1

Universitatea Babe-Bolyai

INTRODUCERE N NEUROTIINE

CURS

- SEMESTRUL I -

2

I. Informaii generale

1.1. Date de identificare a cursului

Date de contact ale titularului de curs:

Nume: Lect. Univ. Dr. Andrei C. Miu

Birou:.Institutul de Psihologie, str.

Republicii, nr. 37

Telefon: 0264-590967

Fax: 0264-590967

E-mail: andreimiu@psychology.ro

Consultaii: mari, ntre orele 14-16

Date de identificare curs i contact tutori:

Numele cursului Introducere n Neurotiine

Codul cursului PSY 1021

Anul, Semestrul anul 1, sem. 1

Tipul cursului Obligatoriu

Numr credite 7 credite

Pagina web a cursului- http://www.psychology.ro

Tutori Drd. Rodica Balte, Psiholog Julia

Avram, Drd. Renata M. Heilman, Dr. Sergiu P.

Paca

NeuropsihologieTutor@psychology.ro

1.2. Condiionri i cunotine prerechizite

Cursul de fa condiioneaz parcurgerea i promovarea cu succes a altor discipline

din cadrul specializrii Psihologie, precum Psihologie Cognitiv, Psihologia Dezvotrii

sau Psihologie Biologic: Ereditate i mediu. De asemenea, cunotinele dobndite n

cadrul cursurilor din anul I sporesc considerabil accesibilitatea temelor pe care vi le

propunem. n totalitatea lor, aceste prerechizite vor fi foarte utile n rezolvarea lucrrilor

de evaluare ce ncheie fiecare modul i, respectiv, n promovarea examenului de evaluare

final.

1.2.Descrierea cursului

Cursul introduce domeniul neurostiinelor, concentrndu-se asupra structurii i funciilor

sistemului nervos, dezvoltrii sistemului nervos, precum i asupra analizatorilor.

1.4. Organizarea temelor n cadrul cursului

Cursul Introducere n Neurotiine include trei module de nvare. Cele trei module

abordeaz pe larg teme legate de fiziologia neuronului, funcia sezitivo-senzorial a

sistemului nervos i neurofiziologia analizatorilor senzoriali.

3

Nivelul de intelegere si, implicit, utilitatea informatiilor pe care le regsiti in fiecare

modul vor fi sensibil optimizate dac, n timpul parcurgerii suportului de curs, veti

consulta sursele bibliografice recomandate. Dealtfel, rezolvarea tuturor lucrrilor de

verificare impune, cel puin, parcurgerea referinelor obligatorii, menionate la finele

fiecrui modul. n situaia n care nu vei reui s accesai anumite materialele

bibliografice, sunteti invitai s contactai tutorii disciplinei.

1.5. Formatul i tipul activitilor implicate de curs

Asa cum am mentionat mai sus prezentul suport de curs este structurat pe trei module.

Parcurgerea acestora va presupune att ntlniri fa n fa (consultatii), ct i munc

individual. Consultatiile, pentru care prezenta este facultativa, reprezinta un sprijin

direct acordat dumneavoastra din partea titularului si a tutorilor. Pe durata acestora vom

recurge la prezentari contrase ale informatiilor nucleare aferente fiecarui modul dar, mai

cu seama, v vom oferi, folosind mijloace auditive i vizuale explicaii alternative,

rspunsuri directe la ntrebrile pe care ni le vei adresa. n ceea ce privete activitatea

individual, aceasta o vei gestiona dumneavoastra i se va concretiza n parcurgera

tuturor materilelor bibliografice obligatorii, rezolvarea lucrrilor de verificare i a

proiectului de semestru. Reperele de timp i implicit perioadele n care vei rezolva

fiecare activitate (lucrri de verificare, proiect etc) sunt monitorizate de ctre noi prin

intermediul calendarului disciplinei. Modalitatea de notare i, respectiv, ponderea acestor

activiti obligatorii, n nota finala v sunt precizate n seciunea politic de evaluare i

notare, precum i n cadrul fiecrui modul.

Pe scurt, avnd n vedere particularitile nvmntului la distan dar i

reglementrile interne ale CFCID al UBB parcurgerea i promovarea acestei discipline

presupune antrenarea studenilor n urmtoarele tipuri de activiti:

a. consultaii pe parcursul semestrului vor fi organizate dou ntlniri de

consultaii fa n fa; prezena la aceste ntlniri este facultativ;

b. realizarea unui proiect de semestru cu o tem i un set de sarcini anunate cu cel

puin 30 de zile naintea datei de depunere a acesteia.

c. trei lucrri de evaluare care vor fi rezolvate i, respectiv trimise tutorilor n

conformitate cu precizrile din calendarul disciplinei.

d. forumul de discuii acesta va fi monitorizat de echipa de tutori i supervizat de

titularul disciplinei.

4

1.6. Materiale bibliografice obligatorii

In suportul de curs, la finele fiecarui modul sunt precizate att referinele

biblografice obligatorii, ct i cele facultative. Sursele bibliografice au fost astfel stabilte

nct s ofere posibilitatea adncirii nivelului de analiz si, implicit, comprehensiunea

fiecrei teme.

Dintre materialele recomandate ca bibliografie pentru acest curs atragem atenia

asupra volumelor citate n cele ce urmeaz, care constituie principalele resurse

bibliografice:

Andrei C. Miu, & Adrian I. Olteanu (2002). Neurotiine: de la mecanisme moleculare i celulare la comportament i evoluie. Vol. I: Dezvoltarea sistemului nervos. Editura Dacia, Cluj-Napoca. (capitolele 1, 3, 4, 5)

Adrian Olteanu, Viorel Lupu (2000). Neurofiziologia sistemelor senzitivo-senzoriale. Presa Universitar Clujean, Cluj-Napoca.

John P. J. Pinel (oricare din ediii; de ex., 1990 sau 2007). Biopsychology. Allyn & Bacon, Boston.

David Hubel, Eye, brain, and vision. (cartea poate fi descrcat gratuit de la adresa: http://hubel.med.harvard.edu/bcontex.htm)

Dincolo de aceste dou surse, la finalul fiecrui modul exist o bibliografie

minimal pe care studenii o pot parcurge pentru a-i completa cunotinele i de la care

pot porni n realizarea diferitelor teme de verificare obligatorii.

Toate lucrrile menionate la bibliografia obligatorie se regsesc i pot fi

mprumutate de la Biblioteca Facultii de Psihologie din cadrul Bibliotecii Centrale

Lucian Blaga.

1.7. Materiale i instrumente necesare pentru curs

Optimizarea secvenelor de formare reclama accesul studentilor la urmatoarele

resurse:

calculator conectat la internet (pentru a putea accesa bazele de date si resursele

electronice suplimentare dar i pentru a putea participa la secventele de formare

interactiv on line)

imprimant (pentru tiparirea materialelor suport sau a temelor redactate)

acces la resursele bibliografice (ex: abonament la Biblioteca Central Lucian

Blaga)

acces la echipamente de fotocopiere

1.8. Calendar al cursului

5

Pe parcursul semestrului I, n care se studiaza disciplina de fa, sunt programate

2 ntlniri fa n fa (consultaii) cu toi studenii; ele sunt destinate solutionarii,

nemediate, a oricaror nelamuriri de continut sau a celor privind sarcinile individuale.

Pentru prima ntlnire se recomand lectura atent a primelor dou module; la cea de a

doua ntlnire se discuta ultimul modul si se realizeaza o secventa recapitulativa pentru

pregatirea examenului final. De asemenea, in cadrul celor doua intalniri studentii au

posibilitatea de solicita titularului si/sau tutorilor sprijin pentru rezolvarea anumitor

lucrari de verificare sau a proiectului de semestru, in cazul in care nu au reusit singuri.

Pentru a valorifica maximal timpul alocat celor doua intalniri studenii sunt atenionai

asupra necesitii suplimentrii lecturii din suportul de curs cu parcurgerea obligatorie a

cel putin a uneia dintre sursele bibliografice de referinta. Datele celor doua ntlniri vor

fi anunate n timp util pe site-ul facultii: www.psychology.ro. De asemenea, n

calendarul disciplinei (vezi Anexa A) se regasesc termenele la care trebuie transmise

lucrarile de verificare aferente fiecrui modul precum si data limita pentru trimitetrea

proiectului de semestru.

1.9. Politica de evaluare i notare

Evaluarea finala se va realiza pe baz unui examen scris desfasurat in sesiunea de

la finele semestrului I. Nota final se compune din: a. punctajul obtinut la acest examen

n proporie de 50% (5 puncte) b. Aprecierea celor trei lucrri de evaluare pe parcurs

30% (3 puncte, adica 1 punct/lucrare); c. evaluarea proiectului de semestru 20% (2

puncte).

Modulul cuprinde trei lucrri de verificare care vor fi transmise tutorelui la

termenele precizate n calendarul disciplinei. Aceste lucrri se regsesc la sfritul

fiecrui modul. Instruciuni suplimentare privind modalitile de elaborare, redactare, dar

i criteriile de notare ale lucrrilor, v vor fi furnizate de ctre titularul de curs sau tutori,

n cadrul ntlnirilor fa n fa.

Pentru predarea temelor se vor respecta cu strictee cerintele formatorilor. Orice

abatere de la acestea aduce dup sine penalizari sau pierderea punctajului corespunzator

acelei lucrri. Temele se trimit exclusiv pe adresa de email a tutorilor:

NeuropsihologieTutor@psychology.ro. La primirea temei tutorele v va trimite un

mesaj de confirmare. n cazul n care nu primii mesajul de confirmare n maxim 48 de

ore, trebuie s trimitei tema din nou, pn cnd vi se confirm primirea temei. De

6

asemenea, trebuie s pstrai, n variant electronic, toate temele pe care le-ai realizat n

cadrul acestei discipline.

Evaluarea acestor lucrri se va face imediat dup preluare, iar afiarea pe site a

notelor acordate se va realiza la cel mult 2 sptmni de la data primirii lucrrii. Daca

studentul considera ca activitatea sa a fost subapreciata de catre evaluatori atunci poate

solicita feedback suplimentar prin contactarea tutorilor prin email.

1.10. Elemente de deontologie academica

Se vor avea n vedere urmtoarele detalii de natur organizatoric:

Orice material elaborat de catre studenti pe parcursul activitilor va face dovada

originalitatii. Studentii ale cror lucrri se dovedesc a fi plagiate nu vor fi

acceptati la examinarea finala.

Orice tentativ de fraud sau fraud depistat va fi sancionat prin acordarea

notei minime sau, in anumite conditii, prin exmatriculare.

Rezultatele finale vor fi puse la dispoziia studentilor prin afisaj electronic.

Contestaiile pot fi adresate n maxim 24 de ore de la afiarea rezultatelor iar

solutionarea lor nu va depasi 48 de ore de la momentul depunerii.

1.11. Studeni cu nevoi speciale:

Titularul cursului si echipa de tutori i exprima disponibilitatea, n limita

constrangerilor tehnice si de timp, de a adapta coninutul i metodelor de transmitere a

informaiilor precum i modalitile de evaluare (examen oral, examen on line etc) n

funcie de tipul dizabilitii cursantului. Altfel spus, avem n vedere, ca o prioritate,

facilitarea accesului egal al tuturor cursanilor la activitile didactice si de evaluare.

