1.Bazele excitabilitatii si conducerii nervoase

Excitabilitatea este proprietatea materiei vii de a reactiona prin manifestari specifice la actiunea unor stimuli din mediul ambiant.

Legile excitabilitatii

1.aparitia reactiei de raspuns din partea unui tesut viu, la stimulare, se produce numai in cazul in care stimulul are o anumita intensitate: intensitate prag(liminara);

2. stimularea subliminara poate produce modificari membranare locale prin sumatie;

3.cresterea intensitatii stimulului este urmata de o amplificare proportionala a reactiei de raspuns , panase ajunge la reactia maximala. Dupa aceasta, oricat demult ar creste intensitatea stimulului , reactia de raspuns va fi aceeasi.

4.raspunsul celular apare dupa un anumit interval de timp din momentul actiunii excitantului (perioada de latenta)

5.excitantul trebuie sa actioneze cu o anumita bruschete si sa persiste o durata minima de timp pentru a produce stimularea celulei.

Excitabilitatea si conductibilitatea sunt proprietati si moduri de raspuns ale membranei neuronale datorate modificarilor de permeabilitate si fenomenelor electro-chimice ale acesteia la stimulii din mediu.

Cantitativ, excitabilitatea se evaluează cu ajutorul mărimilor numite reobază şi cronaxie.

Reobaza – intensitatea minimă a unui excitant (stimul) cu durată de acţiune foarte mare

(teoretic infinită) care poate să declanşeze excitaţia în sistemul biologic.

Cronaxia – durata minimă a unui excitant de intensitate egală cu dublul reobazei pentru

care acesta poate produce excitarea.

Relaţia lui Weiss este o relaţie între valorile intensităţii şi duratei unui stimul care

poate produce excitarea unui sistem biologic:

1

i = a/t + b

unde a, b – constante ce depind de sistem.

Potentialul de repaus al membranei este generat de diferentele de concentratie ionica dintre mediile intra- si extracelular , in conditiile in care fluxul net al ionilor ce traverseaza membrana in ambele sensuri este egal cu 0, realizandu-se astfel starea de echilibru.

Repartitia ionilor pe cele 2 fete ale membranei se datoreaza fortelor de difuziune si electrostatice.Aceste forte sunt opuse ca sens si tind sa se egalizeze.

La nivelul unei membranei , potentialul de difuziune care contrabalanseaza exact difuziunea neta a unui anumit tip de ion prin membrana este numit potential Nernst , si magnitudinea potentialului este determinata de raportul dintre concentratiile ionului respectiv pe ambele fete ale membranei(c int/ c ext).

Fortele electrostatice reprezinta lucrul mecanic ce trebuie depus pentru traversarea membranei celulare de catre ionul respectiv impotriva diferentei de potential electric existent.

W=z*E*F , W= lucrul mecanic

z- valenta ionului respectiv

E-diferenta de potential

Fortele de difuziune - lucrum mecanic ce trebuie depus de acelasi ion pentru traversarea membranei impotriva diferentei de concentratie.

W=R*T*ln(I int / I ext) , R= constanta universala a gazelor

T = temperatura absoluta

I = concentratia ionului

La echilibru : Relatia Nernst

2

La 37ºC si incazul ionilor monovalenti R*T/z*F=61

E=±61 lg(Ii/Ie)

Teoretic, potenţialul de repaus al celulei se calculează cu relaţia Goldman-Hodgkin-Katz:

C+, A- – specii de cationi, respectiv anioni, difuzibiliP – permeabilitatea membranei pentru specia respectivă.

Astfel s-au putut calcula potentialele de echilibru ale fiecarei specii ionice:

Sodiu 61 mV

Potasiu -90 mV

Clor -70 mV

Importanta ecuatiei

1.Sodiul, potasiul si clorul sunt cei mai importanti ioni in producerea potentialului de membrana la nivelul fibrelor nervoase si musculare.

