Astrócitos: características, propriedades anatômicas e funções

Os astrócitos, também conhecidos como astroglias, são um tipo de células gliais da linhagem neuroectodérmica. Eles derivam das células responsáveis ​​por dirigir a migração de precursores durante o desenvolvimento e são formados durante os primeiros estágios do desenvolvimento do sistema nervoso central.

Estas células destacam-se como as células gliais mais importantes e mais numerosas nas diferentes regiões do cérebro. Funcionalmente, eles são responsáveis ​​por realizar um grande número de atividades-chave para o desempenho da atividade nervosa.

Os astrócitos estão diretamente associados a neurônios e outras células do corpo. Da mesma forma, eles são responsáveis ​​por formar a fronteira entre o corpo e o sistema nervoso central através da chamada glia limitans.

Neste artigo, revisamos as principais características dos astrócitos. Suas propriedades moleculares e fisiológicas são discutidas e as funções desempenhadas por esse tipo de célula são explicadas.

Características dos astrócitos

Astrócitos compõem a maioria das células do corpo. Eles são parte das células da glia, isto é, são uma série de elementos que são responsáveis ​​por acompanhar e auxiliar o funcionamento dos neurônios do cérebro.

A quantidade de astrócitos no cérebro dos seres vivos parece estar relacionada com o tamanho do animal. Assim, por exemplo, as moscas têm 25% de astrócitos, enquanto os ratos contêm 60%, os humanos 90% e os elefantes 97%.

De todos os tipos de células gliais, os mais abundantes são os astrócitos. Estudos sobre sua prevalência mostram que esse tipo de célula constitui aproximadamente 25% do volume cerebral.

Em relação à sua funcionalidade, os astrócitos são caracterizados por uma atividade um pouco enigmática. Desde sua descrição por Ramón y Cajal, um dos cientistas mais famosos da história e, posteriormente, por Río-Ortega, considerou-se que eles só realizam funções de apoio.

No entanto, durante os últimos anos, sua função foi reconsiderada e foi demonstrado que essas células são vitais ao permitir um microambiente correto que dá origem a um funcionamento adequado do cérebro.

Da mesma forma, as propriedades moleculares descritas sobre os astrócitos mostraram que essas células desempenham um papel fundamental na transmissão de informações dentro do sistema nervoso.

Morfologia

Nem todos os astrócitos têm as mesmas propriedades. De fato, dependendo de sua morfologia, esses tipos de células podem ser classificados em dois grandes grupos: astrócitos protoplasmáticos e astrócitos fibrosos.

Astrócitos protoplasmáticos são caracterizados por estarem dentro da massa cinzenta do sistema nervoso. Seus processos envolvem sinapses (conexão com neurônios) e vasos sanguíneos.

Morfologicamente são caracterizadas por uma forma globosa, com vários ramos principais que dão origem a processos altamente ramificados, bem como uma distribuição uniforme.

Os astrócitos fibrosos, por outro lado, estão localizados na substância branca do sistema nervoso. Eles são caracterizados por se conectar diretamente com os nós de Ranvier, bem como com os vasos sanguíneos.

A ramificação dos astrócitos fibrosos é menor em relação aos protoplasmas, e seus processos são caracterizados por serem mais alongados pelas fibras nervosas.

As projeções de ambos os tipos de astrócitos não se sobrepõem no cérebro adulto, no entanto, tem sido demonstrado que esses tipos de células estabelecem junções comunicantes com os processos vizinhos de astrócitos.

Da mesma forma, deve-se notar que, embora essa classificação morfológica seja a mais utilizada em nível científico para sua pesquisa, os astrócitos são células muito heterogêneas.

De fato, mais tipos de astrócitos foram diferenciados de acordo com suas características, como astrócitos especializados, glia de Bergmann ou glia de Müller.

Estrutura

As propriedades estruturais do citoesqueleto astrocitário são mantidas através da rede de filamentos intermediários. O principal componente desses filamentos é a proteína glial fibrilar ácida (GFAP).

De fato, a GFAP induzida em danos cerebrais e patologias degenerativas do sistema nervoso central, cuja expressão também é acentuada com a idade, é o marcador clássico para a identificação imuno-histoquímica de astrócitos.