1.12. Strategii de studiu recomandate:

Date fiind caracteristicile nvmntului la distan, se recomand studenilor o

planificare foarte riguroasa a secvenelor de studiu individual, coroborat cu secvene de

dialog, mediate de reeaua net, cu tutorii si respectiv titularul de disciplina. Lectura

fiecrui modul i rezolvarea la timp a lucrrilor de evaluare garanteaz nivele nalte de

nelegere a coninutului tematic i totodat sporesc ansele promovrii cu succes a

acestei discipline.

7

MODULUL 1

FIZIOLOGIA NEURONULUI

Scopul modulului: Familiarizarea studentului cu fiziologia neuronului

Obiectivele modulului:

La finalul acestui modul, cursanii trebuie:

Structura logic a capitolului Acest capitol introduce mai inti elemente legate de dezvoltarea sistemului nervos, pentru ca, mai apoi, s descrie structura acestuia, caracteristic perioadei adulte. Este descris structura sinapsei i funcionarea acesteia. Excitabilitatea i conductibilitatea, ca funcii de baz ale sistemului nervos adult, sunt apoi explicate contras. Pe acest schelet conceptual, sunt adaugate scurte descrieri ale degenerrii i regenerrii neuronale, plcii neuromusculare i secreiei glandulare, diferenelor dintre potenialele locale i cel de aciune etc.

Sistemul nervos nu este o reea de elemente interconectate specializate i imuabile. Sistemul nervos este un organ plastic, viu, care crete, se dezvolt i se modific n continuu pe baza programelor genetice i sub influena mediului. Aceste probleme de neuroplasticitate sunt cercetri moderne actuale care-i pun din ce nc mai mult amprenta pe vechile concepte privind sistemul nervos. La baza organizrii sistemului nervos stau neuronii i celulele gliale, elementele celulare ale sistemului nervos. De notat este c neuronul este unitatea embriologic, anatomic, funcional, trofic i metabolic a sistemului nervos, adic elementul pe care se bazeaz dezvoltarea, structura, funciile i autontreinerea sistemului nervos.

Neuronul ca unitate embriologic

Dezvoltarea neuronal

Sistemul nervos la om se dezvolt ntr-o perioad foarte timpurie a embriogenezei, dintr-un esut numit ectoderm.

Fecundaia, care iniiaz ntregul proces de dezvoltare a individului, are loc n trompa uterin, n treimea extern a acesteia. Celula-ou sau zigotul, care ia natere din contopirea spermatozoidului cu ovulul, parcurge drumul de la locul fecundaiei pn n cavitatea

uterin n aproximativ 7 zile. Deplasarea zigotului se realizeaz prin micrile contractile ale musculaturii trompei uterine i a uterului.

S poat prezenta stadiile dezvoltrii sistemului nervos.

S cunosc criterile de clasificare a neuronilor

S enumere proprietile funcionale ale neuronului

S cunoasc structura i funcionarea sinapsei.

Placa cordo-mezodermic

an neural

8

Odat cu deplasarea spre uter ncepe dezvoltarea propriu-zis a zigotului. Din ziua a 15-a pn n cea de a 19-a de la fecundaie ia natere acest disc embrionar, numit placa cordo-mezodermic. Incepnd cu ziua a 18-a de la fecundaie, esutul destinat s se dezvolte n sistemul nervos formeaz placa neural, format dintr-un mic strat de esut ectodermic situat pe suprafaa dorsal a embrionului. Se formeaz ntr-o prim etap anul sau jgheabul neural. Cele dou creste laterale ale anului se vor uni ntre ziua a

25-a i a 31-a dup fecundaie n sens cranio-caudal fiind nvelite n final de ectoderm la suprafa i dnd natere tubului neural. In acest fel, tubul neural de origine ectodermic va pierde legtura cu ectodermul i rmne n interiorul unui canal, limitat la exterior de mezoderm. Interiorul acestui

tub va da natere, n final, canalului ependimar de la nivelul mduvei i ventriculilor cerebrali de la nivelul creierului. La sfritul celei de a 4-a sptmni de la fecundaie, devine vizibil o umfltur la captul cranian al tubului, umfltur care este primordiul viitorului creier. In timpul transformrii plcii neurale n tub neural, numrul de celule destinate s devin viitorul sistem nervos va rmne relativ constant, n jur de 125.000 de celule. Dup ce tubul neural s-a format, celulele sufer un proces de proliferare rapid. Dup ce neuroporii cranian i caudal ai tubului neural se nchid, celulele tubului neural din zona dorsal, provenite din crestele neurale, migreaz prin micri ameboidale n sens lateral, fragmentndu-se n grupe care se succed segmental i vor forma mai trziu ganglioni spinali. Dup 40 de zile de la fecundaie, umfltura cranian se divide iniial n trei vezicule din care se va dezvolta encefalul. Din mezodermul care limiteaz tubul neural la exterior va proveni scheletul osos care protejeaz mduva spinrii i creierul.

Inducerea plcii neurale

Inaintea dezvoltrii plcii neurale, celulele ectodermului dorsal sunt tutipotente, adic ele au capacitatea de a se dezvolta n orice tip de celul a corpului. Dar odat cu dezvoltarea plcii neurale celulele ectodemice i pierd tutipotenialitatea.

Odat ce marginile adnciturii plcii neurale se unesc pentru a crea tubul neural, celulele tubului ncep s creasc rapid n numr. Cea mai intens diviziune celular din tubul neural o are zona ventricular, situat deasupra cavitii ventriculare, centrul fiind umplut cu lichid. In proximitatea zonei ventriculare este locul n care ADN-ul celular se dubleaz, ca etap premergtoare procesului de diviziune (faza S a diviziunii celulare). Dup diviziune, cele dou celule fiice se divid din nou sau migreaz n alt zon a tubului neural. Aceste celule primordiale ale neuronilor din tubul neural se mai numesc neuroblaste.

Migrarea neuronilor

In cursul perioadei de migrare apare o reea de celule gliale denumite celule gliale radiale. Neuronii migratori se mic de-a lungul acestor celule gliale radiale pn ajung la destinaie. In timp ce celulele tubului neural ncep s prolifereze, multe din ele vor ramne pe loc formnd un strat celular ce se ngroa progresiv, strat numit zon intermediar. Dup ce aceast zon este bine stabilizat, unele dintre celulele produse n zona ventricular se multiplic, formnd un strat ntre zona ventricular i cea intermediar. Aceste celule care alctuiesc zona subventricular vor forma neuronii i celulele gliale, intermediare. Celulele nou formate din zona creierului anterior migreaz formnd un strat de celule numit placa cortical, care va da natere straturilor neuronale ale cortexului cerebral. Neuronii care vor forma

stratul cortical cel mai profund sunt cei ajung primii la destinaie, neuronii celorlalte straturi mai superficiale ale scoarei trebuind s migreze printre acestia. Cnd migrarea celulelor din zona ventricular este terminat, celulele rmase n aceea zon se transform n celulele epiteliale ependimare, cptuind suprafeele interne ale

ventriculilor cerebrali i a canalului ependimar medular. Pe partea dorsal, de o parte i de alta a anului neural, se gsesc crestele neurale, care sunt

formate din celule desprinse din tubul neural. De mare interes l reprezint migrarea celulelor crestelor neurale, deoarece ele se transform n celule gliale i n neuroni ai sistemului nervos periferic care trebuiesc s migreze la cele mai mari distane. Mediul extracelular este acela care le ghideaz n direcia destinaiei lor finale.

Tub neural

Celule tutipotente

Placa cortical

9

Odat dezvoltai neuronii i croiesc drumul spre zona n care vor funciona n sistemul nervos al adultului. Ei trebuie s stabileasc relaii precise cu celelalte celule care i ele au migrat n aceea zon. Acest proces se numete agregare. Agregarea este mediat de substane chimice denumite molecule ale adeziunii

celulelor neuronale, localizate pe suprafaa neuronilor i care au rolul de a recunoate ceilali neuroni de acelai tip i ader la ei printr-o orientare specific.

Odat cu neuronii au migrat i au ajuns n zona potrivit ncep s creasc axonii i dendritele, ntinzndu-se spre celelalte celule. Suntem tentai s considerm c aceste proiecii se realizeaz de o manier foarte precis, pentru c este foarte greu de imaginat cum ar putea funciona sistemul nervos fr o bun armonizare, dup un plan bine stabilit. Au putut fi puse n eviden modele clare i stereotipice ale creterii axonilor la o serie de specii animale.

Pentru fiecare axon sau dendrit se poate evidenia n aceast faz o structur asemntoare pseudopodelor amoebelor, denumite conuri de cretere. Aceste structuri i extind i i retrag ritmic extensiile citoplasmatice. Acest proces a fost denumit filopodie.

Dezvoltarea neuronal pare s funcioneze dup principiul supravieuirii celui care este mai potrivit. Se produc n general mai muli neuroni i sinapse dect este necesar. Neuronii vor concura pentru resurse limitate i numai cei mai potrivii vor supravieui. Un proces cunoscut n biologie este apoptoza, adic procesul de moarte celular programat. Numeroase studii sugereaz c neuronii mor datorit eecurilor n competiia pentru unii factori de supravieuire primii la intele lor. Unul

din aceti factori este, de pilda, factorul de cretere al nervilor. In timpul perioadei morii neuronale planificate multe conexiuni sinaptice dispar, dar, n acelai

timp altele noi se vor forma. Astfel, n timpul acestei perioade se petrece o rearanjare a contactelor sinaptice, mai degrab dect o simpl reducere a numrului lor.

Neuronul, ca unitate anatomica

Din punct de vedere structural neuronul prezint o structur perfect adaptat funciei sale. Neuronii sunt celule prevzute cu prelungiri abundente, de lungimi variabile, uneori extrem de mari. Neuronii sunt celule specializate n transmiterea rapid a informaiei, prin conducerea impulsurilor electrice i eliberarea de neurotransmitori. Impulsurile electrice se propag de-a lungul fibrei nervoase spre zona lor terminal, unde iniiaz o serie de evenimente care declaneaz eliberarea mediatorilor chimici. Eliberarea acestora are loc la nivelul unor structuri speciale, la nivelul sinapselor, zona de contact dintre dou celule neuronale sau dintre celula neuronal i organul efector.

Propagarea potenialului de aciune, eliberarea mediatorilor chimici i activarea receptorilor membranei neuronale cu care vine n contact, constituie mecanisme, prin care neuronii comunic ntre ei, transmit unul altuia informaii, dar comunic i cu organele efectoare (muchi, glande) sau cu organele receptoare.

Neuronul are o structur nalt specializat pentru recepionarea i transmiterea informaiei. Din punct de vedere structural neuronul prezint un corp celular (soma sau pericarionul) i numeroase prelungiri, unele scurte i ramificate, numite dendrite, i o prelungire de obicei mai lung, ramificat n zona terminal, denumit axon.

Anatomo-funcional neuronul poate fi mprit n trei zone principale: Regiunea receptoare, specializat pentru recepionarea i

procesarea informaiei. Este reprezentat de ramificaiile dendritice i de corpul celular. In aceast zon neuronul realizeaz contactul cu alt neuron prin sinapse. Deci aceast zon a neuronului este dotat cu receptori specifici pentru neurotransmitori. Pragul su de depolarizare este mare i de obicei la nivelul acestei zone nu se formeaz poteniale de aciune.

Agregare

Con de cretere

Principiul supravieuirii celui mai potrivit

Regiunea receptoare

10

Excitarea zonei, genereaz doar poteniale locale sub forma potenialelor postsinaptice, care codific informaia n amplitudine, direct proporional cu intensitatea stimulului.