2.Importanta relativa a fiecarui ion in determinarea potentialului de membrana este proportionala cu permeabilitatea membranei pentru acel ion

3.Un gradient de concentratie pozitiv orientat dinspre interiorul membranei spre exterior determina incarcarea negativa a fetei interne a membranei.

4.Permeabilitatea canalelor de sodiu si potasiu sufera modificari rapide in timpul transmiterii impulsului nervos, spre deosebire de permeabilitatea canalelor de clor, care se modifica nesemnificativ in timpul procesului..

3

Circuitul electric echivalent pentru descrierea potenţialului de repaus celular

Bistratul lipidic se comportă din punct de vedere electric ca un izolator. Deoarece suprafaţa bistratului este de 200 de ori mai mare decât suprafaţa canalelor ionice, se poate vorbi despre o capacitate electrică a membranei celulare.

Capacitatea electrică reflectă proprietatea membranei de a menţine o încărcare electrică de semne contrare pe cele două feţe ale ei. Capacitatea electrică a membranei, CM are valori în jur

de 1 F/cm2. Dacă se notează cu EK, ENa, ECl, potenţialele de echilibru electrochimic ale diferiţilor ioni şi cu RK, RNa, RCl, rezistenţele canalelor specifice în serie cu E, se obţine o baterie de trei elemente legate în paralel a cărei tensiune electromotoare echivalentă va fi:

, unde se notează cu g conductanţa

Masurarea PR

Potentialul de repaus poate fi măsurat direct, cu ajutorul microelectrozilor de sticlă, sau indirect, prin utilizarea unor substanţe fluorescente ionizate (de exemplu

4

tiocianatul). Microelectrodul de sticlă este o pipetă obţinută prin tragere la cald, având vârful mai mic de 0,5 microni. Străpungerea membranei cu acest microelectrod nu lezează considerabil membrana, iar contactul de scurtcircuitare între citoplasmă şi fluidul extracelular nu are loc deoarece membrana se strânge în jurul vârfului de sticlă (din cauza tensiunii superficiale). Microelectrodul este umplut cu o soluţie de electrolit (de obicei KCl, 3M). Se măsoară diferenţa de potenţial între microelectrodul introdus în celulă şi un electrod de referinţă(electrod indiferent), nepolarizabil.

Potentialul de actiune

PA-modificari rapide ale potentialului de membrana ce se distribuie rapide de-a lungul fibrei nervoase , deci o depolarizare trecătoare a membranei celulare prin care interiorul celulei devine mai puţin negativ decât în stare de repaus şi diferenţa de potenţial de-o parte şi de alta a membranei celulare scade.PA prezinta mai multe etape.1.Etapa de repaus- reprezinta PR inainte de debutup PA2.Perioada de latenta- reprezinta intervalul de timp dintre momentul stimularii si momentul inceperii PA. Dureaza aproximativ 0,1 ms si in aceasta perioada permeabilitatea membranei pentru ionii de Na creste de la valoarea de repaus(aproape 0), la valori maxime, de cateva sute de ori mai mari.3.Etapa de depolarizare( aprox. 1 ms)Membrana celulara este foarte permeabila pentru ionii de sodiu, iar potentialul creste spre valori pozitive(aproximativ + 35 mV).In fibrele nervoase mari, influxul de ioni de sodiu determina schimbarea brusca a potentialului de membrana catre valori ce depasesc valoarea 0, fenomen numit ”overshoot”. In fibrele nervoase mici, potentialul creste, dar nu depaseste valoarea 0, deci nu se produce overshoot-ul.

5

4.Etapa de repolarizareLa valoarea de aproximativ +35 mV a potentialului de membrana, portile interne ale canalelor de sodiu se inchid, si astfel inceteaza patrunderea in celule a Na.Aproape simultan se activeaza canalele de potasiu si astfel se produce efluxul ionilor de K, care vor părăsi celula atât sub influenţa gradientului de concentraţie cât şi sub aceea a gradientului de potenţial electric. Se revine la PR de -90mV.