O GFAP é caracterizado por apresentar oito isoformas que se originam de spillcing alternativo. Cada um deles é expresso em subgrupos específicos de astrócitos e confere propriedades estruturais diferentes da rede de filamentos intermediários.

Operação

Os astrócitos são caracterizados como células excitáveis ​​com propriedades comunicativas. Ou seja, eles são ativados por sinais internos e externos e enviam mensagens específicas para as células vizinhas.

Este processo realizado por este tipo de células é conhecido como o processo de "gliotransmissão". Nesse sentido, os astrócitos são elementos excitáveis ​​e comunicativos, mas não geram potenciais de ação como os neurônios.

Astrócitos exibem aumentos transitórios na concentração de cálcio intracelular. Essas modificações da concentração de cálcio são responsáveis ​​pela comunicação entre os astrócitos, bem como pela comunicação entre astrócitos e neurônios.

Mais especificamente, o funcionamento dos astrócitos é caracterizado pelos seguintes elementos:

1. Ocorre como oscilações intrínsecas resultantes da liberação de cálcio de reservas intracelulares (excitação espontânea).
2. Ocorre induzido por transmissões liberadas por neurônios. Especificamente, os neurônios liberam substâncias como o ATP ou o glutamato, que ativam receptores acoplados a proteínas G que levam à liberação de cálcio do retículo endoplasmático.
3. Alguns dos prolongamentos dos astrictos estão em contato com vasos capilares formando processos pediculares. Em outros casos, os prolongamentos dessas células podem cercar as sinapses nervosas.

O núcleo dos astrócitos é caracterizado por ser mais claro que o de outros tipos de células gliais. Da mesma forma, seu citoplasma tem uma grande quantidade de grânulos de glicogênio e filamentos intermediários.

Nesse sentido, os astrócitos são capazes de expressar em sua membrana um grande número de receptores de diferentes transmissores. Este fato motiva que diferentes substâncias como o glutamato, o GABA ou a acetilcolina são capazes de gerar o aumento do cálcio intracelular.

Por outro lado, os astrócitos são células giais que não apenas respondem à presença de neurotransmissores, mas também são capazes de liberar substâncias químicas.

Essa transmissão que acaba de ser comentada sobre o funcionamento dos astrócitos se origina graças à molécula mensageira IP3 e ao cálcio. A molécula do mensageiro IP3 é responsável por ativar os canais de cálcio nas organelas celulares.

Ao fazer isso, os astrócitos liberam essas substâncias em seu citoplasma. Os íons de cálcio liberados estimulam a produção de maiores quantidades de IP3, fato que motiva o surgimento da onda elétrica que se espalha dos astrócitos para o astrócito.

No nível extracelular, no entanto, a liberação de ATP e a ativação dos receptores purinérgicos dos astrócitos vizinhos são os elementos que dão origem à comunicação desse tipo de célula.

Funções

Embora no início tenham sido concedidas apenas funções de suporte aos astrócitos, atualmente foi demonstrado que estas células desempenham um papel importante em vários aspectos do desenvolvimento, metabolismo e patologia do sistema nervoso.

De fato, essas células são elementos essenciais no suporte trófico e metabólico de alguns neurônios. Por sua vez, sua diferenciação, a gênese de suas sinapses e a homeostase cerebral modulam sua sobrevivência.

Neste sentido, as principais funções que têm sido concedidas aos astrócitos em diferentes investigações são: participa do desenvolvimento do sistema nervoso, controla a função sináptica, regula o fluxo sanguíneo, energia e metabolismo do sistema nervoso, modula os ritmos. circadiana e participa da barreira hematoencefálica e do metabolismo lipídico.

Desenvolvimento do sistema nervoso e plasticidade sináptica

Os astrócitos são células que desempenham um papel fundamental no desenvolvimento do sistema nervoso. Os axônios crescentes dos neurônios são guiados em direção aos seus alvos através das moléculas guia derivadas dos astrócitos.

Da mesma forma, essas células poderiam desempenhar um papel importante na poda sináptica através de vias fagocíticas.

Por outro lado, os astrócitos estão ativamente envolvidos na sinaptogênese, tanto durante o desenvolvimento quanto após sofrer lesões no sistema nervoso central.

