A incrível eficiência energética dos neurônios

imagem disponível em: http://www.alz.org/brain_ portuguese/05.asp

Texto extraído do Blog http://ceticismo.net/

Disponível em http://ceticismo.net/2009/09/11/a-incrivel-eficiencia-energetica-dos-neuronios/

Neurônios são uma das famosas “células nervosas”, mas não são chamados assim porque vivem de TPM. Eles, assim como as células gliais, são responsáveis por todo o nosso sistema nervoso, responsável por detectar estímulos externos e internos, tanto físicos quanto químicos, desencadeando as respostas musculares e glandulares. Assim, é responsável pela integração do organismo com o seu meio ambiente.

Apesar da sua massa ser relativamente uma simples fração do corpo (coisa de cercade 2%), o cérebro humano consome cerca de 20% de toda energia que gastamos diariamente. Isso significa dizer que 1/5 de toda energia que você ingere vai pra sua cabeça, nem que seja para escrever tolices no Orkut ou dar aquela cantada ridícula em alguma garota num baile funk. No entanto, pesquisadores sondaram a dinâmica de um impulso nervoso que percorre um axônio – que é justamente o responsável pela transmissão dos impulsos elétricos, servindo de “mensageiros” até a parte do corpo a ser comandada –, e determinou que o processo de queima através de uma quantidade surpreendentemente pequena de energia, apenas 1,3 vezes o mínimo teórico.

Os sinais transmitidos pelos nervos consistem num processo de várias etapas, e não está claro ainda qual etapa consome mais energia. Talvez isso pareça algo de pouca importância para leigos, e eu concordo com isso. Dificilmente um leigo irá querer saber o motivo disso acontecer, e ninguém ficará mais espertinho se souber. Mas, que diabo!, se for assim, para que ler jornal, ver TV (tá, essa parte é dispensável) ou mesmo ir à escola? Nossos parentes do passado também não tinham motivo pra saber porque o fogo queima ou porque a água é “molhada”, mas foi a curiosidade daqueles corajosos primatas que nos trouxe o mundo atual. Só não sei se foi uma vantagem, mas a Natureza não faz planos, ao contrário do que gostam de falar por aí.

Em pesquisa publicada na Science os pesquisadores Henrik Alle e Jörg R. P. Geiger – do Instuto Max Planck para Pesquisa do Cérebro – e o Arnd Roth – do Instituto para Pesquisa for Biomédica, da University College London – analisaram os chamados PET scans (varreduras por Tomografia por Emissão de Pósitrons) e imagens de RMf (Ressonância Magnética Funcional) para monitorar as áreas do cérebro que estão usando a energia, sob a suposição de que estes são os mais ativos. Agora, os cientistas seguiram o progresso dos impulsos para uma fibra nervosa, e determinou que o processo é extremamente eficiente, utiliza apenas cerca de 30 por cento mais do que o limite inferior idealizado do uso de energia.

A brincadeira começa quando uma sinapse, onde os sinais químicos de um neurônio vizinho são convertidos em impulsos elétricos por proteínas que ligam o sinal e, em resposta, poros abertos que permitem que íons (vocês sabem… átomos ou grupos de átomos com carga elétrica) fluam para dentro e/ou para fora da célula. Isso altera as propriedades elétricas da célula, criando um diferencial de potencial, vulgarmente conhecido como ddp. Essa mudança de tensão, em seguida, viaja através do corpo da célula nervosa, e no seu axônio, um processo longo e fino que, em alguns casos, pode se estender para os contadores. Na extremidade do axônio, os sinais alcançam outra sinapse, onde o processo se repete. Assim, a carga elétrica fica “pulando” de neurônio a neurônio, como se atravessássemos um lago saltando sobre as pedras. E tem gente que diz que química é chata!