Regiunea conductoare face legtura dintre regiunea receptoare i cea efectoare a neuronului. Este reprezentat de prelungirea axonic, de la locul n care aceasta iese din corpul celular, zon denumit conul axonic sau hilul axonilor i se ntinde pn la arborizaia terminal a axonului. Membrana acestei zone este bogat n canale ionice activate electric denumite voltaj-dependente. Aici ia natere potenialul de aciune prin sumarea potenialelor locale

generate n zona recepoare. Potenialul de aciune se propag apoi pn la captul distal al axonului supunndu-se legii tot sau nimic.

Dintre toate regiunile funcionale ale axonului, conul axonic are cel mai mic prag de depolarizare. ncepnd de la conul axonic informaia este codificat n frecven. Potenialele de aciune au aceeai amplitudine dar frecvena lor este proporional cu intensitatea stimulului.

Regiunea efectoare este reprezentat de butonii terminali ai axonului. Informaia propagat de-a lungul regiunii conductoare, sub form de potenial de aciune ajunge n regiunea efectoare unde este recodificat n semnal chimic i apoi transmis regiunii receptoare a neuronului urmtor.

Structura neuronului

Cele trei regiuni funcionale ale neuronului au particulariti structurale, perfect adaptate funciei lor.

Corpul celular i dendritele sunt acoperite de o membran plasmatic denumit neurilema, iar axonul este nvelit n axolem. Membrana joac un rol esenial n funcia de excitaie i conducere a neuronului. Organizarea sa molecular este sub forma unui mozaic

lichidian (idee promovata pentru prima data de Singer i Nicolson). Este o membran permeabil selectiv pentru ioni i, din acest motiv, ncrcat electric. In aceast zon a neuronului, canalele ionice joac rol n difuziunea ionilor dinspre citoplasm n exterior sau invers. Aceste canale sunt activate electric i deci voltaj-dependente. In plus, se ntlnesc i canalele ligand-dependente, care sunt legate de proteine cu rol de receptor pentru mediatorii chimici, avnd n vedere c membrana de la nivelul acestei zone joac rolul de membran postsinaptic. Neuronii prezint de obicei un singur nucleu central, foarte mare.

Nucleul neuronal este implicat n sinteze proteice intense la nivelul corpului celular. La nivelul nucleului neuronal se produce mai mult ARN mesager dect n orice alt tip de celul a corpului uman. Din acest motiv cromatina nuclear este dispersat. Sintezele de proteine se

realizeaz n structurile citoplasmatice neuronale i anume la nivelul ribozomilor; ribosomii se gasesc pe reticulul endoplasmic rugos care in neuroni se organizeaz sub forma corpusculilor Nissl sau corpi tigroizi. Aceste organite celulare sunt specifice structurii corpului celular neuronal. Axonul nu conine corpusculi Nissl i de aceea nici nu sintetizeaz proteine.

Reticulul endoplasmic neted este implicat n depozitarea Ca++ intracelular i meninerea lui la o concentraie constant n citoplasm la 10-7 moli. Dac Ca++ intracitoplasmatic crete peste aceast valoare duce la degradarea i moartea neuronului.

Regiunea conductoare

Regiunea efectoare

Nucleu

Membran

11

n corpul celulelor ntlnim de asemenea aparatul Golgi. El este mai dezvoltat n neuronii cu proprieti secretoare de hormoni, cum sunt mai ales neuronii hipotalamici. Dar toi neuronii au proprieti neurosecretorii.

Citoscheletul neuronilor este format din microfilamente, neurofilamente i microtubuli. Microfilamentele se gsesc mai ales n dendrite i sunt formate din actin. Neurofilamentele se gsesc att n dendrite ct i n axoni. Ele confer rigiditatea i meninerea

formei neuronale. Ei nu apar n poriunile cele mai dinamice ale neuronilor: cum ar fi conurile de cretere i n capetele dendritelor. Microtubulii sunt responsabili de transportul rapid al moleculelor prin dendrite, dar mai ales prin axon. Ei sunt formai din proteine numite tubuline si proteine asociate microtubulilor. Dendritele au proteine asociate microtubulilor cu greutate molecular mare iar axonii proteine cu greutate mic. Aceste proteine asociate microtubulilor sunt responsabile de distribuia materialului n dendrite i axoni. Proteinele neurofilamentelor au proprietatea de a pune n micare sistemul de microtubuli. Cele dou structuri, microtubilii i neurofilamentele, formeaz un tot unitar denumit neurofibrile, cel de al doilea organit specific al neuronului dup corpusculii Nissl. Aceste organite pe lng rolul lor structural ndeplinesc un rol de transport al proteinelor, veziculelor cu mediator chimic i al materialelor necesare pentru meninerea integritii structurale i funcionale a neuronului.

In corpul celular al neuronului se ntlnesc numeroase mitocondrii ce furnizeaz ATP-ul ca substrat energetic sintezei de proteine i mediatorilor chimici. Dar cea mai mare densitate de mitocondrii se afl n regiunea terminal a axonului, n butonii terminali, unde ele furnizeaz pe de o parte energia necesar transmiterii sinaptice i pe de alt parte furnizeaz substraturi pentru sinteza unor substane cu rol de neurotransmitori. Pe de alt parte, unele mitocondrii de la acest nivel joac rol n degradarea moleculelor de mediatori chimici, fiind echipate cu enzime specifice.

Axonul, prelungirea unic, lung, denumit i fibr nervoas conduce centrifug potenialul de aciune, influxul nervos, generat n conul axonic prin sumarea potenialelor locale, care au luat natere n poriunea receptoare a neuronului. Axonii neuronilor sunt organizai n cile de conducere ascendente i descendente din sistemul nervos central i n nervii periferici. Spre deosebire de dendrite, axonii sunt ramificai numai la captul periferic unde se ntlnesc arborizaiile terminale care au butoni terminali la capete. Aceste formaiuni ale axonului sunt implicate n transmiterea sinaptic pe cale chimic. Aceast parte alctuiete poriunea efectoare a neuronului. Ele prezint membrana presinaptic care vine n contact fie cu zona receptoare a altui neuron fie cu organele efecteoare (glande sau muchi).

Axoplasma este strbtut de neurofibrile care penetreaz pn n regiunea butonului terminal. Axonul este nvelit de axolem care la rndul su este nvelit la unii neuroni de trei teci: teaca de mielin, teaca celulelor Schwann i teaca lui Henle. Teaca Henle se afl la exterior i este de natur conjunctiv. Ea asigur nutriia, protecia i legtura dintre fibrele neuronale. Sub ea se afl teaca lui Schwann format din celule gliale numite celule Schwann, care ader de axolem i se rsucete n jurul axonului secretnd mielina.

Teaca de mielin este un nveli de natur lipoproteic, fiind cosiderat ca unul din cei mai perfeci izolatori electrici cunoscui. Teaca de mielin este ntrerupt din loc n loc la nivelul strangulaiilor sau nodulilor Ranvier. La acest nivel pot iei axonii colaterali, ramificaii

colaterale ale axonilor. Spaiul dintre dou noduri Ranvier numit spaiu internodal este de

Citoschelet

Axonul

Teaca de mielin

12

dimensiune constant pentru aceeai fibr. Teaca de mielin se formeaz datorit rulrii n spiral a celulelor Schwann din care dispare citoplasma i rmn membranele celulare i mielina. Nodulul este zona de contiguitate ntre dou celule Schwann nvecinate. La acest nivel axolema este denudat venind n raport cu mediul extracelular.

La mamifere, cile motorii se mielinizeaz mult mai trziu, n uter micrile ftului sunt relativ reduse. La om, fibrele motorii ncep s-i secrete teaca de mielin n a doua lun de via extrauterin. Mai nti ncepe mielinizarea cilor extrapiramidale, apoi a celor piramidale. Procesul de mielinizare se ncheie n jurul vrstei de 2 ani si ii corespunde functional o coordonare motorie mai buna, datorita careia copilul are deja un mers sigur.

Fibrele nervoase amielinice numite fibrele Remach sunt lipsite de mielin sau un strat foarte subire de mielin. Ele au un diametru n general redus i sunt acoperite de celulele Schwann care frecvent sunt comune pentru mai muli axoni nvecinai, pentru 10-15 axoni Remach.

Transportul axoplasmatic

Integritatea anatomic a prelungirilor unui neuron depinde de pericarion. Axonii sunt lipsii de ribozomi care s le permit sinteza de proteine, de aceea proteinele axonale

provin din pericarion i migreaz de aici n prelungiri, fenomen numit transport sau flux axoplasmatic. Transportul axoplasmatic poate fi studiat prin ligatura fibrelor nervoase i analiza substanelor acumulate deasupra ligaturii. Se distinge un transport anterograd, de la soma spre periferie i un transport retrograd n direcia corpului celular. Se distinge apoi un transport rapid, cu o vitez de 410 mm/zi, i un

transport lent cu o vitez ntre 0,5 i 10 mm /zi. Kinezina este o protein asociat microtubulilor, implicat n medierea transportului anterograd.

S-a evideniat recent c sursa energetic local legat de transportul rapid prin axon ar fi strns corelat cu metabolismul oxidativ al nervului, deoarece n nervul asfixiat cu cianur, transportul rapid este blocat n cca 15 minute de la nceputul asfixiei. Viteza de transport nu depinde de structura anatomic a neuronului. Microtubulii cu diametru de 25 nm sunt implicai n mecanismul transportului anterograd rapid. Tubulina, o protein din structura microtubulilor, are aciune ATP-azic, fiind o enzim care scindeaz ATP-ul elibernd astfel energia necesar transportului.

Pe suprafaa microtubulilor se observ numeroase proeminene, aezate la intervale regulate. Dac se administreaz colhicin (o substan citostatic extras din bulbul de brndu Colhicis autumnalis) este dezorganizat sistemul microtubular. In aceste condiii este blocat transportul rapid, nu ns i cel lent. Aceste observaii duc la concluzia c transportul rapid ar avea loc de-a lungul microtubulilor, pe cnd cel lent de-a lungul microfilamentelor. Fluxul axonal rapid servete mai ales la vehicularea mediatorilor chimici, fiind utilizat pentru transportul organitelor, veziculelor i membranelor glicoproteice necesar bunei funcionri a butonilor sinaptici. Acest transport necesit ca substrat energetic ATP-ul i se desfoar independent de transmiterea potenialului de aciune. Transportul lent este folosit pentru transportul Ca++, gucozei i ATP-ului.

n dendrite tranportul anterograd are o vitez de 0,4 mm/zi i solicit de asemea ATP-ul. transportul dendritic se realizeaz pentru ribozomi i ARN, sugernd c sintezele proteice sunt corelate cu funcia dendritelor.

S-a descris i un transport retrograd datorit cruia unele substane se ndreapt de la periferie spre corpul celular, cu o vitez de

Transport rapid vs. lent

Transport anterograd vs. retrograd

13

cca 220 mm/zi. Transportul retrograd este mediat de ctre dinein, o alt protein asociat microtubulilor. Acest transport se pare c joa un rol important n reglarea sintezei de proteine din corpul celular. De acest lucru ne dm seama dup ce se secionaz axonul. La cteva zile dup secionarea unui axon apare n pericarion procesul de distrugere a corpusculilor Nissl numit cromatoliz sau tigroliz, ca o expresie a tulburrii sintezei de proteine. Prin transport retrograd se propag virusurile neutrotrope (de ex. virusul poliomielitei, herpetic, rabic etc.) care ajung de la periferia organismului la nivelul corpilor celulari din sistemul nervos central pe care i distrug. Polinevritele (cum ar fi cele alcoolice sau avitaminotice B1 din boala Beri Beri) se explic prin tulburri metabolice le nivelul axonului care mpiedic procesele de transport axonal.

