Tratado de Fisiologia Médica
Sensações Vestibulares e Manutenção do Equilíbrio
músculos do pescoço e do tronco e os extensores das patas.
A causa da rigidez de descerebração é o bloqueio da aferência
normalmente intensa do córtex cerebral, dos núcleos rubros e dos núcleos
da base para os núcleos reticulares bulbares. Na falta dessa aferência, o
sistema inibidor reticular bulbar fica sem função; ocorre hiperatividade
completa do sistema excitatório pontino e desenvolve-se rigidez. Veremos
ainda que ocorrem outras causas de rigidez em outras doenças
neuromotoras, especialmente nas lesões dos núcleos da base.
SENSAÇÕES VESTIBULARES E MANUTENÇÃO DO
EQUILÍBRIO
SISTEMA VESTIBULAR
O sistema vestibular, mostrado na Figura 56-9, é o órgão sensorial para
detectar sensações do equilíbrio. Encerrado em sistema de tubos e câmaras
ósseos, com localização na parte petrosa do osso temporal, há o chamado
labirinto ósseo. Dentro desse sistema estão tubos e câmaras membranosos,
no chamado labirinto membranoso. Este consiste na parte funcional do
sistema vestibular.
A parte superior da Figura 56-9 mostra o labirinto membranoso. Ele é
composto principalmente pela cóclea (ducto coclear); três canais
semicirculares; e duas grandes câmaras, o utrículo e o sáculo. A cóclea é o
principal órgão sensorial para a audição ( Capítulo 53) e tem pouco a ver
com o equilíbrio. No entanto, os canais semicirculares, o utrículo e o
sáculo são todos partes integrantes do mecanismo de equilíbrio.
Figura 56-9. Labirinto membranoso e organização da crista ampular e da mácula.
“Máculas” — Órgãos Sensoriais do Utrículo e do Sáculo para
Detectar a Orientação da Cabeça com Respeito à Gravidade. Localizada na superfície interna de cada utrículo e sáculo, mostrada no
diagrama superior da Figura 56-9, existe pequena área sensorial discreta
com 2 milímetros de diâmetro chamada mácula. A mácula do utrículo se
situa em sua maior parte no plano horizontal, na superfície inferior do
utrículo, e desempenha papel importante na determinação da orientação da
cabeça, quando ela está em posição ereta. Inversamente, a mácula do sáculo
está localizada também, em sua maior parte, no plano vertical e sinaliza a
orientação da cabeça, quando a pessoa está em decúbito.
Cada mácula é coberta por camada gelatinosa, onde ficam imersos muitos
pequenos cristais de carbonato de cálcio, chamados estatocônias. Estão
também na mácula milhares de células ciliadas, uma das quais é mostrada
na Figura 56-10; elas projetam cílios para cima na camada gelatinosa. As
bases e os lados das células ciliadas fazem sinapse com as terminações
sensoriais do nervo vestibular.
As estatocônias calcificadas têm gravidade específica duas a três vezes
maior que a gravidade do líquido e dos tecidos circunjacentes. O peso das
estatocônias curva os cílios na direção da tração gravitacional.
Sensibilidade Direcional das Células Ciliadas — Cinocílio. Cada
célula ciliada tem 50 a 70 pequenos cílios, chamados estereocílios, e mais
um grande cílio, o cinocílio, como mostrado na Figura 56-10. O cinocílio
sempre está localizado de um lado, e os estereocílios ficam cada vez mais
curtos em direção ao outro lado da célula. Diminutas ligações filamentosas,
quase invisíveis até ao microscópio eletrônico, unem a ponta de cada
estereocílio ao próximo estereocílio mais longo e finalmente ao cinocílio.
Devido à presença dessas conexões, quando os estereocílios e o cinocílio
se curvam na direção do cinocílio, os filamentos puxam, em sequência, os
estereocílios, afastando-os do corpo celular. Esse movimento abre várias
centenas de canais na membrana celular neuronal, em torno das bases dos
estereocílios, e esses canais são capazes de conduzir grande número de íons positivos. Portanto, ocorre influxo considerável de íons positivos para o
interior da célula de líquido endolinfático circunjacente, causando
despolarização da membrana do receptor. Inversamente, a deformação do
conjunto de estereocílios na direção oposta (de volta oposta ao cinocílio),
reduz a tensão nas fixações; esse movimento fecha os canais iônicos,
acarretando, assim, hiperpolarização do receptor.