Initierea PAAtunci cand o cauza oarecare produce cresterea potentialului de membrana la valori de -70-65mV , valoare numita prag de excitatie, canalele de sodiu voltaj dependente se deschid, crescand astfel influxul celular de sodiu.Cresterea concentratiei intracelulare de sodiu va produce prin feedback pozitiv deschiderea altor canale de Na voltaj dependente, pana se atinge o anumita valoare a potentialului electric, moment in care canalele de Na se inchid si se deschid cele de potasiu.

Propagarea PADepolarizarea locala a membranei genereaza curenti ionici ce vor depolariza zonele adiacente , astfel PA se deplaseaza in toate directiile pornind dinspre locul stimularii.Viteza de propagare este constanta si proportionala cu diametrul fibrei nervoase.Impulsul nervos=transmiterea procesului de depolarizare de-a lungul fibrei nervoaseLa nivelul fibrei nervoase mari pot fi transmise intre 100000 si 50000000 de impusuri inainte ca diferentele de concentratie sa scada atat de mult incat PA sa inceteze.Restabilirea diferentei de concentratie se datoreaza in special pompei Na-K . Activitatea acestei pompe creste proportional cu puterea a 3-a a cresterii concentratiei Na intracelular.

Sisteme de transport transmembranar

1.Pompa de sodiu-potasiu

6

-pompeaza 3Na+ in spatiul extracelular si 2K+ de potasiu in cel intracelular prin transport activ primar-reprezinta un complex proteic alcatuit dintr-o subunitate alfa(≈113kD)(care prezinta1. receptori pentru ionii de Na la nivelul segmentului intracelular si 2. receptori pt ionii de K la nivelul segmentului extracelular.Tot la nivelul segmentului intracelular prezinta si 3. site-ul de fosforilare) , si o unitate beta(≈35kD) .

Mod de functionare-3 ioni de Na se leaga de segmentul intracelular, si 2 ioni de K se leaga de segmentul extracelular.- se activeaza functia ATP-azica a pompei, ATP-ul este scindat in ADP si fosfat, iar energia astfel obtinuta este folosita pentru transportul ionilor de Na si KIn cazul in care gradientele elctochimice pentru ionii de sodiu si potasiu sunt crescute suficient de mult , a.i. energia lor sa fie mai mare decat cea obtinuta prin hidroliza ATP, pompa va functiona si in sens invers, producand ATP din ADP si fosfat.

Activitatea pompei sodiu-potasiu este controlata de urmatorii hormoni:1. H. tiroidieni-actioneaza asupra transcriptiei genei, stimuland-o.2. Aldosteronul- stimuleaza cresterea numarului de pompe in multe tesuturi3. Catecolaminele-dopamina scade functia ATP-azica a pompei in rinichi,

adrenalina stimuleaza activitatea pompei in muschii scheletici.4. Insulina- stimuleaza activitatea pompei prin cresterea afinitatii sodiului pentru

subunitatile Alfa 1 si 2. Deasemenea, insulina activeaza si unele pompe latente aflate deja la ivelul membranei celulare.

Importanta pompei Na-Ka. controlul volumului celularb. produce un potential electric transmembranar

2.Canalul de difuziune K-Na –proteina canal prin care difuzeaza Na si K.Esta de aproximativ 100 de ori mai permeabil pentru K decat pt Na.

3.Canalul de Na reglat prin voltaj

7

-prezinta o poarta de activare si una de inactivare-in PR, poarta de activare este inchisa-un voltaj cuprins intre -70 si-50mV determina deschiderea portii de activare, si astfel este permisa intrarea ionilor de Na in celula.In aceasta perioada permeabilitatea membranara pt Na creste de aproximativ 500 de ori- cresterea voltajului produce si inchiderea portii de inactivare, dar la un interval de cateva ms fata de deschiderea portii de activare.Dupa inchiderea portii de inactivare, ionii de Na nu vor mai patrunde in celula, ioa potentialul membranar va scadea spre valoarea de repaos