Clasificarea neuronilor

Clasificarea neuronilor se poate face dup prelungiri, dup lungime, fup funcii, dup mediatorii chimici pe care i sintetizeaz etc.

Dup numrul prelungirilor se deosebesc urmtoarele tipuri de neuroni:

neuronii multipolari reprezint majoritatea celulelor nervoase. Au o form stelat, cu numeroase prelungiri i cu nucleu mare, sferic, situat central. Ei pot fi motori sau senzitivi, situai n interiorul sau n afara sistemului nervos central.

neuronii bipolari, de form ovalar sau fusiform, se caracterizeaz printr-o prelungire la nivelul fiecrei extremiti. Nucleul lor este ovalar i adesea situat excentric. Neuronii acetia i ntlnim n retin, n ganglionii Scarpa i n cel a lui Corti. Neuronii simpatici sunt adesea de tip bipolar.

neuronii unipolari sunt rari, prezint o unic prelungire axonal cum sunt celulele cu bastona i con din retin.

neuronii pseudounipolari caracterizeaz ganglionii rahidieni sau spinali. Sunt celule sferice cu nucleu mare, rotund, dispus central. Au o prelungire unic iniial care se divide n dou ramuri: una periferic i cealalt central. Aceti neuroni sunt atipici prin faptul c au o singur prelungire de obicei foarte lung i mielinizat, considerat a fi un axon modificat. Ei sunt neuroni lipsii de dendrite (neuronii senzitivi din ganglionii spinali sau cerebrali),

neuroni lipsii de axoni cum sunt celulele orizontale i amacrine din retin.

Din punct de vedere funcional neuronii se mpart n:

neuroni motori sau efereni, sunt de obicei celule mari, multipolare, cu axon lung. Din acest grup fac parte celulele piramidale ale scoarei i neuronii piramidali din cornul anterior al mduvei;

neuronii de asociaie sau interneuronii sunt mici, adesea multipolari i uneori bipolari: neuronii senzitivi afereni sau receptori sunt de tip pseudounipolari fiind reprezentai de celulele din

ganglionii spinali (ganglionii rahidieni) i n ganglionii nervilor cranieni.

Cercetrile recente au demonstrat marea complexitate i heterogenitate funcional a neuronilor. Astfel, neuronii motori pot fi de tip excitator sau inhibitor. Studiile histochimice au demonstrat existena n sistemul nervos central a unor neuroni nonadrenergici, colinergici, dopaminergici, serotoninergici i alii dup natura mediatorului chimic pe care-l sintetizeaz.

Neuronii au dimensiuni foarte variate. Unii au dimensiuni foarte mari, care variaz ntre 100 i 200 m aa cum sunt celulele piramidale din scoara cerebral, motoneuronii din coarnele ventrale ale mduvei spinrii, neuronii Purkinje din scoara cerebeloas. Ali neuroni au dimensiuni foarte reduse cum sunt de exemplu neuronii din stratul granular al scoarei cerebeloase, care ating dimensiuni de abea 4-8 m

Celulele gliale

Neuronii nu sunt singurele celule care populeaz sistemul nervos central. In sistemul nervos central sunt de asemenea aa numitele celule gliale care alctuiesc nevroglia. Ele alctuiesc esutul interstiial al sistemului nervos central i sunt mai numeroase dect neuronii de 10-50

de ori. Aceste celule nu posed axoni i nu fac contacte sinaptice ntre ele. Membrana a dou celule gliale adiacente fuzioneaz i formeaz aa numitele gap junctions adic jonciunea de mare conductan ionic. Celulele gliale posed capacitatea de a se divide n decursul vieii. Considerai nainte vreme doar un simplu esut de susinere a

Nevroglia

14

neuronilor din SNC, celulele gliale par a deine un rol mult mai important n economia sistemului nervos. Studiile de microscopie electronic au artat c spaiul dintre neuroni, rmas n afara contactelor sinaptice, este ocupat de celulele gliale. Rmne doar un spaiu de 15-26 nm ntre neuroni, care reprezint doar 5% din volumul total al creierului i doar acest spaiu este de fapt adevratul spaiu extracelular. Celulele gliale posed organitele unor celule active metabolic: mitocondrii, reticul endoplasmic, ribozomi, ATP i incluziuni celulare de glicogen i lipide. De menionat este faptul c celulele gliale prolifereaz abundent n regiunile cerebvral unde neuronii sunt distrui.

Au fost identificate trei tipuri de celule gliale: Astrocitele constitue astroglia. Ele nconjoar vasele sanguine

cerebrale. Capilarele cerebrale au o structur special la nivelul sistemului nervos central, jonciunile dintre celulele endoteliale fiind foarte strnse. Din acest motiv sunt considerate capilarele cele mai restrictive din organism. Astrocitele formeaz cea mai mare clas de celule neexcitabile din SNC. Se disting dou tipuri de astrocite: astrocitele protoplasmatice situate n substana cenuie i astrocitele fibroase dispuse mai ales n substana alb. Deoarece astrocitele se interpun ntre capilarele cerebrale i neuronii cerebrali, li s-a atribuit o funcie de transport special. Numeroi cercettori sunt de prere c astrocitele reprezint bariera hematoencefalic real. Bariera hematoencefalic reprezint un mecanism homeostatic cerebral de mare importan n funcionarea sistemului nervos central. Dar la aceast barier mai joac un rol, poate mai important, structura special a capilarelor cerebrale.

Astrocitele servesc drept canale de transport ntre vasele sanguine i neuroni, avnd deci rol simbiotic n metabolismul celular. Astrocitele joac rol de asemenea n conducerea impulsului nervos i n transmiterea sinaptic. La nivelul sinapselor GABA-ergice i glutamat-ergice celulele gliale joac rol n inactivarea acidului gamaaminobutilic i a glutamatului, prin captarea acestuia de la nivelul fisurii sinaptice. Dup captare mediatorii sunt inactivai i convertii n glutamin, care apoi sunt transportai n butonul presinaptic i utilizai n sinteza GABA i glutamatului care sunt incorporai n vezicule presinaptice i utilizai ca mediatori chimici ai acestor sinapse.

O subgrup de astrocite, denumite astrocite radiare, acioneaz ca o reea, ca un eafodaj, care permite migrarea neuronilor n cursul neurogenezei, de la punctul lor de origine embrionar spre destinaiile lor finale.

Oligocitele formeaz oligorendroglia. Sunt celule formatoare de mielin la nivelul SNC, fiind echivalentul celulelor Schwann din fibrele nervoase periferice. Dar spre deosebire de celulele Schwann care mielinizeaz poriuni mici din axonii periferici, cuprins ntre spaiul internodal, oligodendrocitele realizeaz acest proces pentru aproximativ 40 de neuroni centrali nvecinai i de aici consecinele negative pe care le joac n procesul de regenerare a neuronilor centrali, care nu regenereaz comparativ cu fibrele nervoase periferice care regenereaz foarte uor.

Microcitele formeaz microglia care facce parte din sistemul

reticuloendotelial. Microcitele au origine din monocitele sanguine care prsesc vasul i se fixeaz n esuturi. Ele dein rol fagocitar, avnd rol n aprarea imun a SNC mpotriva agenilor bacterieni, virali sau a

1. Astrocite

2. Oligocite

3. Microcite

15

celulelor proprii distruse sau moarte, curind terenul n vederea cicatrizrii.

Metabolismul neuronal

Metabolismul neuronal reprezint unitatea trofic a sistemului nervos

central. Glucoza pare a fi singurul material energetic utilizat de neuron in vivo. De aceea coeficientul respirator al esutului cerebral este egal cu unitatea. Coeficientul respirator este dat de raportul dintre oxigenul consumat i dioxidul de carbon

eliminat. Cu ct substana metabolizat are n compoziia sa chimic raportul ntre hidrogen i oxigen de 2/1 acest substan se va degrada n totalitate n ap i dioxid de carbon. n compoziia glucazei avem acest raport deci coeficientul respirator al esutului care o utilizeaz este unitar. Glucoza strbate uor bariera hematoencefalic, printr-un mecanism activ, iar utilizarea ei este asigurat de aceleai enzime ca i celelalte celule ale corpului.

Lipidele neuronale prezint cele mai importante caracteristici, neavnd nimic comun cu cele din restul organismului. Astfel neuronii nu conin trigliceride, componentul lipidic cel mai important n restul celulelor. Neuronul are n schimb un coninut foarte ridicat (50-54%) de lipide complexe: fosfolipide, sfingozine, proteolipide, colesterol neesterificat etc. Lipidele sunt sintetizate n ntregime n

neuron, deoarece nici un material prefabricat nu poate strbate bariera hematoencefalic. Spre deosebire de alte esuturi, n neuroni catabolismul lipidic nu pare a fi utilizat pentru furnizarea de energie.

Aminoacizii, bogat reprezentai n neuron, n parte sintetizai local i n parte transportai prin bariera hematoencefalic, ndeplinesc numeroase funcii n sinteza de proteine neuronale, de acizi nucleici, amine biologic active sau mediatori chimici acizi aminai i polipeptidici. Sinteza proteic este foarte

important n neuron, existnd proteine de structur i proteinele funcionale (reprezentate de enzime, polipeptidele sau unele cu funcie hormonal.

Proprietile funcionale ale neuronului

Neuronii reprezint unitatea funcional a sistemului nervos. Ei sunt celule

specializate n recepionarea stimulilor din mediu, conducerea impulsurilor spre organele centrale precum i n transmiterea comenzilor spre organele efectoare. Neuronii reprezint urmtoarele proprieti importante: excitabilitatea, conductibilitatea, degenerescena, regenerarea i activitatea sinaptic.

1. Excitabilitatea

Excitabilitatea este proprietatea neuronilor sau a oricrei celule vii de a intra n activitate sub influena unui stimul. Excitabilitatea este datorat structurii membranei celulare. Prin stimul se nelege modificarea brusc a energiei din preajma membranei plasmatice, care mrete dintr-o dat permeabilitatea membranei celulare pentru Na+. Stimulii pot fi electrici, mecanici, termici, chimici etc. Reacia de rspuns a esuturilor la un stimul poart numele de excitaie. Pentru ca stimulul s determine excitaia, trebuie s ndeplineasc anumite condiii:

Excitaia apare numai sub aciunea unor stimuli ce depesc o anumit intensitate. Intensitatea minim a curentului care provoac excitaia, are valoare prag (valoare liminal). Stimulii cu intensitate sub valoarea prag sunt numii subliminali. Cei care depesc pragul, stimuli supraliminali.

Variaia de energie trebuie s aib o anumit bruschee. In cazul creterii lente i progresive a intensitii stimulului, esutul nu mai rspunde, chiar dac se depete valoarea prag, ntruct are loc o acomodare a esutului la stimuli. Acomodarea se explic ca i o cretere a pragului de excitabilitate a esutului n timpul stimulrii. Inlturarea

Glocoza

Lipide

Aminoacizi

16

fenomenului de acomodare se obine prin folosirea unor stimuli electrici a cror intensitate crete extrem de rapid.

Pentru a declana excitaia stimulul trebuie s realizeze o anumit densitate pe unitatea de suprafa. Aplicnd pe un nerv doi electrozi, unul cu suprafa foarte mare, altul cu suprafa foarte mic, punctiform i lsnd s treac un curent electric de aceeai intensitate vom observa c excitaia nervului va porni ntotdeauna de la electrodul cu suprafa mic, deoarece creeaz o densitate mai mare pe unitatea de suprafa.

