Complex Systems/pt

Depois dos capítulos anteriores, devemos agora ser capazes de reconhecer que, tanto na física moderna como na biologia, um "Sistema Complexo" é um sistema dinâmico multicomponente composto por diferentes subsistemas que normalmente interagem entre si. Tais sistemas são tipicamente estudados através de metodologias de investigação "holísticas" ou como cálculo "total" dos comportamentos dos subsistemas individuais, juntamente com as suas interacções mútuas; estes podem ser descritos analiticamente através de modelos matemáticos, em vez de, de uma forma "redutora" (ou seja, decompondo e analisando o sistema nos seus componentes). Típicos dos Sistemas Complexos, são os conceitos de auto-organização e "Comportamento Emergente"..

Neste capítulo vamos expor alguns conteúdos a favor desta visão mais estocástica e complexa das funções neuromotoras do sistema mastigatório.

 

Article by  Gianni Frisardi

 

Consideração Preliminar

Nos últimos anos, desenvolvimentos paralelos em diferentes disciplinas focaram no que tem sido chamado de "Conectividade", um conceito usado para entender e descrever os "Sistemas Complexos". As conceituações e funcionalizações de conectividade evoluíram amplamente dentro de seus limites disciplinares, mas há claras semelhanças neste conceito e em sua aplicação em todas as disciplinas.. No entanto, qualquer implementação do conceito de conectividade envolve restrições ontológicas e epistemológicas, o que nos leva a questionar se existe um tipo ou conjunto de abordagens de conectividade que poderiam ser aplicadas a todas as disciplinas. Nesta revisão, exploramos quatro desafios ontológicos e epistemológicos no uso da conectividade para entender sistemas complexos do ponto de vista de disciplinas muito diferentes.

No capítulo 'Conectividade e Sistemas Complexos', vamos finalmente introduzir o conceito de:

1. definindo a unidade fundamental para o estudo da conectividade;
2. separando a conectividade estrutural da conectividade funcional;
3. compreensão do comportamento emergente; e
4. medindo a conectividade.

Temos agora que considerar o perfil complexo da função mastigatória, para poder falar em "conectividade"

Somente em tempos posteriores a importância da função mastigatória tornou-se evidente como um Sistema Complexo; fica claro por causa de sua interação com uma infinidade de outros Centros e Sistemas Nervosos (SNC), que também estão distantes do ponto de vista funcional.. A função mastigatória, aliás, sempre foi considerada uma função periférica e isolada no que se refere à fonética e à mastigação.. Seguindo essa interpretação, foram inúmeros os pontos de vista que focaram, e ainda focam, no diagnóstico e reabilitação da mastigação exclusivamente nos maxilares, excluindo qualquer correlação multiestrutural.

Esse tipo de abordagem denota um claro 'reducionismo' nos conteúdos do próprio sistema: em biologia, é mais realista considerar a funcionalidade de sistemas como "Sistemas Complexos" que não operam de forma linear. Esses sistemas empregam uma abordagem estocástica, na qual a interação dos vários constituintes gera um ‘Comportamento Emergente’ (EB) of the same system.

«Nesta abordagem, não basta analisar um único elemento constituinte para interpretar o EB do sistema: é necessário realizar uma análise integrada de todos os componentes constituintes, tanto no tempo quanto no espaço.. »

O resultado paradigmático inverte a tendência de considerar o sistema mastigatório como um simples órgão cinemático, e vai muito além do procedimento mecanicista tradicional da Gnatologia Clássica.

Esse aspecto também introduz um tipo de perfil indeterminístico de funções biológicas, em que a função de um sistema se apresenta como uma rede de múltiplos elementos relacionados. Além de interpretar seu estado, esse sistema deve ser estimulado externamente para analisar a resposta evocada, como é típico de sistemas indeterminísticos.

É, portanto, essencial passar de um modelo simples e linear de clínica odontológica para um modelo de Complexo Estocástico de neurofisiologia mastigatória.

