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David Julius e Ardem Patapoutian recebem o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina de 2021 por suas descobertas de como detectamos o calor e o toque.
Muitas vezes apreciamos o mundo ao nosso redor em termos de suas vistas gloriosas, sons estimulantes e cheiros evocativos, todos os quais marcam estímulos e mudanças importantes em nosso ambiente. Mas os sentidos que não são menos cruciais para a nossa sobrevivência são frequentemente tidos como certos, incluindo nossa capacidade de registrar calor, frio e tato, uma forma de percepção chamada somatossensibilidade. Por causa deles, podemos sentir o calor do sol ou a suave carícia de uma brisa contra nossa pele, assim como as posições e movimentos de nossos próprios corpos. Na verdade, os neurônios somatossensoriais que tornam possíveis todas essas sensações constituem o maior sistema sensorial dos mamíferos.
Os cientistas sabiam que, para que a somatossensibilidade ocorresse, deve haver receptores moleculares em algumas células que pudessem detectar a temperatura e o toque e converter esses estímulos em sinais elétricos e químicos para serem processados pelo sistema nervoso. Pela descoberta de alguns desses receptores David Julius, fisiologista da University of California, San Francisco, e Ardem Patapoutian, biólogo molecular e neurocientista da Scripps Research em La Jolla, receberam agora o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina de 2021 .
Julius e seus colegas começaram com perguntas sobre receptores de calor e dor. Para encontrar respostas, eles recorreram à capsaicina, o composto que nos faz sentir uma sensação de queimação e às vezes dolorosa quando comemos pimenta ou outro alimento picante. Com base em nossa resposta fisiológica ao produto químico, que inclui suor, a capsaicina parecia estar induzindo o sistema nervoso a registrar uma mudança na temperatura corporal. Para descobrir como, Julius e sua equipe examinaram milhões de fragmentos de DNA em busca de um gene que poderia induzir uma resposta ao composto em células que normalmente não reagem a ele. Depois de uma busca árdua, e do que o comitê do Prêmio Nobel chamou de “um projeto de alto risco”, os pesquisadores identificaram um gene que permitia às células detectar a capsaicina. Ele codifica uma nova proteína de canal iônico, mais tarde chamada TRPV1, que Julius e sua equipe descobriram que pode ser ativada por altas temperaturas percebidas como dolorosas.
A descoberta abriu a porta para a identificação de vários outros receptores que são sensíveis a temperaturas quentes e frias. O TRPM8, por exemplo, é um receptor da pele que responde a baixas temperaturas; foi descoberto por meio de experimentos que usaram mentol como estímulo. (Os laboratórios de Julius e Patapoutian descobriram TRPM8 independentemente em 2002.)
A Quanta Magazine já havia coberto com mais detalhes o trabalho sobre a somatossensação de calor e frio pelo qual Julius e Patapoutian estão sendo homenageados hoje.
Mas somatossensibilização não se trata apenas da percepção da temperatura; também está envolvido na percepção do toque e da pressão mecânica. E embora a temperatura pudesse ser transduzida por receptores de canais iônicos que rastreavam as mudanças fisiológicas nas células, o toque parecia exigir um sensor que reagisse a estímulos mecânicos. Sensores mecânicos foram identificados em bactérias, mas, há duas décadas, nunca foram vistos em vertebrados.
É aí que Patapoutian e seus colegas entraram. Depois de identificar as células que responderam às mudanças na pressão, eles identificaram 72 genes potenciais que podem codificar um receptor de canal iônico para facilitar essa sensibilidade. Desses genes, eles encontraram apenas um – o último candidato que testaram – que o fez. Ele codificava uma nova proteína de canal iônico, Piezo1, que poderia ser ativada por força mecânica.
Patapoutian e sua equipe demonstraram que Piezo2, outro receptor dessa família de proteínas, desempenhou um papel crítico na percepção do toque e nos movimentos do corpo. Desde então, pesquisas adicionais mostraram que Piezo1 e Piezo2 são necessários para a regulação de vários outros processos internos, incluindo respiração e pressão arterial.
Os cientistas continuam a desenvolver o trabalho de Julius e Patapoutian, não apenas para desvendar como sentimos nosso ambiente – tanto externo quanto interno – mas também na esperança de desenvolver medicamentos e tratamentos para várias condições, incluindo dor crônica.
O que é somatosensação?