Excitarea esuturilor depinde i de durata stimulrii. Chiar i stimulii supraliminali, a cror intensitate crete brusc, dac sunt aplicai o perioad prea scurt de timp, nu produce excitaia.

ntre stimulii mai sus amintii, este utilizat n fiziologie i medicin de preferin stimulul electric. Stimularea electric la intensiti reduse nu provoac leziuni neuronului sau determin modificri reversibile. Momentul aplicrii stimulului se marcheaz cu precizie, poate fi bine localizat iar durata stimulrii poate fi modificat dup dorin Excitaia se traduce la periferie prin variaii ale potenialului electric al membranei neuronale.

Celula vie, n stare de repaus, este polarizat electric, avnd

sarcini pozitive la exterior i negative la interior. Utiliznd microelectrozi intracelulari s-a artat c diferena ntre suprafaa exterioar i interioar a membranei celulare msoar pentru muchii striai, n repaus, -90 mV pentru celulele musculare netede 30 mV, pentru nervii neexcitai 70 mV. Diferena de potenial al membranei celulare poart numele de potenial de repaus sau de membran.

Microelectrozii sunt nite tuburi efilate din sticl neutr cu un diametru la vrf de aproximativ 0,2 m, umplute cu soluie de clorur de potasiu. n interiorul microelectrodului se introduce un fir de platin care reprezint unul din polii circuitului. cellalt pol este plasat pe suprafaa celular. Variaiile de potenial electric dintre cei doi poli sunt nregistrate cu ajutorul unui tub catodic. Microelectrodul pentru a fi introdus n celul este purtat de un micromanipulator. n momentul strpungerii membranei neuronale apare o diferen de potenial de 70 mV ntre cei doi electrozi.

La producerea potenialului de repaus contribuie trei factori: transportul activ de Na+ i K+, difuziunea ionilor i echilibru Donnan la nivelul membranei neuronale.

Transportul activ de Na+ i K+ este datorat interveniei pompei ionice de Na+ i K+ prin care sunt expulzai din celul trei ioni de natriu (3Na+) i captai doi ioni de potasiu (2K+). Deoarece se elimin din celul mai multe sarcini pozitive dect ptrund, interiorul celulei se negativeaz. Prin mecanismul de transport activ se explic prima apariie a potenialului de membran. Aceasta se realizeaz consecutiv instalrii unor gradiente de concentraie ionic de o parte i de alta a membranei. Pompa de Na+ i K+ este o pomp electrogen i este reprezentat de ATP-aza Na+ i K+ - dependent fiind activat n urma descompunerii ATP n ADP i eliberarea energiei necesare transportului.

Difuziunea ionilor prin membrana celular este inegal. Un prim factor il reprezint inegalitatea distribuiei ionilor de potasiu i sodiu de o parte i de alta a membranei celulare. Aceast inegalitate a concentraiei ionilor reprezint unul din factorii care iniiaz difuziunea ionilor. Concentraia extracelular a Na+ este de 143 mEq/l iar n celul de 14 mEq/l, n timp ce concentraia intracelular a K+ este de 155mEq/l iar n lichidul extracelular deste de 5 mEq/l. Un al doilea factor l constituie permeabilitatea inegal a membranei pentru diferiii ioni. Permeabilitatea este de 50-100 mai mare pentru K+ dect pentru Na+. Din cauza concentraiei intracelulare mai mare de K+ n comparaie cu concentraia sa extracelular, K+ difuzeaz spre exterior de-a lungul gradientului de

Potenial de repaus

17

concentraie. Ieirea K+ din celul confer sarcini pozitive la suprafaa membranei i mrete negativitatea n interior. Cnd interiorul celulei devine suficient de negativ pentru a mpiedica difuziunea n continuare a K+, se ajunge la potenialul de echilibru pentru K+.

Potenialul de repaus se schimb n funcie de concentraia K+ extracelular. Acumularea K+ intracelular nu poate fi explicat numai de aciunea direct a pompei de ioni care pompeaz n interior doi ioni de K+ pentru trei de Na+ ieii din celul. Din cauza negativitii create n interior de pompa electrogen cationii de K+ sunt atrai de la exterior la interior.

Ionii ce Cl- nu sunt pompai de membrana neuronal n nici o direcie. Negativitatea din interiorul celulei respinge ionii de Cl-, nct concentraia lor n celul msoar doar 4 mEq/l fa de 103 mEq/l la exterior. Valoarea potenialului de membran depinde n orice moment de distribuia ionilor de K+, Na+ i Cl- de o parte i de alta a membranei celulare i de permeabilitatea membranei pentru fiecare din ioni.

La repartiia inegal a ionilor de o parte i de alta a membranei mai particip i echilibrul de membran a lui Donnan. El se produce din cauz c proteinele ncrcate negativ nu pot prsi celula i determin ncrcarea electric negativ interioar a membranei. In aceast situaie ionii pozitivi, care strbat cu uurin membrana, cum este ionul de K+ , se acumuleaz la suprafaa membranei, conferindu-i sarcinile electrice la exterior.

Modificarea potenialului de repaus ce apare dup stimularea

supraliminal a celulei, poart numele de potenial de aciune. El const n tergerea diferenei de potenial dintre interiorul i exteriorul celulei i n ncrcarea electric invers a membranei, pozitiv n

interior i negativ la exterior (pn la aproximativ + 35 mV). Valoarea potenialului ce depete valoarea zero se numete overshoot. Aceste valori sunt urmate de revenirea potenialului spre valoarea de repaus.

Creterea i scderea rapid a potenialului se cunoate sub denumirea de potenial de vrf sau spike potenial i dureaz n fibra nervoas 0,5-1 ms. Revenirea potenialului are loc brusc pn ce repolarizarea se face n proporie de cca 70%, dup care viteza de repolarizare ncetinete. O perioad de cca 4 ms potenialul rmne deasupra nivelului de repaus, constituind postdepolarizarea sau postpotenial negativ.

Dup ce potenialul a atins valoarea de repaus, se constat c el se subdeniveleaz (cu 1-2 mV) un interval de 40-50 ms sau chiar mai mult, ceea ce reprezint posthiperpolarizarea sau postpotenialul pozitiv.

Denumirile de postpotenial negativ sau pozitiv s-au fcut pornind de la schimbrile electrice survenite n timpul excitaiei la suprafaa extern a membranei neuronale.

Apariia potenialului de aciune este determinat de creterea brusc a permeabilitii membranei celulare pentru Na+. Creterea este de cca 5.000 ori. Modificarea permeabilitii membranei celulare pentru Na+ i K+ a fost apreciat prin msurarea conductanei pentru Na+ i K+. Conductana reprezint valoarea invers a rezistenei electrice a membranei i se noteaz cu g. In faza de depolarizare crete foarte mult conductana pentru Na+ (gNa+) iar n cea de repolarizare conductana pentru K+ (gK+). In structura membranei celulare exist canale de Na+i K+ voltaj-dependente i canale ligand-dependente.

Factorul principal n producerea depolarizrii membranei neuronale l constituie deschiderea i nchiderea succesiv a canalelor de Na+ i K+. Ele se caracterizeaz prin permeabilitatea selectiv i prin prezena unor bariere sau pori care pot nchide sau deschide canalele. Barierele sunt nite expansiuni ale moleculelor din structura proteic a

Potenial de aciune

18

canalului care prin schimbri conformaionale permeabilizeaz ori blocheaz canalul. Dup modul cum pot fi acionate barierele canalelor de Na+ i K+ ele pot fi: canale voltaj-dependente cnd variaiile de potenial ale membranei induc modificri ale barierei i determin fie deschiderea fie nchiderea ei; sau canale ligand dependente cnd modificrile conformaionale ale proteinelor survin dup cuplarea lor cu anumite substane. Substana care se fixeaz pe receptorii canalului ionic se numete ligand. Din categoria liganzilor se ncadreaz mediatorii chimici sau hormonii.

Canalul de Na+ are suprafaa intern puternic ncrcat negativ care atrage Na+ n interiorul canalului ntr-o msur mai mare dect ali ioni. Spre partea extracelular a canalului se afl o barier de activare, iar pe partea intracelular o barier de inactivare. La potenialul de repaus de 70 mV bariera de activare se afl nchis iar cea de inactivare deschis. Odat ce depolarizarea celulei ajunge de la 70 mV la 55 mV se produce schimbarea brusc a conformaiei proteice a barierea de activare i se deschide canalul de sodiu. In consecin, ionii de sodiu nvlesc n celul conform gradientului de concentraie. n momentul potenialului de vrf numrul canalelor de sodiu deschise depete de 10 ori pe cel al canalelor de K+. De aceea permeabilitatea membranei pentru Na+ crete n timpul depolarizrii de 5000 de ori. In faza de repolarizare, revenirea potenialului de vrf la valoarea de repaus, produce nchiderea barierei de inactivare. Modificrile conformaionale care nchid bariera de inactivare se desfoar mult mai lent dect cele care deschid bariera de activare. Odat cu nchiderea barierei de inactivare Na+ nu mai poate ptrunde n celul i potenialul de membran ncepe s revin spre valoarea de repaus. Redeschiderea barierei interne de inactivare are loc numai n momentul n care potenialul de membran atinge valoarea de repaus.

Canalele de K+ nu prezint ncrctur electric negativ. In absena sarcinilor negative lipsete fora electrostatic care atrage ionii pozitivi n canal. Forma hidratat a K+ are dimensiuni mult mai mici dect forma hidratat a Na+, de aceea ionii hidratai de K+ pot trece cu uurin prin canal pe cnd cei de Na+ sunt respini.

Pe partea intracelular a canalului de K exist o singur barier, nchis n perioada potenialului de repaus. Membrana celular, conine ns n repaus un numr de aproximativ 9 ori mai multe canale pentru K+deschise fa de cele pentru Na+, ceea ce nseamn o conductan de 9 ori mai mare pentru K+ n comparaie cu Na+. Depolarizarea celulei determin o modificare conformaional lent a barierei, cu deschiderea ei i difuzarea K+ spre exterior. Din cauza ncetinelii cu care se deschide canalul de K+ deblocarea lui are loc n acelai timp cu inactivarea canalelor de Na+, ceea ce accelereaz procesul de repolarizare.

La sfritul perioadei de repolarizare numrul canalelor de K+ deschise este de 15 ori mai mare dect a canalelor de Na+ deschise.

Prin urmare, n cinetica fluxurilor ionice prin canalele membranale trebuie s se in cont de faptul c fiecare canal odat activat rmne deschis un anumit interval de timp dup care se nchide automat. Aceast constan de inactivare este caracteristic fiecrui tip de canal.

Ionii de Ca++ particip la mecanismul de activare a canalelor de Na+ voltaj-dependente. Reducerea concentraiei Ca++ n mediul extracelular scade pragul de declanare al activrii canalului, n timp ce cretere concentraiei Ca++ tinde s stabilizeze canalul. Absena Ca++ duce la o cretere semnificativ a conductanei Na+, deci la o cretere a excitabilitii celulei.

Mrirea permeabilitii pentru Na+ se produce numai la acei stimuli care diminu negativitatea potenialului de repaus cu 15 mV, de la 70 la 55 mV. Stimulii subliminali determin deschiderea unui numr restrns de bariere de activare a canalelor de Na+ i

19

membrana ncepe s se depolarizeze. In aceast situaie membrana neuronal este facilitat, adic sensibilizat la aciunea unui alt stimul subliminal.

Stimularea subliminal care nu e n msur s provoace un flux important de Na+ duce la modificri de potenial cu caracter local. In timpul rspunsului local permeabilitatea pentru Na+ crete uor, ns efluxul de K+ poate restabili potenialul la valoarea sa de repaus.

