivamente recente do córtex cerebral (parte principal do telencéfalo excluindo a lâmpada olfativa) conhecida como neocórtex. Essa parte do cérebro está, em mamíferos, envolvidos no pensamento mais alto e no processamento adicional de todos os sentidos nos córtices sensoriais (o processamento do cheiro foi feito apenas apenas por sua lâmpada, enquanto os dos sentidos não-smell foram feitos apenas pelo teto). O neocórtex dos monotremes (o ornitorrinco com bico de pato e várias espécies de tórbi espinhoso) e de marsupiais (como cangurus, coalas, gambás, wombats e demônios da Tasmânia) carecem de convoluções-gyri e sulci-encontrados na neocórtex da maioria dos placentes mamíferos (euteranos). Dentro dos mamíferos placentários, o tamanho e a complexidade do neocórtex aumentaram com o tempo. A área do neocórtex dos ratos é de apenas 1/100 a dos macacos, e a dos macacos é apenas cerca de 1/10 da humanos. Além disso, os ratos carecem de convoluções no neocórtex (possivelmente também porque os ratos são pequenos mamíferos), enquanto os gatos têm um grau moderado de convoluções e os seres humanos têm convoluções bastante extensas. A extrema convolução do neocórtex é encontrada em golfinhos, possivelmente relacionados à sua complexa ecolocalização.

Significado clínico

Doenças

Existem muitas doenças e condições do SNC, incluindo infecções como encefalite e poliomielite, distúrbios neurológicos de início precoce, incluindo TDAH e autismo, doenças neurodegenerativas de início tardio, como a doença de Alzheimer, a doença de Parkinson e o tremor essencial, o tremor auto-imune e o inflamatório como múltipla Esclerose e encefalomielite disseminada aguda, distúrbios genéticos, como a doença de Krabbe e a doença de Huntington, bem como a esclerose lateral amiotrófica e a adrenoleukodytrofia. Por fim, os cânceres do sistema nervoso central podem causar doenças graves e, quando malignas, podem ter taxas de mortalidade muito altas. Os sintomas dependem do tamanho, taxa de crescimento, localização e malignidade dos tumores e podem incluir alterações no controle motor, perda auditiva, dores de cabeça e alterações na capacidade cognitiva e funcionamento autonômico.

As organizações profissionais especializadas recomendam que a imagem neurológica do cérebro seja feita apenas para responder a uma pergunta clínica específica e não como triagem de rotina.