Sob condições normais de repouso, as fibras nervosas que saem das
células ciliadas transmitem continuamente impulsos nervosos na frequência
de cerca de 100 por segundo. Quando os estereocílios se curvam em direção
ao cinocílio, aumenta o tráfego de impulsos, muitas vezes para várias
centenas por segundo; inversamente, a deformação dos cílios para longe do
cinocílio diminui o tráfego de impulsos, muitas vezes o inibindo
completamente. Portanto, à medida que muda a orientação da cabeça no
espaço e o peso das estatocônias distorce os cílios, são transmitidos sinais
apropriados para o sistema nervoso central controlar o equilíbrio.
Em cada mácula, cada uma das células ciliadas é orientada em direção
diferente para que algumas delas sejam estimu ladas, quando se deformam
para trás, enquanto outras são estimuladas quando se deformam para um
lado e assim por diante. Por conseguinte, ocorre padrão diferente de
excitação nas fibras nervosas maculares para cada orientação da cabeça no
campo gravitacional. É esse “padrão” que notifica o sistema nervoso central
sobre a orientação da cabeça no espaço.
Figura 56-10. Célula ciliada do aparelho do equilíbrio e suas sinapses com o nervo vestibular.
Canais Semicirculares. Os três canais semicirculares em cada órgão
vestibular, conhecidos como canais semicirculares anterior, posterior e lateral (horizontal), ficam dispostos em ângulos retos entre si, de modo que
representem todos os três planos no espaço. Quando a cabeça é curvada
para frente por cerca de 30 graus, os canais semicirculares laterais ficam
aproximadamente horizontais em relação à superfície da Terra; os canais
anteriores estão nos planos verticais que se projetam para frente e 45 graus
para fora, enquanto os canais posteriores estão nos planos verticais que se
projetam para trás e 45 graus para fora.
Cada ducto semicircular tem alargamento em uma de suas extremidades,
chamado ampola, e os canais e as ampolas ficam cheios do líquido
chamado endolinfa. O fluxo desse líquido ao longo dos canais e de sua
ampola excita o órgão sensorial da ampola da seguinte maneira: a Figura
56-11 mostra em cada ampola pequena crista, chamada crista ampular. Na
parte superior dessa crista, existe massa de tecido gelatinoso frouxo, a
cúpula. Quando a cabeça da pessoa começa a girar em qualquer direção, a
inércia do líquido em um ou mais dos canais semicirculares faz com que o
líquido permaneça estacionário enquanto o canal semicircular gira com a
cabeça. Esse processo faz com que o líquido flua do ducto para a ampola,
deformando a cúpula para um lado, como mostrado pela posição da cúpula
colorida na Figura 56-11. A rotação da cabeça na direção oposta faz com
que a cúpula se deforme para o lado oposto.
Na cúpula, projetam-se centenas de cílios das células ciliadas localizadas
na crista ampular. Os cinocílios dessas células ciliadas são todos orientados
na mesma direção da cúpula, e a deformação da cúpula nessa direção causa
despolarização das células ciliadas, enquanto a deformação na direção
oposta hiperpolariza as células. Em seguida, pelas células ciliadas, são
enviados sinais apropriados por meio do nervo vestibular para notificar o
sistema nervoso central sobre a alteração da rotação da cabeça e da
velocidade da alteração em cada um dos três planos do espaço.
Figura 56-11. Movimento da cúpula e dos cílios imersos no início da rotação.
FUNÇÃO DO UTRÍCULO E DO SÁCULO NA
MANUTENÇÃO DO EQUILÍBRIO ESTÁTICO
É especialmente importante que as células ciliadas estejam todas orientadas
em direções diferentes nas máculas dos utrículos e dos sáculos para que,
com diferentes posições da cabeça, células ciliadas distintas sejam
estimuladas. Os “padrões” de estimulação das diferentes células ciliadas
notificam o sistema nervoso central sobre a posição da cabeça em relação à
tração da gravidade. Por sua vez, os sistemas nervosos vestibular, cerebelar
e motor reticular excitam os músculos posturais, apropriados para manter o
equilíbrio.
Este sistema de utrículo e sáculo funciona de modo extremamente eficaz
para manter o equilíbrio, quando a cabeça está na posição quase vertical. Na
verdade, a pessoa é capaz de detectar não apenas meio grau de desequilíbrio
quando o corpo se inclina da posição ereta precisa.