Rspunsul local nu este maximal, ci crete n amplitudine proporional cu intensitatea stimulului pn la valoarea prag a stimulului, cnd apare potenialul de vrf. Acest potenial are valoarea ntre 15-35 mV. Aciunea mai multor stimuli subliminali succesivi fie temporari, fie spaiali se pot suma i s dea natere la potenialul de vrf. Aceste poteniale locale au darul s faciliteze membrana neuronului. Potenialul de receptor i potenialele postsinaptice fac parte din aceast categorie de poteniale.

Trecerea Na+ prin membrana celular n timpul potenialului de vrf se face pasiv, fiind dependent exclusiv de gradientul de concentraie. De aceea geneza impulsurilor nervosase nu este subordonat proceselor metabolice i nu este consumatoare de energie.

Restabilirea potenialului de repaus are loc prin limitarea influxului de Na+ i creterea permeabilitii pentru K+.

Ionul de potasiu abandonnd lichidul intracelular restabilete echilibrul electric. Ieirea K+ nu reuete s readuc imediat potenialul la valoarea de repaus. Ca urmare, dup potenialul de vrf urmeaz faza de postpolarizare sau postpotenial negativ. In perioada potenialului de vrf, depolarizarea se produce total, pe cnd la postpotenialul negativ, repolarizarea celulei nu se face deplin.

Posthiperpolarizarea sau postpotenialul pozitiv se caracterizeaz prin acumularea de Na+ i K+ la exterior i creterea numrului de sarcini negative n interior. Faza de posthiperpolarizare se explic prin intervenia activ a pompelor de Na+ i K+. Prin mpiedicarea transportului activ de ioni, are loc o dispariie a posthiperpolarizrii, dei potenialul i postdepolarizarea continu s apar nc o perioad de timp.

Potenialul de aciune se supune legii tot sau nimic, adic un stimul supraliminal indiferent de intensitate, nu poate depi depolarizarea de 115 mV ( de la 70 mV la + 45 mV.

Variaiile excitabilitii

Aplicarea pe un nerv a unui stimul a crui intensitate crete progresiv i foarte lent, induce fenomenul de acomodare, descris anterior.

Excitabilitatea se modific paralel cu potenialul de aciune. In perioada potenialului de vrf, membrana neuronului devine inexcitabil, deoarece membrana celulei este depolarizat. Timpul n care celula nervoas rmne inexcitabil reprezint perioada refractar absolut. Urmeaz o mic perioad refractar relativ, n care din cauza creterii pragului de excitabilitate, numai stimuli destul de puternici reuesc s declaneze excitaia, dac poteniale de aciune se produc acestea au amplitudine mai mic. Sfritul perioadei refractare relative corespunde cu restabilirea amplitudinii normale a potenialului de aciune. Frecvena potenialelor de aciune generate de un esut depinde de durata perioadelor refractare absolute. Perioada refractar absolut dureaz 2 ms de la declanarea potenialului de aciune, ceea ce nseamn c celula poate fi excitat cu maximum 500 stimuli/secund. O reducere a excitabilitii apare n faza posthiperpolarizrii sau postpotenialului pozitiv.

In cursul stimulrii nervului cu un curent electric continuu la stabilirea circuitului, excitaia pornete de la catod, care aduce sarcini negative n plus i favorizeaz depolarizarea membranei. La ntreruperea circuitului, excitaia pornete de la anod unde se creaz un dezechilibru electric mai puternic, care influeneaz esutul. Trecerea nentrerupt a curentului continuu cu valoare pn la 7 mV printr-un nerv modific excitabilitatea n apropierea polului pozitiv i negativ, fenomen numit electrotonus. Sub aciunea curentului electric continuu, excitabilitatea nervului n jurul catodului se mrete, fenomen cunoscut sub numele de catelectrotonus. In apropierea polului pozitiv excitabilitatea diminu (necesitnd un stimul excitant de intensitate mai mare), modificare denumit anelectrotonus.

Excitabilitatea variaz i n funcie de frecvena stimulilor. Tesuturile vii transmit impulsuri cu o anumit frecven. Majoritatea celulelor au capacitatea de a emite sau de a propaga impulsuri cu o

20

frecven de 500 impulsuri/s. Cnd stimulul aplicat asupra esutului viu depete posibilitatea lui de a genera sau transmite impulsuri, excitaia nu se mai produce. Numrul mare de stimuli ce pot fi generai sau propagai de un esut viu n unitatea de timp poart numele de mobilitate funcional sau labilitate funcional. Un stimul care depete mobilitatea funcional, nu produce excitaie ci o stare numit parabioz. Curenii de nalt frecven sunt utilizai n fizioterapie fr a produce excitaii, deoarece este depit mobilitatea funcional a esuturilor.

Msurarea excitabilitii esuturilor

Pentru msurarea excitabilitii esuturilor n medicin se folosete curentul electric. Pentru msurarea excitabilitii unui nerv sau muchi se recurge la procedee convenionale. Se practic stimularea prin nchiderea unui curent continuu sau prin aplicarea unui stimul rectangular. Se stabilete n mV sau n mA, valoarea curentului n msur s produc ntr-o perioad minim de timp aceleai efecte ca i un curent de aceiai intensitate, acionnd nedefinit. Durata minim a unui curent de o anumit intensitate necesar pentru producerea excitaiei a fost numit de Gildemeister timp util i depinde de intensitatea curentului de excitaie. Cu ct intensitatea curentului de excitaie este mai mare cu att timpul este mai redus. n cazul n care nscriem ntr-un sistem de coordonate raportul ntre timpul n ms i intensitatea curentului n mV apare o curb de forma unei hiperbole cunoscut sub numele de curba timp-intensitate (sau tensiune) care reflect excitabilitatea unui esut. Ca indicatori de msurare a excitabilitii se utilizeaz urmtorii parametri:

Intensitatea minim a curentului, capabil s produc excitaia ntr-un timp nedefinit se numete reobaz.

Timpul n ms n care un curent rectangular de o reobaz produce excitaia poart denumirea de timp util principal.

Cronaxia reprezint timpul n care un curent de dou reobaze produce excitaia. Acest parametru a fost introdus de Lapique n 1903. Determinarea cronaxiei constituie metoda de elecie pentru stabilirea excitabilitii relative a esuturilor excitabile. De exemplu cronaxia unei fibre mielinice groase A este de 0,1-0,2 ms; fibrele nervoase mielinizate subiri au valori de 0,3 ms; fibrele amielinice 0,5 ms; fibrele musculaturii striate de la 0,25 la 1,0 ms; fibrele miocardice de la 1,0 la 3,0 ms; fibrele netede pn la 20 ms.

Cronaxia este invers proporional cu excitabilitatea. Cu aceast metod se poate explora tulburrile transmiterii neuromusculare. In acest sens se msoar cu un electrod ac introdus n muchi, cronaxia la stimularea muchiului respectiv. Dac transmiterea neuronal este normal, valoarea cronaxiei msurate transcutan este cea a fibrei mielinice groase. In cazul alterrii inervaiei motorii a muchiului striat se obin valori mai lungi ale cronaxiei peste 1 ms pn la 100 ms.

2. Conductibilitatea

Conductibilitatea este proprietatea neuronului de a transmite impulsuri. Propagarea impulsurilor se face diferit n fibrele amielinice i mielinice.

Conductibilitatea n fibrele amielinice

In fibrele amielinice, excitaia se transmite din aproape n aproape, prin cureni Hermann, care se rspndesc att la suprafa ct i n interiorul fibrei nervoase. O scdere a potenialului de repaus cu 20 mV determin propagarea excitaiei n ambele direcii. Curenii locali, care se produc n interiorul zonei excitate, acioneaz asupra zonelor vecine, ntocmai ca i catodul, care a produs excitaia. Aceasta va produce o depolarizare n imediata vecintate, care va progresa. Zona depolarizat, datorit ptrunderii inverse, din afara nuntru a curentului este repolarizat n aa fel c zona depolarizat avanseaz sub forma unei unde. Unda de depolarizare se propag astfel n ambele sensuri, plecnd de la catod. Viteza de transmitere a impulsurilor prin prelungirile amielinice variaz direct proporional cu diametrul fibrei.

Indicatori de msurare a excitabilitii

21

Conducerea n fibrele mielinice

Fibrele mielinice au o conductibilitate mai mare datorit prezenei tecii de mielin. Conducerea impulsului nervos prin fibrele mielinice se face saltator, de la o strangulaie Ranvier, la alta. Fibra mielinic are membrana liber numai n zona nodulilor Ranvier. In regiunile internodale nu se produc scurgeri de curent prin membran, din cauza tecii de mielin, izolatoare, ce are o rezisten electric de 500 ori mai mare. Depolarizarea din zona nodulului Ranvier se datoreaz ptrunderii Na+ prin membrana nzestrat cu canale de Na+ de cca 200 ori mai multe dect n membrana fibrelor amielinice. Fibrele amielinice sunt dotate cu 110 canale de Na+/m2. Membrana pericarionului neuronilor mielinici conine ntre 50 i 5 canale de Na+/m2, poriunea incipient a axonului (conul axonal) ntre 350 i 500/m2 membrana de la suprafaa tecii de mielin are 25/m2, membrana strangulaiilor Ranvier ntre 2000 i 12000/m2 iar axonul terminal ntre 20 i 75 canale de Na+/m2. Potenialul de aciune generat, se transmite fr ntrziere ca i un curent electric, de la nodul la nodul, att prin lichidul extracelular ct i prin axoplasm. In zona nodulilor are loc o ntrziere a conducerii din cauz c potenialul de aciune trebuie s ating un anumit prag, pentru a provoca excitaia. Dar, variaia potenialului este suficient de mare pentru a depolariza i strangulaiile urmtoare. Deci, transmiterea saltatorie are un grad de siguran chiar dac sunt excluse multe strangulaii Ranvier, producnd transmiterea potenialului de-a lungul ntregii fibre.

Avantajul conducerii saltatorii const n: 1) transmiterea mai rapid a influxului nervos de cca de 50 ori mai iute dect cea mai rapid fibr amielinic; 2) consumul mai redus de energie, ntruct se depolarizeaz numai zona restrns a strangulaiei Ranvier i 3) pierderile de ioni sunt de cteva sute de ori mai mici.

Legile care guverneaz conducerea influxului nervos sunt:

a) Legea integritii neuronului. Neuronul distrus chiar parial nu conduce excitaia.

b) Legea conducerii izolate. Excitaia transmis de o fibr nu trece n fibra alturat.

c) Legea conducerii indiferente. Impulsurile se transmit prin neuroni i prelungirile sale n ambele direcii.

d) Legea conducerii nedecremeniale. Transmiterea influxului nervos se face fr scderea amplitudinii potenialului de aciune pe tot parcursul fibrei nervoase, deoarece intervin procesele biologice n mecanismele conductibilitii.