4.Canalul de potasiu reglat prin voltaj- in timpul PR, poarta canalului este inchisa- poarta canalului se deschide aproximativ in aceeasi perioada in care canalele de sodiu incep sa se inchida, si astfel o mare cantitate de K este expulzata in afara celulei , conducand la revenirea PR dupa cateva ms

5. Canalul Ca-Na reglat prin voltaj-sunt canale lente (se activeaza de 10-20 de ori mai lent decat canalele de Na)-cand sunt deschise atat ionii de Na cat si cei de Ca vor intra in interiorul celulei

6.Pompa de Ca-expulzeaza ionii de Ca in exterior, creand un gradient de concentratie intre spatiile extra- si intracelular de aprox. 10000(extracelular 1,3 mEq/l si intracelular 0.0001mEq/l )Ionii de calciu actioneaza asupra canalelor de sodiu.Astfel, atunci cand exista un deficit de calciu, canalele de sodiu se activeaza la modificari foarte scazute ale potentialului membranar, ceea ce face ca fibrele nervoase sa devina foarte excitabile, conducand la aparitia tetaniei.

Fibrele nervoase mielinizate si nemielinizare

Fibrele nemielinizate prezinta propagare recurentă (din aproape în aproape) prin curenţi locali (Hermann) ce traversează întreaga suprafaţă a membranei axonale şi se închid prin axoplasmă şi lichid interstiţial (spre centru în exterior şi invers în interiorAxonul fibrei mielinice este inconjurat de teaca de mielina , care este intrerupta la distant de 1-3mm de nodurile Ranvier.Teaca de mielina are rol izolator datorita continutului mare de sfingomielina.Teaca de mielina este produsa la nivelul SNP de catre celulele Schwann, iar la nivelul SNC de catre oligodendrocite.Prin fibrele mielinizate, impusul nervos este condus “saltatoriu”, din nod in nod. Datorita conducerii saltatorii, viteza transmiterii impulsului creste de pana la 5-50 de ori mai mult fata de conducerea la nivelul unei fibre nemielinizate. Deasemenea, si o mare parte din energia necesara conducerii impusului nervos se conserva, caci depolarizarea va fi efectuata doar la nivelul nodurilor Ranvier.

8

Tipuri de fibre si vitezele de conducere

• Fibra Mielinică Aα , are diametrul de 10-20μm , si conduce cu o viteză de 60-120m/s. Exemple: fibrele motoneuronilor α, proprioreceptorilor

• Fibra Mielinică Aβ, are diametrul de 7-15μm, viteza de 40-90m/s. Exemple: fibrele exteroreceptorilor tactili i presoreceptoriiș

• Fibra Mielinică Aγ , are diametrul de 4-8μm, viteza de 30-40m/s. Exemple: fibrele motoneuronilor γ

• Fibra Mielinică Aδ , are diametrul de 2,5-5μm, viteza de 15-25m/s. Exemple: fibrele receptorilor durero i, termorecptorilorș

• Fibra Mielinică B , are diametrul de 1-3μm, viteza de 3-14m/s. Exemple: fibre vegetative preganglionare

• Fibra Amielinică C, are diametrul sub 1μm, i viteza de 0,5-2m/s. Exemple: fibreleș implicate în răspunsul reflex dureros, fibre vegetative postganglionare

Determinantii vitezelor de conducere

1.prezenta tecii de mielina mareste viteza de pana la 50 de ori

2.diametrul fibrei; intre diametrul fibrei si viteza de conducere exista un raport constant pt acelasi tip de fibra si aceeasi specie

3.lungimea internodului care este dp cu viteza de conducere

*Toxina difterica sau scleroza multipla produc pierderea tecii de mielina , deci produc scaderea vitezei de conducere sau chiar stoparea conducerii nervoase.

Arc reflex si act reflex

9

Mecanismul fundamental de functionare al SN este actul reflex. Refluxul reprezinta reactia de raspuns a centrilor nervosi la stimularea unei zone receptoare. .

Baza anatomică a actului reflex este arcul reflex, alcătuit din cinci componente anatomice: receptorul, calea aferentă, centrii nervoşi, calea eferentă şi efectorii.