Figura 1: Traço EMG representando um potencial evocado vestibular registrado nos músculos masseteres. Observe que p11 e n21 indicam a latência potencial em 11 e 21 ms do estímulo acústico

Como confirmação desta abordagem mais complexa e integrada para interpretar as funções da mastigação, apresenta-se aqui um estudo onde surge o perfil de um "Sistema Neural Complex". No referido estudo, foi analisada a ligação orgânica e funcional do sistema vestibular com o sistema trigeminal. . Estímulos acústicos podem evocar respostas EMG-reflex no músculo masseter chamadas Potenciais Evocados Miogênicos Vestibulares (VEMPs). Mesmo que esses resultados tenham sido atribuídos anteriormente à ativação dos receptores cocleares (som de alta intensidade), estes também podem ativar os receptores vestibulares. Uma vez que estudos anatômicos e fisiológicos, tanto em animais quanto em humanos, mostraram que os músculos masseteres são alvos das entradas vestibulares, os autores deste estudo reavaliaram a contribuição vestibular para os reflexos massetéricos. Este é um exemplo típico de um sistema complexo de nível básico, pois consiste em apenas dois sistemas nervosos cranianos, mas, ao mesmo tempo, interagindo ativando circuitos mono e polissinápticos. (Figura 1).

Seria apropriado neste momento introduzir alguns tópicos relacionados aos conceitos acima mencionados, que esclareceriam a lógica do projeto Masticationpedia. Isso introduziria os capítulos que estão no centro do projeto.

Assim, o objeto é:

«Mastigação e Processos Cognitivos, bem como Tronco Encefálico e Mastigação
estes serão expandidos em tópicos essenciais adicionais, como a "Segmentação do Sistema Nervoso Trigêmeo" no último capítulo, 'Ciência Extraordinária'.»

Mastigação e Processos Cognitivos

Nos últimos anos, a mastigação tem sido um tópico de discussão sobre os efeitos de manutenção e suporte do desempenho cognitivo..

Um elegante estudo realizado através de _fMR e tomografia por emissão de pósitrons (PET) mostrou que a mastigação leva a um aumento no fluxo sanguíneo cortical e ativa o córtex somatossensorial adicional, motor motor e insular, bem como o estriado , o tálamo e o cerebelo. A mastigação logo antes de realizar uma tarefa cognitiva aumenta os níveis de oxigênio no sangue (BOLD do sinal de fMRI) no córtex pré-frontal e no hipocampo, estruturas importantes envolvidas no aprendizado e na memória, melhorando assim o desempenho da tarefa. Estudos epidemiológicos anteriores mostraram que um número reduzido de dentes residuais, uso incongruente de próteses e um desenvolvimento limitado da força mandibular estão diretamente relacionados ao desenvolvimento de demência, reforçando ainda mais a noção de que a mastigação contribui para a manutenção das funções cognitivas..

Um estudo recente forneceu mais evidências em apoio à interação entre os processos mastigatórios, aprendizagem e memória, com foco na função do hipocampo que é essencial para a formação de novas memórias. Uma desarmonia oclusal, como perda de dentes e aumento da dimensão oclusal vertical, causa bruxismo ou dor nos músculos da mastigação e disfunções temporomandibulares (DTMs). Assim, para descrever a função prejudicada do hipocampo em uma situação reduzida ou função mastigatória anormal, os autores empregaram um modelo animal (camundongos) chamado ‘Molarless Senescence-Accelerated Prone’ (SAMP8) para fazer um paralelismo sobre o homem. Em camundongos SAMP8, para os quais a oclusão foi modificada, o aumento da dimensão vertical oclusal de cerca de 0,1 mm com materiais dentários mostrou que a desarmonia oclusal atrapalha o aprendizado e a memória. Esses animais mostraram um déficit dependente da idade no aprendizado espacial na água de Morris. 

Aumentar a dimensão vertical da mordida em camundongos SAMP8 diminui o número de células piramidais e os números de suas espinhas dendríticas. Também aumenta a hipertrofia e hiperplasia ácida da proteína fibrilar em astrócitos nas regiões do hipocampo CA1 e CA3.. Em roedores e macacos, desarmonias oclusais induzidas pelo aumento da dimensão vertical com aumentos de acrílico nos incisivos ou a inserção do plano de mordida na mandíbula está associada ao aumento dos níveis de cortisol urinário e níveis plasmáticos elevados de corticosterona, sugerindo que a desarmonia oclusal também é uma fonte de estresse.