Detecção de Aceleração Linear pelas Máculas do Utrículo e do
Sáculo. Quando o corpo subitamente é empurrado para frente — isto é,
quando o corpo se acelera — e as estatocônias com inércia de massa maior
do que o líquido circunjacente se deslocam para trás, sobre os cílios das
células ciliadas, é enviada informação de desequilíbrio para os centros
nervosos, fazendo com que o indivíduo sinta como se estivesse caindo para
trás. Essa sensação automaticamente faz com que o indivíduo se incline
para frente até que o desvio anterior resultante das estatocônias iguale
exatamente a tendência de as estatocônias caírem para trás, devido à
aceleração. Nesse ponto, o sistema nervoso detecta estado de equilíbrio
apropriado e não mais inclina o corpo para frente. Desse modo, as máculas
operam para manter o equilíbrio, durante a aceleração linear, exatamente do
mesmo modo que operam durante o equilíbrio estático.
As máculas não operam para a detecção de velocidade linear. Quando
corredores começam a correr, precisam se inclinar para frente para impedir
a queda para trás, devido à aceleração inicial, mas, uma vez atingida a
velocidade de corrida, se eles estivessem correndo no vácuo, não teriam de
se inclinar para frente. Quando correm no ar, inclinam-se para frente para
manter o equilíbrio, somente devido à resistência do ar contra seus corpos;
nesse caso, não são as máculas que os fazem se inclinar, mas a pressão do ar
atuando sobre os receptores de pressão na pele, o que inicia ajustes
apropriados do equilíbrio para impedir quedas.
DETECÇÃO DA ROTAÇÃO DA CABEÇA PELOS DUCTOS
SEMICIRCULARES
Quando a cabeça subitamente começa a girar em qualquer direção (a
chamada aceleração angular), a endolinfa nos canais semicirculares,
devido à sua inércia, tende a continuar estacionária, enquanto os canais
semicirculares giram. Esse mecanismo causa fluxo relativo do líquido nos
canais na direção oposta à rotação da cabeça.
A Figura 56-12 mostra típico sinal de atividade de célula ciliada na crista
ampular, quando o animal é girado por 40 segundos, demonstrando que (1)
mesmo quando a cúpula está em sua posição de repouso, a célula ciliada
emite descarga tônica de cerca de 100 impulsos por segundo; (2) quando o
animal começa a girar, as células ciliadas se deformam para um lado, e a
frequência de descarga aumenta muito; e (3) com rotação contínua, o
excesso de descarga da célula ciliada gradualmente retorna de volta ao nível
de repouso, durante os segundos seguintes.
A razão para essa adaptação do receptor é que, durante os primeiros
segundos de rotação, vencida a resistência inercial ao fluxo de líquido no
canal semicircular e, após a deformação da cúpula, a endolinfa começa a se
deslocar tão rapidamente quanto o próprio canal semicircular; depois em
mais 5 a 20 segundos, a cúpula retorna de modo lento à sua posição de
repouso no meio da ampola, devido à sua própria retração elástica.
Quando a rotação de súbito para, ocorrem precisamente os efeitos opostos:
a endolinfa continua a girar, enquanto o canal semicircular para. Nesse
momento, a cúpula se deforma na direção oposta, fazendo com que a célula
ciliada pare inteiramente de descarregar. Depois de alguns segundos, a
endolinfa para de se movimentar e a cúpula gradualmente retorna à sua
posição de repouso, permitindo assim que a descarga das células ciliadas
retorne a seu nível tônico normal, como mostrado à direita na Figura 56-
12. Desse modo, o canal semicircular transmite sinal com uma polaridade
quando a cabeça começa a girar e da polaridade oposta, quando ele para de
girar.
Figura 56-12. Resposta de célula ciliada quando o canal semicircular é estimulado, primeiro, pelo início da rotação da cabeça e, depois, pela parada da rotação.
Função “Preditiva” do Sistema de Canais Semicirculares na
Manutenção do Equilíbrio. Como os canais semicirculares não
detectam que o corpo está fora de equilíbrio, na direção para frente, na
direção lateral ou na direção para trás, poder-se-ia perguntar: qual é a
função dos canais semicirculares na manutenção do equilíbrio? Tudo o que
eles detectam é que a cabeça do indivíduo está começando ou parando de
girar em uma direção ou em outra. Portanto, a função dos canais
semicirculares não é a de manter o equilíbrio estático ou manter o equilíbrio
durante movimentos direcionais ou rotacionais constantes. Ainda assim, a
perda da função dos canais semicirculares realmente faz com que a pessoa
tenha pouco equilíbrio, quando tenta realizar movimentos corporais com
variações intrincadas rápidas.