Receptorul este o structură excitabilă care răspunde la stimuli prin variaţii de potenţial gradate proporţional cu intensitatea stimulului.

- traduce informatia purtata de stimul in influx nervos

A.In functie de tipul excitantului se deosebesc:

1.mecanoreceptori

2.termoreceptori

3.nociceptori

4.chemoreceptori

5.receptori electromagnetici

6.baroreceptori

7.voloreceptori

8.osmoreceptori

B.Dupa localizare:

1.exteroceptori

2.proprioceptori

3.interoceptori

C.Dupa structura receptorului

1.terminatii dendritice libere

2.celule senzoriale

3.corpusculi senzitivi

10

4.organe receptoare cu structura complexa.

D. În funcţie de viteza de adaptare:→ fazici – răspund cu o creştere a activităţii la aplicarea stimulului, dar în ciuda menţinerii acestuia, activitatea lor scadeulterior (de exemplu, receptorul olfactiv);→ tonici – prezintă o activitate relativ constantă pe toată durata aplicării stimulului: receptorul vizual.

Calea aferenta

Receptorii vin în contact sinaptic cu terminaţiile dendritice ale neuronilor senzitivi din ganglionii spinali sau din cei de pe traiectul unor nervi cranieni (senzitivi şi mixti).

Distribuţia căii aferente spre centrii nervoşi se face în două moduri:

→ convergenţa este un mod de distribuţie în care un singur neuron central primeşte contacte sinaptice de la mai multe fibre aferente;→ divergenţa constă în ramificarea unei singure fibre aferente la mai mulţi neuroni centrali.

Centrii

Potenţialele de acţiune dendritice, ajunse la neuronul senzitiv, se propagă mai departe centrifug de-a lungul axonului acestuia, până la prima sinapsă.

În cazul unui reflex elementar (format din doi neuroni, unul senzitiv şi unul motor), centrul nervos al reflexului este reprezentat de neuronul motor (reflexe monosinaptice). În cazul unor activităţi reflexe mai complexe, calea aferentă esteformată dintr-un lanţ alcătuit din trei sau mai mulţi neuroni senzitivi, iar centrii reflecşi sunt reprezentaţi de totalitatea sinapselor care se realizează în ariile corticale sau în nucleii subcorticali ce primesc şi prelucrează informaţia primită de la periferie şi elaborează răspunsul efector (reflexe polisinaptice). Prin centrul unui reflex se înţelege totalitatea structurilor din sistemul nervos central care participă la actul reflex respectiv.

Sistemul nervos central are trei nivele majore, cu roluri funcţionale specifice:– nivelul măduvei spinării;– nivelul subcortical;– nivelul cortical.

Calea eferentă

Calea eferentă reprezintă axonii neuronilor motori somatici şi vegetativi prin care se transmite comanda către organul efector. Cea mai simplă cale eferentă se întâlneşte la reflexele somatice; ea este formată din axonul motoneuronului α din coarnele anterioare ale măduvei spinării.

11

În cazul sistemului nervos vegetativ, calea eferentă este formată dintr-un lanţ de doi neuroni motori:→ un neuron preganglionar, situat în coarnele laterale ale măduvei spinării sau într-un nucleu vegetativ din trunchiul cerebral;→ un neuron postganglionar, situat în ganglionii vegetativi periferici (extranevraxiali).

Efectorii

Pentru sistemul nervos somatic, efectorii sunt muşchii striaţi, iar pentru sistemul nervos vegetativ sunt muşchii netezi, glandele endocrine şi cele exocrine.

Reflexele miotatice

-sunt formate din 2 neuroni

-au durata de latent scurta 1-3ms

-nu iradiaza

-produc contractia unui muschi ca urmare a intinderii lui si tensionarii fusului neuromuscular , concomitenta cu cea a fibrelor extrafusale

Receptorii sunt :

1.fusuri musculare-localizate la nivelul corpului muscular

-transmit SNC informatii despre lungimea muschiului sau despre rata modificarii lungimii sale

Fusul muscular este alcatuit din 3-12 fibre intrafusale atasate glicocalixului fibrelor extrafusale. Fibrele intrafusale nu prezinta in zonele lor central elemente contractile.