Em apoio a essa noção, camundongos SAMP8 com déficits de aprendizado mostram um aumento acentuado nos níveis plasmáticos de corticosterona e subregulação de GR e GRmRNA do hipocampo. A desarmonia oclusal também afeta a atividade catecolaminérgica. Alternar o fechamento da mordida pela inserção de um plano de mordida de acrílico nos incisivos inferiores leva a um aumento nos níveis de dopamina e noradrenalina no hipotálamo e no córtex frontal, e diminuição da tiroxinaidroxilase, do ciclocloridrato de GTP e da serotonina imunorreativa no córtex cerebral e no núcleo caudado, na substância negra, no locus ceruleus e no núcleo dorsal da rafe, que são semelhantes às alterações crônicas induzidas pelo estresse. Essas alterações nos sistemas catecolaminérgicos e serotoninérgicos, induzidas por desarmonias oclusais, afetam claramente a inervação do hipocampo. As condições de aumento da dimensão vertical alteram a neurogênese e levam à apoptose no giro ipocampal por diminuir a expressão do cérebro ipocampal derivado de fatores neurotróficos: tudo isso poderia contribuir para as mudanças na aprendizagem observada em animais com desarmonia oclusal.

Tronco Encefálico e Mastigação

Figura 2: Segmentação do Sistema Nervoso Trigêmeo

O distrito do tronco encefálico é uma área de retransmissão que conecta os centros superiores do cérebro, o cerebelo e a medula espinhal e fornece a principal inervação sensorial e motora da face, cabeça e pescoço através dos nervos cranianos..

Isso desempenha um papel determinante na regulação da respiração, locomoção, postura, equilíbrio, excitação (incluindo controle intestinal, bexiga, pressão arterial e frequência cardíaca). É responsável por regular vários reflexos, incluindo deglutição, tosse e vômito. O tronco cerebral é controlado por centros cerebrais superiores das regiões corticais e subcorticais, incluindo os núcleos dos gânglios da base e o diencéfalo, bem como as alças de feedback do cerebelo e da medula espinhal.. A neuromodulação pode ser alcançada pelo modo “clássico” de neurotransmissores glutamatérgicos e GABA (ácido gama-aminobutírico) através de uma excitação primária e inibição da “rede anatômica”, mas também pode ser alcançada através do uso de transmissores que atuam nas proteínas G. Esses neuromoduladores incluem a monoamina (serotonina, noradrenalina e dopamina) acetilcolina, assim como glutamato e GABA. Além disso, não apenas os neuropeptídeos e as purinas atuam como neuromoduladores: o mesmo acontece com outros mediadores químicos, como os Fatores de Crescimento, que podem ter ações semelhantes.

A rede neural descrita acima não termina com a única correlação entre os centros somatossensoriais do trigêmeo e outras áreas motoras, mas também se desvia para os processos amigdaloidei através de uma correlação com a área do tronco encefálico do trigêmeo. A amígdala torna-se ativa a partir do medo, desempenhando um papel importante na resposta emocional a situações de risco de vida. Quando os ratos de laboratório se sentem ameaçados, eles respondem mordendo ferozmente. A força da mordida é regulada pelos núcleos motores do sistema trigeminal e do tronco cerebral trigeminal Me5.O Me5 transmite sinais proprioceptivos dos músculos mastigatórios e ligamentos parodontais para os núcleos e motores do trigêmeo. As projeções do Núcleo Amigdalóide Central (ACe) enviam conexões para o núcleo motor trigeminal e formação pré-motora reticular e diretamente para o Me5.

Para confirmar isso, em um estudo realizado em camundongos, os neurônios do núcleo Amigdaloide Central (ACe) foram marcados após a injeção de um traçador retrógrado (Fast Blue), no núcleo caudal do Me5, indicando que os Amigdaloianos enviam projeções diretas ao Me5, e sugerem que a amígdala regule a força da mordida modificando a atividade neuronal no Me5 através de uma facilitação neural.

A modificação das proporções oclusais pode alterar as funções somatossensoriais orais e os tratamentos reabilitadores do sistema mastigatório devem restaurar as funções somatossensoriais. No entanto, não está claro por que alguns pacientes não conseguem se adaptar à restauração mastigatória e os distúrbios sensório-motores permanecem. A princípio, parecem ser mudanças estruturais, não apenas funcionais.. O córtex motor primário da face está envolvido na geração e controle dos movimentos faciais de ouro e entradas sensoriais ou funções motoras alteradas, o que pode levar a alterações neuroplásticas na área cortical M1.