Clasificarea fibrelor nervoase n funcie de viteza de conducere

nregistrnd potenialul de aciune ntr-un nerv mixt (de ex. sciatic) la distan fa de locul de stimulare, se obine un potenial de aciune compus, avnd mai multe deflexiuni care se nscriu sub forma electronervogramei. Deflexiunile se datoreaz conducerii impulsurilor cu vitez inegal prin fibrele ce alctuiesc nervul. In funcie de structur, fibrele se mpart n: fibre mielinice A i B i fibre amielinice C (vezi tabelul de mai jos). Tipul de fibr Diametrul (m) Vitez (m/s) Funcia fibrei

Mielinic A 10 20 60 120 Motoneuronii Proprioreceptorii

Mielinic A 7 (apte) 15 40 90 Exteroreceptorii tactili i presoreceptorii

Mielinic A 4 8 30 40 Motoneuronii

Mielinic A 2,5 5 15 25 Receptorii dureroi Termoreceptorii

Mielinic B 1 3 3 14 Fibre vegetative preganglionare

Amielinic C sub 1 0,5 2 Rspuns reflex dureros Fibre vegetative postganglionare

Legile conductibilitii

22

Fibrele A la rndul lor, n raport de grosime se clasific n fibre alfa, beta, gama i delta. Diametrul lor variaz de la 1 la 20 m, iar viteza de conducere ntre 5 m/s i 120 m/s (alfa = 10-20 m ; 60-120 m/s; beta = 7-15 m, 40-90 m/s; gama = 4-8 m, 30-40 m/s; delta = 2,5 5 m, 15-25 m/s. Astfel de fibre sunt ataate motoneuronilor i proprioceptorilor. Tipul B cu diametrul de 1-3 m i vitez de conducere de 3-14 m/s sunt fibre preganglionare vegetative. Fibrele C, amielinice cu diametrul sub 1 m cu vitez de conducere de 0,5-2 m/s, formeaz fibrele postganglionare vegetative i nervii senzitivi ce conduc durerea.

3. Degenerarea i regenerarea neuronal

a) Degenerarea neuronal

Lezarea axonilor prin zdrobire, secionare, anoxie, injectare de substane toxice i altele, produce dou tipuri de degenerare neuronal: o degenerare a segmentului distal denumit degenerare anterograd i una a segmentului proximal denumit degenerare

retrograd. Degenerarea anterograd a fost studiat de A.V.Waller n 1850 i de aceea poart numele i de degenerare sau degenerescen wallerian. Ea apare la scurt interval de la producerea leziunii i se datoreaz n principal separrii segmentului distal al axonului de corpul celular care reprezint centrul metabolic al neuronului. Aceast degenerare ncepe la 24 ore de la secionare i este urmat de o serie de modificri structurale, histologice i chimice, care se petrec de-a lungul ntregii poriuni distale. La nceput apare o umflare, o tumefiere a acestei poriuni, iar

ncepnd cu aproximativ a 5-a zi detaarea n fragmente a poriunii distale. Teaca de mielin se fragmenteaz. Acest proces este urmat de o invazie a macrofagelor la locul leziuni i fagocitarea fragmentelor. Intre ziua a 8-a i a 32-a teaca de mielin dispare complet. La locul leziunii rmn celule Schwann care se difereniaz n celule alungite. Aceste celule cresc n toate direciile de la captul distal al nervului secionat. Acest proces se produce cu o vitez de aproximativ 1 mm/zi. Spaiul dintre capetele nervului secionat dac nu depesc 3 mm este umplut complet cu celule Schwann. Din acest motiv procesul este favorizat dac capetele secionate sunt suturate prin procedeul de neurorafie.

n poriunea proximal prima reacie la secionarea axonului este degenerarea poriunii axonice adiacente seciunii, de obicei pn la prima stangulaie Ranvier sau la a 2-a strangulaie. Adesea n aproximativ 48 de ore de la secionare apar modificri i la nivelul corpului celular dar mai puin intense i mai variabile dect primele. Aceasta constituie degenerescena retrograd. Aceste modificri pot fi de dou tipuri: degenerative sau regenerative. Modificrile degenerative timpurii ale corpului celular al unui nerv secionat sunt de prost

augur, semnalndu-ne moartea posibil a neuronului. Aceste modificri sunt traduse prin dezintegrri i pulverizri ale corpusculilor Nissl (fenomenul de cromatolz sau tigroliz), care dispar complet n 15-20 zile de la leziune. n acest timp corpul celular se tumefiaz, devine rotund i se produce dispariia i a celorlalte organite celulare (aparatul Golgi, mitocondrii). Gradul de cromatoliz depinde de varietatea neuronilor afectai, de natura i de distana seciunii fa de corpii celulari. Modificrile regenerative timpurii indic faptul c corpul celular este implicat ntr-o sintez masiv de proteine necesare pentru nlocuirea poriunii degenerate a axonului. Reparaiile celulare ncep la cca 20 de zile dup secionare i devin complete dup 80 de zile. Corpusculii Nissl i aparatul Golgi se refac treptat iar celula capt forma i dimensiunile normale. Aceast refacere celular nu garanteaz ns i o supravieuire de lung durat a neuronului lezat. Dac un neuron regenerat nu reuete s stabileasc contacte sinaptice cu o celul int potrivit, el poate muri. Dac axonii lezai se afl n SNC celulele gliale specializate, i n primul rnd microglia, dar i astroglia, prolifereaz i absorb prin fagocitoz resturile celulare. De aceea aceste tipuri de celule gliale se mai numesc i fagocite. Astrocitele fibroase vor forma esutul cicatricial.

Degenerare anterograd

Degenerare retrograd

23

Degenerarea transneural.

n general degenerescena se oprete la nivelul sinapselor. Dar n anumite situaii ea se exercit i transneural. De exemplu degenerarea nervului optic secionat se transmite transsinaptic i n neuronii ganglionului geniculat lateral i chiar mai departe. La fel dup secionarea rdcinilor medulare posterioare apare degenerescena neuronilor din coarnele anterioare.

b) Regenerarea neuronal

Regenerarea neuronal reflect de fapt fenomenele de neuroplasticitate. Se face pe seama celulelor Schwann care-i prelungesc citoplasma sub form de muguri care dau natere la 50-100 prelungiri. Procesul ncepe la 2-3 sptmni de la secionarea axonului. Din cele 50-100 ramuri nmugurite abia una ptrunde n teaca endoneural format de teaca Schwann golit. Acest lucru este deci posibil dac exist o soluie de continuitate la distan de cel puin 3 min. ntre capetele seciunii i de aici necesitatea apropierii acestor capete prin procedeul de neurorefie. Rata zilnic de cretere este de 0,25 mm n jurul leziunii i de 4 mm/zi n segmentul distal. Creterea fibrelor nervoase se face deci foarte lent, regenerarea nervului necesitnd perioade de unul sau mai muli ani. Dac spaiul care separ cele dou fragmente secionate este mai mare de 3 mm i este ocupat de esut cicatricial ce creiaz un obstacol pentru fibrele care nmuguresc, acestea se ncolcesc i formeaz o structur tumoral numit neurom. Durerile fantomatice ce le semnaleaz unii bolnavi dup amputaii sunt cauzate de apariia acestei formaiuni tumorale. n procesul regenerrii pot survenii unele complicaii. Este posibil ca un numr de fibre s creasc n teaca altui nerv dect cel original sau ca fibrele unui nerv senzitiv s creasc n segmentul distal al unui nerv motor, sau invers. Astfel se descrie regenerarea aberant a nervului facial, cnd unele fibre pot lua direcia spre ganglionul sfenopalatin i glanda lacrimal. La astfel de persoane apare sindromul lacrimilor de crocodil, caracterizat prin hiperlacrimaie n timpul masticaiei. Axonii sntoi din apropierea unei fibre secionate pot rspunde uneori la degenerarea acestora prin dezvoltarea unor muguri adiaceni colaterali care inerveaz zonele sinaptice abandonate de axonii degenerai. Aceste ramuri colaterale pot avea origine din terminaiile axonice sau din colateralele pornind de la nivelul strangulaiilor Ranvier. nainte vreme se credea c aceast nmugurire colateral ar fi determinat de substane chimice eliminate de axonii degenerai, dar cercetrile recente au artat c ele sunt determinate de anumii factori eliberai de esuturile int. De exemplu nmugurirea colateral poate fi indus n neuronii motori prin simpla pstrare a muchiului int ntr-o stare de inactivitate, i absent dac acest muchi este stimulat electric. Creterea axonilor este determinat n mare msur de interaciunea ntre axonii care cresc n mediul tisular n care se dezvolt. La captul axonului exist o structur numit conul de cretere a axonului. Axonul se strecoar prin esuturi prin conul su de cretere. Penetrarea conului de cretere se numete filopodie. Conurile de cretere conin actin, care determin extensii i retracii citoplasmatice cu un ritm de 6-10 m/min. Noile structuri formate inclusiv microtubulii i neurofilamentele sunt aduse printr-un transport axoplasmatic din poriunea proximal a axonului. Direcia de cretere a axonului este dictat n parte de moleculele de adeziune celular, glicoproteine membranare care accelereaz procesul de comunicare intercelular.

Regenerarea nervilor este un proces care se realizeaz deosebit de greu la vertebratele superioare i la om, comparativ cu vertebratele inferioare i la nevertebrate, la care acest proces se realizeaz deosebit de uor. Dac factorii care promoveaz regenerarea precis la vertebratele inferioare ar putea fi identificai i apoi aplicai n cazul regenerrii nervoase la om, acest lucru ar putea face posibil recuperarea unor leziuni cerebrale.

Neurotransplantarea

S-a pus problema dac sistemul nervos poate fi transplantat i dac acest esut poate nlocui zonele lezate din SNC i sistemul nervos periferic.

24

In anul 1971 a nceput era modern a neurotransplantrii printr-un studiu care a adus dovezi indubitabile privind supravieuirea esutului neuronal transplantat n creierul unei gazde. Aceti neuroni transplantai aveau ADN-ul nuclear marcat n prealabil cu timidin radioactiv. Era vorba de o poriune din cerebelul unor obolani tineri n vrst de 7 zile. Dup dou sptmni examenul antoradiografic indica faptul c cei mai muli din neuronii transplantai supravieuiau. Cercetri ulterioare au artat c eliminarea transplantului n SNC este rar ntre membrii aceleai specii, n special dac esutul este preluat de la donatori nou nscui sau embrioni. Zonele optime pentru neurotransplant sunt acele zone puternic vascularizate i care au un suficient spaiu de cretere. Un implant va dezvolta o structur normal spre proieciile sale neuronale doar dac este implantat ntr-o zon corespunztoare. In aceast situaie, neuronii transplantai se dezvolt la fel ca i n organismul donatorului. De exemplu cnd precursorul embrionar al retinei este transplantat la obolani nou nscui n cortexul nevizual sau cerebel, care n mod normal nu primesc informaii de la retin, acetia nu supravieuiesc.