Fibrele senzoriale isi au originea in aceasta zona, si sunt stimulate de alungirea intregului muschi care va intinde si zona central a fibrelor intrafusale.

Terminatii senzoriale la nivelul fibrelor intrafusale

a.primare= anulospirala

-dispusa circular in jurul zonei central

-este de tip Ia , diametru=17 µm, v=70-120m/s

-sunt stimulate de fibrele nucleare cu sac/lant nuclear

12

b.secundare- de tip II, cu d=8 µm

-pot fi dispuse circular, sau ramificat

- sunt stimulate numai de fibrele intrafusale cu lant nuclear

2.organe tendinoase Golgi

-localizate in tendoanele musculare

-transmit informatii despre tensiunea din tendon si/sau rata modificarii acesteia

-prezinta un receptor senzorial invelit intr-o capsula fibroasa care contine un nr mare de fibre tendinoase ale muschilor scheletici.

-impusurile nervoase sunt transmise prin fibre nervoase de tip Ib, d=16microni

-stimularea OTG prin cesterea tensiunii tendonului muschiului respective initiaza transmitera impulsurilor catre maduva spinarii si generarea unui reflex inhibitor si asigura un mechanism de feedback negative ce impiedica crestera tensiunii.

Calea aferenta contine fibre mielinice senzitive aferente ce vor intra in substanta cenusie a maduvei prin coarnele dorsale si vor face sinapsa cu fibrele motorii in coarnele anterioare ale maduvei(motoneuronii gamma) .

Neuronii motori vor produce contractia muschiului

Reflexul miotatic-intinderea brusca a unui muschi stimuleaza fusurile, ceea ce detemina contractia reflexa a fibrelor musculae scheletice mari ale muschiului alungit.

Reflexul miotatic poate fi dinamic sau static.Cel dynamic se epuizeaza dupa o fractiune de secunda dupa inteinderea muschiului la noua sa lungime si ulterior este continuat de un reflex static ce dureaza cateva minute.

Reflexele osteotendinoase se exploreaza cu ajutorul unui ciocan de reflexe. Ca metoda este folosita percutia tendonului unui muschi, iar ca raspuns se obtine

13

contractia muschiului respectiv.

Reflexele se studiaza bilateral , simetric si comparativ.

Reflexul bicipital: prin percutia tendonului muschiului biceps brahial la plica

cotului; se obtine flexia antebratului pe brat.

Refelxul tricipital: prin percutia tendonului muschiului triceps brahial se produc

extensia antebratului pe brat.

Reflexul achilian se obtine prin percutia tendonului lui Achile, cand se produce

flexia plantara a piciorului (bolnavul se afla in decubit ventral sau in genunchi la

marginea patului).

Reflexul rotulian: prin percutia tendonului rotulian se obtine extensia gambei pe

coapsa.

14

Reflexul medioplantar: prin percutia plantei in 1/3 mijlocie se obtine flexia

plantara a piciorului.

Reflexograma Ahileana

-reprezinta inscrierea grafica a contractiei si relaxarii muschiului triceps sural ca urmare

a percutiei tendonului lui Ahile.

Tehinca inregistrarii

-pacientul cu picioarele goale este asezat in genunchi pe un scaun, tinandu-si trunchiul

drept si sprijinindu-se cu mainile de spatarul scaunului

-se percuta tendonul ahilean si se inregistreaza graphic

Valori normale :

< 40 ani » 260 - 340 msec.

> 40 ani » 280 - 360 msec .

Valori scazute indica o hiperexcitabilitate musculara ( spasmofilie , hipertiroidie , dupa tratamentul cu steroizi si estrogeni ) ;

15

- Valori crescute indica o hipoexcitabilitate musculara (hipotiroidie , hipoparatiroidie , ATS ,)

16