Considerações conclusivas

Em conclusão, fica claro a partir da premissa, que o sistema mastigatório deve ser considerado não certamente como um sistema simplesmente regido por leis mecânicas, mas como um "Sistema Complexo" de tipo indeterminístico, onde se pode quantificar o "Comportamento Emergente" somente após estimulando-a e analisando a resposta evocada (Figure 2). The Neuronal System also dialogues with its own encrypted machine language (potential action and ionic currents) and, therefore, it is not possible to interpret the symptoms referred to by the patient through natural language.

This concept deepens knowledge of the state of health of a system because it elicits an answer from inside the network — or, at least, from a large part of it — by allocating normal and/or abnormal components of the various nodes of the network. In scientific terms, it also introduces a new paradigm in the study of the Masticatory System: the "Neuro Gnathology Function", that we will meet in due course in the chapter ‘Extraordinary Science’.

Currently, the interpretation of the Emergent Behavior of the Mastication system in dentistry is performed only by analysing the voluntary valley response, through electromyographic recordings ‘EMG interference pattern’, and radiographic and axographic tests (replicators of mandibular movements). These can only be considered descriptive tests.

The paradigm of gnathological descriptive tests faced a crisis years ago: despite an attempt to reorder the various axioms, schools of thought, and clinical-experimental strictness in the field of Temporomandibular Disorders (through the realization of a protocol called "Research Diagnostic Criteria" RDC/TMDs), this paradigm has not yet come to be accepted because of the scientific-clinical incompleteness of the procedure itself. It deserves, however, a particular reference to the RDC/TMD, at least for the commitment that was carried out by the authors and, at the same time, to scroll the limits.

The RDC/TMD protocol was designed and initialized to avoid the loss of ‘standardized diagnostic criteria’ and evaluate a diagnostic standardization of empirical data at disposition. This protocol was supported by the National Institute for Dental Research (NIDR) and conducted at the University of Washington and the Group Health Corporative of Puget Sound, Seattle, Washington. Samuel F. Dworkin, M. Von Korff, and L. LeResche were the main investigators.

To arrive at the formulation of the protocol of the ‘RDC’, a review of the literature of diagnostic methods in rehabilitative dentistry and TMDs, and subjected to validation and reproducibility, has been made. Taxonomic systems were taken into account by Farrar (1972), Eversole and Machado (1985), Bell (1986), Fricton (1989), American Academy of Craniomandibular Disorders (AACD) (1990), Talley (1990), Bergamini and Prayer-Galletti (1990), Truelove (1992), and compared them by granting them to a set of assessment criteria. The evaluation criteria were split into two categories that involve methodological considerations and clinical considerations.

The end of the research came to the elimination, due to a lack of scientific and clinical validation, of a series of instrumental diagnostic methodologies like interferential electromyography (EMG Interference Pattern), Pantography, X-ray diagnostics, etc. These will be described in more detail in the next editions of Masticationpedia. This first target was, therefore, the scientific request of an "objective data"' and not generated by opinions, schools of thought or subjective evaluations of the phenomenon’. During the Workshop of the International Association for Dental Research (IADR) of 2008, preliminary results of the RDC/TMDs were presented in the endeavour to validate the project.

The conclusion was that, to achieve a review and simultaneous validation of [RDC/TMD], it is essential that the tests should be able to make a differential diagnosis between TMD patients with pain and subjects without pain, and above all, discriminate against patients with TMD pain from patients with orofacial pain without TMD.

This last article, reconsidering pain as an essential symptom for the clinical interpretation, puts all the neurophysiological phenomenology in the game, not just this. To move more easily at ease in this medical branch, a different scientific-clinical approach is required, one that widens the horizons of competence in fields such as bioengineering and neurobiology.

It is, therefore, essential to focus attention on how to take trigeminal electrophysiological signals in response to a series of triggers evoked by an electrophysiological device, treating data and determining an organic-functional value of the trigeminal and masticatory systems as anticipated by Marom Bikson and coll. in their «Electrical stimulation of cranial nerves in cognition and disease».

We should think of a system that unifies the mastication and neurophysiological functions by introducing a new term: "Neuro-Gnathological Functions"
which will be the object of a dedicated chapter.

Bibliography & references

Masticationpedia is a charity, a not-for-profit organization operating in dentistry medical research,
particularly focusing on the field of the neurophysiology of the masticatory system
 

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