A função dos canais semicirculares pode ser explicada pela seguinte
ilustração: se a pessoa está correndo rapidamente para frente e depois
começa, de súbito, a virar para um lado, ela sairá do equilíbrio uma fração
de segundo mais tarde, a menos que sejam feitas antecipadamente
correções apropriadas. Entretanto, as máculas do utrículo e do sáculo não podem detectar se ela está fora de equilíbrio, até depois que isso tenha
ocorrido. Contudo, os canais semicirculares já terão detectado que a pessoa
está virando, e essa informação pode facilmente notificar o sistema nervoso
central do fato de que a pessoa sairá do equilíbrio, na próxima fração de
segundo, a menos que seja feita alguma correção antecipatória.
Em outras palavras, o mecanismo dos canais circulares prediz se o
desequilíbrio vai ocorrer e, assim, faz com que os centros do equilíbrio
realizem ajustes preventivos antecipatórios apropriados, o que ajuda a
pessoa a manter o equilíbrio antes que a situação possa ser corrigida.
A remoção dos lobos floculonodulares do cerebelo impede a detecção
normal de sinais do canal semicircular, mas tem pouco efeito na detecção
dos sinais maculares. É especialmente interessante que o cerebelo sirva
como órgão “preditivo” para os movimentos corporais mais rápidos, bem
como para os relacionados ao equilíbrio. Essas outras funções do cerebelo
são discutidas no Capítulo 57.
Mecanismos Vestibulares para Estabilizar os Olhos
Quando a pessoa muda sua direção de movimento rapidamente ou mesmo
inclina a cabeça para o lado, para frente ou para trás, seria impossível manter
imagem estável nas retinas, a menos que ele tivesse algum mecanismo de
controle automático para estabilizar a direção do olhar. Ademais, os olhos seriam
de pouco uso para detectar uma imagem, a menos que permanecessem “fixos”
em cada objeto por tempo suficiente para conseguir imagem clara. Felizmente, a
cada vez que a cabeça é rodada de súbito, sinais dos canais semicirculares fazem
com que os olhos se desviem em direção igual e oposta à rotação da cabeça.
Esse movimento resulta de reflexos, transmitidos pelos núcleos vestibulares e
pelo fascículo longitudinal medial para os núcleos oculomotores. Esses reflexos
são descritos no Capítulo 52.
Outros Fatores Relacionados ao Equilíbrio
Proprioceptores do Pescoço. O sistema vestibular detecta a orientação e o
movimento apenas da cabeça. Portanto, é essencial que os centros nervosos
também recebam informações apropriadas sobre a orientação da cabeça em
relação ao corpo. Essa informação é transmitida dos proprioceptores do pescoço
e do corpo diretamente para os núcleos vestibulares e reticulares no tronco cerebral e, por via indireta, pelo cerebelo.
Entre as informações proprioceptivas mais importantes, necessárias para
manter o equilíbrio, está a transmitida por receptores articulares do pescoço.
Quando a cabeça está inclinada em uma direção por curvatura do pescoço, impulsos dos proprioceptores cervicais impedem os sinais, originados no aparelho
vestibular, de dar à pessoa senso de desequilíbrio. Realizam essa função
transmitindo outros sinais que se opõem exatamente aos sinais transmitidos do sistema vestibular. No entanto, quando o corpo inteiro se inclina em uma direção, os impulsos do aparelho vestibular não recebem oposição dos sinais dos
proprioceptores do pescoço; portanto, nesse caso, a pessoa realmente percebe
alteração do estado de equilíbrio do corpo inteiro.
Informações Proprioceptivas e Exteroceptivas de Outras Partes do Corpo.
As informações proprioceptivas de outras partes do corpo que não o pescoço
também são importantes na manutenção do equilíbrio. Por exemplo, as sensações de pressão nas plantas dos pés dizem à pessoa (1) se o peso está
distribuído igualmente entre os dois pés; e (2) se o peso nos pés é mais para
frente ou para trás.
Informações exteroceptivas são, especialmente, necessárias para a manutenção
do equilíbrio quando a pessoa está correndo. A pressão do ar contra a parte da
frente do corpo sinaliza que a força está se opondo ao corpo em direção diferente da causada pela tração gravitacional; como resultado, a pessoa se inclina para frente, de maneira a se opor a essa força.
A Importância das Informações Visuais na Manutenção do Equilíbrio.
Depois da destruição do aparelho vestibular e, até, após a perda da maior parte das informações proprioceptivas do corpo, a pessoa ainda pode usar os
mecanismos visuais, de modo razoavelmente eficaz, para manter o equilíbrio. Até mesmo, movimento linear ou rotacional discreto do corpo muda,
instantaneamente, as imagens visuais na retina, e essas informações são retransmitidas aos centros do equilíbrio. Algumas pessoas, com destruição
bilateral do aparelho vestibular, têm equilíbrio quase normal enquanto seus olhos estão abertos e todos os movimentos são realizados lentamente. Entretanto, quando o movimento é rápido ou, quando os olhos estão fechados, o equilíbrio é
imediatamente perdido.