Costumamos falar sobre ter cinco sentidos: visão, audição, olfato, paladar e tato. Mas, como categoria de sensação, o toque é tão amplo que realmente deveria ser tratado como mais de uma. A percepção tátil é apenas um componente do sistema somatossensorial do corpo e do cérebro, que também inclui a percepção da temperatura, dor, posição do corpo e automovimento.
A capacidade de sentir calor e frio, de reconhecer um objeto apenas pelo toque, de responder à dor, de se equilibrar em uma viga – tudo cai sob o guarda-chuva da somatossensação. O sistema somatossensorial também ajuda a regular muitos processos fisiológicos internos importantes, incluindo pressão arterial, respiração, micção e remodelação óssea.
Como a somatossensação é diferente dos outros sentidos?
Os receptores para os outros sentidos são em sua maioria encontrados em órgãos dos sentidos especializados – as retinas dos olhos para a visão, a cóclea dos ouvidos para a audição, o nariz para o olfato, a língua para o paladar. Os receptores somatossensoriais, no entanto, são encontrados por todo o corpo: na pele, músculos, órgãos internos, ossos, articulações e outros sistemas.
O que torna o sistema somatossensorial ainda mais complexo é que ele precisa discriminar entre sensações que são graduadas em intensidade, mas às vezes nitidamente diferenciadas em seus efeitos: o calor suave pode transformar-se em calor abrasador, e o que começa como um abraço bem-vindo pode se tornar uma pressão esmagadora. Além disso, esses limiares podem mudar dependendo do contexto: um leve toque pode ser desconfortável ou doloroso se a pessoa tiver uma queimadura de sol, e nossa experiência do mesmo estímulo pode mudar da mesma forma em diferentes ambientes sociais. O sistema somatossensorial tem que integrar uma ampla gama de sinais diferentes para interpretar corretamente o que está acontecendo e como responder.
Como funcionam os receptores somatossensoriais?
Como o trabalho de Julius e Patapoutian mostrou, os receptores somatossensoriais são canais iônicos. Quando estimulados – por algum grau de temperatura ou força física, ou por um composto químico – os canais se abrem e permitem que partículas carregadas fluam para uma célula nervosa, o que por sua vez permite que a célula transmita informações somatossensoriais na forma de sinais elétricos.
Mesmo dentro de uma categoria de somatossensibilização, diferentes receptores respondem a diferentes conjuntos de estímulos. Existem receptores distintos para faixas específicas de temperatura; receptores para dor aguda versus uma dor surda; para um toque suave ou uma vibração rápida ou uma pressão firme. Outros ainda estão sintonizados em como os músculos ou tendões podem estar se contraindo ou se alongando.
Como as impressões somatossensoriais afetam outros processos do corpo?
Os diferentes fluxos de informação dos receptores somatossensoriais são retransmitidos ao longo dos nervos periféricos, através da medula espinhal e tronco cerebral, no tálamo e, finalmente, no córtex somatossensorial, onde são integrados às percepções complexas que experimentamos.
Embora os sinais somatossensoriais estejam envolvidos na regulação de vários processos fisiológicos internos, eles também retornam ao cérebro para afetar a percepção e a cognição. Os pesquisadores descobriram, por exemplo, que as informações sobre os batimentos cardíacos não ajudam apenas o cérebro a regular os níveis de pressão arterial; também afeta a forma como o cérebro processa os estímulos externos e emocionais, incluindo o medo, e, portanto, como percebemos e respondemos ao mundo ao nosso redor. O mesmo é verdade para os sinais vindos dos pulmões, intestinos e outros órgãos: eles exercem uma influência crucial em ambas as direções. Alguns pesquisadores agora estão explorando como os sinais somatossensoriais podem até mesmo fundamentar um senso de identidade consciente.
E quanto à dor?
Enquanto os vários tipos de informação somatossensorial são vitais para a atividade diária e sobrevivência, seu envolvimento na dor se destaca em importância. É tarefa da dor atrair atenção imediata e nos alertar sobre perigos potenciais, tanto externos quanto internos. As terminações nervosas livres respondem a substâncias químicas liberadas por tecido inflamado ou danificado, ou a níveis extremos de força mecânica que percebemos como dolorosos. Receptores diferentes distinguem entre os tipos de dor: aguda ou beliscada, maçante ou dolorida.
Quando a informação somatossensorial não é processada normalmente, no entanto, pode levar à hipersensibilidade a certos estímulos e até mesmo à dor crônica. Os pesquisadores esperam desenvolver terapias e tratamentos para essas condições, visando receptores como aqueles que Julius e Patapoutian identificaram.
Publicado em 05/10/2021 09h03
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