De fato, vários estudos mostraram que a atividade sináptica dos neurônios diminui acentuadamente pela ausência de astrócitos e aumenta quando esses tipos de células estão presentes.

Controle da função sináptica

Alguns estudos mostraram que os astrócitos estão diretamente envolvidos na transmissão sináptica, liberando moléculas sinapticamente ativas conhecidas como gliotransmissores.

Essas moléculas são liberadas pelos astrócitos em resposta à atividade sináptica neuronal, que produz a excitação dessas células gliais com ondas de cálcio. Da mesma forma, ao mesmo tempo, essas moléculas dão origem à excitabilidade neuronal.

Nesse sentido, Kang et al mostraram que os astrócitos medeiam a potencialização da transmissão sináptica inibitória em cortes do hipocampo. Por outro lado, Fellin et al mostraram que essas células da glia induzem a sincronia neuronal medida pelo glutamato.

Regulação do fluxo sanguíneo

Outra função importante dos astrócitos é regular o fluxo sanguíneo que atinge o sistema nervoso. Esta atividade é realizada através do acoplamento de alterações na microcirculação cerebral com atividade neuronal.

As ondas de cálcio nos astrócitos correlacionam-se positivamente com o aumento da microcirculação vascular. Da mesma forma, há evidências de que sinais neuronais induzem ondas de cálcio em astrócitos que liberam mediadores como prostaglandina E ou óxido nítrico.

Esta função é realizada desde que os astrócitos tenham dois domínios: um pé vascular e um pé neuronal. A união próxima entre neurônios, astrócitos e vasos sanguíneos é conhecida como junção neurovascular e é um dos elementos mais importantes para garantir o funcionamento adequado do sistema nervoso.

Energia e metabolismo do sistema nervoso

Os astrócitos são células que também contribuem para o metabolismo correto do sistema nervoso central.

Esta função é realizada graças aos processos de contato com os vasos sanguíneos. Esses processos permitem que os astrócitos capturem glicose da circulação e forneçam metabólitos de energia aos neurônios.

De fato, múltiplas investigações mostraram que os astrócitos são a principal reserva de grânulos de glicogênio no cérebro. Da mesma forma, esses grânulos são muito mais abundantes em áreas de alta densidade sináptica e, portanto, maior gasto energético.

Finalmente, também foi demonstrado que os níveis de glicogênio nos astrócitos são determinados pelo glutamato e que os metabólitos da glicose são transmitidos aos astrócitos vizinhos por junções comunicantes.

Barreira hematoencefálica

A barreira hematoencefálica é uma estrutura vital do sistema nervoso que regula a "entrada" de substâncias no cérebro. Essa barreira consiste de células endoteliais que formam junções estreitas e são circundadas pela lâmina basal, pericitosos periculosos e terminais dos astrócitos.

Assim, postula-se que os astrócitos poderiam desempenhar um papel importante na formação e atividade da barreira hematoencefálica, no entanto, no presente, esta função dos astrócitos não está bem documentada.

Alguns estudos mostraram que esse tipo de células gliais é responsável por induzir propriedades da berrera nas células endoteliais, liberando diferentes fatores.

Regulação dos ritmos circadianos

Astrócitos se comunicam com os neurônios através da adenosina, uma substância que está envolvida na homeostase do sono e os efeitos cognitivos resultantes da privação do sono.

Nesse sentido, a inibição da gliotransmissão de astrócitos é um dos elementos que previne o déficit cognitivo associado à privação de sono.

Metabolismo lipídico e secreção de lipoproteínas

Finalmente, os astrócitos são células que também estão relacionadas ao metabolismo lipídico do sistema nervoso. Esta função é realizada através dos níveis de colesterol, que são regulados rigorosamente entre os neurônios e astrócitos.

Da mesma forma, alterações no metabolismo lipídico, especialmente o colesterol, também estão relacionadas ao desenvolvimento de doenças neurodegenerativas, como a doença de Alzheimer ou a doença de Pick.

Desta forma, os astrócitos são elementos importantes no metabolismo lipídico do cérebro, bem como na prevenção de patologias neurodegenerativas.