Aceste cercetri de pionierat privind neurotransplantarea au fost motivate de ideea c ele ar putea dovedi posibilitatea de realizare a unor procedee utilizate n terapia unor leziuni nervoase. Eforturile pentru a promova regenerarea n SNC s-au focalizat pe ntrebarea de ce neuronii sistemul nervos periferic regenereaz, pe cnd cei ai SNC nu realizeaz aceast regenerare? Cercetrile au dovedit c neuronii SNC au capacitatea de a regenera n cazul n care sunt implantai n structurile sistemului nervos periferic. Astfel, neuronii periferici senzitivi regenereaz normal de-a lungul rdcinilor medulare posterioare pn ajung n mduva spinrii, la nivelul creia regenerarea se oprete. S-a pus problema c la nivelul SNC exist ceva care mpiedic regenerarea. Au fost discutate dou posibiliti: Una este c esutul fibros al astrogliei care prolifereaz n zona lezat a SNC ar mpiedica proliferarea. Dar s-a constatat c eliminarea acestui esut cicatricial nu a creat posibilitatea regenerrii neuronilor n SNC. A doua posibilitate este c n opoziie cu celulele Schwann din sistemul nervos periferic, oligodendroglia, care aa cum am amintit are rolul de a mieliniza mai muli axoni din SNC. Acest proces s-a dovedit a fi un substrat fizic propice axonilor n vederea regenerrii lor. Cercetrile fcute cu neuronii SNC care erau obligai s nmugureasc i s se dezvolte n conducte formate din celule Schwann, au ajuns la concluzia c n aceste condiii aceti neuroni pot regenera oprindu-i ns procesul de regenerare odat ajuni n zona SNC. O arie larg de preocupri privind neurotransplantul a constat n posibilitile de tratare a afeciunilor cerebrale prin neurotansplantare, de nlocuire a esutului bolnav lezat cu esut sntos. Aceast abordare a fost utilizat n mai multe direcii, dar cele mai mari progrese s-au obinut n tratamentul bolii Parkinson. Boala este dat de degenerarea unei populaii de neuroni dopaminergici din substana neagr a trunchiului cerebral i care se proiecteaz n zona neostriatului din nucleii bazali (este o boal degenerativ care se caracterizeaz printr-un comportament motor aberant). Precursorii celulelor eliberatoare de dopamin din subtana neagr obinute de la embrionii obolanilor au fost transplantai n peretele ventriculului cerebral vis-a-vis de leziunile experimentale din substana neagr care inducea simptomele bolii Parkinson sau ntr-o cavitate adiacent creiat pe cale neurochirurgical n apropierea neostriatului. Numeroi axoni din implant au crescut ulterior n neostriat. Dup ase luni de la neurotransplant se observa o mbuntire a comportamentului motor afectat de leziunile din substana neagr. Imbuntirea comportamentului motor era direct proporional cu numrul neuronilor regenerai. La bolnavii parkinsonieni s-a transplantat esut dopaminergic din medulosuprarenal n zona ventriculilor laterali din apropierea neostriatului. Acest procedeu a dus la ameliorarea simptomelor bolii. Una din cele mai recente i mai spectaculoase strategii de cercetare n domeniul neurotransplantrii preconizeaz grefa de celule provenite de la embrioni avortai a cror celule regenereaz prin colonizare esuturile nervoase lezate sau distruse. Ca urmare, au fost iniiate studii ce urmresc, pe parcursul dezvoltrii embrionului evoluia sistemuli nervos, cutnd s determine perioada optim pentru recoltarea celulelor n vederea neurotransplantrii i de aici interesul i dezvoltarea care a fost adus cercetrilor privind embriogeneza i organogeneza SNC i sistemului nervos periferic. n aceast etap cercetrile se desfoar nc pe animale de laborator. In prezent, se efectueaz experiene pe maimue mult mai apropiate structural de om, iar primele rezultate sunt ncurajatoare. Transplantul de esut nervos promite s amelioreze sau chiar s vindece, n viitor i alte boli provocate de distrucii aprute la nivelul creierului i SNP cum ar fi epilepsia, scleroza n plci, boala Alzheimer.

Arcul reflex

Prin act reflex se nelege reacia de rspund involuntar i incontient a organismului, aprut la aplicarea unui stimul asupra unei zone receptoare, cu

25

participarea sistemului nervos. Reflexele secretorii i motorii gastrice i intestinale, reflexele respiratorii, circulatorii precum i reflexele motorii care menin echilibrul i postura se desfoar fr un control contient. Atingerea cu degetul a unei suprafee ascuite provoac retracia minii nainte de apariia durerii contiente, ceea ce demonstreaz caracterul involuntar al reflexului. Baza anatomic a actului reflex este arcul reflex, compus din cinci elemente: receptorul, calea aferent, centrul reflex, calea eferent i efectorul. Terminaiile nervoase libere sau specializate ndeplinesc rolul de receptori. In alctuirea cilor aferente intr fibre nervoase senzitive a cror neuroni de origine sunt situai n ganglionii spinali sau n ganglionii nervilor cranieni. Este vorba de dentritele acestor neuroni. Centrii nervoi pot fi localizai n mduva spinrii sau n etajele supraiacente. Calea aferent este constituit din fibre nervoase motorii somatice sau vegetative. Dei majoritatea celulelor din organism se comport ca i efectori, esuturile specializate n rspunsuri efectoare sunt muchii i glandele. Receptorii transform diferitele forme ale variaiilor de energie din mediul nconjurtor, n semnale nervoase. In receptori are loc n acelai timp o codificare a informaiei. Din punct de vedere structural, receptorii sunt fie terminaii nervoase libere, fie formaiuni specializate. Clasificarea receptorilor a fost fcut pentru prima dat de Sherrington n 1906, n funcie de localizarea lor: exteroreceptori i interoreceptori. Exteroreceptorii rspund la stimuli care iau natere n afara organismului, iar interoreceptorii la cei din interiorul lui. Exteroreceptorii la rndul lor sunt de dou feluri:

a) Telereceptori (receptorii la distan). Sursa de energie care excit asemenea receptori este situat la distan (de exemplu receptorii vizuali, auditivi).

b) Receptorii de contact, vin n contact direct cu sursa de energie (de ex. receptorii tactili).

Interoreceptorii, n funcie de amplasarea lor se mpart n: a) Proprioreceptorii, rspndii n muchi, tendoane, articulaii i aparatul vestibular. b) Visceroreceptorii, mprtiai difuz n organele interne.

n ultima vreme se prefer o clasificare a receptorilor n funcie de natura energiei care i influeneaz. Se disting astfel:

1) Mecanoreceptorii cum ar fi: receptori tactili, auditivi (sensibili la vibraii), presoreceptorii, baroreceptorii din artere (zona sinusului carotidian); fusurile neuromusculare i corpusculii tendinoi Golgi.

2) Termoreceptorii sensibili la radiaiile calorice: receptorii pentru cald i pentru rece. 3) Receptorii electromagnetici excitai de radiaiile electromagnetice reprezentai de celulele cu

conuri i bastonae din retin. 4) Chemoreceptorii sensibili la modificrile chimice ale mediului intern: receptorii din muguri

gustativi, receptorii epiteliului olfactiv, receptorii aortici i din glomusul carotidian, sensibili la pO2 sanguin i a pCO2 sanguin, receptori sensibili la concentraia sanguin a glucozei, a acizilor aminai i a acizilor grai, situai de asemenea n hipotalamus.

5) Osmoreceptorii din nuclei anteriori ai hipotalamusului i 6) Algoreceptorii sau nociceptorii impresionai de stimulii dureroi, reprezentai de fibrele

nervoase libere. Metodele moderne de studiu al receptorilor constau n introducerea unor microelectrozi fie n receptori, fie n nervii afereni, cu nregistrarea potenialului de aciune. Primele determinri au fost fcute n 1950 de Katz asupra proprioreceptorilor. Ulterior, astfel de cercetri s-au extins i asupra corpusculilor tactili Vater-Pacini. Fibra nervoas din corpusculul Vater-Pacini are dimensiuni de 2m. Captul distal al fibrei nervoase aferente din interiorul corpscului este amielinic. nc din interiorul corpusculului, fibra nervoas ncepe s fie acoperit de teaca de mielin. Prima strangulaie Ranvier se afl n interiorul corpusculului, iar cea de a doua strangulaie, n apropierea punctului n care fibra nervoas prsete corpusculul. Microelectrozii introdui n receptor, n poriunea de fibr nervoas amielinic au artat c sub influena stimulului, n fibra nervoas apare o modificare a potenialului de repaus proporional cu intensitatea stimulului, care nu se supune legii tot sau nimic. Cu ct presiunea exercitat asupra receptorului crete, cu att se amplific depolarizarea n corpusculul Vater-Pacini ajungnd pn la 100 mV. Variaia de potenial electric aprut n receptor sub aciunea stimulului poart denumirea de potenial receptor sau potenial generator. Presiunea exercitat produce o deformare a terminaiunii nervoase, cu

26

deschiderea canalelor pentru Na+ i ptrunderea Na+ n interiorul fibrei. Cu ct presiunea exercitat este mai mare, cu att mai mult Na+ strbate membrana. Modificrile de potenial din receptor ce ating valoarea de 10 mV sunt transmise de-a lungul fibrei. Transmiterea depinde de diferena de potenial dintre prima strangulaie Ranvier i receptor. Cnd se anesteziaz sau se comprim prima strangulaie Ranvier potenialul generator din receptor nu se transmite. Potenialul generator ce se transmite prin nerv, d natere la potenialul de aciune sau potenialul propagat care ia natere ntre prima i a doua strangulaie Ranvier.

Codificarea informaiei la nivelul receptorului

Pn acum am prezentat funcia de traductor a receptorului, de transformare a energiei din mediul nconjurtor n semnal nervos. Un stimul fiziologic ce acioneaz asupra receptorilor este caracterizat prin urmtorii parametri: calitate, intensitate, extindere care reprezint distribuie spaial i durata de timp, care reprezint desfurare temporal. Toi aceti parametri sunt codificai n semnalul pe care receptorul l transmite centrilor nervoi superiori.

Codificarea calitii stimulului

Codificarea calitii stimulului depinde n primul rnd de structura poriunii aneurale a receptorului. Fiecare tip de receptor rspunde la un anumit tip de stimulare, sau cu alte cuvinte receptorii sunt celule specializate n perceperea unei forme de energie, reacionnd slab sau deloc la alte forme. Forma de energie la care terminaia aferent rspunde optimal n timpul funcionrii normale poart numele de stimul adecvat. In circumstane neobinuite, terminaiile aferente descarc i la alte forme de energie. Senzaiile percepute sunt ns ntotdeauna cele ale stimulului adecvat pentru receptor, indiferent de forma de energie care a iniiat descrcrile de poteniale de aciune la nivelul terminaiilor sau de-a lungul cii aferente.

Codificarea intensitii stimulului.

Potenialele propagate n nervul aferent sunt cu att mai frecvente cu ct potenialul receptor este mai mare. Prin urmare, receptorul codific informaia prin modularea fecvenei. Stimulii slabi dau natere la impulsuri slabe n nervi, iar stimulii puternici, la impulsuri frecvente. Creterea potenialului generator nu schimb amploarea potenialului de aciune din nerv ci doar frecvena lui. Sistemul nervos central interpreteaz intensitatea stimulului printr-o codificare n frecven, existnd un paralelism net ntre frecvena absolut i intensitatea stimulului, exprimat n legea Weber-Fechner, care demonstreaz c frecvena impulsurilor nervoase generat de un nerv senzitiv (F) este proporional cu logaritmul intensitii stimulului (IS): F = K log IS

Constanta K este constant de proporionalitate Rspunsul logaritmic al receptorilor la intensitatea stimulului confer acestora o scar foarte larg de sensibilitate i perceptivitate. Dac receptorii nu ar rspunde logaritmic, nu ar putea fi detectate dect modificrile mari ale intensitii stimulului. Creierul ns apreciaz de fapt intensitatea real a stimulului (IR), senzaia perceput, nu n raport cu logaritmul stimulului, ci cu intensitatea stimulului (IS) ridicat la o putere constant (A) nmulit cu constanta de proporionalitate (K). Acest fenomen este cunoscut n psihofiziologie sub numele de legea puterii: IR = K.(IS)A Exponentul A i constanta K sunt diferite pentru fiecare tip de senzaie. Legea nu este valabil pentru toate tipurile de energie, lipsind corespondena ntre stimuli i senzaie, mai ales la energiile foarte mici i foarte mari. La valorile medii ale energiei stimulul crete n progresie geometric, iar senzaia perceput n progresie aritmetic. Se poate remarca o relaie liniar att cu intensitatea r