Muito bem, qualquer um destes passos pode ser potencialmente esbanjador em termos de quantidade de energia. Devemos lembrar que uma coisa feia, boba e chata, como as Leis da termodinâmica, dizem que em um determinado trabalho, não existe eficiência de 100% no gasto de energia ou, de modo mais simples, sempre haverá perdas. A questão é: Da ordem de quanto é essa perda? Pesquisas anteriores tinham indicado que a perda era considerável, tornando o processo ineficiente, do ponto de vista de nosso mundo macroscópico – principalmente se você considerar em termos de processos industriais –, necessitando de quatro vezes a energia que é necessário para um processo melhor. Alguém seria demitido por produzir algo assim e, em termos biológicos, ficaria a questão: como um processo assim garantiria a sobrevivência de alguém?

A última pergunta é difícil de responder, pois faltam modelos que pudessem ser estudados. Portanto, o mais provável seria que “algo” fizesse o sistema perfeito? Não, não é o mais provável, já que nenhum, organismo apareceu – PUF! – com todo o seu sistema nervoso em perfeito estado como conhecemos hoje.

A princípio, não existe tão grande complexidade assim no sistema de transmissão de informações através dos axônios. Para isso, vamos numa questão bem simples: Por que você deve ter cuidado com fios caídos na rua, durante um dia de chuva?

Porque água conduz eletricidade e poderei tomar um choque, certo?

Hummm, meio certo. Sim, você poderá tomar um choque, mas não por causa da água, porque (rufem os tambores) água NÃO CONDUZ eletricidade!

Silêncio na platéia.

– Impossível! – vocês dirão. – Se um fio desencapado estiver mergulhado numa poça d’água, e eu tocar a água dessa poça, eu serei lindamente eletrocutado.

A questão é: Nessa poça só tem água? Tem certeza? Nenhum sal mineral, sujeira, ou algo assim na terra? É água destilada, purinha da silva? Pois é. O que faz com que a água conduza eletricidade são os íons “dissolvidos” (o termo certo é “solvatados”) nela.

Da mesma forma, a presença de íons nos axônios permite que a corrente elétrica atravesse todo o sistema com pouca perda (relembrando: SEMPRE haverá perda!). A maravilha contida nisso é o fato que a corrente somente segue em uma direção, e para evitar que o sinal se propague para trás, existem canais que regulam a passagem dos referidos íons. O equilíbrio sódio-potássio é a mola mestra disso tudo, com energia fornecida pela nossa amiga, a essencial molécula do composto de nome trifosfato de adenosina, o ATP.

Da mesma forma que você melhora a passagem de corrente elétrica numa cuba contendo água, simplesmente adicionando quantidades maiores de sal, para tornar o processo nos neurônios mais eficiente é necessário que alguns íons a mais possam entrar e sair da célula, mantendo uma diferença de tensão significativa. E foi exatamente isso que os pesquisadores analisaram, cronometrando as medições dos fluxos de íons em um único axônio de células nervosas cultivadas. Estas revelaram um importante dado para a eficácia da transmissão nervosa: que essencialmente não houve sobreposição entre os dois íons diferentes. Ou seja, os íons envolvidos (sódio e potássio) estavam em equilíbrio pois, caso contrário, isso não seria possível e a perversa Seleção Natural usaria seus poderes jedi, impedindo que isso tudo se desenvolvesse até o atual estágio.

No artigo, os autores observam que essa eficiência energética muito elevada sugere que os custos metabólicos da atividade neurológica traz um custo sobre os organismos, os quais são visíveis por pressões evolutivas: “Na evolução, a economia de processos neurais tende a ser otimizado”, de acordo com o Dr. Alle.

Em suma, você não ganhou essa energia a mais digrátis, ela foi otimizada de modo que seu corpo consumisse menos energia, de forma a minimizar as perdas. É como regular um carro para que ele ande mais com menos combustível. Indivíduos precisam ter eficiências no consumo de energia, pois em casos de fome, ele não teria como sobreviver com pouca comida.

A Seleção Natural cobrou seu pesado tributo àqueles que não conseguiam otimizar esse transporte de energia. Ninguém, disse que a Natureza era boazinha com os “lentinhos”, e nem dá segunda chance.

Conseguiu, ótimo, não conseguiu, caminho da roça (ou da extinção, mesmo).