Conexões Neuronais do Sistema Vestibular com o
Sistema Nervoso Central
A Figura 56-13 mostra a conexão do nervo vestibular no cérebro posterior. A
maior parte das fibras nervosas vestibulares termina nos núcleos vestibulares do
tronco cerebral, que estão localizados aproximadamente na junção do bulbo e da
ponte. Algumas fibras passam diretamente para os núcleos reticulares do tronco
cerebral sem fazer sinapse e, também, para os núcleos fastigiais e lobos uvular e
floculonodular cerebelares. As fibras que terminam nos núcleos vestibulares do
tronco cerebral fazem sinapse com neurônios de segunda ordem, que também
enviam fibras para o cerebelo, para os tratos vestibuloespinais, para o fascículo
longitudinal medial e para outras áreas do tronco cerebral, particularmente os
núcleos reticulares.
A via primária para os reflexos do equilíbrio começa nos nervos vestibulares,
onde os nervos são excitados pelo sistema vestibular. A via então passa para os
núcleos vestibulares e para o cerebelo. A seguir, são enviados sinais para os
núcleos reticulares do tronco cerebral, bem como para a medula espinal, por meio
dos tratos vestibuloespinais e reticuloespinais. Os sinais para a medula controlam
a inter-relação entre facilitação e inibição dos muitos músculos antigravitários,
desse modo, controlando automaticamente o equilíbrio.
Os lobos floculonodulares do cerebelo estão, em particular, ligados a sinais do
equilíbrio dinâmico dos canais semicir culares. De fato, a destruição desses lobos
resulta quase exa tamente nos mesmos sintomas clínicos que a destruição dos
canais semicirculares. Isso significa que lesão grave de qualquer dos lobos ou dos
canais causa perda do equilíbrio dinâmico durante alterações rápidas da direção
do movimento, mas não perturba intensamente o equilíbrio sob condições
estáticas. Acredita-se que a úvula do cerebelo desempenhe papel importante,
semelhante no equilíbrio estático.
Sinais transmitidos cranialmente para o tronco cerebral e provenientes de
ambos os núcleos vestibulares e do cerebelo, por meio do fascículo longitudinal
medial, causam movimentos corretivos dos olhos cada vez que a cabeça gira,
assim os olhos continuam fixados no objeto visual específico. Os sinais também
ascendem (ou por esse mesmo trato ou por tratos reticulares) para o córtex
cerebral, terminando no centro cortical primário para o equilíbrio, localizado no
lobo parietal profundamente na fissura cerebral lateral, no lado oposto da fissura
da área auditiva do giro temporal superior. Esses sinais informam à psique sobre
as condições de equilíbrio do corpo.
Figura 56-13. Conexões dos nervos vestibulares pelos núcleos vestibulares (a grande área rosa oval), com outras áreas do sistema nervoso central.
Funções dos Núcleos do Tronco Cerebral no Controle de Movimentos
Subconscientes, Estereotipados
Raramente, nasce bebê sem estruturas cerebrais acima da região
mesencefálica, patologia chamada anencefalia. Alguns desses bebês são mantidos vivos por muitos meses. Eles são capazes de realizar movimentos
estereotipados para alimentar-se, como sugar, fazer a expulsão da boca de
alimento desagradável ao paladar e levar as mãos à boca para sugar os dedos. Ademais, eles podem bocejar e se esticar. Podem chorar e seguir objetos com movimentos dos olhos e da cabeça. Igualmente, pressionar as partes anteriores e
superiores de suas pernas faz com que eles realizem esforço para assumir a posição sentada. Está claro que muitas das funções motoras estereotipadas do
ser humano são integradas no tronco cerebral.
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CAPÍTULO 57
Contribuições do Cerebelo e dos
Gânglios da Base para o Controle
Motor Global
À parte das áreas, no córtex cerebral, que estimulam a contração muscular,
duas outras estruturas cerebrais também são essenciais para a função
motora normal. Consistem no cerebelo e nos núcleos (ou gânglios) da base.
Nenhuma das duas pode controlar a função muscular por si só. Em lugar
disso, essas estruturas sempre funcionam em associação a outros sistemas
de controle motor.
O cerebelo desempenha papéis importantes no ritmo das atividades
motoras e na progressão homogênea rápida de um movimento muscular
para o seguinte. Ele também ajuda a controlar a intensidade da contração
muscular, quando a carga muscular varia, bem como controlar a necessária
inter-relação instantânea, entre grupos musculares agonistas e antagonistas.